用科學的方法研究科學

06-26

什麼是科學？

科學的崇高地位已經在幾乎所有人類社會普遍認知，這個並不是問題。今天，「科學」一詞已經深入人心，幾乎成為真理的象徵，一切認識世界的知識如果不被稱為「科學」，就在相當大程度上等同於被否定。科學的地位是如此之高，因此幾乎所有人都積極地把自己的知識直接打上科學的標籤，這樣一來反而使人們對科學本身的認識變得更困難了。

「要用科學的方法認識世界，要用科學的方法去解決問題。」

以上說法是我們經常都會聽到的，但如果要問「到底什麼是科學？」，不僅普通人難以回答上來，就是職業的頂尖科學家們也沒幾個能準確和系統地回答上來。儘管今天的科學已經是如此地發達，但對「科學」本身的認識依然停留在相當含混不清的階段上。

一方面，人們公認古希臘智者們創造的數學是一切科學的根基，公認伽利略因為引入實驗方法而成為近代科學之父，整個科學界無論具體理論觀點有何不同，其實潛意識中都公認有一套通行的、一切科學家們都必須遵從的科學規則。但另一方面，很少人能真正說清楚這一套規則到底是什麼，以及為什麼科學家必須遵從它們。因此，當出現少數否認這樣一套科學共同體規則的人時，其他人還真就很難說明白為什麼這些人是錯的。

研究科學的學科

科學本身是如此重要的研究對象，無疑應當有專門的學科來研究她。關於科學本身如何認識的問題，在過去是散見於哲學、自然辯證法、科學史、科學哲學和科學學這幾門學科中。

哲學一直以不同的方式在討論科學認識的基本問題，例如，馬克思哲學所說的物質與意識關係問題。無論是古希臘哲學家泰勒斯對於世界本源的觀念（他認為世界是由水組成的），還是畢達哥拉斯「萬物皆數」的思想，尤其柏拉圖的理念論，他們事實上都是要建立一個如何認識世界的架構。柏拉圖的理念論在馬克思哲學看來是「客觀唯心主義」。其實問題並不在這裡，柏拉圖把理念看作是比現實世界更高的存在，而這種「理念」其實就是數學和邏輯的對象，這極大助推了古希臘哲學家對數學和邏輯對象的研究不斷深入。近代科學哲學家波普爾「三個世界」（世界1：現實的物質世界；世界2：精神世界；世界3：符號的世界）一定程度上延續了柏拉圖的理念論。波普爾的「世界3」基本上就是柏拉圖「理念」世界的翻版。哲學的世界觀、認識論、方法論其實都是關於人類該如何認識世界的，如何認識社會的基本途徑的，也就是研究科學本身的。近代科學引入實驗，以及對實驗、觀察的結果進行歸納等方法時，哲學上就不斷地討論這裡面的關係問題。從洛克的「白板論」，到萊布尼茲「有紋理的白板」；從貝克萊的「存在就是被感知」，到馬赫「存在就是感覺要素的複合」，再到今天量子力學的測不準原理、玻爾互補原理與愛因斯坦對量子力學不完備的世紀之爭；從哲學領域唯心、唯物的爭論，到實驗作用的「判決性實驗」「休謨難題」「迪昂—奎因難題」、波普爾的「證偽主義」、拉卡托斯對實驗證偽作用的質疑、經濟學家弗里德曼在《實證經濟學方法論》中對實驗作用的否定性論述。進行這些研究本身大多數都是基於哲學的範疇、範式或方法，只能得到哲學的結果或結論，因此難以對科學本身得出清晰規範的科學認識。

科學哲學很難算得上是有一定規範和統一性的學科，因為不同科學哲學家理論和觀點大相徑庭，庫恩的科學革命、波普爾的證偽主義、拉卡托斯的科學研究綱領方法論、費耶阿本德的認識論無政府主義……他們不僅觀點不一，甚至以庫恩的「範式」概念來說，這些理論相互之間就算不上屬於一個統一的範式。如果以波普爾的證偽主義要求，這些科學哲學的理論很少有哪個是可證偽的，包括波普爾自己的證偽主義理論。如果以拉卡托斯的科學研究綱領方法論理論來看，這些科學哲學理論也搞不清有什麼統一的研究綱領和硬核。

