陈方正:为甚么现代科学出现於西方?

  一 引 论

  何以在近代中国科学落后於西方?这一问题自本世纪初以来,就已经引起广泛注意。从50年代开始,李约瑟陆续出版《中国科技史》,其后并直接介入有关讨论,可说是大家对它兴趣始终不衰的一个原因。但最主要的原因,恐怕还是出於对中国如何能在科学和其他方面赶上西方的思考吧。

  我们在这里要讨论的,是“何以现代科学出现於西方?”我们认为,这不但和上述问题密切相关,而且两者不可分割。换而言之,以中国为中心来讨论其科学落后的原因是不足够的;只有先彻底了解西方科学发展历程,然后将之与中国作比较,才可能对问题有深入了解。作为一个粗浅的初步尝试,本文有两个目标:为西方科学的整体发展勾划一个轮廓,以及提出一些看法,希望藉此引起大家对这比较工作的重视。

  当然,西方科学发展史是一个非常阔广的领域,不但已经有大量学者做过许多专门研究;同时,对科学发展的模式和原因,也曾有多种观点和激烈争论。例如:现代科学之出现到底是突变抑或渐进;文艺复兴对它有何影响;手工艺作坊和神秘性研究例如占星学、炼丹术、数占术等等又是否对它有重要影响,都曾经成为论争点。在这里我们不可能讨论这众多纷纭的意见,而只能简单陈述我们的基本假设和态度,以作为本文开端。

  首先, 经过杜岩(Pierre Duhem)、哈斯坚(Charles H.Haskins)以及过去四十年间许多继起者的努力,欧洲中古下半段(约十一至十五世纪)对西方科学乃至文化发展的重要性已不容置疑。因此十七世纪现代科学的根源最少要移到文艺复兴之前三百年,后者即使对它有影响,也只不过是众多因素之一;它无论是渐进抑或“革命”,都是有大量相关发展作为先导的。其次,我们不否定社会、经济因素以及占星、炼丹之类活动可能对它有间接影响,但认为科学的内在发展仍然最重要。也就是说,科学发展有相当的自足性和独立性——最少到十七世纪仍然是如此。当然,必须承认,某些组织,例如大学、教会和学会,以及钟表和透镜等技术发展,的确对科学发展有直接和强大影响。

  最后,在科学这一十分阔广的领域之内,我们要采取一个“正统”态度,即认定现代科学的关键是经典力学和天文学、数学等所谓“精确科学”,并且认为可以从后者的发展来看现代科学的出现。这有两个理由。首先,在时序上十七世纪出现的经典力学是现代科学的先锋和突破点:如所周知,现代化学和现代生物学要分别到十八和十九世纪才出现。其次,现代科学是具有完整(但并非完全紧密或不可变易)内在结构的体系,而经典力学(和本世纪出现的量子力学)则是它的基础——这就是何以光学、磁学、气体研究、博物学等等的发展虽然都较早,但却都不能成为现代科学起点的原因。

  二 在巨人的肩膀上

  西方科学的成长,是极其漫长和复杂的过程,因此,要了解它就必须看整体,不能割裂。这样做自不免粗枝大叶,但却可避开以偏概全的陷阱。以下我们就分别从中古—近代以及古代这两个时期来综述西方科学的发展。

  甲 牛顿的传承

  经典力学以《自然哲学的数学原理》(1687)为标志。然而,这一钜著并非凭空创造出来,牛顿最少承受了三方面的科学传统:他的运动三定律是根源於伽利略在《两种新科学》(1638)中有关惯性、下坠体、等加速运动、地动等问题的实验研究与论述;万有引力定律是根源於伽利略之能打破“天体运动法则与地上动态现象有基本差异” 这一思想的框限,它的严格证验则有赖刻卜勒在1609-1619年间发表的行星运动三定律;至於他的数学发现(主要是微积分学)则渊源更广:创立解析几何学的笛卡尔,以渐近观念来研究曲线斜率的费马(P.Fermat),以及首先提出积分观念和方法的卡华里亚利(B.Cavalieri) 就都对他有直接影响。就上一辈科学家而言,刻卜勒之所以能够发现行星轨道是椭圆而非圆形,是由於得到了第谷(Tycho Brahe) 的精密天文观测数据;而首倡“日心说”的哥白尼则是他们二人和伽利略的前驱。在数学方面,也不难看到,笛卡尔等人之能够结合几何图形与计算方法并非偶然,而是十六世纪前期卡丹(J.Cardan)、泰德利亚(N. Tartaglia)、费拉里(L. Ferrari)等意大利学者推动代数学发展的结果。

