中国人对科学的认识误区：从李约瑟难题到钱学森之问

中国逻辑思维模式类似于“混合物”，譬如糖和水发生物理反应生成糖水，它既是糖也是水，并未形成一种新的物质(即概念)。中国逻辑思维模式很难形成新概念，易陷入循环论证，缺乏那种内生的概念思维创造性，这是中国古代科学(或科技)最终落后于西方近代科学。

——简述中国人对科学的几个认识误区

摘要：中国人对科学主要存在两个认识误区。一是迷信科学，认为科学理论讲的都是真理，其实现代数学和现代物理学都是建立在一些基本假设之上的，其真实性或真理性原则上是无法验证的，即谬误与神圣并存。二是迷信权威，认为科学权威讲的都是正确的，其实重大的科学创新思想一般都是在青年时期形成的，人过中年就很难再有这种“血气方刚”的思想敏锐性。只有彻底破除这两个迷信，端正认识，科学精神才能真正落实到中国文化实践里来。

1.科学是什么?

一日，同美国回来一位学物理的朋友聊天，他谈到国内的人对科学普遍存在两种错误认识：一种是搞传统文化的人，认为科学并不是最高的真理，而且是有危害的，他们都有意识地把科学看得比较低;另一种则是科学崇拜论者，认为科学是绝对的真理，即唯一的正确或精确的认知方式，他们往往对传统文化抱有批判甚至否定的态度。我对此亦深有同感。这两种人，其实都没有真正地搞懂科学，不理解真正的科学精神。科学是什么?科学是真理吗?这是本文首先要来澄清的一个基本概念。

我是做数学基础研究的。如果狭义地理解，所谓科学就是指建立在逻辑-数学基础之上的一种精确认知模式，科学一般都是指精密科学。广义上的科学还包括实验科学，但说科学的核心是逻辑-数学结构是不会错的。所以，严格来说，科学包括逻辑分析和数学分析两个部分，逻辑是科学的基础，数学是科学的极限，即科学认知所能达到的精确程度的极限。

什么是逻辑?简单地说，逻辑分析就是分类，即把观察到的事物与事件进行分类，并用一个概念去命名。逻辑分类必须满足同一律、矛盾律和排中律，否则就不是一种科学的分类方式与研究模式。世界充满矛盾，但科学必须努力消除矛盾。当一个逻辑分类体系同时满足上述三个逻辑规律时，我们就可以说这个理论体系是一个精密科学体系，因为它自身不会出现自相矛盾的情况。

但是，任何一个逻辑分类系统都不可能做到绝对的精密，只能做到相对的精密，也就是说，任何逻辑-数学结构都是不完备的，这就是哥德尔不完备性定理的限制。尽管如此，科学理论和非科学理论还是具有分界标准的，一般来说，一个科学理论的基本概念应该是无歧义(矛盾)的、演绎性的，而非科学理论的基本概念往往是模糊的、循环论证的。譬如，我认为弗洛伊德的心理分析理论与中医理论都是典型的科学理论，而所谓周易象数、辩证逻辑、宇宙全息论之类的理论都是伪科学。

什么是数学?简单地说，数学分析就是在逻辑分类基础之上的数量化，即，逻辑分析确定了一个理论体系的基本概念后，接着便可对这些概念进行数量化，最后确定它们之间的数量关系而建立起一个数学模型。也可以这么说，数学分析是逻辑分析之后更进一步的精确化。但实际上也有一些概念是很难或不可能进行数量化的，那我们的理论能做到严密的逻辑分析也就够了。逻辑的本质是分类，而数学的本质是数量化，这两者还是有区别的。

至于逻辑和数学哪一个更基本，这在专业数学家中也是有很大分歧的，譬如逻辑主义者认为是逻辑推导出数学，而直觉主义者认为是数学推导出逻辑。但从认知心理学上看，逻辑认知在前而数学认知在后，这是比较符合科学研究的实际情况的。

