30 追踪科学的源头

　　《重塑大脑》的美国作者诺曼.道伊奇在谈到人类智慧时，认为“智慧的本质就是预测，它使我们能够做计划、定策略、有想象力、敢梦想、可以形成假设，同时也会使我们担忧，预期坏的事情要发生。”当早期人类离开了自然实物，面对自然现象和事件时，如闪电、打雷、龙卷风、地震、洪水以致于灾荒、疾病、死亡等，预测、想象力和担忧发挥了作用，前面我们已经提到，人们把这一切归结为有“神祇”在控制着。为此早期人类产生了最早的职业分工：除了与自然直接交流的采集者、狩猎着、拓荒者、工具制造者等分工之外，“巫师”产生了。这可能是人类最早的生产劳动之外的一次分工。“巫”可以与神灵沟通，传达神的旨意，了解神的意图，求得神的庇护，解除内心的担忧，等等。较前者，这是早期人类在意识空白的情况下，与自然更深层次的沟通。这一职业的出现，在几万年前以致更长久的荒蛮岁月中是极其必要的。早期人的生老病死、风俗、祭祀等就有了掌管的人。这方面的事务就有人料理了。而巫所具有的技能，则被称为“巫术”。提到巫术，可能被现代人所不齿，但巫术并不是一个完全的贬义词，现在回头看来，巫术对自然科学甚至社会的生产发展曾产生着巨大的影响。巫师借助观察星象运行预测人事祸福，这部分巫术由此演变为“占星术”。这可能促成“历法”的最早的雏形。巫师们还幻想通过炼制“长生丹”延年益寿或者通过炼制矿物点石成金，这方面知识的积累，也促进了古代冶金的发展和化学的兴起。甚至在相当长的时期内，治病救人的工作也一直被巫师掌握着，他们常通过符印、“咒语”的形式来“驱鬼”。等到人类有了专业的医师，巫师治病仍然流行。中医大家孙思邈在《千金方》中也认为，禁咒、符印与汤药、针灸、引导一样，都是“救急之术”。前两种秘书虽“不近人情”，不合常理，却能收到出乎意料的功效。巫舞更是祭祀仪式中不可缺少的一种宗教仪式，在这些神秘的原始巫术活动中，萌发了最初的艺术意识，有学者认为舞蹈、唱歌、戏剧、绘画、装饰等艺术形式都萌芽于此。人们同时也有更充足的理由认为科学是从巫术中产生的。但是纵观人类10万年的认知史，可以断定一点，那就是巫术要比形成了学科的知识来的要早的多。但是我们对巫术的了解也不过停留在数千年以前时的状况。现代科学的起源是有记载可查的（在此之前因无文字或信息的保留方法，第一个科学概念到底诞生于何时何地仍不清楚），根据文字记载大约公元前650年前，古希腊的泰勒斯成为了首开科学先河的人。他观察到物质变化的现象，认为物质的转换似乎是与某种基质有关。他提出了一个从未有过的观点：即水是万物之源，万物生于水。霍金认为泰勒斯类似的思考代表着“自然遵循可解的一致性原理的观念出现”据说泰勒斯被认为预言了发生于公元前　585　年的那场日食，是预测日食的第一人。他是西方思想史上第一个有记载有名字留下来的思想家，被称为“科学和哲学之祖”。基于这样的意识背景，科学实验早期的必然要出现的阶段就开始了。

　　关于泰勒斯，霍金在《大设计》中遗憾地介绍说：“他是个生平模糊的人物，没有留下自己的任何著作。他的家乡是爱奥尼亚地区的一个文化中心，爱奥尼亚曾是古希腊人的殖民地，其发挥的影响最终越过土耳其，向西延伸至意大利。爱奥尼亚的科学是一种努力尝试，其特征就是对揭示基本定律、解释自然现象抱有浓厚兴趣，这是人类思想史上一个极其重要的里程碑。爱奥尼亚人的方法是理性的，甚至在许多方面，这种方法达成的结论，与今天更高级的方法引导我们去相信的那些结论都惊人地相似。它代表着一个伟大开端。然而，若干个世纪以后，爱奥尼亚的许多科学成就将被遗忘　——　只是被后人不止一次地重新发现或者重新发明”。

