從屠呦呦獲諾獎說起，純科學與全科型知識結構的探討

論壇君作者由屠呦呦獲諾獎後眾人的反應說起，以賈雷德·戴蒙德的《槍炮、病菌與鋼鐵》一書為切入口，對純科學理論進行了詳細的闡述，重點討論了科學「測量標準」的問題。

前言

從屠呦呦獲諾獎說起

寫這篇文章本來是起因於國慶節前，因看過賈雷德·戴蒙德《槍炮、病菌與鋼鐵》一書，借讀書心得闡述我的純科學理論。但屠呦呦獲諾獎之後中國人的反應，極為充分地體現了科學素養嚴重的普遍缺乏。人們普遍關注的是如下對科學並無助益的表面問題：

為什麼是屠呦呦一個人獲獎？

青蒿素與中醫的關係？

為什麼屠呦呦沒當成院士？

毛澤東是否應該得諾貝爾醫學獎？

......

因此，本文藉此機會用來普及真正的科學觀念正當其時。靜下心來，認真提升一下科學素養，這才是中國人當前最需要做的事情。望讀者能意識到，因本文涉及的科學專業領域和知識面較寬，尤其需要一定的測量學知識，看完並理解全文對很多讀者來說可能會有些困難，希望讀者能堅持看完。

在屠呦呦突破性地獲得科學類諾獎時，中國人應當清醒地意識到：中國好聲音賽場上的獲勝者是值得祝賀的，但人們更應關注並尊重坐在評獎席上擁有判斷能力的導師，儘管這個比喻從地位高低上說可能不一定完全恰當。中國人之所以對來自國外的評價如此過度倚重，只是因為自身太缺乏對科學的深刻判斷力。中國科技真正立於世界領先地位的標誌並不僅僅是獲得了多少個諾獎，而是能大批出現像特斯拉那樣可以拒絕諾貝爾物理學獎的真正牛人。因為這樣的人擁有對科學真正的判斷力，並且能夠看清諾獎只是諾貝爾創立的一個科學遊戲，儘管是非常令人尊敬的遊戲。

不要去討論屠呦呦獲諾獎是否公平的問題，因為諾貝爾獎本身的遊戲規則根本就不是完全以公平為原則而設立的。這樣說絲毫不影響屠呦呦個人獲獎從科學上「三個第一」的完全合理性和科學公正性。現在的諾獎規則已經是極大改變了諾貝爾的初衷才稍顯公平一點。按照諾貝爾本人的意思，不僅獲獎者只能是個人，而且只能有一個人。不僅根本就沒有奧運會「銀牌、銅牌」的概念，連奧斯卡獎「提名」的概念也沒有，要麼只能是1，要麼只能是0。人們只是談論諾貝爾是一位偉大的發明家，但更應清楚他立下諾獎遺囑的時候主要是一位偉大的商人。他設這個獎的規則體現出的原則顯然只是關注效率。儘管他家財極豐，但以他一人之力不可能去照顧全球科學發展的公平性問題。至於「設立這個獎的目的是什麼？」「體現的是什麼樣的效率？」等問題不是本文主題，有機會再進行詳細討論。

有幸得到我中學同學，北京大學羅新教授隆重推薦賈雷德·戴蒙德《槍炮、病菌與鋼鐵》（下文簡稱「本書」），自2015年9月18日18：43開始讀，中間除開工作生活時間，至2015年9月22日0：40不漏一個章節地看完全書，不僅深受啟發，而且發現可以作為我純科學理論闡述的良好切入口，他在該書末尾留下的問題，尤其是關於歷史學科的科學化問題，我發現自己採用純科學理論已經可以充分地解決，因此做該讀書心得。整個心得分為兩部分：第一部分是以此書以及歷史學科為引子初步闡述我自己的純科學理論，第二部分是對該書所有章節有針對性的詳細讀書心得。

賈雷德·戴蒙德在本書的第14頁提到湯因比的十二卷本《歷史研究》以及他的研究方法——在世界範圍內對人類社會進行比較，我把這稱為「歷史理論」研究方法。之所以叫這個名稱，原因如下：從任何科學領域的一般構成來看，所有科學的學科都包含兩大部分內容：

一是對研究對象觀察和測量，即獲取研究對象測量數據，歸納相應的因果聯繫；

二是以科學的邏輯和數學工具建立研究對象的科學理論以及邏輯推論。

一切數學和邏輯學都是完全相通的，一切測量學也都是完全相通的。因此，我們可以獲得一種高度統一的方法，來理解整個科學的大量不同分支學科。

對任何的學科，如X學，都可分成兩個部分：

X學測量體系，它遵從測量學原則和方法

X學理論體系，它遵從數學和邏輯學原則和方法

例如：

物理學：

物理學測量體系

物理學理論體系

化學：

化學測量體系

化學理論體系

經濟學：

經濟學測量體系

經濟學理論體系

發展經濟學：

發展經濟學測量體系

發展經濟學理論體系

天文學：

天文學測量體系

天文學理論體系

演化生物學：

演化生物學測量體系

演化生物學理論體系

醫學：

醫學測量體系

醫學理論體系

生理學：

生理學測量體系

生理學理論體系

歷史學：

歷史學測量體系

歷史學理論體系

......