什么是科学?打个比喻来说，科学就是做一个逻辑-数学的“笼子”，能把我们观察到的现象全部装进去，用卡尔·波普尔的话来说就是：“我们的理论是我们的发明，……不是实在的世界，而是我们自己试图捕捉这个实在世界的网。”[1]但是，这个“笼子”的内部结构是非常复杂精致的，里面被分成很多个“盒子”(即逻辑分类)，每个“盒子”都通过滚轴相联结(即数量关系)，它能装进全部已经观察到的现象但却不会“卡壳”(即出现矛盾);这个“笼子”里可能还有一些“空盒子”，如果我们又发现了某个新现象恰好能被其中某个“空盒子”装进去，我们就说这是一个新的科学发现，如果装不进去或“卡壳”了，那么我们就得重新来做个“笼子”或调整其内部结构;科学也并非总是正确的，因为我们也做了大量没有用的“笼子”。

所谓科学的精确性，也只是基于模型(“笼子”)的精确性，而并非真实性或真理。譬如，数学证明在普通人看来是严密无误的，但深谙此道的人就知道，数学证明无非是数学家编排的一套证明程序而已，而且严格地讲，没有几个数学定理的证明是完全靠得住的。正如英国数学家哈代不无讽刺地说过的那样：“严格说起来，根本没有所谓的数学证明;……归根到底，我们只是指出一些要点;……李德伍德和我都把证明称之为废话，它是为打动某些人所编造的一堆华丽词藻，是讲演时用来演示的图片，是激发小学生想象力的工具。”[2]

数学的严密性，本质上都是一套描述现实世界过程的程序编码系统，或者说，我们把“笼子”做得非常精致，并把要装的东西都装进去了，而且哪件东西放在哪个“盒子”里也都知道得一清二楚。——科学的精确性在我看来无非就是如此。最新科学知识社会学(SSK)的观点也认为：“惯常所认为的自然的规律绝不是直接‘追随’可辨识的世界。它所捕获(库恩语)的至多是一个理论、模型和近似物的网络，以及对这个网络与我们的仪器和设备相互作用的理解。”[3]这是现代西方科学哲学的主流看法。

所以，科学理论本质上就是做这么一个“笼子”，但我们千万不能以为这个“笼子”就是真实的世界。霍金最近在《环球科学》上发表的一篇文章中指出：从人们的角度去理解，圆形鱼缸里的金鱼观察到的世界是扭曲变形的、失真的，其实人类的处境与这条金鱼并无根本区别，现代物理学的各种数学模型不能说哪一种更“真实”，这就是“取决于模型的唯实论(model-dependent realism)”。

说白了，就是康德的不可知论：真实的世界究竟是什么，我们可能永远都不知道，但我们相信科学认知可以无限地逼近那个真实的世界。科学落到最后也必须依赖信仰才能建立。所以，科学不是真理，它只是追求真理的一种方式;科学追求精确化，但它的基础是不确定的，M·克莱因那本很著名的书《数学：确定性的丧失》说的就是这个;而且我认为，科学可能离真实的世界越来越遥远，因为现代逻辑学与数学发展的基本趋向就是抽象化。现代科学这个“笼子”越做越复杂、精致、微奥，但同人们经验认识的距离也越来越大了。显然，中国人的文化传统与思维习惯与这种科学认知的抽象思维方式是有些格格不入的。

2.中西方传统科学思维的差异

说到中西方传统科学思维的差异，不能不提到“李约瑟难题”。陈方正先生的大著《继承与叛逆——现代科学为何出现于西方》，认为中国古代科学和古希腊科学传统走的根本就不是一个方向，只有沿着西方这条路向才能产生现代科学。这种解释原则上是对的。

但陈先生有两个核心问题没有讲清楚：一是他没有把中国古代科学的特征讲透，二是他没有把17世纪西方近代科学形成这段关键的历史讲透。巴什拉的名著《科学精神的形成》引用了大量17、18世纪的原始文献，详细描述了前科学的精神状态，它充满了泛灵论的色彩，“前科学的思想与象征性思想强烈掺和在一起。对于前者来说，象征是思想与实验的积极综合”。 [4]