著名物理學家斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking）在其《大設計（TheGrand Design）》一書第一頁上宣稱「哲學已死」，因為「哲學跟不上科學，特別是物理學現代發展的步伐」。世界本源是所有哲學流派的終極思考，而現在科學界已經給出了世界本源和宇宙發展的全部解釋，所以，哲學的使命已經終結了。但是，僅僅因為這個原因還不足以完全宣布整個哲學的使命終結，因為如何認識世界的問題（認識論）也是哲學的另一個重要的思考。如果說物理學終結了哲學對於世界本源思考的使命，還需要通過用科學的方法研究認識論終結哲學最後的使命。當認識論從哲學中獨立出來變成科學的時候，認識領域就完全變成純粹的科學了，因此，我們將迎來純科學的時代。此後，哲學這門學科將只具有歷史研究的價值。

用科學的方法研究科學

在物理學從哲學中獨立出來之後，一個又一個學科從哲學中獨立出來。因此，在科學發展史上，所有科學化的過程就是將所研究的對象從哲學中獨立出來，採用純科學方法進行發展的過程。既然科學方法可以最有效地認識世界，完全用它來認識科學自身也就是一個順理成章的事情。有些人懷疑如果用科學的方法來研究科學，邏輯上是否可能，是否會有循環論證的嫌疑。但一些學者的確認真地這樣做了。

「科學學」就是用科學的方法來研究科學。在2009年《學科分類與代碼》里，它是被放在「管理學」下面的二級學科，名稱為「科學學與科技管理」。這門學科始自於英國科學家貝爾納的著作《科學的社會功能》。儘管科學號稱是「科學的科學」，但它的研究範圍並未包含科學主幹的全部，更重要的是它並未包含科學最核心的功能和工具。正如《科學的社會功能》的書名所指，它主要是從科學與人（科學家、普通人、科學研究機構、政府……）的社會關係角度來研究科學的，因此，它並不是完全的「科學的科學」，而只是「與人相關部分科學問題的科學」。

純科學發展的巨大困難和解決方法

一般的學科在科學化的過程中，是越來越專註於特定的、非常有限的研究對象，或特定的研究角度。因此，其所需要學習和收集的知識信息集中於特定的有限範圍。

但用科學方法認識科學本身，會遇到一個巨大的難題：研究對象必然涉及整個科學的所有專業學科，甚至其未來的發展，這會是一個對人類知識能力的巨大挑戰。這也是該問題一直難以科學化的重要原因之一。

當今的科學之樹已經發展得如此枝繁葉茂，以至於人們普遍認為，人的精力總是有限的，任何一個人只能尋找一個枝節的分支學科領域深入下去才能有所成就。越是往主幹上走，所涉及和跨越的細節專業領域就越多，文藝復興時代可以通曉當代所有人類科學知識的大師和巨匠已經不可能出現了。這種觀點客觀說接近100%是正確的，之所以這樣講，就是說幾乎100%的專家都應當如此工作。但前面加上一個「接近」也就表明並非「絕對100%」，這是因為科學的樹榦，尤其主幹上並非就沒有任何事情要做。如果在主幹上存在問題的話，它影響的不只是某個分支的細節，而可能會是整棵科學的大樹，或樹上一大片枝葉。發展到今天的科學儘管已經越來越完善，但在其主幹上存在的問題對科學進一步發展的影響和制約也越來越大。

因此，今天科學迫切需要從某些關鍵性的枝節反過來向樹榦方向走，最終走到支撐所有科學的主幹上。在這個過程中，會涉及越來越多的分支領域，最終甚至涉及整個科學所有知識領域，的確有巨大挑戰。但在信息處理技術以摩爾定律爆炸性增長的今天，做到這一點卻並非沒有可能，只是方法問題。這個方法涉及到兩點：

一是純科學絕非要去替代各個具體學科，變成另一個「大哲學」，而是要研究一切科學共性的認識方法。儘管科學枝繁葉茂，但可以影響一切科學的主幹卻相當有限。將這些主幹抽象出來，就找到了特定的研究對象。它們其實只有4個內容：測量、數學、信息技術、牛頓力學。

