黃挺龍

科學(xué)觀察、實(shí)驗(yàn)與科學(xué)理論及其辯證關(guān)系

黃挺龍

本文從列舉科學(xué)發(fā)現(xiàn)的事例入手，闡明了科學(xué)觀察是科學(xué)發(fā)現(xiàn)與科技創(chuàng)新的起點(diǎn)，科技實(shí)驗(yàn)是證實(shí)或否定科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科技創(chuàng)新的中間環(huán)節(jié)與必要手段，科學(xué)理論不僅是科學(xué)觀察和科技實(shí)驗(yàn)的最終歸屬與最后成果，而且是科學(xué)發(fā)現(xiàn)與科技創(chuàng)新的最終產(chǎn)物。作者從這幾個(gè)層面系統(tǒng)也分析論證了科學(xué)觀察、科技實(shí)驗(yàn)與科學(xué)理論的辯證關(guān)系，并由此引出若干具有啟發(fā)與借鑒意義的結(jié)論，這對(duì)實(shí)現(xiàn)科教興國(guó)和科學(xué)進(jìn)步的目標(biāo)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

科學(xué)觀察；科技實(shí)驗(yàn)；科學(xué)理論；辯證關(guān)系

眾所周知，在經(jīng)濟(jì)全球化時(shí)代，科技創(chuàng)新能力已成為提升國(guó)家綜合實(shí)力最重要的因素之一。當(dāng)一個(gè)國(guó)家具有較強(qiáng)的科技創(chuàng)新能力時(shí)，其就能在世界產(chǎn)業(yè)分工鏈條中處于高端位置，就能創(chuàng)造激活國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新產(chǎn)業(yè)，就能擁有重要的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并引領(lǐng)全社會(huì)的全面發(fā)展。其中，科學(xué)發(fā)現(xiàn)是科技創(chuàng)新的理論前提，是推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的強(qiáng)大動(dòng)力?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)是指在自然科學(xué)研究中，找到前人尚未知曉的、對(duì)于促進(jìn)科學(xué)發(fā)展有重要作用的客觀存在?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)具有兩大基本特點(diǎn)：一是前人尚未知曉；二是它對(duì)于促進(jìn)科學(xué)發(fā)展有重要作用，這兩者是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要條件，缺一不可。

科技創(chuàng)新則不同于科學(xué)發(fā)現(xiàn)，它是原創(chuàng)性科學(xué)觀念和技術(shù)創(chuàng)新的總稱，包括創(chuàng)造和應(yīng)用新知識(shí)與新技術(shù)、新工藝，采用新的生產(chǎn)方式和經(jīng)營(yíng)管理模式，進(jìn)而開發(fā)新產(chǎn)品，提高產(chǎn)品質(zhì)量，為廣大民眾提供新服務(wù)等豐富內(nèi)涵?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)和科技創(chuàng)新這兩者之間的聯(lián)系將隨著人類生產(chǎn)與生活的不斷發(fā)展和進(jìn)步而越來越密切，勢(shì)必形成你中有我、我中有你、合二為一的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而為科學(xué)理論大發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?？傊?，科學(xué)觀察、科技實(shí)驗(yàn)與科學(xué)理論是科學(xué)發(fā)現(xiàn)與科技創(chuàng)新的三大要素。

一、科學(xué)觀察是科學(xué)發(fā)現(xiàn)與科技創(chuàng)新的起點(diǎn)

科學(xué)觀察是人們?cè)诳茖W(xué)認(rèn)識(shí)中用自己的器官或借助儀器對(duì)客觀事物進(jìn)行的一種有目的、有計(jì)劃的感知活動(dòng)。觀察是一種感性認(rèn)識(shí)活動(dòng)，通過觀察，人們獲得關(guān)于事物的外部特征和外在聯(lián)系的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。傳說1665年秋季，牛頓坐在自家院中的蘋果樹下苦思著行星繞日運(yùn)動(dòng)的原因。這時(shí)，一只蘋果恰巧落下來，它落在牛頓的腳邊。這是一個(gè)發(fā)現(xiàn)的瞬間，這次蘋果下落與以往無數(shù)次蘋果下落不同，因?yàn)樗鹆伺ｎD的注意。牛頓從蘋果落地這一理所當(dāng)然的現(xiàn)象中找到了蘋果下落的原因——引力的作用，這種來自地球的無形的力拉著蘋果下落，正像地球拉著月球，使月球圍繞地球運(yùn)動(dòng)一樣。牛頓去世后，他被當(dāng)作發(fā)現(xiàn)宇宙規(guī)律的英雄人物被賦予了傳奇色彩。

著名科學(xué)家法拉第曾說：沒有觀察，就沒有科學(xué)，科學(xué)發(fā)現(xiàn)誕生于仔細(xì)的觀察中?？茖W(xué)觀察是科學(xué)發(fā)現(xiàn)與科技創(chuàng)新的起點(diǎn)，可以從兩方面理解：