過去科學界存在一個很大的對「受控實驗」地位的誤解。伽利略在物理學領域引入了受控實驗方法，並獲得巨大成功，他因此被公認為近代科學之父，受控實驗方法也因此在科學界擁有極高的地位，並且整個科學界都將自己的學科建立在實驗方法基礎上作為是否有資格被稱為科學的標準。但這種科學的「實驗標準」不僅太過嚴苛，會把大量有效的科學活動排除在外，而且即使在物理學領域內部也是有相當大偏差的。很顯然，牛頓力學以及相對論等的發展過程中，天文測量起到了巨大的作用。第谷所作的大量天文測量是開普勒三定律，以及後來牛頓力學建立的重要基礎。無論狹義相對論還是廣義相對論，其驗證都大量採用了天文測量方法。但所有這些天文測量嚴格說並不是完全意義上的受控實驗。雷蒙德在本書最後談到歷史學的科學化問題時，討論了歷史學科採用實驗方法的困難，並且將天文學與歷史等學科都歸為這類領域。這些分析是非常正確的，只是遠遠不夠深入和全面。要把這個問題徹底講清楚，必須把測量、實驗和科學的關係徹底講透。本文限於篇幅暫不能完全展開，只能部分論及。

首先我要提出一個論點：

是否將自己的學科完全建立在數學和測量方法上，是判斷其能否被稱為科學的標準。

數學對科學的地位早就是一致公認的，有待討論的只是測量的地位。因此我把這個論點稱為科學的「測量標準」。這個標準無論是對理解過去和現在的科學，還是未來科學如何更好地發展都是最為關鍵的問題。它比實驗標準更寬，可容納一切研究領域，同時又可將一切非科學有效排除在外。這個全新的判斷科學的測量標準，是我所建立的純科學理論核心內容之一。

受控實驗的確是科學活動中最為嚴格的測量活動。它具有很多優點：

有助於提高測量精確度

極大提升測量效率

降低測量成本

有助發現和精確解釋因果關係

......

但是，受控實驗遠遠不是科學測量活動的全部，甚至不是測量數據科學性最高的測量活動，這一點可能是出乎很多人，包括很多職業科學家意外的。例如，水壩、地震、地質的模型模擬是受控實驗，它擁有受控實驗的所有優點，但其測量結果的科學地位卻不如對以上研究對象的直接測量結果。受控實驗甚至還不一定是精確度最高的測量活動，這一點同樣是出乎很多人意外的。一般情況下，精確度最高的測量數據的確是受控實驗提供的，但很多自然測量的數據精確度卻長期高於受控實驗，甚至一些對自然過程的測量曾作為整個科學界的最高計量基準。

例如，長度米和時間單位秒都曾以對地球參數的測量為基礎。1791年，最早的長度單位「米」在法國被定義為通過巴黎天文台的地球子午線長度的四千萬分之一，以此為基礎用金屬鉑製成的截面為4mm×25.3mm的第一根米原器屬於受控實驗的測量標準，但它卻是從屬於前面非受控實驗的測量標準。後來發現兩者之間有0.2毫米的偏差，才決定改用這個保存在巴黎檔案內的米原器（因此它也被稱為「檔案米」）為米的標準，此時該受控實驗的標準變為計量標準。後以此米原器為基準製作了膨脹係數更小的鉑銥合金米尺，並選取其中第6號作為新的國際米原器標準。這一標準在1889年被國際計量委員會批准。

1927年，第一次採用非實物的鎘紅線輻射定義長度米，1米＝1553164.13Cd紅線波長。

1960年，在第十一屆國際計量大會上，把米的定義又改為：米的長度等於氪(86Kr)原子的2P10到5d5能級之間躍遷的輻射在真空中波長的1650763.73倍。

1983年10月，第十七屆國際計量大會通過了使用至今米的新定義：米是光在真空中1／299792458秒的時間間隔內所經路程的長度。除第一個米的定義外，後面對米的定義都是受控實驗方式獲得。使用至今的以光速和時間為基礎的長度米定義，其精確度在根本上是取決於時間計量基準和對光速測量的精確度。

最早時間秒的定義為平太陽秒，它等於一個平太陽日的1/86400，這個也是以測量為基礎的計量基準。太陽連續兩次經過中午的時間間隔，稱為「真太陽日」，一年中真太陽日的平均就稱為「平太陽日」。即使到今天，實際作為時間計量基準，屬於受控實驗的銫133原子時鐘精度，在長期穩定度上依然趕不上自然界脈衝星的自轉頻率穩定度。因此計量學界也一直在進行用脈衝星作為輔助時鐘以校準原子鐘計量基準的工作，而這個卻是以測量為基礎的計量標淮，而不是受控實驗。2013年，美國國家標準和技術研究所(NIST)實驗室里，科學家採用稀土元素鐿在接近絕對溫度零度條件下，以光晶格方法製作的時鐘精度已經達到10的負18次方，運行138億年誤差不超過1秒，精度也遠超過以往最穩定的原子鐘。不過目前這個最新成果還存在很多有待解決的技術問題，並未完全實用化。

由於時間計量基準是所有物理量中精確度最高的。這也就是說，目前人類科學所實際使用的計量基準，儘管採用了大量受控實驗，但最高精確度依然是以對自然界脈衝星自轉頻率測量為基礎獲得的，儘管並不排除未來有可能轉向以受控實驗，如以鐿時鐘等為基礎的時間計量標準。由以上科學發展實際過程可見，簡單以為只有達到受控實驗的地步才算科學的觀念是完全錯誤的。

一個完整的測量系統可分為自變數（原因）要素，環境要素和因變數（結果）要素三個部分。所謂受控實驗，事實上是人工控制自變數要素和環境要素。按照可控性的不同，可將一般測量系統分為以下四種類型：

1.環境受控，自變數受控

例：一般物理和化學嚴格的實驗室里所進行的實驗。

2.環境受控，自變數不受控

例：在特殊實驗室中尋找和接收天外高能射線的測量；天文台的觀測等。其實這類測量中環境也不是完全受控的。例如會影響測量過程的天氣因素就不是一個可控因素。這裡的「受控」只是觀測站本身實驗環境的受控。

3.環境不受控，自變數受控

一般新產品測試都屬於這一類。例如，新式飛機的試飛測試等。相比之下，風洞的測量就屬於完全受控的實驗。還有很多自然環境下的測量也屬於這類。如新型水稻種子的大田實驗。在這些測量過程中，自變數是完全人工控制的，但天氣等環境因素就很難人工控制。