  哥白尼、卡丹、费拉里都是文艺复兴时代的人。中国知识份子似乎有一种印象,认为西方现代科学起源於文艺复兴期间的突飞猛进,在此之前其程度则和中国相同,甚至还有所不及。李约瑟提出中国科学进展缓慢但连续,西方则是跳跃、不连续的,其超过中国只在近代,可以说是这种看法的开端。其实,自十二世纪开始,欧洲科学已经迅速从所谓黑暗时期恢复过来。这个被称为“早期文艺复兴”(约1100-1350)的发展虽然在1350-1450年间因黑死病侵袭而暂趋沉寂,但其实对十五世纪的科学非常之重要,可以说是后者的基础。

  一个明显的例子就是伽利略的运动学研究。这可以上溯到牛津大学默顿学院(Merton College) 里面以布拉华丁(T.Bradwardine)为首的一批数学家以及巴黎大学的柯勒斯姆(N.Oresme) 等在十四世纪中叶(约1325-1360)的工作。他们当时已经开始利用图解来描绘函数和推断其相关性质,并且证明了“默顿法则”:等加速运动所行经的距离等於以其平均速度作等速运动所行经的距离。此外,十四世纪初的布理丹(J.Buridan)提出了作为动因的“冲量”(impetus)观念,布拉华丁则试图以数学形式将力、抗阻和速度三者联结,形成与亚里斯多德学说不同的新“动力法则”。这些工作的影响一直延续到十六、十七世纪。

  伽利略另一重要贡献是首次用可控实验(而不单单是观测)求得了量化的物理规律。这一新发展是前所未有的,它的渊源比较复杂。我们仅能大致推测,大约从十二世纪开始,由於军事、生产、贸易和航行的实际需要,欧洲对基於反覆尝试和研究,即用实验方法进行的各种技术改进发生了热烈兴趣。例如,柏尔格利纳斯(P.Peregrinus)的《磁论》(1269)包含了对磁极、磁针、磁力和地磁的仔细实验研究;在同一世纪,透镜(作为眼镜用)的制造及其性质的研究已经开始。更重要的是,发石机和大炮的制造、改进,对力学研究是一大刺激。我们现在知道, 伽利略的动力学实验主要是在帕都亚(Padua)大学完成,而把他请去帕都亚的,则是威尼斯城邦的弹道学专家季道波道(Guidobaldo del Monte)子爵。因此,从技术改良生出的实验精神与科学研究相结合,从而形成新科学方法,那是极有可能的。在力学上首先完成这个整合的,正是伽利略。

  至於数学方面,十二至十四世纪也是一个极之重要的时期。布拉华丁和柯勒姆斯的工作对解析几何的出现可能有,但不一定有直接影响。但毫无疑问,代数学在欧洲的萌芽以九世纪阿剌伯学者柯Oq列兹米(al-Khowarizmi)的《代数学》在1145年译成拉丁文,以及意大利学者费邦那奇(Fibonacci,原名Leonardo ofPisa) 在1202年出版代数和计算法论著《算盘书》(Liber abaci)为开端。除了代数之外,同样重要的是古代希腊几何学的重现,那和哥白尼的天文学一样,都渊源於十二世纪的一个翻译运动,而那也就是早期文艺复兴的起点。

  所以, 牛顿继承了一个最少有五百年历史的强大科学传统(图1)。他说自己是“站在巨人的肩膀上,所以望得更远”,那是非常之确切的。

  乙 哥白尼的传承

  我们往往以“日心说”来概括哥白尼的科学贡献。其实,他的工作远远超过提出一种假说。他的《天体运行论》(1543)是从新思想出发,经过庞大繁复计算,建立一个新的数理天文学体系。然而这个体系的结构和方法却不新,而是以托勒密的《大汇编》为范本的。所以要明白哥白尼,不能不涉及《大汇编》;而要充分明白后者,又必须从欧洲古代典籍的失传和重现谈起。