也就是说，在前科学阶段，中西方思维方式的差异可能并不是截然不同或完全对峙的，仍有许多类似相同之处。另外，根据库恩的说法，西方科学的实验传统和数学传统在18世纪末叶还是相互分离的，直至19世纪以后这两个传统才逐渐融合起来：“到了19世纪，这两组科学，古典的和培根的，都还是分离的。粗略地说，古典科学被列为‘数学’类，而培根科学则一般被看作‘实验哲学’，在法国则被称为‘实验物理’。”[5]所以，不能笼统地讲中西方传统科学思维方式不同，而是要加以具体、详细和专门化的分析，才有可能最终把“李约瑟难题”解释清楚。

科学精神的核心就是要把我们对世界的经验认识转变为一种逻辑-数学结构，由此来分析近代科学形成的轮廓就比较清晰了，其中有三个历史事件是关键性的：一是伽利略、开普勒和牛顿等人数学物理学观念体系的创建，二是微积分的发明，三是近代原子-分子化学理论体系的创立，这三者彻底改变了古代科学的面貌，并一直延续至今。

最重要的，牛顿把地上和天上的物体运动统一到一个数学理论中，这是科学史上最伟大的成就。而在此之前，各个民族古代的实验科学传统都是相似的，数学计算方法及其效果也差别并不太大，但古代科学的实验传统和数学传统的融合，只有17世纪的西方做到了——尤其是比较中世纪阿拉伯和西欧的科学发展历程便知，且微积分的发明使得近代数学的精确计算成为可能，结果一下子就把其他民族的数学远远抛在了后面，这可能是最为关键的一个事件。西方近代科学形成的这段历史，还需深入地详加研究才行。

中国古代科学为什么没有演进为近代科学，答案也就比较清楚了：数学没有同实验科学融合起来，再者，中国古算自宋元后就衰落了。其中最关键的原因，我认为是中国人的思维与西方科学思维有一个重大差异所致。这得用一个逻辑命题来说明：一杯浓度为50%的糖水(即糖、水比例各半)，是糖还是水?依中国人的思维，肯定回答：“既是糖又是水。”但按形式逻辑的思维却是：“非糖非水。”因为假设它是糖或水都会导致矛盾，“糖水”就是一个创造出来的非糖非水的新概念，它与初始概念糖、水无关。

而中国人的思维不具有这种创造新概念的演绎模式，更擅长的是在原有经验概念体系上作循环论证。举例来说，中国古算在解二次方程和求无穷级数近似值方面远超西方几百年，但它就是没有形成虚数和极限这样抽象的数学概念，所以近似值算得再精确，它也无法推导出抽象代数和微积分的方法。

一般说，科学认知包括了经验认知、逻辑认知和数学认知这三个递进阶段，逻辑认知确定理论的基本概念，是从经验认知飞跃到数学认知的中介环节，但也有可能跳过这个环节，譬如量子力学，就是直接建立了一个成功的数学理论，但其物理解释却始终模糊不清。中西方传统科学思维最大的差异是在逻辑思维上，前者是经验性、循环性的，后者是抽象性、演绎性的。

我再打个形象的比喻来说明中西方传统逻辑思维的差异性，大家可能一下子就搞明白了。西方逻辑思维模式类似于“化合物”，譬如氯和钠发生化学反应生成氯化钠，它既不是氯也不是钠，而是形成一种新的物质(即概念);但中国逻辑思维模式类似于“混合物”，譬如糖和水发生物理反应生成糖水，它既是糖也是水，并未形成一种新的物质(即概念)。所以，中国逻辑思维模式很难形成新概念，易陷入循环论证，缺乏那种内生的概念思维创造性，这是中国古代科学(或科技)最终落后于西方近代科学的根本原因。

科学为什么具有创造性，即能发现人们经验思维所不能发现的隐蔽自然现象?这完全在于科学预设“空盒子”的能力。科学就是设计能装东西的“笼子”，但它不是任意的，而是必须遵照某些基本结构原则，譬如对称性、递归性等等，新概念往往是这样创造出来的：假设我们做了某个“盒子”刚刚把一个观察到的现象装进去，那么根据对称性，就必然存在一个尚未观察到的相反现象装在另一个对应的“空盒子”里，这就是所谓的科学发现。元素周期律和基本粒子谱系差不多都是由递归原则和对称原则发现的。如果我们把观察到的现象称为经验概念，而把未观察的现象称为抽象概念，那么显然科学设计出来的“空盒子”都是一些抽象概念。中国人恰恰缺乏这种抽象、创造性思维的能力，我们骨子里其实并不相信这些抽象的概念存在，也就缺乏创造新概念的思维能力。