二是知識信息壓縮方法。雖然主幹相當有限，但要想有效驗證純科學的研究結果，畢竟還是得以整個科學的所有學科為對象去進行。因此，具備通曉一切科學學科的能力還是一個必需的功夫。在過去，如果誰說可以通曉和包含當代全部科學的知識，這種學說不是屬於哲學，就會被認定是一種"民科"。人們有這種看法是可以理解的，因為要做到這一點，必須得有特殊並且為現代科學所合理接受的方法配合。要想直接去學習現代科學的一切知識的確是不可能的，但通過知識信息壓縮技術，將科學知識信息成千上萬倍地壓縮卻具有技術可行性。並且採用現代信息技術放大人的學習和知識信息處理能力也具有現實可行性。我們在家裡看到的數字電視，就是採用了數字視頻信息壓縮技術，它可以將原始視頻信息壓縮上千倍，人眼看起來卻幾乎與原始視頻信息一樣。正是通過這種途徑，作者將2009年《學科分類與代碼》里3120個學科和學科群幾乎都考察了一遍。這並不是說要去深入每一個學科或學科群里的所有細節，而是從純科學的角度去研究它們。

特殊的研究條件

談到這裡，我就有必要來介紹一下我寫作《實驗測量與科學》這本書的動機。自從我1984年左右在大學期間開始對本課題產生興趣至今，該研究已持續三十多年時間。之所以這一課題如此吸引我，原因是多方面的：

《實驗、測量與科學》一書最重要的突破，是改變了認為實驗是近代科學基礎的看法，確立了測量是現代科學基礎的論點，並且將實驗看作是測量的子集，以此有效地解決了大量難以採用實驗方法的領域如何能夠科學化的難題。因此，從認識到該課題的一開始，我便意識到這是意義非常重大的工作。它不僅會為經濟學、軍事理論等過去屬於社會科學領域的學科發展帶來革命性的突破，而且在進行這個工作的同時，也會為純科學本身的研究打開全新的思路和空間，並且為測量學的系統誤差處理提供更為完備的方法。這些問題是有高度相關性的，以往之所以難以獲得有效解決，正是因為它們具有高度跨學科的特點，只有同步突破，才有可能使問題得到有效解決。

一旦明確了相應的研究方法和目標，我知道我的確非常幸運地具備了研究清楚這一課題所必需的一切便利條件，而這些便利條件是一般的科學哲學家、科學史學家、自然辯證法學者、科學學家或其他社會科學領域的學者，甚至一般自然科學領域的學者們難以具備的。1980—1984年，我在南京郵電學院（現南京郵電大學）上大學期間的專業就是電子測量。我畢業後從事了6年的電信測量和計量相關工作。任何精密的測量儀器如果壞了我知道如何把它們修好；如果它們不準了，我知道如何把它們校準。在我之前的科學哲學家們能夠系統具備這種專業知識尤其測量技能的人幾乎沒有，這就是我的自信心所在。從學習測量專業知識的一開始，我就強烈意識到它絕不是一門普通的學科，而是如同數學一樣對整個科學來說是最核心的基礎學科。如今不僅每一門科學的學科都必須具備自己的測量基礎，而且測量專業知識已經擴散到如企業管理等非常廣泛的領域之中。如現在流行的六西格瑪管理，其實就是質量管理科學的測量基礎。

我在大學畢業之後所從事的專業大背景領域是通訊，並且在業內知名的郵電部設計院（現聯通「中訊郵電諮詢設計院有限公司」）、中興通訊、數碼視訊等公司從事了30多年的通訊專業工作，中間有6年多在王碼電腦等幾個計算機行業公司工作。

在北京郵電大學研究生期間學習的圖像與視頻處理專業，使我系統地具備了知識信息壓縮的專業知識。只要將這些信息壓縮技術稍加改進，就可以快速地將當今龐大的科學之樹壓縮出真正有效的極少量知識信息進行吸收。全球的電信和廣電運營商、學院里IT技術相關專家、相關廠商不是我的師弟師妹，就曾是我的同事；不是我的客戶，就是我的友商。可以說，我的學習和工作經歷使我幸運地具備了解決科學主幹問題的所有系統專業知識和技能。其中有些是我有意識地去學習獲得（例如人和動物的眼、耳等感覺系統和神經器官的生理學和解剖學知識），而絕大部分真是命運的安排。