　　不管怎么说，科学沿着泰勒斯式的思路开始了萌发。观察和反思开始在理性领域发挥作用。之后的思想者相继出现，思维领域焕发出万千气象。从时间节点上看，城邦与轮子几乎同时出现于公元前4500年前。或许轮子就是在建筑工程中产生的。等到泰勒斯出现的所在年代，城邦的兴建已差不多历经4000多年了，说明泰勒斯与我们的历史距离并不太远。城邦的兴建表明人类的文明达到了与现代相同的水准。只不过是前期的必要的进程而已。在这种物质条件下，科学的萌发实属正常，我们也不必抱怨它来的太晚。

　　阿那克西曼德（约前　610　年~约前　546　年），古希腊唯物主义哲学家。几乎与泰勒斯同时期或之后，另外一些思想者，他们意识到宇宙具有一个可以通过观测和推理来加以理解的内部秩序。并为此进行了思考（即黑格尔所说的反思）。阿那克西曼德就是其中之一。他认为地球上第一个人以婴儿的形态出现地球上，他是不会存活下来的。进而推论，人类的出现一定与幼崽更顽强的其他动物有关，这已有了关于进化的早期概念。阿那克西曼德还认为最原始的动物是从海里的泥变化而出的，人是从一种鱼类演化而来的。

　　毕达哥拉斯（约前　580　年~约前　490　年）继泰勒斯之后的又一个的爱奥尼亚人，公布了第一个在今天可称为自然定律的数学公式：毕达哥拉斯定理，即直角三角形斜边（最长的边）的平方等于另外两条边平方之和。从此抛弃了用神话或神学来解释宇宙的模式。有趣的是，毕达哥拉斯非常热衷于宗教，并拥有自己的社团。他们同吃同住穿同样的服装，专心从事艺术、工艺、音乐、医学、数学的研究。他们发现了弦长和音调之间有数的关系，这证明了先前的论断：数是现象之后的本质。毕达哥拉斯学派最为看重的就是数论。他们试图用数的特征来解释万物万象。按照霍金观点，解释某一存在，都会有一个与之相关的模型。该学派就以数建立了相关模型。在自然方面，数的解释是：点是一元，线是二元，面是三元，立体是四元。土是立方体，火是四面体，气是八面体，等等；在社会学方面，他们认为爱情、友谊、正义、德行、健康等，是建立在数之上的，爱情和友谊归属于数字“八”，因为八个音度是和谐之音，最能表达爱情与友谊的美好；在天文学方面，毕达哥拉斯认为宇宙是一个套嵌的球体，恒星分布在最外层，3.6万年围绕中心转一圈。因为十是完满的数子，所以这个套嵌的球体一定是十层。如此等等。因为毕达哥拉斯没有像研究弦长和音调之间数的关系那样，遵照客观存在去做相似的探索工作，相关的“数论”几乎全凭类推和想象，盲目套用数字上面人为的规定，结果一切都成为虚拟的东西。以致于从现代的眼光去看是如此的荒诞。但意识到数和客观存在的关系，希望用数来揭示世间潜在的规律，这已经是一种洞见了。他在治学方面并未因为脱离神学而遭遇麻烦，遗憾的是他的政治主张（可能和他的宗教有关）与他所在的环境发生冲突，最后招致严重的迫害。被迫逃到梅塔彭顿去避难，于公元前500年客死他乡。

　　恩培多克勒（约前　490　年~约前　430　年）在欧洲的西西里岛生活的一位哲学家，通过观察一种称为漏壶的器具，判断有一种看不见的东西在阻碍着水从漏壶内流进或流出——　他几乎已经发现了我们称为空气的物质。

　　德谟克利特　(约前　460~约前　370)，出生在色雷斯海滨的阿布德拉的商业城市，古希腊伟大的唯物主义哲学家。生活在科学学术活动欣欣向荣的伯里克利时代。大约同期，他也在沉思着一个问题，当你把一个物体细分时，会出现什么情况呢？为此德谟克利特提出了与他的老师留基伯相一致观点，即原子说。他认为，这个过程不会无限地继续下去。他假定包括所有生物在内的一切都是由一些不可再分的基本粒子组成的（在化学层面确实如此），他把这种终极的粒子命名为原子，原子的概念就此诞生。关于原子论的争议和思考也从此开始。德谟克里特相信，每一种物质现象都是原子碰撞的结果。所有原子都在空间中四处移动，并且除非受到干扰，否则就会无限地运动下去。今天，这一观念叫做惯性定律。这一惊人的解析推开了微观世界的一个窗口。让人可以感受不可见的空间结构的某一场景。几千年后，人们用电子显微镜看到了原子颗粒的光影时，哲学的洞见得到了证明。后人评价道：原子说“为现代原子科学的发展奠定了基石。”