4. 環境不受控，自變數不受控

例：尋找化石，對龍捲風、閃電、地震等自然現象研究的測量等。

前三種測量，都可以稱為受控實驗，但只有第1種測量是最完全和最嚴格意義上的受控實驗。第2、3兩種測量過程的受控性越來越低。可控制的因素不同，它們體現出來的實驗方法優點的情況就會有所不同。

例如，自變數不受控的實驗，如在實驗室捕捉外太空的高能射線，就可能不再具有測量效率的優勢。能否捕捉得到和捕捉到什麼，雖然可以有相應理論的指導以提升捕捉到的幾率，但一定程度上還是得看運氣。

如果環境不受控，實驗精度也會受影響。如在大田實驗新型農作物種子，實驗當年的天氣狀況不同，對實驗結果就會產生不同影響，從而會影響到測量數據的精確度。

上面第4種只能稱為測量，不能稱為受控實驗。但它卻是最廣泛的科學研究活動。為什麼非受控實驗的測量可以作為科學基礎的嚴格證明這裡不作展開。但科學研究，並且是最為科學界所普遍接受的活動里大量和廣泛地採用非受控實驗的測量，已經在事實上充分和無可質疑地證明了這一點。

受控實驗的確在一般情況下提供了科學測量最高的水準，並且是必不可少的科學測量活動，但它並不是科學的普遍標準。

科學實驗活動只是科學測量活動的子集。

根據以上分析，以科學的「測量標準」取代「實驗標準」具有最為普遍的意義。一旦如此，就可以很容易地將一切不同學科按照完全統一的模版來看待。船舶領域的拖模實驗，航空領域的風洞實驗，水利工程的模型模擬，高能物理的粒子加速器，天文觀測，歷史考古，地理測繪，人口統計，醫學測量，化學質譜分析，微波功率計量……所有這些看似天壤之別的差異，其實都不過是相同模版里填充的不同材料而已。它們應用到的原理、方法甚至科學術語都應當是一樣的：真值，數學期望，平均值，隨機分布（也叫高斯分布），均方差，隨機誤差，系統誤差，置信度，回歸分析，相關分析，歸納法……

過去曾認為歸納法是一種邏輯方法，事實上歸納是建立測量的對象與理論的數學之間聯繫的一種方法，因此它本質上與回歸分析、相關分析等更為接近，更適合作為一種測量方法而存在。如果完全將歸納法看作一種邏輯方法，會帶來很多困難，這正是休謨問題等歸納法難題以及「判決性實驗」難題的根源所在。

今天人們普遍認為：科學發展已經越來越深入，分科越來越細，甚至於認為「科學」的「科」字就是分科的意思，如果沒有深入的分科就不是科學。因此要想做出有價值的成就，只能深入到某一個極為專業的分支學科中去成為「專家」。各個專業之間似乎是相關性很小的，每個分支學科成了一個個相當程度上互相隔絕的領域。這樣一來，像文藝復興時代通曉當時整個人類文明成就的博物學家、大師級人物已經不可能出現了。這種看法不無道理，但如果因此而絕對化將會帶來很多問題。科學的分科研究要想有效進行並不是絕對的，而是有一個前提條件：這就是相應學科內理論和測量這兩個體系的相關研究對象必須具有一一對應和完全同一的關係。這在抽象的因果聯繫因素都屬於同一的領域時，效果是很好的，如物理、化學等領域。但隨著科學研究領域越來越進入多因多果的複雜領域，測量體系的對象範圍很可能遠遠小於理論體系的研究範圍。也就是這個領域的主要理論問題的解決，很可能都必須要有其他學科領域的知識支撐才能獲得，甚至絕大多數的知識需要來自於其他學科領域。這樣一來，分科方法就會出現很大的問題，甚至會使大量必要的理論研究不可能進行下去。不僅整個社會科學領域都不同程度地存在這種問題，即使很多自然科學領域也是如此。

歷史學科正是這樣的典型。歷史測量體系是獲得各個時空的歷史數據，這包括考古、發掘、考證等工作。歷史理論體系是對獲得的這些考古發掘和考證的歷史數據進行因果聯繫的分析，總結出規律性的結論。「比較歷史學」也是這種研究中的一類。不同的歷史學家會偏好或其專業方向偏向不同的工作內容，或者兩者兼而有之。絕大多數歷史學家更多偏向於前一個工作，這類研究者只需要具備比較狹窄的專業型知識結構即可。以後面的歷史理論工作為主要方向的歷史學家則不多，因為這個工作的難度非常高。事實上，影響人類社會歷史的因素涉及到整個人類文明的成就，包括所有科學知識、各種生產技術、環境變化、藝術、政治、社會組織、宗教、軍事、經濟等等全都會對人類發展歷史產生不同角度和不同程度的影響。要想有效從事歷史理論的研究者，其知識結構必須達到通曉相應歷史階段整個人類文明成就的「全科型」的程度。因此我們可看到，採用這種研究方法有所成就的歷史學家，都是不同程度地具備這種能力的大師。

馬克思與恩格斯的歷史唯物論

美國學者斯塔夫里阿諾斯的《全球通史》

英國歷史學家湯因比的《歷史研究》

馬克斯·韋伯的《新教倫理與資本主義》

中國學者金觀濤和劉青峰夫婦的歷史系統論

以及賈雷德·戴蒙德的《槍炮、病菌與鋼鐵》都是屬於這類「歷史理論」的研究方法

把金觀濤夫婦並列在這裡有可能會有人持不同意見，但我並非強調學術地位，也不涉及對其觀點本身的任何評價，更不涉及其政治理念傾向，只是說明研究方法的類型特徵。尤其要強調我的確不贊同金觀濤夫婦的政治理念，也發現他們的歷史系統論方法有很大缺陷，但客觀地說他們的歷史研究在純學術方法上對我個人早期有很大啟發作用。尤其是他們對受控實驗的研究文獻3，4，是對我啟蒙的重要來源之一，它促使我在上大學期間意識到自己所學的測量專業將對解決什麼是科學的最基本問題具有關鍵性價值。一般人們卻只是關注到他們的社會歷史超穩定系統理論。引入系統論和控制論方法是金觀濤和劉青峰研究歷史的巨大突破，但這也是導致他們的研究最後陷入泥潭的思維桎梏。歷史發展過程遠比他們想像的超穩定系統模型要深刻得多，所需要的研究方法和知識結構也要寬廣得多。