一方面，科學(xué)觀察是獲取第一手科學(xué)事實(shí)的重要手段，而科學(xué)事實(shí)是科學(xué)研究的基礎(chǔ)。通過觀察可以導(dǎo)致科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科技創(chuàng)新。新中國(guó)成立以來貢獻(xiàn)最大的農(nóng)學(xué)家、“雜交水稻之父”——袁隆平，在水稻品種試驗(yàn)田的細(xì)致觀察，在田野間觀察、統(tǒng)計(jì)、分析水稻株型，通過科學(xué)研究，揭示出水稻雜交的奧秘和規(guī)律。在他發(fā)表的論文中論述了水稻具有雄性不孕性，并預(yù)言：通過進(jìn)一步選育，可以從中獲得雄性不育系、保持系和恢復(fù)系，實(shí)現(xiàn)三系配套，可以使利用雜交水稻第一代優(yōu)勢(shì)成為可能，帶來大幅度、大面積增產(chǎn)。這就是袁隆平首創(chuàng)的“三系法”雜交水稻。

另一方面，通過科學(xué)觀察可以擴(kuò)大研究領(lǐng)域并為科學(xué)研究開辟新的道路。例如，現(xiàn)代人類學(xué)家古多爾運(yùn)用觀察方法對(duì)非洲黑猩猩進(jìn)行了將近10年時(shí)間的觀察，最后寫出了《人類的近親》《黑猩猩在召喚》等重要的科學(xué)著作，為古人類學(xué)的研究工作開辟了新的道路。通過科學(xué)觀察，能夠發(fā)現(xiàn)問題并提出問題，從抓住事物或現(xiàn)象的外部特征入手，可以對(duì)事物或現(xiàn)象作出初步的科學(xué)判斷。在科學(xué)觀察中，人們不僅要充分發(fā)揮眼睛和其他感覺器官的作用，而且要勤于動(dòng)腦，思考發(fā)揮思維能力作用。

二、科技實(shí)驗(yàn)是證實(shí)或否定科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科技創(chuàng)新的中間環(huán)節(jié)和必要手段

科學(xué)實(shí)驗(yàn)是指人們運(yùn)用科學(xué)儀器、設(shè)備，在人為控制或模擬自然過程的情況下獲取科學(xué)事實(shí)的活動(dòng)?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)既是一種感性認(rèn)識(shí)活動(dòng)，又是一種能充分體現(xiàn)人的主觀能動(dòng)性的、積極與主動(dòng)的實(shí)踐活動(dòng)。正像法國(guó)科學(xué)家居維葉所說：實(shí)驗(yàn)者是“質(zhì)問自然界，并且迫使自然界袒露她的奧秘”。1895年倫琴在對(duì)陰極射線的性質(zhì)研究中，他用黑色薄板把一個(gè)克魯斯管密封起來，在完全暗的室內(nèi)做實(shí)驗(yàn)。在接上高壓電流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中，他意外發(fā)現(xiàn)在放電管熒光屏上發(fā)生亮的光輝，一斷開電源，熒光就會(huì)立即消失。由于這個(gè)現(xiàn)象非常驚奇，于是他全神貫注地重復(fù)做實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)即使在距儀器2米處還有熒光出現(xiàn)。倫琴確信，這是一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，他確信發(fā)現(xiàn)一種過去未被人們所知的具有許多特性的新射線。

總之，科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)簡(jiǎn)化、純化、強(qiáng)化研究對(duì)象以發(fā)現(xiàn)新科學(xué)認(rèn)識(shí)的功能不可替代?？萍紝?shí)驗(yàn)是在科學(xué)技術(shù)研究過程對(duì)對(duì)象的本質(zhì)、規(guī)律進(jìn)行研究的必不可少的過程，是證實(shí)或否定科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科技創(chuàng)新的中間環(huán)節(jié)和必要手段。

三、科學(xué)理論是科學(xué)觀察和科技實(shí)驗(yàn)的最終歸屬和最后成果，是科學(xué)發(fā)現(xiàn)與科技創(chuàng)新的最終產(chǎn)物

例如，1821年英國(guó)物理學(xué)家法拉第在小磁針繞軸實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上，又引入了“場(chǎng)”和“力線”的概念，從而建立了電磁感應(yīng)定律。1846年法拉第在研究磁的實(shí)驗(yàn)中又創(chuàng)造性地提出“光的本性是電力線和磁力線的振動(dòng)”，這一觀點(diǎn)在后來被麥克斯韋發(fā)展成光的電磁說。法拉第被公認(rèn)為是19世紀(jì)最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。他的理論標(biāo)志著經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的轉(zhuǎn)折時(shí)期，預(yù)示了物理學(xué)新時(shí)代的來臨。

愛因斯坦認(rèn)為，科學(xué)理論形成的基本條件是“外部證實(shí)”和“內(nèi)部完備”，即一種科學(xué)理論要得到大量科學(xué)事實(shí)的支持并具有邏輯自洽性。因此，科學(xué)理論的提出必須經(jīng)歷從形象思維到邏輯思維、系統(tǒng)思維的辯證思維的發(fā)展歷程。