  在大约第五世纪欧洲由於蛮族入侵而沦入黑暗时代;其后东罗马帝国的查士丁尼大帝於529年因宗教原因关闭柏拉图在雅典创办的“学园”(Academy),许多希腊学者因此带了典籍逃到叙利亚和波斯。那里由於亚历山大大帝在公元前四世纪的东征,早已经“希腊化”了,因此得以容新移殖的希腊高等文化蚕根;后来东罗马帝国的聂斯脱利教派(Nestorians)也被迫东移波斯,希腊文化力量遂越发壮大。伊斯兰教兴起后,从沙漠出来的阿剌伯人迅速征服中东、整个地中海南岸、西西里岛和西班牙大部分;也是为了宗教,他们焚毁了亚历山大里亚的图书馆,希腊古代典籍因而大半在欧洲失传。然而,他们本身并没有高等文化,所以很快就对遗留在中东的希腊文明发生浓厚兴趣。从第九世纪开始,巴格达的教士更以惊人热诚大量翻译和研究希腊典籍,从而保存了欧洲古代文化,并且也发展了自己的哲学、数学、天文学。

  经过了五、六百年黑暗时期之后,欧洲文明的重生大约在十一世纪中叶开始。这可以说是欧洲在多方面振奋起来,扩展势力的一个转捩点。在政治上,这表现於教会与世俗君主激烈抗争;诺曼人相继征服英国、西班牙北部和西西里三地;以及十字军东征。在社会上,这表现於商业和长途贸易迅速增长,城市大量涌现。在文化上,这表现於古代法学研究和学术翻译运动兴起,大学创立,以及哥德式教堂建筑出现。西欧的军事和贸易扩张使得许多伊斯兰地区,特别是西班牙的多勒多(Toledo) 以及西西里的巴勒摩(Palermo),连同其图书、学者落入其控制,又大大增加了它与拜占庭帝国以及伊斯兰世界的文化交流。所谓“翻译运动”便是将在欧洲已经失传,但仍然保留在后两个地区的大量古代希腊著作,以及在伊斯兰传统之下产生的新学术著作(主要是科学和哲学),从希腊文、阿剌伯文或者叙利亚文翻译成西欧通行的拉丁文。

  具体地说, 翻译运动是从十二世纪初期英国的阿德拉(Adelard of Bath)开始的。他一共留下了14部从阿剌伯文翻译出来的天文和数学著作,其中最重要的是欧几里德的《几何原本》(1142)。随著亚德拉,翻译古代哲理典籍迅速成为强大潮流, 而对运动贡献最大的, 则无疑是意大利的吉拉德 (Gerard ofCremona) 。他从大约二十岁开始就到多勒多住下,并学会阿剌伯文,然后花了三、四十年功夫(约1140-87)译出七、八十种天文学、数学、哲学和医学典籍,其中包括《几何原本》、《代数学》、《大汇编》以及亚里斯多德的《物理学》和《论天》等等。这大量古籍的翻译和研习,奠定了欧洲中古的学术体系,教堂和修道院学校亦因此在十二至十三世纪之间发展成新的高等教育和研究机构:巴黎、牛津和其他许多大学就是在这情况下相继出现的。从希腊文明到西欧文明这历时1,500年的曲折传递过程大体上可以从图2看出别概来。

  在重现於欧洲的典籍中最具震撼性的,无疑就是《大汇编》。它今日的英译本正文共六百余页, 近四十万字,包括近200个图解,60页数表,以及50页恒星位置和亮度表。它从基本假设和原理出发,利用几何学和球面三角学来详细计算日、月和五大行星的运行,亦即其经纬度的时间函数,然后将之与历史纪录或实测数据比较。这是个庞大、精巧、高度整合的系统,充满了方程式和紧凑的推理,在模式和精神上已经有近代数理科学专著的味道了。  这部钜著的作者托勒密(Ptolemy)是公元100-165年间一位博学的天文学和数学家,他整理当时已积聚数百年的数理天文学成绩以及自己的研究结果,   编成了   《数学汇编》(Mathematical Syntaxis)。829-830年间,它首先在巴格达从叙利亚译本翻成阿剌伯文,称为Kitab al-mijisti,《大汇编》(Almagest)之名即由之演变而来。