　　原子说不但为原子科学的发展奠定了基石，而且颠覆了整个认知领域。提及天体的演化，德谟克利特解释说：在一部分原子由于碰撞等原因形成的一个原始旋涡运动中，较大的原子被赶到旋涡的中心，较小的被赶到外围。中心的大原子相互聚集形成球状结合体，即地球。较小的水、气、火原子，则在空间产生一种环绕地球的旋转运动。地球外面的原子由于旋转而变得干燥，最后燃烧起来，变成各个天体。

　　这一解释使神失去了机会。他认为原始人在残酷而奇妙的自然现象面前感到恐惧，再加上知识的匮乏，只有臆造出神来解释一切的未知（这几乎同等于是爱因斯坦的观点）。其实，除了永恒的原子和虚空外，从来就没有不死的神灵。他甚至认为，人的灵魂也是由最活跃、最精微的原子构成的，因此它也是一种物体。原子分离，物体消灭，灵魂当然也随之消灭。

　　提及认识论：德谟克利特解释说：从事物中不断流溢出来的原子形成了“影像”，而人的感觉和思想就是这种“影像”作用于感官和心灵而产生的。该作用有感性认识和理性认识之分。其感性认识是认识的最初级阶段，人的感官并不能感知一切事物，例如原子和虚空就不能为感官所认识，当感性认识在最微小的领域内不能再看、再听、再嗅、再摸的时候，就需要理性认识来帮助，因为理性具有一种更精致的工具。

　　上述所说几乎出现了现代科学理论的影子。遗憾的是当时可能还属于非主流思想，不然，当时诸多的哲学大家引以为傲的理论建构就会土崩瓦解，灰飞烟灭。

　　德谟克利特之所以有这样的见解，除了受老师留基伯的影响，与他的治学理念也不无关系。他一生都热衷于游学。青年时去雅典学习哲学，后来又到埃及、巴比伦、印度等地游历，前后长达十几年。他在埃及居住了五年，向那里的数学家学了三年几何。他曾在尼罗河的上游逗留，研究过那里的灌溉系统。在巴比伦，他向僧侣学习如何观察星辰，推算日食发生的时间。回到故乡阿布德拉后，他担任过一阵子该城的执政官。不久，他拿着分到的一笔家产，又开始了游学和考察。他漫游了希腊各地，渡过地中海，到达了埃及，到达红海，到达巴比伦平原，往南一直到达埃塞俄比亚，往东到达印度，还在波斯结识了众多星相家。这种跨越地域的，贴近实际的治学方式，使他博学而富有洞见。使他的认知无意中更多的接近物质本源，而不是抽象的演绎。回国后，他开始埋头著述。为了求证某些论点，他还经常地在花园里解剖动物的尸体，以至族中有人认为他发了疯。因此遭到了一场审判，他被控“挥霍财产罪”。企图占有他祖产的一些同族人，指控他不务正业，把田园变成了杂草丛生的荒地。根据该城的法律，犯了这种罪的人，要被剥夺一切权利并被驱逐出城外。在法庭上，他雄辩道：“在我同辈的人当中，我漫游了地球的绝大部分，我探索了最遥远的东西；在我同辈的人当中，我看见了最多的土地和国家，我听见了最多的有学问的人的讲演；在我同辈的人当中，勾画几何图形并加以证明，没有人能超得过我，就是埃及所为丈量土地的人也未必能超得过我……”并在庭上当众朗读了他的名著——《宇宙大系统》。他的学识和他的雄辩征服了他所在的城市。法庭判他无罪，并以5倍于他“挥霍”掉的财产金额，褒奖他的这一部著作。他被视为当地城市的伟人，在世时就给他立了铜像。生前，他平等待人、处世开朗，被誉为笑的哲学家。死后，整个国家为他举办了盛大的葬礼。他的著作有五十二种，据说柏拉图曾想把他的作品全部烧光，现仅存极少数断片。