现在国内学者盲目崇拜西方学术、热衷套用西方理论术语也是因为缺乏科学精神，外来的和尚好念经。而一个中国人提出一个新理论就不会受到如此重视，假如弗洛伊德、爱因斯坦、康托是中国人的话，结果是可想而知的：没人理睬，也没人理解。根源就在于，中国人骨子里并不相信科学，或只相信科学的效用而不相信科学的意蕴。

三、中国人对科学的几个认识误区

“李约瑟难题”说的是中国古代科学问题，但近现代中国接受了西方科学后，仍然存在一个难题：为什么中国至今还没有做出重大的原创性的科学成就，而且当代中国人的精神与科学还是如此隔阂?这就是“钱学森之问”，它说的是中国近现代科学问题，但实际上跟“李约瑟难题”一样，指的都是中国人的科学认识与科学精神问题。

按照杨振宁先生的说法，中国大规模引进西方科学是从1900年开始的，那至今也有100多年了，为什么中国本土没有培养出一位世界级的科学大师，或做出过一项基础性的重大科学理论?也就是说，在科学研究上，我们基本上都是沿着西方科学家开辟出来的方向在走，自己却没有开辟出一个历史性的方向，让西方科学家也跟着我们来做。这是为什么?仅仅是因为经济不发达吗?恐怕不是这个，可能还是意识、思想、精神方面的原因。我认为中国人对科学的认识误区主要有三点：

1，科学不是技术，而是艺术。

中国人可能更擅长从技术层面来研究科学问题，就像解奥数题，反正解题框架是固定好的，只要在框架内找到一种巧妙的解题思路就行，亦即，我们只擅长解决特殊性的科学问题，而不擅长解决一般性的科学问题。技术当然重要，但科学更重要的是想象力和创造力，是做“笼子”，即虚构一个概念的世界。

譬如，爱因斯坦能想到引力的本质是时空结构并用一种新的几何学去描述它，这无疑是科学史上最有创造性的思想，是科学研究的典范。在我看来，数学证明也是一门艺术，关键不是真而是美，如果你在证明过程中体验不到美感，那就说明你只是一个程序师而非数学家，并且我始终认为，这种美感与实用价值无关。我特别欣赏美国数学家外尔对数学基础的评价：“‘数学化’很可能是人的一种创造性活动，像语言或音乐一样，具有原始的独创性，它的历史性决定不容许完全的客观的有理化(rationalzation)。”[6]中国科学如果不能突破实用主义的藩篱，那就绝不可能达到人类高贵精神的巅峰，永远只能处于从属的位置。

2，科学家不是越老越好，一般来说，他在25-35岁之间是最有创造性的，这是科学研究的黄金时期。

跟哲学不同，科学的创造性并不需要太多的经验积累，而是具有“血气旺盛”的特征，它需要特别敏锐的想象力，这一点上，科学家与诗人的精神状态很相似，如果年龄偏大，经验虽然丰富了，但思维的敏锐性必然大大降低了。科学适合年青人，哲学适合老人。科学家一生最多也只能形成过一两次重大的科学创新思想，而且往往都是在他的青年时代。最有代表性的案例就是：量子力学的创建者差不多都是20几岁的人，但这却是整个物理学史上的“黄金时代”。

3，科学决不能迷信权威。

既然科学是门艺术，而且是年青人做的艺术，那么科学本质上就是反权威的。在科学研究上，不能设置任何人为的路障，而是具有无限的思想的自由性。科学不是宗教，它反对任何人使用真理的名义去抑制他人的思想。相反，中国人特别重视权威，认为权威说的就是对的，没有权威性就是错的。我分析过其原因，中国人的权威崇拜是政治性的：统治者在政治上需要权威来证明其决策的合法性，但他不懂也不管科学评判的对错，只是需要科学权威这杆旗杖而已。这对科学来说是最危险的。所以，中国科学要想有重大的突破和发展，必须落根到民间，落实到年青人身上。这个结论，希望国人都能深思之。