  在十二至十五世纪之间, 它曾先后有过3个拉丁文译本,并且激发了多种相关天文学著作,其中最有名的是十三世纪的佚名作品《行星理论》以及波也巴赫(G.Peuerbach) 的 《新行星理论》 (1454) 。 后者就是哥白尼在克拉考(Cracow) 大学受业於阿尔拔(Albert of Brudzewo) 时所用的课本。哥白尼“日心说”的基本观念最早是在1500年的手稿本《短论》中提出来的,但其中并无严谨计算。其后他经过三十年努力,并且深深受到波也巴赫和其学生拉哲蒙坦那(Johannes Regiomontanus)合编的《大汇编提要》(1496出版)以及1515年初次印行的《大汇编》 拉丁文全译本的方法和规模影响,才在1529-1532年间将原来的观念扩充为一部严谨的数理天文著作,这就是《天体运行论》。其实哥白尼的革命性地动思想,也并非完全是创见。根据《短论》自述,其源头可以追溯到希腊古代天文学理论;而他有关地球运动的天文数理模型,似乎也受到十四世纪伊斯兰天文学家阿沙蒂尔(ibn al-Shatir) 的启发。因此,哥白尼本人也是站在巨人肩膀上的:他的学术渊源不但上溯托勒密,并且牵涉伊斯兰和古希腊天文学传统(图3)。

  丙 传承与革命

  到底《天体运行论》和《大汇编》有甚么不同呢?《大汇编》承受了两个希腊天文学的基本假定:第一,地是球体,球心就是宇宙的固定中心,日、月、行星和恒星等天体都围绕它旋转;第二,天体基本上以固定角速度循圆形轨道(因为这是最完美的形状)运转,就算表面上并不如此,轨道也必然是由不同层次的圆(即本轮) 组合而成(图4)。整部《大汇编》的目标,就是为每一颗天体确定所有的本轮(即其半径和转速),以使其推算的运行能与观测相符。

  哥白尼在《天体运行论》之中,以日取代了地球作为宇宙的固定中心,也就是改变了第一个基本假定。由於这较接近事实(但也并非完全正确),所以简化了整个系统,使得所有行星轨道的大小都自然地固定下来,而不再需要随意选择;更重要的, 则是为行星运动的特殊现象, 即外行星有留驻(station) 和逆行(retrograde)而内行星没有,找到了自然和合理解释。另一方面,他却仍然牢守第二个假定,即本轮系统:这一直要到将近百年之后才由刻卜勒推翻。所以单单就计算的繁简或者与观测的吻合程度这些技术问题来看,哥白尼比之托勒密并无进步。他真正的贡献,是把天文学的目标从单纯“迁就”数据,转变为“合理地”,也就是更全面和自然地,解释现象。

  当然,到了牛顿的时代,整个希腊天文学的精神,即是从美妙而自明的基本假设出发,然后通过数学来预测或解释现象,也连带被抛弃了。科学的新目标是要找到一个能同时解释各种现象的基本理论,它不应当单为迁就个别现象而作枝节假设,也不能忽视任何由基本理论得出来的后果。这个改变自然是巨大,可以称之为革命性的。然而,也不可以忘记,像在所有革命中一样,有些非常之基本的因子还是保留下来了:即科学是从某些假设或理论出发,通过精密计算和严格推理,然后得到可以和观测比较的结果。从希腊古代天文学开始的这一智性活动的基本模式并没有改变;改变了的,只是对一个完善理论提出更高、更深刻的要求而已。因此,从托勒密到哥白尼,再到牛顿,既可说是革命亦可说是进步。在科学发展中这二者其实是难以清楚分割的。

  三 古代科学文明

  《大汇编》是西方古代科学传统的结晶,但这个传统到底是怎么一回事呢?要了解这个传统,必须先注意两点:第一,它的源头不是希腊,而是埃及和巴比伦,其高峰不在雅典,而在亚历山大里亚。第二,它起源极早,是在四千年之前。因此,这古代传统是极之悠久和丰富的,我们在这里,只能够就其发展脉络,稍为论述而已。

  甲 远古文明的传统

  追溯西方科学的源头,有一点是意想不到的,即是证据相当充分和准确。例如埃及留下了多项写在纸草纸上的原始数学文献,  其中最早的是莫斯科手卷(Moscow papyrus) 和林德手卷(Rhind papyrus) , 年代分别是1890B.C.和1650B.C., 相当於夏商之交的二里头文化时期。这两个手卷各长6米,上面纪录了数十至上百道例题,包括四则、分数、比例、简单几何形体的面积和体积计算等等。 令人惊讶的是,手卷所用的圆周率相当值是3 1/6,已准到0.8%;它提出了斜率观念,和“圆面积与周界之比等於其内接正方形面积与周界之比”那样抽象的规律,又正确给出了截锥体(frustum)相当复杂的体积公式。