　　柏拉图（公元前427-347）。古希腊哲学家。公元前387年在雅典西北郊外的陶器区建立学园。并在门口挂有一块牌子，上写“不懂几何学者勿入此门。”　可见他对数学的推崇。这一点他与毕达哥拉斯抱有同样的认识。他本人就曾给几何学的点下过比较明确的定义，“点是直线的开端”，或点是不可分割的线”。柏拉图看不上甚至极端蔑视感官知觉，认为由此获得的只是变化着的，散乱的，偶然的认知，只有运用概念的思维，才能把握事物的根本。这可能没错。错就错在他似乎抛弃了回到主观之外去验证理论的环节。他过分强调理性的作用。这一理念对科学实验来说实属逆行倒施。因此他本人在研究自然存在时，完全视客观存在于不顾，妄说世界起源于造物主。它创造植物是为了供人营养，创造动物躯体是为了供堕落的灵魂寓居之用。现在看来，这不像是科学探索，更像是布道的宗教。因此，柏拉图除了在数学上有一些建树外，主要成就就是完全从头脑中构建各门学科。但他忽略了一点，即使运用概念构建的各门学科，最原始基础的资料仍然来自他的感官，来自当时社会的文化意识存在。就像没有蛋黄的鸡蛋，是不会构成孵化事件的。如果他能穿越至现代，他或许会仍然是一个伟大的哲学家，但他必定要重新考虑他的哲学理论。

　　亚里士多德（约前　384　年~约前　322　年）世界古代史上伟大的哲学家、科学家和教育家之一，堪称希腊哲学的集大成者。有人评价他是作百科全书式的科学家，几乎对每个学科都做出了贡献。他是柏拉图的学生，亚历山大大帝幼年时期的老师。对自然的态度与他的老师柏拉图大相径庭。柏拉图是“理念说”，藐视经验世界。亚里士多德不同，他重视经验与观察，把由此获得的资料作为科学研究的真正来源。认为哲学的目的在于找出事物的本性和原因。他的推论大多都能够植根于他过去的观察。他曾对五百多种不同的植物动物进行了分类，至少对五十多种动物进行了解剖研究，指出鲸鱼是胎生的，还考察了小鸡胚胎的发育过程。他是将生物学分门别类的一第一个人，也是详细叙述很多种动物生活史的第一个人。他特别注意生物多样性现象以及动植物之间的区别的意义，虽然他没有提出正式的分类（法），但是他按一定的标准对动物进行了分类，而且他对无脊椎动物的分类比两千年后林奈的分类更合理。为什么有机体能够从一个受精卵发育成完整的成体？为什么生物界中目的导向的活动和行为分化的如此之多？他称之为“eidos”即不同生命的演变是程序目的性原则在起作用，在他的思想中这词所表示的意思和现代生物学家的遗传程序所表达的完全一样。

　　正因为他结合实际的思考，使他的生物学比其他学科更具科学实验的特征。他的研究让哲学与自然科学分离开来。这是科学发展的一个转折，开创了通过经验考察来探索自然的研究方法。这无疑为科学实验奠定了一块基石。但是另一方面，亚里士多德也非常擅长在思维领域演绎他的学说，这一点并不比柏拉图逊色。他的思想产品的产量惊人，填补了不少知识领域里的空白。《形而上学》、《尼各马科伦理学》、《政治学》、《修辞学》、《诗学》、《工具论》、《物理学》等著述据说多达上千部（篇），都是他思维创造的产品。他率先开发了逻辑学，把它创建成一门系统的学科。我们现在所学到的逻辑知识，基本原理并没有大的改变。但概念思维的滥用也使之出现了诸多误判。如他认为白光是纯净的光，下落的物体其速度与质量成正比等。后来由牛顿和伽利略两位科学家通过实验证明他的臆断与实际恰恰相反。在他的《物理学》一书中，为了解释物体下落时很清楚地增加的速率，他演绎说-----当下落的物体倾向静止时，它会更喜悦地前进，也就是加速。霍金谈到这一情况时，不无讽刺地说：“今天这个原理似乎用来描述某些人比描述无生命的物体更合适。”　　另一个具有新思想的科学家，是爱奥尼亚较晚时期的阿里斯塔克（约前　310　年~约前　230　年）在亚里士多德去逝12年时出生。他的革命性观点是：人类只不过是宇宙中的普通居民，而不是居于宇宙中心的特殊生物。他从计算数据中推出了太阳一定比地球更大的结论。他说地球不是我们所在的行星系的中心，而是和其他的行星一样围绕着更大的太阳运转，他相信我们在夜空中看到的满天繁星实际上只不过是一个个遥远的太阳。这些观点当时远远走在时代的前面，因而得不到一般公众的承认，克雷安德斯竟要求希腊人控告阿里斯塔克斯的渎神之罪。之后该学说就像珍贵的戒指被扔入大海般消失无踪。直到大约公元1525年以后（经过了大约1785余年的时间），哥白尼才重新提出这一观点并很好地发展和完善了阿里斯塔克斯的理论。

