黃挺龍

科學觀察、實驗與科學理論及其辯證關(guān)系

黃挺龍

本文從列舉科學發(fā)現(xiàn)的事例入手，闡明了科學觀察是科學發(fā)現(xiàn)與科技創(chuàng)新的起點，科技實驗是證實或否定科學發(fā)現(xiàn)和科技創(chuàng)新的中間環(huán)節(jié)與必要手段，科學理論不僅是科學觀察和科技實驗的最終歸屬與最后成果，而且是科學發(fā)現(xiàn)與科技創(chuàng)新的最終產(chǎn)物。作者從這幾個層面系統(tǒng)也分析論證了科學觀察、科技實驗與科學理論的辯證關(guān)系，并由此引出若干具有啟發(fā)與借鑒意義的結(jié)論，這對實現(xiàn)科教興國和科學進步的目標具有重大的現(xiàn)實意義。

科學觀察；科技實驗；科學理論；辯證關(guān)系

眾所周知，在經(jīng)濟全球化時代，科技創(chuàng)新能力已成為提升國家綜合實力最重要的因素之一。當一個國家具有較強的科技創(chuàng)新能力時，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)造激活國家經(jīng)濟發(fā)展的新產(chǎn)業(yè)，就能擁有重要的自主知識產(chǎn)權(quán)，并引領(lǐng)全社會的全面發(fā)展。其中，科學發(fā)現(xiàn)是科技創(chuàng)新的理論前提，是推動人類社會發(fā)展和進步的強大動力?？茖W發(fā)現(xiàn)是指在自然科學研究中，找到前人尚未知曉的、對于促進科學發(fā)展有重要作用的客觀存在?？茖W發(fā)現(xiàn)具有兩大基本特點：一是前人尚未知曉；二是它對于促進科學發(fā)展有重要作用，這兩者是科學發(fā)現(xiàn)的重要條件，缺一不可。

科技創(chuàng)新則不同于科學發(fā)現(xiàn)，它是原創(chuàng)性科學觀念和技術(shù)創(chuàng)新的總稱，包括創(chuàng)造和應用新知識與新技術(shù)、新工藝，采用新的生產(chǎn)方式和經(jīng)營管理模式，進而開發(fā)新產(chǎn)品，提高產(chǎn)品質(zhì)量，為廣大民眾提供新服務等豐富內(nèi)涵?？茖W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)展和進步而越來越密切，勢必形成你中有我、我中有你、合二為一的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而為科學理論大發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)?？傊?，科學觀察、科技實驗與科學理論是科學發(fā)現(xiàn)與科技創(chuàng)新的三大要素。

一、科學觀察是科學發(fā)現(xiàn)與科技創(chuàng)新的起點

科學觀察是人們在科學認識中用自己的器官或借助儀器對客觀事物進行的一種有目的、有計劃的感知活動。觀察是一種感性認識活動，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)驗知識。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動的原因。這時，一只蘋果恰巧落下來，它落在牛頓的腳邊。這是一個發(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，因為它引起了牛頓的注意。牛頓從蘋果落地這一理所當然的現(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，使月球圍繞地球運動一樣。牛頓去世后，他被當作發(fā)現(xiàn)宇宙規(guī)律的英雄人物被賦予了傳奇色彩。

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

一方面，科學觀察是獲取第一手科學事實的重要手段，而科學事實是科學研究的基礎(chǔ)。通過觀察可以導致科學發(fā)現(xiàn)和科技創(chuàng)新。新中國成立以來貢獻最大的農(nóng)學家、“雜交水稻之父”——袁隆平，在水稻品種試驗田的細致觀察，在田野間觀察、統(tǒng)計、分析水稻株型，通過科學研究，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，并預言：通過進一步選育，可以從中獲得雄性不育系、保持系和恢復系，實現(xiàn)三系配套，可以使利用雜交水稻第一代優(yōu)勢成為可能，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，通過科學觀察可以擴大研究領(lǐng)域并為科學研究開辟新的道路。例如，現(xiàn)代人類學家古多爾運用觀察方法對非洲黑猩猩進行了將近10年時間的觀察，最后寫出了《人類的近親》《黑猩猩在召喚》等重要的科學著作，為古人類學的研究工作開辟了新的道路。通過科學觀察，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，可以對事物或現(xiàn)象作出初步的科學判斷。在科學觀察中，人們不僅要充分發(fā)揮眼睛和其他感覺器官的作用，而且要勤于動腦，思考發(fā)揮思維能力作用。