  至於巴比伦数学史料就更丰富了, 它主要是汉谟拉比皇朝时期 (约1800-1600B.C.)遗留下来的数千块陶泥版,包括数表和算题两部分。巴比伦的六十进制往往被目为愚笨的标志,但其实他们已经发展出先进的位置记数(包括小数)法和相关四则和开方运算程序。在这基础上他们展示的运算能力和发展程度十分惊人,下面是几个比较凸出的例子:通过高效率的反覆代入开平方法,得到(误差)和(误差1%);高度发展的代数系统,包括多元一次和一元二次方程通解;利用数表和内插值法解三次以及超越方程;对毕氏定理及其他几何定理的了解;所用圆周率相当值是3 1/8, 准到0.5%。 在天文学方面巴比伦也在远古(1600-1800B.C.)就遗留了有关月球和金星出没以及新月出现的详细记载;其后自700B.C.开始有关日、 月和行星的纪录和研究大量增加,在300B.C.至公元前后更达到极之精密和准确的程度。巴比伦天文学所用的方法以代数为主,几乎可以说纯粹是利用多项式内插法来推测天体现象。

  埃及和巴比伦都是农业文明发源地,都有大规模建造工程和宗教祭祀仪式,所以为了实际需要而发展出先进测量和计算技术,并注意到高深数学和天文方法,那是很自然的。值得注意的是,这两个文明中的数学虽然很早就发展到相当高水平,其后却没有继续进步,似乎碰到了不能逾越的内在限制。

  乙 精确科学的萌芽

  从目前的证据看来,古代科学从实用技术转变为学术探讨,从运作程式上升到严格论证和推理,大约是公元前六世纪末在希腊开始的。当时在小亚细亚西岸的希腊殖民地先后出现了泰勒斯(Thales)和毕达哥拉斯(Pythagoras)两位学者, 由於他们所开的风气, 特别是组织严密的毕达哥拉斯学派的发展,在其后200年间(600-400B.C.)希腊科学以惊人速度朝追求理论性和精确的方向发展。例如几何学的严格推理方法,所谓几何三大难题的讨论,正方形对角线与一边之比为无理数的证明等发现;乃至地为圆球,月光是阳光的反射,日月蚀是由於阳光受阻形成,天体轨道是圆形等观念的发现,都在这时期出现。除此之外,像德谟克列达斯(Democritus)、巴门尼底斯(Parmenides)和齐诺(Zeno)等对世界本质和变化的探究,也是同一时期的事。泰勒斯和毕达哥拉斯都曾到埃及和巴比伦长期游历,并且在神庙中向祭司问学,所以,毫无疑问,他们与这两个古老文明都有密切学术渊源。然而,他们的抽象思维和严谨推理方法却是原创而毫无先例的。这其间的变化到底如何发生,至今还是一个谜。

  由於毕达哥拉斯学派的影响,思想深刻敏锐的贵族青年柏拉图对数学产生巨大热情, 并於387B.C.在雅典城外创办学园,把当时第一流的学者吸引到雅典。他将世界划分为理型与现象的哲学,也成为一种科学理念与方法,即在纷扰的万象背后有简明永恒的自然法则存在。这一哲学以及学园门上“不识几何学者不得入此门”的格言,成为整个希腊乃至西方文化发展的决定性因素。学园最出色的两位学生,一是首先解决无理数比值问题和利用本轮系统描述天体运行的尤多索斯(Eudoxus) ;更著名的则是亚里斯多德:如所周知,他是注重现象本身的哲学家和百科全书式的实证科学家。在今日看来,他在科学上的影响似乎以错误观念为主,而且,由於其权威性,成了中古思想发展最大的桎梏。然而,他与柏拉图的贡献是互补的,没有他的实验精神以及对地上现象,特别是对运动的研究,近代西方科学的起点可能就大不一样了。