科學(xué)理論是在觀察與實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用理性的方法（比較、分析、綜合歸納與演繹、溯因與類比等方法）整理感性材料，從而形成與發(fā)展起來的。正如愛因斯坦所說：“理論物理學(xué)的完整體系是由概念、被認(rèn)為對(duì)這些概念是有效的基本定律以及用邏輯推理得到的結(jié)論這三者所構(gòu)成的?！彼且粋€(gè)有層次、有結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。從認(rèn)識(shí)成果邏輯關(guān)系來看，科學(xué)理論是以科學(xué)事實(shí)、科學(xué)概念和科學(xué)規(guī)律作為基礎(chǔ)和前提，在更高層次上綜合統(tǒng)一了的科學(xué)認(rèn)識(shí)成果。從而科學(xué)理論已變成當(dāng)代科學(xué)觀察和科技實(shí)驗(yàn)最終的科學(xué)認(rèn)識(shí)“產(chǎn)品”。

四、科學(xué)觀察、科技實(shí)驗(yàn)與科學(xué)理論之間的辯證關(guān)系

眾所周知，科學(xué)事實(shí)是科學(xué)研究的基礎(chǔ)，而科學(xué)觀察和科學(xué)實(shí)驗(yàn)又是獲取科學(xué)事實(shí)的兩個(gè)基本手段。近現(xiàn)代自然科學(xué)也稱為實(shí)驗(yàn)科學(xué)，主要是科學(xué)觀察和科學(xué)實(shí)驗(yàn)構(gòu)成近現(xiàn)代自然科學(xué)的基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)并且和科學(xué)與技術(shù)密切融合，科學(xué)觀察和科技實(shí)驗(yàn)已經(jīng)密不可分，你中有我、我中有你，這種合二為一的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得科學(xué)觀察和科技實(shí)驗(yàn)的地位不斷上升，在當(dāng)今全球化時(shí)代扮演著越來越重要的角色。

科學(xué)事實(shí)是科學(xué)理論提出的起點(diǎn)和基礎(chǔ)，而科學(xué)理論是科學(xué)觀察的成果和科技實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)體現(xiàn)。事實(shí)上，科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、科學(xué)理論的創(chuàng)建，無不是從科學(xué)事實(shí)入手進(jìn)行分析的。牛頓的經(jīng)典力學(xué)理論，麥克斯韋的電磁統(tǒng)一理論，愛因斯坦的相對(duì)論理論等，整個(gè)近現(xiàn)代科學(xué)理論的發(fā)展無不如此。就像列寧所說，認(rèn)識(shí)是思維對(duì)客體的永遠(yuǎn)的、沒有止境的接近。自然界在人類的大腦中的反映，不是“僵化的、靜止的、無矛盾的，而是處在矛盾不斷產(chǎn)生和解決的永恒運(yùn)動(dòng)過程中。

丁肇中認(rèn)為：“所有的自然科學(xué)都是實(shí)驗(yàn)科學(xué)”，“事實(shí)上，自然科學(xué)理論不能離開實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。特別是物理學(xué)，它是從實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的。”②縱觀科學(xué)史，科技實(shí)驗(yàn)成果是鋪就科學(xué)發(fā)展大道的碎石，是科學(xué)家構(gòu)建科學(xué)理論大廈的“物質(zhì)”材料，也是我們邁向大科技時(shí)代的奠基石，它還是檢驗(yàn)假說、理論的唯一可靠的客觀途徑，離開了科技實(shí)驗(yàn)，科學(xué)便成了“水中月，鏡中花”，猶如“空中樓閣”。

“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，對(duì)于自然科學(xué)理論其檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是生產(chǎn)過程中的實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐。近現(xiàn)代交叉科學(xué)的迅速發(fā)展和科學(xué)的綜合，已超前于社會(huì)生產(chǎn)，這使得科技實(shí)驗(yàn)已成為檢驗(yàn)科學(xué)理論的主要標(biāo)準(zhǔn)?？茖W(xué)史上有很多這樣的例子。比如從哥白尼、開普勒到牛頓，已經(jīng)完成了經(jīng)典的天體力學(xué)理論體系。但是，只有在1845年勒維烈和亞當(dāng)斯等，通過計(jì)算預(yù)測(cè)到在天王星外還有一個(gè)新行星的存在，并在1846年由加勒根據(jù)預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)了海王星之后，萬有引力定律和哥白尼的太陽系學(xué)說，才得到更確切的證實(shí)。

綜上所述，科學(xué)觀察、科技實(shí)驗(yàn)與科學(xué)理論這三者相互聯(lián)系、密不可分?？茖W(xué)觀察是科技實(shí)驗(yàn)和科學(xué)理論的起點(diǎn)，科技實(shí)驗(yàn)是證實(shí)或否定科學(xué)理論必不可少的中間環(huán)節(jié)?？茖W(xué)理論是科學(xué)觀察和科技實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)者、最終成果和最終產(chǎn)物、最終體現(xiàn)。三者你中有我、我中有你，是一個(gè)密不可分的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

引文注釋

①許良英，李寶恒，趙中立.愛因斯坦文集［M］.北京：商務(wù)印書館，2009.

②顧邁南.丁肇中［M］.北京：新華出版社，2002：77.

（作者單位：成都理工大學(xué)文法學(xué)院）

10.16653/j.cnki.32-1034/f.2016.14.046