我的另一個啟蒙的重要來源是我大學同班同學蘭夏，他是我們班的班長，熱愛哲學和人文學科。我們常在一起討論問題，他曾向我提出過一個哲學問題讓我震驚不已。我們在哲學課上學過的馬克思辯證唯物主義程式化的核心內容是：「物質第一性，意識第二性，物質決定意識，意識對物質有反作用」。現在可能很少人關注和理解這個基本論點是什麼意思。以下是我至今依然非常清楚地記得的對話內容：

蘭夏：「按照辯證唯物主義的這個觀點，世界上除了物質以外是否就沒有其任何東西了？」

汪濤：「當然是」

蘭夏：「那意識是不是物質？」

汪濤：「當然應該是」。

蘭夏：「那『物質決定意識』不就成了『物質決定物質』了？」

汪濤：……

更讓我震驚的是，這次對話後不久我發現自己所學的測量專業正是建立物質和意識之間關係的橋樑。只有理解了測量，才能在哲學上真正理解唯物主義科學化後的精確含義是什麼意思，如果人們真的認為以上問題是哲學基本問題，並且真的想理解清楚它的話。因為物質對意識的決定過程在科學上就是測量和人的感覺過程。無論洛克的「白板論」，還是萊布尼茨「有紋理的白板」；無論貝克萊的「存在就是被感知」，還是馬赫「感覺要素的複合」，全都先放到一邊去，只要把科學的測量和實驗本身的全過程以及它們對科學的實際作用觀測分析、歸納總結清楚了，一切哲學最根本的問題就全解決了。因此，純科學是哲學或自然哲學最後剩下的需要被科學化的內容。當純科學理論和相應的學科建立之後，就再無哲學了。

比較歷史學的研究方法對研究者的知識結構要求會低一些，是居於全科型、准全科型直到專業型之間的形態。因為所進行比較的對象可以是世界所有不同地理區域和所有人類發展歷史時間段的歷史，也可以只是其中不同部分。但也正因為這樣，不同歷史對象之間進行比較所需要的研究內容差異就會非常巨大，從而難以形成一個成熟規範的研究體系。

由於歷史理論體系極高的研究難度，賈雷德·戴蒙德甚至在本書的最後部分認為歷史學科算不上是一門「科學」，一般歸入「社會科學」領域，甚至在社會學領域也屬於科學化程度最低的之一。他在書的序言部分認為在湯因比之後，以該思路研究的工作就停止了。書中說：「在湯因比的嘗試後，全世界對歷史因果關係的綜合研究已經受到大多數歷史學家的冷遇，被認為提出了一個顯然難以解決的問題」。在第16-18頁，列出了作者在本書中集合的不同知識門類：遺傳學、分子生物學、生物地理學、行為生態學、流行病學、人類遺傳學、語言學、考古學、演化生物學、地質學，以及對技術（本書主要是採集、農業等生產技術）、文字和政治組織的歷史研究。作者事實上還具備了深厚的進化論功底。「這樣的作者必須具有包括以上各學科的廣博專業知識，這樣才能把相關的各種先進知識加以綜合」。「這些條件初看起來似乎是要求多個作者協同工作。然而，這種辦法從一開始就註定要失敗，因為這個問題的實質是要建立一種統一的綜合體系。這種考慮就規定了只能有一個作者，儘管這樣做會引起種種困難」。

戴蒙德認為因為他擁有的特殊知識結構優勢，從而具備了進行這種歷史理論研究的能力。

作者透露了他的知識結構優勢來源和形成過程：母親是教師兼語言學家，父親是兒童遺傳疾病專科醫師，他本人在鳥類、生物、語言、歷史和寫作上有長期積累，他是生理學博士，自己選擇的職業研究方向為分子生理學，演化生物學，生物地理學。

應當說，賈雷德·戴蒙德所做的工作是相當出色和大部分成功的。但總結截止目前為止所有歷史理論研究的努力，可以說成功的嘗試主要體現在工業革命之前的歷史上。對工業革命之後的歷史理論研究，至今全球史學界似乎都還沒有找到全面成功和有效的途徑。其原因在於：

在工業革命之前，文字記載非常缺乏，只能通過考古發掘墓穴、化石、遺址、極為難得和記述未必準確的古籍等來獲得相應時空的歷史數據。這個工作可以說是個無底洞，永遠也做不完。有些歷史事實甚至永遠消失，其信息根本無法復原了。正因為如此，在這個時空獲取歷史數據的歷史學家永遠有飯吃，這個活兒是永遠也干不完的，並且不需要看起來是難如登天的全科型知識結構。另一方面，因為工業革命之前的人類文明成就所涉及的農業甚至原始手工業生產技術並不太複雜，絕大多數僅憑中學裡的科學知識以及人的直覺就可以理解。因此，進行相應的歷史理論研究儘管極為困難，卻依然有較高可行性，現代爆炸性增長的科學知識還不會構成巨大障礙。