  丙 辉煌的顶峰时期

  公元前四世纪是雅典的黄金时代;从第三世纪开始,希腊文化的中心南移到埃及的亚历山大里亚,而经过前此三百年孕育的希腊科学,也在其后二百年间达到辉煌的顶峰。亚历山大里亚之崛起,除了亚里斯多德的学生亚历山大大帝的影响之外,更直接的原因则是雅典在政治上的衰落,以及埃及托勒密皇朝同样醉心学术文化,因而建立由皇室支持的学宫(Museum)。它发挥了和雅典学园同样的作用, 只是更为持久。 我们现在想到的古代最卓越的科学家, 几乎都和早期(300-100B.C.) 学宫有密切关系,而且都有大量著作流传,充分显示他们思想的缜密以及成绩之惊人。他们包括《几何原本》和《光学》的作者欧几里德;留下了有关浮体、重心、圆、螺线、球体(包括球体积公式的严格证明)、圆柱体、圆锥体、椭圆体、抛物线面积等十几部著作的亚基米德;以其精深的七卷本《圆锥曲线》著名的亚波隆尼亚斯(Appolonius);以简单观测和几乎无懈可击的推理来论证和撰写《日月的大小与距离》 的亚里斯它喀斯(Aristarchus);以实测方法准确推断地球周界(误差只是2%)的伊拉托斯尼斯(Eratosthenes);首先有系统地计算三角函数、 编制星表、发现地轴旋进(precession)周期为2,600年,并且相当准确地求得月距和地球半径比例(误差13%)的天文学家赫巴喀斯(Hipparchus);自然,还有公元第二世纪的集大成者托勒密;除了《大汇编》之外,他还留下了《光学》、《地理学》以及占星学著作《四部书》。

  亚历山大里亚科学在公元第一世纪之后渐渐失去原创动力,这一般被归咎於罗马帝国强大实用主义性格的不利影响;但另一个原因可能是经过四百年的发展,它的学风已经定型,而传统成绩之辉煌亦适足以窒碍新思想、新方法出现。无论如何,从第三世纪开始,罗马世界本身也在变化,西方古代科学长达两千年的发展,至此步入结束阶段,等待十二世纪的重生。

  四 科学文明兴起的讨论

  回顾西方科学在过去近四千年的发展,有一点非常之清楚:那就是它的过程和背景极为复杂,绝对不是凭简单观察就可以解释的。在今日,科学对社会的重要性和影响绝不下於资本主义或民主政治;然而,大家知道后两者需要详细研究,却往往认为科学的发展或停滞可以归之於几个简单因素,那岂不是十分矛盾吗?这也许是由於科学性质特殊,而且只是在过去二百年间才对社会发生重大影响,所以它的发展还未曾受知识份子重视吧?

  无论如何,正如开头已说明,本文并非要提出一套科学发展理论,而只是要为它勾勒一个轮廓,并作几点观察,以作为进一步研究的起点而已。

  甲 悠久的历史

  纵观西方精确科学的发展,我们首先会感到震惊的,就是它之悠久。我们最早的数书《九章算术》时期不会超过汉代,它比埃及、巴比伦的数学文献晚了1,500年左右, 而在发展程度上只不过是大体相若而已:《九章算术》所用的圆周率仍然是极粗略的3, 而高次方程的解还未出现。中国古代文献中有关天文的零碎片段,例如甲骨文中所出现的星座名称,最早不过是晚商,即1400B.C.以后;而具有实测数据的最早著作如《周髀算经》则是西汉成书的,那比诸巴比伦的泥版记录也同样晚了1,500年。

  当然, 中国可能有些早期科学典籍失传, 例如战国时期的《石申天文》和《天文星占》就往往被提到,因此上述差距只是粗略估计。但它的误差不可能太大,因为第一,最近国内的大量出土文献并没有这方面的重要新发现;况且,焚书以社会和政治论述为主,科学所受影响应当较少。其次,在现存典籍中,并没有散佚科学传统的痕迹:除了像《墨子》那些片段之外,我们找不到许多古代有关科学或者科学家的记载。 这比之於希腊早期(650-450B.C.)发展虽然缺乏原始文献,但却有后代详细记载描述,是全然不同的。

  这1,500年的起点差距是中国和西方科学发展第一个大差异。为甚么会有这差异?答案也许在於,目前已知的最早中国文字是大约1400B.C.以后出现的甲骨文,它比出现於3000B.C.左右的埃及象形文字和苏末楔形文字恰恰晚了1,500年。文字发展较迟,也许是原因之一吧。