例如，我中學時本來最喜愛數學，在初中一年級時就已經自學完了當時屬於大學的高等數學等課程，當時的人生理想是成為一個像當年的偶像陳景潤那樣的數學家。但進大學後學習的卻是通訊電子測量專業，這是我中學時教我數學的盛玉華和朱其明老師推薦的，主要原因只是這個專業畢業後分配的工作地基本上都在大城市。但是，儘管我在南郵時曾是電子測量課程的課代表，並以100分的滿分成績完成這個課程，幾乎直到大學畢業，我自己都不清楚這個專業將來的工作是幹什麼的。當今世界上能夠如此幸運地完備獲得這些知識儲備的人，我相信即使存在，也屈指可數。

科學哲學家和科學學家們之所以不能有效地解決他們所遇到的問題，關鍵原因就在於他們根本就不清楚解決自己學科核心問題所需要的完備專業知識和技能是什麼。大談實驗、觀察的哲學家比比皆是，其中有幾個真正深入和系統學習了「實驗」和「觀察」的專業知識的？又有幾個自己親自動手做過實驗的呢？除馬赫等極少物理學家外，非常罕見，這就是問題所在。在這種情況下怎麼可能把相應專業想研究的問題搞清楚呢？

事實上，在近代科學開始興起的時代，西方科學和學術界並非完全認定實驗就是科學的基礎，他們也把「觀察」和「歸納」方法作為培根所說的「新工具」的內容。但是，關於這個問題的研究一直充滿矛盾。一方面，從伽利略和牛頓對受控實驗與數學兩者之間聯繫的建立，到穆勒發現因果關係經典的歸納方法——「穆勒五法」之後，整個科學界基本上無人否定實驗、觀察是近代科學的基礎。但另一方面，哲學家們對實驗作用的研究得出的卻始終是負面的結論。如，休謨難題、波普爾的證偽主義到拉卡托斯對判決性實驗的否定、迪昂—奎因難題、實證經濟學方法中弗里德曼對實驗作用的否定……實驗、觀察和歸納似乎既得不出任何可靠的因果結論，也判定不了任何錯誤。沿著這個路線的研究一直到今天，幾乎都還是以純思辨或接近思辨的方式進行，這種研究是不可能得出科學的結論的。

「觀察」這個概念很容易與人的感官相聯繫。我們知道，古希臘哲學家是普遍對人的感官持懷疑和極力貶低的態度，對「觀察」這個新工具的思辨研究絲毫沒有減輕這種懷疑，本書第二章對此會做更詳細的討論。更讓人沮喪的是，隨著感覺生理學科學研究的進展，不斷發現人的感覺器官存在大量有缺陷的地方，如視錯覺、耳鳴、盲點、色盲等，更使人們對沿著「觀察」這條路線的研究信心不足。而實驗（嚴格的名稱是「受控實驗」）給人們的印象是採用測量儀器、且環境條件與測量對象全面可控地進行，因此可有效迴避古希臘哲學家對人的感官的懷疑。牛頓假設在受控實驗條件下測量誤差可以無限地縮小，因此可忽略不計，這樣與古希臘的完美數學對象之間的衝突就被減少到最低。

在電子測量技術和信息技術發展起來之前，各個學科領域的測量手段和方法差異巨大，詳盡統一的測量學研究也難以進行。到了20世紀，隨著電子測量和信息理論技術的成熟，已經發展出了極為完善的測量理論和知識，如果不是哲學家們早把這事兒給忘光了，就是電子測量專業領域太狹窄，哲學家們根本就照顧不到這個地方來，這才使作者有機會把對這個領域的研究結論呈現給世人。

從測量學本身來說，也存在一定的缺限，使得其難以應用於像經濟學這樣的社會科學領域。由於缺少對系統誤差處理的完善研究，使得很多學科的系統誤差，尤其是社會影響的系統誤差得不到有效解決。

本書理論的自我驗證

作者本人較早就完成了本書所建立的理論，但卻在如何發表它們的問題上犯難。因為如今關注這個問題的人已經如此之少，如果我就這樣直接把它們闡述出來，可能人們根本就不知道我在說什麼，以及為什麼要談這些問題。更重要的是，這一理論的學科跨度如此之廣，甚至已經不知道該選擇什麼樣的專業出口來發表他們。另一方面，如果我建立的方法真的是有效的，為什麼不索性自己去採用這些方法解決一些實際的科學問題呢？

