什么是“科学”?

有关什么是“科学”这个问题，好像有现成的标准答案。其实情况并没有那么简单。我在武汉大学开始读研究生之后，就在想一个问题，即读研究生意味着自己将来要选择从事科学研究作为自己的职业。可是什么是“科学”呢？于是我开始读一些有关科学史和科学哲学的书。在那个年龄段，以我的能力，其实是看不懂这些书的，但多少了解了一些概念与人物。在真正从事研究工作，而且比较了中美两个社会中不同研究机构的工作氛围，尤其是在自己成为老师之后，面对不同个性与追求的研究生成长过程、反思自己怎么做才能为他们提供有效的帮助的时候，再回过头去了解科学史和科学哲学研究者的观点，逐渐形成了自己对“什么是科学”这个问题的理解。这个理解可以简单地概括为以下三点：

第一，科学是一种认知方式。和其他所有的认知方式一样，其核心功能也是为周围的实体存在、这些存在之间的相互关系以及实体存在出现与互作的原因给出解释。既然是解释，科学的解释与其他所有的认知方式一样，需要满足“合理性”这个标准。

第二，科学是一种双向的认知方式。它只在人类认知发展到一定程度之后才有可能产生。在科学这种认知方式出现之前的所有其他的认知方式中，人们通过观察和想象而得出的对周围实体存在、相互关系及其产生原因的解释，被直接作为结论而接受。这些结论的终极评判标准是其实用性。可是由于在应用的过程中，环境因子总是在发生变化，所以基于实用性的经验性结论，本质上都是特殊的，严格意义上是不可重复的，这些认知都属于单向性的认知。在科学认知中，与所有其他的认知方式最本质的区别是，对认知对象进行观察和想象而得出的结论并不立刻被作为结论而接受，而是先作为假设。然后，设计出一系列的、尽可能排除人为干预或者是明确可检测的人为干预的、可重复的实验来对前面的观察想象中涉及的各个分析、推理的步骤/环节进行逐一的检验。如果各个推理环节都能被实验验证，这时才把所得到的结论作为结论来接受，从而完成一个认知过程。相比较科学认知出现之前的其他认知的单向属性，科学认知是一种双向认知——第一向是通过观察和推理对认知对象进行描述和解释(用来作为假设的结论)；第二向是通过实验，把基于观察和推理的描述和解释反推回去，检验其与认知对象的符合程度。正是由于实验的本质是有意识地排除人为对现象的臆测，而且要求实验的可重复性，才为科学这种双向认知提供了对认知对象的观察与解释和实体存在之间关联的超越个体想象的纽带，从而为基于“逻辑自洽”(合理性)的信息处理所反映的实体存在属性提供了客观性的基础。

第三，科学是一种开放的认知方式。虽然以实验为工具的科学认知可以为认知的合理性提供客观性基础，但有两个无法摆脱的局限： 其一是任何实验方法的分辨力总是有限的，而且实验方法总在不断地改进中，因此以任何特定实验提供的证据都只反映部分的真实；其二是所有的实验都必须以具象的实体存在为对象。因此，基于实验所能检测的结论永远是具体的、局部的、暂时的。从这个意义上，科学认知所能提供的结论或者“解释”虽然相比于其他的解释可以具有客观性的优势，但仍然是具体的、局部的、暂时的，不可避免地会随着实验方法的改进和检测对象的改变而不断地改变。怎么平衡科学认知在对实验结果解释上的有限性，和作为一种认知方式所承担的或者被期待的结论的普适性之间的矛盾呢？随着科学的发展，学者们形成了一个与之前所有其他认知方式不同的“游戏规则”或者“潜规则”:即先把自己基于观察和想象的结论设定为错的假设(在统计学术语上叫做“无效假设”,null hypothesis)，然后竭尽所能寻找证据来证明自己的假设是错的。在穷尽各种方法而无法证明自己的假设是错的情况下，姑且接受自己的假设是对的。这种“潜规则”本质上就是英语中比较常见的“双重否定”的修辞或者论证方式。在这种规则约束下，一旦有新的证据证明自己的假设是错的，可以马上调整或者放弃自己原有的假设，去构建新的假设。在传统的认知方式中，人们所有的论证都是力求证明自己的结论是对的。只有科学认知才引入了“无效假设”这种游戏规则，勇于面对自己的假设可能是错的。这种规则保障了科学认知的开放性。虽然，近年随着实验研究涉及面越来越复杂，在实际的运行过程中，研究者很难进行穷举式的“无效假设”设计。从发表论文的形式上看到的多是“证明”某种假设。但从本质上，科学认知的开放性是依靠“无效假设”来提供规则性保障的。从这个意义上，科学认知的本质是“疑”，即质疑——而且质疑的对象首先是自己，而不是“信”。不仅不轻信他人——哪怕是权威，也不轻信自己——哪怕所有的数据都是自己亲手做出来的！如果没有“疑”，在逻辑上就不可能去设计新的实验来检验既存的结论，人们对世界的解释将永远停留在既存的框架中。