　　阿里斯塔克为人们描述的情形与天文实况是基本契合的。虽然他没确定宇宙这只脚穿多大号的鞋子，但至少给出了与脚统一的鞋子样式的模型。但在亚里士多德那里，先于阿里斯塔克所构建的是以地球为中心的与实况相去甚远的“头盔”式的嵌套模型。即宇宙的同心球理论。它由亚里士多德的学生欧多克斯提出，共由27层同心球组成(毕达哥拉斯在此之前给出的模型是10层）。中心是地球，月亮、太阳、五大行星等分别在不同球层上旋转。到了亚里士多德那里，同心球被扩建到55层，以便提供对天象更多的解释。这种精密的结构显示了极大智慧，从今天的眼光看，它非常像是工业设计产品。很有可能因此触发了后世同样有智慧的人发明了钟表。不同的是内部的同心球被换成了结构复杂的齿轮而已。

　　为什么二者的所表述的情形出入那么大呢？是智商出了问题吗？非也。阿里斯塔克为我们所描述的情景俨然是现代科普读物一般。他能取得如此成就，值得后人深思。比起亚里士多德那样的大家，阿里斯塔克似乎只能算是一般的学者。但是，他在这一知识原点上所达到的高度，确是亚里士多德未能企及的。这其中缘由，出自哪里呢？

　　我们认为至少有如下几点，需要人们思考：

　　1，成功地运用了数学。欧多克斯所构建的同心球模型其实也用到了几何数学。因此也被称为几何模型。但阿里斯塔克是运用几何数学作为工具求解天文中的几何问题，如计算星体的大小，之间的距离，等等，获得的是天文实况。这很可能是用数学作为科研工具的最初的开端。欧多克斯没有做这样工作，而是套用几何概念人为地为天体做出安排。这就暴露了不作求证只靠理念推理的偏颇。亚里士多德和柏拉图都是崇尚数学的，他们把数学看得过于神圣，把数学意识形态化了。而没有把它作为发现自然内在规律的向导。只靠理念，只相信理念，耽误了人类几千年。把数学当作科研的有力工具，而不赋予它其他观念上的属性，这是科学实验之所以能成为科学实验的重要条件。

　　2，基于实体考察，而不是哲学的推理。如果你要到知识河流的对岸，有两条船，一艘考察之舟，一艘哲学之舟，你选择哪一艘船呢？阿里斯塔克现象告诉我们，当有考察之舟可乘，你当首选考察之舟。而无考察之舟可选时，再选哲学之舟不迟。因为哲学是为无知准备的，当我们已经掌握了实体规律，哲学就不再是首选。但在未知领域，哲学仍然是必须的工具。我们仍以宇宙模型为例，亚里士多德学派的模型严格来讲是哲学性质的，因为至始至终我们没有看到来自一线考察的验证，貌似的契合只是一个假象。阿里斯塔克的模型则不同，它不存在哲学上的臆测，其解释直接来自一线考察之所得。