  乙 科学的突变

  西方科学发展第二个特点是它同时具有延续性与突变性,而且两者之间显示出巨大张力。

  西方第一次科学突变应当就是在公元前六至七世纪间埃及—巴比伦的“运算型”科学变为希腊的“推理型”科学。在这转变中以前的运算方法以及天文知识并没有被放弃(例如巴比伦的六十进制和位置记数法仍然使用),但科学却有了新的目标和方法:即不再问“如何”而问“为甚么”,不再满足於数值答案,而要通过推理来了解空间结构和天体现象。它可以说是几何学宇宙观的革命。然而,在亚历山大学宫时期巴比伦的计算传统重新发生重要影响,《大汇编》正好作为算术与几何之间张力的表征:它的目标(详细预测天体位置)是算术的,基本假设是几何的(轨道必然由圆构成),而方法(主要是球面三角学)则两者兼而有之。最根本的是,它建立了一个从基本假设开始,通过运算以得到预测,再与观测比较的这么一个“描述自然世界”或“解释世界”的基本模式。

  中国和西方科学发展的第二个大差异,就是中国科学从来没有经历过一次突变或革命:它始终停留在“运算型”阶段。《九章算术》和秦九韶《数书九章》相比,其繁简自然有天渊之别,但体裁、问题性质、运思方式,则仍是一脉相承。也就是说,《数书九章》虽然繁复灵巧得多,但其境界与方法并没有突破。当然,《周髀算经》的确已显示出科学推理精神,它似乎表现了和传统的决裂。可惜的是,它并未能继续发展,最多只能算是一次夭折革命。

  西方科学的第二次突变,自然就是十七世纪现代科学的出现。在数学上,这个变化的精神是代数出现,并与几何结合为解析几何,由是打开解析学之门;在天文学和物理学上,这个变化表现於对自然规律的普遍性(即不分天上和地下)与机械性(即排除任何神秘性)的认识;以及这些规律之不能先验地推知,而需要通过观察和实验去找寻。也就是说,希腊科学中那些美妙的几何线条和方法虽然重要,但却不能涵盖科学的全体。反讽的是,在他之前的刻卜勒证明了行星轨道并非圆形,却终身相信它们的大小是由几何学决定的;而到本世纪,几何的魅力仍未减退:爱因斯坦和其他大物理学家,也还都在更深的层次找寻物理世界的几何构造。

  但对中国传统科学来说,真正的问题是:何以在春秋时期或者汉代没有发生第一次科学突变,因为正是第一次突变使得西方科学在方法、层次、格局上都远远超越中国。到第二次科学突变来临的前夕,双方科学传统和水平已根本无可比较了。从这角度来说,问为甚么中国近代科学落后於西方,是意义不大的。

  丙 多文明之间的转移

  西方科学发展的另一个特点是它的复杂与多变。事实上,我们在这里所泛称的“西方”,是一个笼统的大口袋,它装下了许多不同时代、不同地域但相互影响的文化或文明:埃及、巴比伦、希腊、亚历山大里亚、拜占庭、巴格达、西西里、西班牙、意大利、法国、英国、德国、波兰等等,科学发展的轨迹则在其间移动,并不永久停留——虽然经过长久时间之后又往往会回到原来的区域:例如两河流域、埃及、西西里岛都曾经两度成为发展中心。这种没有明显规律的移动和变化反映的,很可能是:科学需要特殊的社会、环境、文化、人才结合,而这是稀有和不稳定的,因此科学中心要经常转移,“找寻”最适合的发展之地。假如这一猜想并非全无道理,那么它也可以说明科学在同一农业文明之中的发展问题:这些文明的共同点是幅员宽广、时间连续性强、地区性差异小,因此科学难以通过转移来寻求最佳的生存点,其新发展遂受到窒碍。这也许可以为在埃及、巴比伦、中国这些古代文明本身以内何以从未发生过科学革命,以及为甚么中国在魏晋南北朝和南宋这两个混乱时期科学反而蓬勃发展提供解释吧。