但在工業革命之後，隨著新聞、學術雜誌、圖書出版、照相、電影、電視，尤其最新的互聯網、智能手機、物聯網等信息工具的發達，相應歷史階段幾乎每一秒鐘，甚至每一毫秒發生的重要歷史事件和所有科學知識內容及信息，都很容易獲得精確的記載，不需要歷史學家們僅僅為了得到一個看起來是無關緊要的細節歷史數據而花費巨大的心力。如重要歷史人物秦始皇到底是哪一天死的？今天對這種事情可以精確記錄到秒和最後是在哪一張床上，身邊都有誰，甚至可以有清晰的影像資料。雖然並不是所有這個歷史階段的細節信息都能被保留，也不是所有信息都是真實的，不過以此為基礎進行歷史理論研究的細節信息卻是極為充足的。因此，原則上說，研究今天的歷史，遠遠比研究過去的歷史更能有效地對所獲得的一般規律進行數據證明和驗證。

路易斯·利基（Louis Leakey，1903-1972）是著名的古人類學家，他發現了眾多古人類化石。而他的學生珍妮·古道爾博士則有完全不同的研究思路，她認為今天還活著的大猩猩相比難以獲得的化石是研究人類進化更好的觀察對象，她花了一身的時間生活在非洲的大猩猩附近觀察它們，因此獲得了極高的國際聲譽。對於歷史研究者來說，今天的工業文明就是正在發生著的活的歷史。

有點荒謬的是，因為工業文明時代歷史記載信息過於豐富，並且涉及的科學知識量過於龐大，且增長極快，使得今天的歷史學家們沒有信心對這個階段進行歷史理論的研究了，因為全球歷史學家們幾乎沒人有信心對今天的整個人類文明成就具備全科型的知識結構。不僅歷史學科領域無人有這個信心，今天全世界所有領域的學者們幾乎都沒有這個信心了。在雷蒙德之前的中國學者金觀濤夫婦對工業革命的很多發展規律進行過研究，馬克思與恩格斯從生產關係角度，馬克斯·韋伯從宗教角度都對工業文明的規律有所涉及，而1997年出版《槍炮、病菌與鋼鐵》的雷蒙德，在書中竟然只是為證明技術發明有積累性而引用了極小一點工業文明時代的技術發明案例，其他基本上只是局限於農業文明的影響，可說是完全未涉及對工業文明的研究。

我對這一問題非常感慨，四個晚上不漏一個章節地一口氣讀完該書後可以說是掩卷長嘆。因為在將我自己研究結果發表的過程中，早知道以全科型知識結構為基礎進行的研究，人們可能會在一開始比較難以接受，但未想到人們接受的難度會如此之大。其原因不僅僅是這種知識結構獲得的難度之高，更因為有很多看起來是進行這種嘗試的人所出的書，在專業人士看來基本與騙子無異。這類書中推出的大多是一些把當前普通人難以理解的前沿物理學概念，如量子、平行宇宙、多維空間等，與中國古代玄學類的概念相結合，搞出一些從任何現有科學學科，以至整個科學共同體都無法理解在說什麼的概念來唬人，甚至堂而皇之地進入中國大量最頂尖學府，如最新的「軒轅反熵運行體系2.0」等。這使很多學者只要聽到以類似「全科型」知識結構為基礎搞出的理論，甚至只要是跨領域搞出的東西，都會本能地持謹慎態度，甚至唯恐躲之不及。

所以，我本想在發表一些應用成果後再談的純科學理論內容，現在感覺必須要先拿出來談了。純科學是繼承了科學哲學、科學學和自然辯證法的研究結果，但卻是以科學的內在結構為基礎，並且完全用科學的方法來研究科學本身規律的學科。科學哲學是研究科學的，但卻是以哲學的方法來研究。而我是完全以對科學研究內在全過程、全領域、科學本身的全部結構、科學發展全部歷史等的直接觀測為依據來研究科學，並僅僅以此為依據建立科學內在的因果聯繫。我對測量和實驗地位所得出的結論，完全是以對科學測量和實驗本身的測量為依據。

這裡我首先不得不討論一下我所作的工作，與那些已經被插上「民科」標籤的非科學的區別。很簡單，我所討論的所有東西不僅完全屬於科學共同體的內容，而且我是處在科學共同體核心的知識體系上——尤其是測量學科。同時我所採用的是純粹科學的方法，也清楚表明了它與科學哲學、科學學和自然辯證法等傳統研究體系的區別。

具備這種全科型的知識結構不僅是必須的、可能的，甚至是可以建立完全以現有科學常識為基礎的規範方法。因為在知識爆炸的同時，電子計算機信息處理、寬頻互聯網通信、數字圖書館、知識信息搜索、知識信息相干壓縮等技術工具，在以相比知識信息爆炸速度同步甚至更強大的能力在發展。迫切需要這種知識結構的領域不僅僅是工業革命之後的歷史理論科學研究，還有經濟學、科學哲學、科學學、創新尤其天使輪創新投資、戰爭理論、國家發展戰略等等。在這些領域，如果不具備這種知識結構，幾乎是不可能獲得真正科學研究結果的。由於缺少這種知識結構，或者某個學科內部的全體人員都對科學的實驗測量缺乏足夠的素養，從而就難以達到能與物理學等領域相同等的科學水準，對很多數據含義的理解，或學科建設上長期存在嚴重的漏洞渾然不知。

舉個人類進化研究中的例子。一般學者只知道應當以獲得的考古證據等來支持相應人類進化的理論，按照這種想法來做，人們以為這就是科學了。這個領域的學者們一般把人類進化的階段分為舊石器和新石器等時代。這看起來似乎沒什麼問題，理論當然要以事實為依據嘛！事實越多，論證的力度似乎就越大。但真正嚴格的科學並不完全是這樣的。科學測量的數據要準確反映事實對象，必須要嚴格考慮到整個測量系統的信號變化全過程。如果一個測量空間電磁場強的儀器讀數是15dbm，是不是能夠直接說空間場強就一定是15dbm呢？不能簡單這麼說，因為有可能輸入口上還加了20db的衰減器，因此在還原空間電磁場強時需要把這衰減的20db加上去，空間場強就是20+15=35 dbm。這才是嚴格準確的科學數據。否則就會在理解時產生「系統誤差」。