這種想法道理上很容易理解，可真要去做的話，挑戰將是極其巨大的。這意味著我要去選擇幾個並非是我本行的專業領域，要做出使這一領域專家們信服的、並且可能是整個該領域科學化建設的成就。但既然我已經掌握他人不具備的優越科學方法，做到這一點就是應該的。我首先在2006年出版《通播網宣言》，就是要在我自己本行專業里先做一些工作，否則他人會認為你自己本專業領域都沒做什麼事情，憑什麼跑到別人的專業領域呢？2015年6月出版的《生態社會人口論》，在人類進化、人口極限、人口經濟學、人類文明進化史等領域進行了嘗試。2016年3月出版的《純電動拯救世界》（純電子書）在新能源和純電動車的較窄專業技術領域進行了研究總結。2016年7月出版的《超越戰爭論——戰爭與和平的數學原理》是較為系統的一次突破，戰爭在過去不僅屬於社會科學領域，科學方法的應用也相對較為欠缺。這本書有效地總結了以往軍事理論和戰爭史中的經驗，用三大數學模型概括一切戰爭的規律，使軍事理論達到像牛頓力學一樣的簡單優美和科學化程度。以上研究的關鍵之處並不僅僅是採用數學化的方法，更重要的是首先系統地建立相應學科的測量基礎。

很多讀者對我以上跨越如此之大的不同領域做出成就感到很驚奇，甚至感到很茫然。因為「只有在狹窄的某個專業領域深入下去才能有所成就」的觀念是如此根深蒂固，並且過去不難見到一些跨學科研究失敗的例子，甚至大多數這樣做了的人會被人以「民科」「不專業」等概念來看待，因此，人們對這類工作持保守的態度是可以理解的。好在我所做的工作正不斷得到越來越多人，尤其是專業人士的理解和支持。

《實驗、測量與科學》一書的出版將非常有助於從根本上解決人們在專業性上接受的難題。因為測量、信息技術都是我本人幾十年長期從事的專業，現在因投資業務的關係，我一直對IT技術全球範圍的最新進展保持著密切的跟蹤。人們可以批評我的某個觀點不夠恰當，但有能力在這些領域批評我不專業的人就很難找到了。

人口、糧食、軍事理論、進化、歷史等的確不是我本人的專業，但如果理解了我的純科學方法，對於我前面在《生態社會人口論》和《超越戰爭論》中所做的工作，在其專業性和科學性上就會更容易獲得理解。不僅如此，在理解了純科學的所有方法體系，尤其本書中將系統介紹的全科型知識結構方法體系之後，對於「一個人可以迅速地深入整個科學大樹的任何一個細分學科領域中去」，以及「一個人可以在當今知識爆炸條件下通曉整個人類科學文明成就」的技術可行性，就不會再有任何驚奇之處了。在首先成功地應用純科學方法有效解決了以上人口、戰爭等領域的大量問題之後，反過來我也更有基礎和條件將純科學的理論和方法系統地在本書中介紹給讀者。

為了有效解決相應的問題，本書集結了幾乎所有學科的測量基礎知識，它們包括電子測量、計算機、通信、資訊理論、物理學的大量經典實驗案例和方法（包括量子力學實驗）、化學分析、儀器分析以及天文學、生物學、感覺生理學、心理學、醫學、地質、地理、氣象、海洋、能源、交通、歷史學、社會學甚至新聞學等各個學科領域的測量基礎知識。本書在研究過程中直接深入分析過的測量基礎覆蓋了2009年版的《中華人民共和國學科分類與代碼國家標準》（）中總計3120個一、二、三級學科中的絕大部分。

由於在過去測量基礎知識分散於各個不同學科之中，造成了非常大的知識冗餘。更重要的是因為沒有統一的測量學指導，大量學科的測量基礎也是非常不完善、甚至是存在嚴重偏差的。通過統一測量基礎的建立，就可對很多學科中的問題進行一些修正，包括計算機科學、量子力學、考古學、生物計量學、化學計量學、計量經濟學等領域。最重要的是，本書建立了這樣的「共軛標準」要求：任何科學的學科，必須是理論和測量學成對設立，否則就不是完善的科學。另外，提出了人類情感誤差和社會領域的五大系統誤差及其解決方法，從而使社會學等領域的研究獲得真正科學的基礎。尤其是人類情感誤差的研究，甚至相當於在進化論的基礎上建立了全新的、以7大心理系統為基礎的科學心理學體系架構（參見《實驗測量與科學》第十五章科學心理學，第十六章情感誤差）。

作者簡介