　　3，还有一项值得思考的是正确信息的传播。阿里斯塔克给我们的就是一组正确的信息。发现它是一回事，如何传播则是另一回事。这里有一个受众的问题。同时出现的东西，在权威手上，更易于推广与大众。这和背景意识有关。如果你的新思想较符合社会的意识形态，且又是名家推介，它一定会产生较为广泛的影响。在这一点上，同心球的理论就占据了这种优势。亚里士多德是亚历山大的老师，又是拥有大批追随者的文化鼻祖，在此状况下，他认定的又有谁会去怀疑呢？二者之间，又有谁相信阿里斯塔克呢？不但不被相信，还差点被指控犯下渎神之罪。现代科学似乎要好了许多。当有新的发现问世，会有众多的科学家积极参与，做同样的求证来验证真伪。而阿里斯塔克时代，尚还没有这样的情况发生。也许这是历史的必然，就需要人们等待千年的量变。

　　应该是在同一时期，杰出的古代物理学家阿基米德（公元前　287　年~约前　212　年）公布了当时为数不多的几个科学定律：杠杆定律、浮力定律、光的反射定律。为人们揭示了实体间隐含着的的数学。这意味着科学在收复哲学的领地。暗示着科学方法会比冥想的哲学让人们知道的更多。阿基米德的贡献不仅仅只限于这几个科学定律。他使应用数学从土地丈量、建筑计算等生产斗争的需求中分离出来，变为了可以被科学所用的一门学科。这种情形与人类的制陶类似。在此之前人们已知道用火，而烧制陶器却是用火的一个根本性的转变。土地丈量、建筑计算等相当于用火的前期级别。而揭示隐含在自然事物背后，自然事物自有的而且是可以计算的规律，则甚比烧陶，是这个级别的提升。阿里斯塔克运用数学进行天文计算与此相似，但在成果上，显然还差了一个级别。阿基米德的成果，在哲学上是有启迪作用的。为后人探索未知世界指明了方向。当你与孩子开心地玩跷跷板的时候；当你舒服地躺在浴缸里面泡澡的时候；当你照着镜子一睹自己容颜的时候，你是否想到这些寻常事件背后隐藏的科学秘密呢？也许在一亿人当中也不曾有人去做过一次这样的思考：这些寻常事件构成的原理是什么？唯独阿基米德做了这样的思考，并找到了答案。这种情况的出现并非偶然。但是如果回顾一下弓箭、轮子的发明所存在的几个要点，我们会发现，科学的产生在认知条件上，与发明没有本质的不同。只不过需要人们在触发原点、头脑开悟、实践检验三个要件上，再加上一个重要工具：数学。特别是物理学，它的内在的固有的规律只有依靠数学，才能被揭示本质。这一切条件的运用在阿基米德哪里，近乎完美。在那一时期，阿基米德因该是唯一一个掌握了科学法门的人。因此也只有他才有资格放言：“给我一个支点，我将撬动地球”。不幸的是，这样一位为人类带来信心和勇气的科学家，在战乱中却被一个无知的士兵杀死在自己的工作室。虽然入侵者追悔莫及杀死了士兵，并为他举行了隆重的葬礼，但一位科学巨星就此陨落，终成为历史的遗憾。

　　之后，伽利略将阿基米德式的研究方法发扬光大，创造出前所未有的成绩。以至于人们普遍认为从伽利略、牛顿开始的实验科学，才是近代自然科学的开始。但从阿基米德到伽利略让人们等待的太久了。细算起来，伽利略像阿基米德那样横空出世，已是1850余年之后的事情了。为什么间隔了如此悠长的岁月？难道阿基米德创造的高度是无人可以企及的吗？回顾这段历史是必要的，科学实验作为人类的三大活动之一，除了自身的演绎规律，阶级斗争还将制约和左右着它。科学的发展是做加法的，有时却会被做减法而溃退。对此，我们将在下一节讨论这一问题。

　　至此，我们至少知道科学的源头源于人类活动的一个很小的分支。科学在人类的各项发明中就有了萌芽，而巫术似乎有意无意间构成了科学才有的机缘。真正的开端似乎源于前面，我们所提到的2600　年前古希腊的泰勒斯及他那一历史时段的一批善于纵横于思维空间的思想者。在有文字记载之前某个时期，是否也有过与科学为伍的思想者呢？我们不得而知。但无论怎样，当它找到正确方向时，不管出现怎样的阻力，它都会由涓涓小溪汇成滔滔大川，最后奔向波澜壮阔的海洋。


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