現在再回到人類進化的考古領域，我們今天的考古過程就是一台測量儀器，時間就是一個衰減器。不同的原始人類工具材料在時間上衰減率是大不一樣的。石頭的衰減率最低，而木質材料，火的灰燼等衰減率卻是非常大的。那麼，當我們發掘出了不同原始人類的工具材料後，是要把它們當作無區別的事實同等看待嗎？當然不能。我們必須把時間衰減的因素補償回去，才能真正準確地還原和理解到原始人類的工具使用狀況是什麼樣的。但是，因為我們發現的石器材料遠遠多於其它材料，這個領域的學者們只是簡單地以為科學就是要以事實為依據，因此就把發現石器較多的時代稱為「石器時代」。這個名稱一旦建立，就會使很多缺乏嚴格和系統科學素養的人誤以為這個時期人類的工具就是石器。事實上，木器顯然是人類更容易獲得的工具材料來源，火是人類更為重要的工具，還有用動物的骨骼做成的工具等。因為這個領域的學者普遍缺乏嚴格的科學實驗和測量的素養，即使獲得了大量考古證據也往往不能對其進行真正科學的合理解釋。

「新石器時代」同時伴隨了大量陶器的出現，而後出現了銅器和鐵器，還有少量金器、玉器等。而在這些階段，木器、竹器也佔據非常重要的地位。因這些歷史距離現在較近，發掘出的新石器之外的工具、尤其木器等較多，因此「新石器」作為一個時代名其實已經在很多人潛意識中難以接受了。銅器和鐵器作為歷史時代的名稱更難被普遍接受。還有人試圖把最近信息技術的時代稱為「硅器時代」，接受的人就屬罕見了。另外，不同地區因環境的不同，其社會歷史發展會呈現出不同的工具特徵。例如，中國南方很少發現石器，很多考古學家認為這個地區的竹器起到很重要的作用，這的確與其它地區，甚至中國北方地區有很大差異。任何新工具材料的出現的確引起相應歷史的重大變化，但把相應的時代以此工具材料命名是不合適的，顯然同時期還有大量其它工具存在，並且起到很重要的作用。因此，在所謂「舊石器時代」，除石器之外的木器、火等工具會在相同歷史時期起到重要作用是很自然的事情。

再如，農業文明時代的考古發掘較多來自於墓葬，而皇室和王公貴族的陪葬品佔有了重要的地位，因為他們的陪葬品較多。但如果過多以這些陪葬品為測量數據去評估當時的社會，則有可能會產生偏差。越是那些極為讓人震憾的陪葬品，越可能只是一些在現實生活中不起太大實際作用的裝飾品，或僅僅是在祭祀中使用的物品，如金飾甚至僅僅用於陪葬的玉器等。用這些東西去理解當時的整個社會運行規律是可能會產生偏差的。

例如，最近我參觀了成都金沙遺址，和金沙遺址博物館。需要說明下這個遺址並非墓葬，而是一個祭祀的場所，因此遺留的祭祀用寶物特別多。博物館收藏了多地發現的金沙文化遺物。金沙遺址是2001年2月8日被發現的，至今已經被研究了約15年。金沙遺址和博物館中大量收藏了當時的象牙、動物骨骼、金器、玉器、陶器（早中晚三個時期的陶器）和青銅器等。尤其黃金製作的太陽神鳥、與三星堆有顯著繼承性的黃金面具、產自太湖地區良渚文化的十節玉琮（在3000年前的金沙文化時期就已經是具有1000年歷史的古文物！意味著它有4000年歷史，足見其珍貴程度有多高）等成為講解員津津樂道的鎮館寶藏。金制太陽神鳥圖案甚至被中國國家文物局用作中國文化遺產標誌。但讓我非常吃驚的是，當時人們日常生活中是用什麼做飯的卻是一個未解之迷。在其它文化遺址中，一般都可以找到顯然屬於炊具的陶器工具。尤其金沙博物館中收藏有大量金沙文化的陶器，其中一些即使普通百姓一看就明白顯然是酒具，但竟然找不到屬於炊具的工具。這個非常重要的問題研究金沙文化的人似乎並未太關注，但它對當時整個金沙文化社會的影響其實遠比金制太陽神鳥、十節玉琮這種極為尊貴的寶物要大得多。

考古學界直接從事實中得出的結論曾在歷史上相當混亂。在印尼爪哇發現了直立人類化石，就認為證明了「亞洲起源說」；在歐洲發現了尼安德特人的化石，又提出「歐洲起源說」；直到在南非發現了350萬年前的化石，才由南非的達特教授最終提出「非洲起源說」。類似這種狀況遠不止是在考古領域存在。

在一切專業領域，如果能夠不同程度地具備這種知識結構和能力，顯然也是有巨大好處的。它可以有效打通所有科學領域，使各個專業的科學領域更為規範和有效，更容易以通用的方法進行理解，並且可以使各個不同專業科學領域之間能更容易地相互理解，從而不僅使各學科自身學習研究更為容易，而且更容易進行跨學科的研究。反之則可能形成認知的障礙。