  丁 科学传统的形成

  最后,我们还要指出,在西方,科学一方面是个人活动,另一方面却又有很强的组织性。它之所以能在同一文明或文化内形成传统和长期连续发展,委实与组织有关。在埃及—巴比伦阶段,科学是在神庙的祭司间流传的;在希腊时代它与毕达哥拉斯学派、柏拉图学园以及亚历山大里亚学宫有密切关系。这些组织对科学、哲学乃至西方文化传统的形成,显然具有重要促进作用。至於中古的大学,以及十七世纪的学会,其重要性就更不必说了。

  这些组织基本上都是由学者为了授业而建立的——当然神庙和学宫不在此例,但学宫有类於现代的研究院,虽由国家资助,但仍然以学者为主体。中国不乏相类学术组织,例如战国时期的稷下学宫或者宋明时代的书院,但以科学为主的则绝无仅有。在中国,有关数学或天文学的学习和研究,大都和国家考试或者祭祀、历法等仪礼功能分不开;而著名数学家、天文学家,则历来似乎很少能有组织地传授和发扬其学术。其所以会如此,可能是由於儒学传统太强,亦可能是由於国家垄断了活动空间——或者两者兼而有之吧?

  这里应当指出,在西方,宗教和科学并不单纯是对立,其关系是十分微妙的。我们可以举出最少四个例子来说明这关系:即埃及—巴比伦的神庙,具有神秘宗教性质的毕达哥拉斯学派,伊斯兰教宗在巴格达所建立名为“智慧之家”(Baital-hikma)的科学研究所,以及中古时期从教会学校演变而来的大学。在所有这些例子之中,宗教对科学都起了极大促进作用。这一方面是由於它能提供独立於世俗政治力量以外的资源和活动空间;另一方面,由於西方宗教本身对超越於俗世之上的境界有向往与追求,它对寻求自然规律的科学家也提供了精神力量。事实上,大部分中世纪科学家亦是教士,甚至有不少是主教。伽利略与教会的冲突虽然非常之激烈,但十七世纪大部分科学家还是虔诚信徒,而且坚信他们的工作能够体现以及表扬造物主智慧,所以是有宗教意义的。

  五 结 语

  对於为甚么现代科学出现於西方,我们大体可以看到两类原因。第一类是关乎起始状态的,即是其起源早,并且在文化成型的关键时刻形成了传统。第二类则关乎发展过程:科学的自然发展似乎有相当的随机性,因为它所需要的因素结合在甚么情况或地域出现难以确定;因此对科学成长最有利的,可能是多元、不齐纯、多种文明并存或相继出现的环境,而并非稳定或者井然有序的环境。科学之所以能在西方长期蓬勃发展,或许就是因为欧洲、地中海沿岸以及两河流域,提供了这样一个地理和文化环境。

  当然,我们讲的只是精确科学,它能否就涵盖科学的全体?例如中医的针灸和经络学说并没有实证科学基础,然而至今却也仍然有重要地位,未曾被西方医学淘汰。那么中国科学将来是否可以循与前此不同的途径(例如现象学的途径)而另行发扬光大呢?这种可能性自然无法排除,因为科学发展的模式没有道理不可以变易——甚至到底甚么是“现代科学”,恐怕也难以预先设定。不过,未来发展形态即使变了,可能也是大大出人意表。举个例子,分子生物学中现在大量涌现的基因谱(genome)是没有个别生物学家所能全面掌握或记忆的。在今后10年间, 人类本身的基因谱行将完成解码, 资讯爆炸亦更将变本加厉。届时所谓“生物科学”不会是个别科学家的智能活动,而将是许多生物学者和电脑资料库、程式软件库这人与机器集合体才能“了解”或研究的事物。而同样情况,在大气、海洋、地球科学也都会出现。这自然可以算是从解析法走向现象学的转向,但却不能视为单纯的替代,而应当说是两者在更高层次的结合。

  毕竟,我们在这里谈的,只是现代科学在历史上出现的过程,而并非其未来发展的道路。我们要记得,即使在西方,科学在十八世纪以前也还是少数人的事情,而且对社会并无直接影响。但现在情况已经完全改观,科学已经成为所有国家都极之关切,要以公共资源大力发展的事物。在未来的世界中,科学将如何发展,那自然是大多数人真正关心的问题。然而我们的论述并不能简单地移用於未来。我们只能期望,明白了科学在过去曲折而ぽ诡的发展道路,能帮助我们消除观念蔽障,对隐藏在迷雾中的未来,看得更小心和更远。

原载[春夏评论]

  作者:陈方正

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