二、科技實驗是證實或否定科學發(fā)現(xiàn)和科技創(chuàng)新的中間環(huán)節(jié)和必要手段

科學實驗是指人們運用科學儀器、設(shè)備，在人為控制或模擬自然過程的情況下獲取科學事實的活動?？茖W實驗既是一種感性認識活動，又是一種能充分體現(xiàn)人的主觀能動性的、積極與主動的實踐活動。正像法國科學家居維葉所說：實驗者是“質(zhì)問自然界，并且迫使自然界袒露她的奧秘”。1895年倫琴在對陰極射線的性質(zhì)研究中，他用黑色薄板把一個克魯斯管密封起來，在完全暗的室內(nèi)做實驗。在接上高壓電流進行實驗中，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，熒光就會立即消失。由于這個現(xiàn)象非常驚奇，于是他全神貫注地重復做實驗，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，這是一個新的發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過反復實驗，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，科學實驗對簡化、純化、強化研究對象以發(fā)現(xiàn)新科學認識的功能不可替代?？萍紝嶒炇窃诳茖W技術(shù)研究過程對對象的本質(zhì)、規(guī)律進行研究的必不可少的過程，是證實或否定科學發(fā)現(xiàn)和科技創(chuàng)新的中間環(huán)節(jié)和必要手段。

三、科學理論是科學觀察和科技實驗的最終歸屬和最后成果，是科學發(fā)現(xiàn)與科技創(chuàng)新的最終產(chǎn)物

例如，1821年英國物理學家法拉第在小磁針繞軸實驗中發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上，又引入了“場”和“力線”的概念，從而建立了電磁感應定律。1846年法拉第在研究磁的實驗中又創(chuàng)造性地提出“光的本性是電力線和磁力線的振動”，這一觀點在后來被麥克斯韋發(fā)展成光的電磁說。法拉第被公認為是19世紀最偉大的實驗物理學家。他的理論標志著經(jīng)典物理學發(fā)展進入一個新的轉(zhuǎn)折時期，預示了物理學新時代的來臨。

愛因斯坦認為，科學理論形成的基本條件是“外部證實”和“內(nèi)部完備”，即一種科學理論要得到大量科學事實的支持并具有邏輯自洽性。因此，科學理論的提出必須經(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。

科學理論是在觀察與實驗的基礎(chǔ)上，運用理性的方法（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：“理論物理學的完整體系是由概念、被認為對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€有層次、有結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。從認識成果邏輯關(guān)系來看，科學理論是以科學事實、科學概念和科學規(guī)律作為基礎(chǔ)和前提，在更高層次上綜合統(tǒng)一了的科學認識成果。從而科學理論已變成當代科學觀察和科技實驗最終的科學認識“產(chǎn)品”。

四、科學觀察、科技實驗與科學理論之間的辯證關(guān)系

眾所周知，科學事實是科學研究的基礎(chǔ)，而科學觀察和科學實驗又是獲取科學事實的兩個基本手段。近現(xiàn)代自然科學也稱為實驗科學，主要是科學觀察和科學實驗構(gòu)成近現(xiàn)代自然科學的基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的快速發(fā)展，科學發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)并且和科學與技術(shù)密切融合，科學觀察和科技實驗已經(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)，使得科學觀察和科技實驗的地位不斷上升，在當今全球化時代扮演著越來越重要的角色。

科學事實是科學理論提出的起點和基礎(chǔ)，而科學理論是科學觀察的成果和科技實驗的系統(tǒng)體現(xiàn)。事實上，科學規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、科學理論的創(chuàng)建，無不是從科學事實入手進行分析的。牛頓的經(jīng)典力學理論，麥克斯韋的電磁統(tǒng)一理論，愛因斯坦的相對論理論等，整個近現(xiàn)代科學理論的發(fā)展無不如此。就像列寧所說，認識是思維對客體的永遠的、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)生和解決的永恒運動過程中。

丁肇中認為：“所有的自然科學都是實驗科學”，“事實上，自然科學理論不能離開實驗的基礎(chǔ)。特別是物理學，它是從實驗產(chǎn)生的?！雹诳v觀科學史，科技實驗成果是鋪就科學發(fā)展大道的碎石，是科學家構(gòu)建科學理論大廈的“物質(zhì)”材料，也是我們邁向大科技時代的奠基石，它還是檢驗假說、理論的唯一可靠的客觀途徑，離開了科技實驗，科學便成了“水中月，鏡中花”，猶如“空中樓閣”。

“實踐是檢驗真理的唯一標準”，對于自然科學理論其檢驗標準是生產(chǎn)過程中的實踐和科學實驗的實踐。近現(xiàn)代交叉科學的迅速發(fā)展和科學的綜合，已超前于社會生產(chǎn)，這使得科技實驗已成為檢驗科學理論的主要標準?？茖W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)典的天體力學理論體系。但是，只有在1845年勒維烈和亞當斯等，通過計算預測到在天王星外還有一個新行星的存在，并在1846年由加勒根據(jù)預測發(fā)現(xiàn)了海王星之后，萬有引力定律和哥白尼的太陽系學說，才得到更確切的證實。

綜上所述，科學觀察、科技實驗與科學理論這三者相互聯(lián)系、密不可分?？茖W觀察是科技實驗和科學理論的起點，科技實驗是證實或否定科學理論必不可少的中間環(huán)節(jié)。科學理論是科學觀察和科技實驗的指導者、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：成都理工大學文法學院）

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