例如，早在19世紀末20世紀初出現了「生物計量學」(Biometric)。20世紀30年代挪威經濟學家R.弗里希和荷蘭經濟學家J.丁伯根仿照生物計量學提出了「經濟計量學」（Econometrics）。這兩位還因對建立此學科的貢獻而獲得第一屆諾貝爾經濟學獎。瑞典Umea 大學S.沃爾德(S.Wold)在1971年首先提出化學計量學，1974年美國B.R.科瓦斯基和沃爾德共同倡議成立了化學計量學學會。其實，以上這些學科名稱本身就完全搞錯了。計量學是解決測量過程中的量值單位統一問題，並建立各測量對象單位的基準。因此，計量（Metrology）只是測量（Measurement）的一個分支或子集。從生物計量學、經濟計量學和化學計量學等學科本身的目的來看，它們根本不限於計量這個工作，而應當是整個該學科的測量學。這些學科的錯誤名稱長期存在本身就充分證明，該學科的全體學者們對測量學都相當不清楚。最初生物計量學的名稱叫開了，搞經濟學的R.弗里希和J.丁伯根也跟著叫經濟計量學。這些領域的人對測量學更加不清楚，而測量學專業的人本就不太懂生物學，更不懂經濟學，人家都因此獲得諾貝爾獎金了，搞測量學的人就是發現了名稱很不對勁又敢說什麼？最後連最嚴謹學科之一的化學領域竟然也跟著叫起化學計量學（Chemometics,Stoichiomety）了。一個很低級的學科名稱錯誤，竟然如此長期地無人可以糾正。僅僅是一個學科名稱還不是真正的問題所在，關鍵是從這個案例可看出：完全缺乏全科型知識結構，對科學發展所形成的認知盲區可能會有多麼嚴重，事實也正是如此。

從最嚴格意義上說，如果不懂測量，就如同不懂邏輯和數學一樣，要想被稱為近代科學意義上的「科學家」是存在缺陷的。「化學測量學」本可以很容易地涵蓋分析化學、儀器分析和化學計量學等相關分支學科領域和名稱，並且可以把最新的信息處理技術（如大數據處理等）很容易地引入化學領域。但這些學科各自獨立地發展，相應學科的學者們大多數不能及時了解測量學的最新發展動態，從而也就不能最及時和完備地利用測量學的最新成果。另一方面，各個學科的測量方法進展也不能及時得到統一的總結並推廣到其它學科。如果連化學這種已經被普遍認為達到最嚴格科學標準的領域都是如此，其它領域的科學化程度是什麼狀況就可想而知了。

要完全闡釋清楚科學的測量標準，以上文章內容中最後一個是非常重要的。不過這樣直接展開談在一開始可能難以有效解釋清楚，雷蒙德的書的確為我提供了一個很好的從歷史學科方面入手的切入口。

1.純科學的科學性和意義

這裡只想向人們說明三點：

一是我所介紹的純科學理論和方法是按照所有現有科學常識完全可理解的。只要人們按照純科學的方法進行努力，具備這種能力具有普遍可能性，也就是具備普遍可重複性。因此，未來將會因我所作的研究而出現大量具備全科型知識結構的人才。普遍具備這種能力是真正完成第三次科學革命的必備條件。如果中國學術界和產業界不能充分和及時地普遍認識到這個問題，並以此改進中國科學和工業文明，中國工業文明的波峰最多也就只是能達到日本的水平而已。

二是中國傳統文化的確提供了非常不同的思維方式，但如果將這些文化中的某些未經科學化的概念直接應用，是會帶來嚴重問題的。我不否認在我的研究中得到很多來自中國傳統文化的有效啟示，但我一直嚴格遵從的原則是：一切以此研究的結果必須完全看不出中國傳統文化概念的任何痕迹，它們必須完全和絕對地用科學傳統的概念來定義，並進行還原。例如，我在《生態社會人口論》中提出的循環因果律可以說是中國甚至整個東方文化思維方式的典型代表之一。但我在建立這個理論時，是完全以科學傳統概念來定義的，並將它完全地還原為古希臘的經典因果律。

三是看完戴蒙德這本書中自我知識結構建立過程的介紹，以及考慮到目前我在發表自己研究結果的過程中遇到的極大困難，我覺得非常有必要把它先寫出來了。因為即使有完善的科學方法，如果沒有特殊的經歷甚至天份，人們也很難理解一個人在今天條件下怎麼可能建立這麼寬廣的知識結構。我希望通過應用這種純科學理論，和全科型知識結構和能力先實際解決一些不同學科的問題，再以此為證據來闡明我的純科學理論。但如果人們一開始就完全不接受這種跨學科的研究行為，這種證明在一開始就不被人們所認真看待，是否接受具體的理論和觀點還在其次。

2.獲得理解科學的兩大基礎工具——數學與測量

我在1980年進入南京郵電大學，專業是電子測量（當時叫電信儀錶），這是構成近代科學核心基礎的實驗和測量專業知識。一般這個專業的人的確只是把它當作一個不同的職業和飯碗而已。畢業後我在當時的鄭州郵電部設計院儀錶室從事了6年中國大型電信工程的測量和高精度儀器的計量工作。這些經歷使我充分具備了理解整個當今科學的兩大基礎工具：數學和測量。只要充分掌握了這兩大工具，人們就可以橫掃一切有資格被稱為是科學的專業領域。所有學科專業的差異就不再是「隔行如隔山」，而只是完全相同的科學模版里裝進不同花色品種的材料而已。但凡不是嚴格以這兩大工具為基礎建立的學科，必定在科學性上存在不同程度的問題。所有夢想穿透一切科學領域的人，如果在數學和測量這兩個領域沒有深厚的積累，的確不要有任何奢望。當人們清楚認識到這一點之後，即可以將整個已經變得枝繁葉茂的科學大樹極大地簡化為僅僅兩個大的支幹而已。

純科學是將所有科學看作一個完全統一的知識整體，科學的分科只是一種便於知識管理和集中力量深入研究某一個細節的方法。如果把分科看得過重，將違背科學最基本的原則，這是判定在第三次科學革命意義上是否能繼續被稱為屬於「科學」的核心標準。也就是說，如果一個學者認為一個學科與另一個學科是沒關係的，這本身就證明他根本沒有資格在第三次科學革命的意義上繼續被稱為是「科學家」。道理很簡單，科學最大的好處之一就是其認識的效率優勢。任何科學的規律都會通過數學和測量變成在整個科學範圍內統一的知識成果，並可最大限度地在整個科學領域推廣利用。如果把分科看得過重，甚至將各個學科變成互相隔絕的堡壘，就無法實現這種最高效率的科學認識。高能物理、水利工程、船舶設計等領域的微分方程從數學角度看絕對一樣；人體血壓測量、大氣的氣壓測量、海洋工程的水壓測量從測量學角度看沒什麼本質不同；天文觀測、社會調查、經濟統計、交易過程測量、古地質鈾鉛測年、心電圖測量等遵循的測量原理也完全一致。