由于科学认知在其结论被接受之前先要经过实验的检验，因此科学认知的结论比起其他认知方式的结论来更能反映实体存在的属性，基于科学认知的选择比之前基于单向认知的选择常常更有效。这大概是由科学认知衍生出来的工业革命能在短短的两百年时间中为人类社会乃至地球生物圈带来翻天覆地的改变的根本原因。同时，科学认知的自我质疑的游戏规则因为以实验为节点，所以并非停留在概念层面上的“怀疑主义”，其功能在于有效防止这种认知形式故步自封和画地为牢，从而为人类认知空间的拓展不断提供新的可能。

在形成对科学认知是一种具有合理性、客观性和开放性的特点的特殊双向认知方式的看法之后，我无法回避一个与我曾经对“科学”的信仰相冲突的矛盾，即一方面，“科学”这种认知方式存在一种与生俱来的局限性，即其依赖于实验所提供的客观性基础，使得严格意义上的“科学”结论只能是以实体为对象的，因此也就只能是具象的和有限的；另一方面，进行科学认知的主体，即科学家的目标有时并不满足于“就事论事”地观察、描述和解释一个具体的现象，很多人希望以此为切入点去揭示具体现象背后“普适”的基本规律，并希望根据这些“普适”的基本规律对将来加以预测。可是，对尚未发生的事物加以预测，岂不是与“客观性”的特点相悖了吗？

在读一本最近出版的Michael Strevens所著的科学史著作The Knowledge Machine时，作者的分析让我找到了上述矛盾的症结所在： 当下语境中的“科学”其实包含了两种本质上非常不同的认知方式。一种是上面所谈到的具有三个特点的、以实体为认知对象、以实验为工具、以双向认知为过程特征的“科学认知”。这是从伽利略时代引入实验之后才出现的一种全新的认知方式。另一种则是从古希腊时代就出现的、以概念/符号(包括数学符号)为对象、以逻辑为工具、以单向认知为过程特征而追求对“自然”的合理解释的、被称为“哲学”的认知方式！稍微了解一点西方思想史的人都知道，早年的古希腊哲学是特别重视数学的。而在数学史上绕不过去的毕达哥拉斯对数学的研究其实出于哲学的目的。两种在不同时代出现、从处理的对象到处理的方法都有完全不同特点的认知方式彼此关联在一起，成为当下语境中的“科学”。如果我们将伽利略时代出现的以实验为工具/节点的双向认知过程称为“狭义的科学认知”，那么当下语境中的“科学”可以被称为“广义的科学认知”。

如果上面的分析是成立的，那么我们就很容易理解为什么伽利略会说自然界的书是用数学语言写成的；为什么牛顿把他的著作称为“自然哲学的数学原理”；以及为什么19世纪后期很多理论物理学家最后成了哲学家。我们常常会说现代科学脱胎于哲学。可是如果按照上面的分析，当下语境中的“科学”，即“广义的科学认知”，从来没有离开过哲学。孔夫子曾经说过一句名言： 名不正，则言不顺；言不顺，则事不成。当前有关“科学”而衍生的各种争议与问题，现在看来都与对“科学”这个概念(名)的内涵的模糊或者混乱(名不正)有关。

对这个问题的讨论可以另外写一本书，在这里就不再展开论述了。讨论“什么是科学”的问题，主要是希望大家有一个思想准备，意识到建立在以实体为对象的实验基础上的具象和有限的客观合理性结论(科学认知)类似拼图游戏中的零片或者乐高游戏中的零配件(虚拟的概念层面上的)，同样的零片或者零配件可以用来拼搭不同的图形或者模型(哲学/数学认知)。这种情况决定了以科学认知为形式而衍生的人类认知空间的拓展过程不是简单的知识积累，而是伴随着探索未知中新现象的发现而无法避免的、不断的概念框架的构建和重构。从这个意义上，在这里的所谓“概念框架重构”本质上就是Thomas Kuhn当年所提出的“范式转换( paradigm shift) ” 。