3.對純科學理論和方法的證明

過去人們把所有科學從大的方面分為自然科學與社會科學。其實這個劃分在某種程度上就是暗示了「社會科學」算不上嚴格的科學。有些學者如波普爾等的確就公開認為社會學等不是科學。

但是，最重要的事情並不是簡單地判斷社會領域的研究算不算科學，而是要給出如何讓它們真正科學的方法。道理其實也很簡單，人類社會難道不「自然」嗎？之所以會這樣，無非是因為社會領域一般都難以採用受控實驗方法，並且一般研究對象的因果關係都是多因多果的複雜聯繫，但科學測量方法在一切社會領域都是可以有效應用的。因此，純科學的測量標準和全科型知識結構方法，將有望使得我們對所有人類社會領域的研究，達到與以往被稱為「自然科學」完全相同的科學化程度。這也將是純科學理論和方法最偉大的應用和成就之一。

這20多年我所作的工作就是以純科學的理論和方法，在多個學科領域展開應用，以解決這些學科長期難以解決的問題。由此證明，純科學的理論和方法是實際有效的，全科型知識結構的建立也是具有實際可行性的，並且所謂分科是非常相對、甚至可能是有害的事情。在這個過程中所涉及到的領域包括但不限於下一代互聯網（我稱其為通播網）、人口學、歷史學科、經濟學、戰爭和軍事。

在以往，人們認為哲學，自然辯證法，科學哲學等學科是研究整個科學的，它們的理論可以對整個科學進行指導。但事實上，在今天這些知識真對科學指導了什麼是難以說清楚的。例如，庫恩的科學革命連科學在什麼意義上是進步都難以說清，怎麼能指導科學進步呢？範式的概念的確被很多人所接受，但它本身就是一個含混不清的東西。與其說是被人所接受，不如說是本身就含混不清的那些學科以此為自己找安慰而已。真正嚴格學科中的學者一般是不太接受這個概念的。波普爾的證偽理論也對學術界產生了很大影響，但其本身的影響作用可證偽嗎？況怕很難說。庫恩、波普爾、拉卡托斯、費耶阿本德等眾多科學哲學的論點也根本無法統一到一個「範式」之中。因此，並不是哪個科學哲學觀點有問題，如果對科學的研究還只是限於哲學層次，而不是完全地科學化，是很難得出有意義結論的。

純科學理論是要使它完全從哲學中脫離出來，本身就真正變成科學，如同當年牛頓在《自然哲學的數學原理》中所做的工作是把物理學從哲學中脫離出來一樣。它對整個科學的影響，是要達到象邏輯和數學那樣，直接把它的模版套進任何一個學科里都可以直接應用的程度。它只用數學和測量方法去研究數學和測量方法在各個學科里的應用，使用的也只限於數學和測量學等的科學概念，而絕對排除任何哲學級別的論述。

4.知識信息壓縮方法

即使認識到以上理論和原理依然是不夠的。如果不具備特定的具體方法將爆炸性增長的知識信息壓縮到人的接受能力之內，還是不具有現實可行性。我在北京郵電大學研究生期間專業研究方向是圖像處理，當初選這個專業方向的原因僅僅是因為一個南郵同班同學張仲穎的推薦，他比我更早進入北郵的這個相同的專業和同一個導師蔡學勛。因為對圖像壓縮技術的學習和後來長期的工作經歷使我掌握了知識信息相干壓縮技術，這一點是直到我從北郵畢業後很長時間才充分意識到的。信息壓縮技術最廣泛和最充分應用的領域之一就是視頻壓縮技術。在中興通訊期間從事的會議電視產品營銷，和近期在北京數碼視訊從事的數字電視產品設計和營銷等專業經歷，使我有機會深入理解從H.261、H.262、H.263、H.264直到目前正在普及的H.265等各個階段的實際視頻壓縮標準，它們幾乎包括了除語義壓縮之外所有靜態和動態信息的壓縮原理和技術。以這些為啟示，在把整個科學建立在數學和測量兩大工具的模版基礎上，我建立了將大量冗餘的知識信息剔除掉的整套理論、方法和技術，從而使得一個人以有限的時間和精力可以通曉當代人類所有科學成就具有了實際可行性。儘管今天科學界表面看起來是知識爆炸，其實真正沒有冗餘的全新知識遠遠不是那麼多。

所要強調的一點是：全科型知識結構並非意味著一定要學完所有科學知識的細節。細節越多，信息量就越大。因此要想有效減少信息量，使得它們能夠進入人類有限的接受能力，就必須在保證研究目的能夠有效實現的前提下，丟棄掉不太重要的細節信息。這是一種 「有損壓縮」過程，以保證足夠的信息壓縮率。

5.現代信息網路技術提供的條件

我在通信和信息行業學習工作了30多年，對現代信息技術了如指掌。我知道如何最充分地利用這些工具來幫助建立全科型的知識結構。近幾年從事投資工作可以使我有充分機會迅速深入地了解各個創新行業的專業和行業知識，可以根據需要扎到任何技術深度。

儘管本文還不足以全面闡述純科學的所有理論細節，但它已經建立了主要的核心。

來源：經管之家（人大經濟論）

作者：汪濤，北京郵電大學碩士，曾任中興通訊國際市場副總裁，現任北京數碼視訊科技股份有限公司全球投資總裁。

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