漫谈科学与科学方法

张鸿翼

今天是科学身价高涨的时代，不少人都愿意谈论“科学”，可是认真追究起来：什么是科学？能答得完整的人就不多了。兴趣所近，读了十几本谈科学的著作，不免觉得有些话可说。首先觉得我们应当弄清楚科学与科学方法的基本概念，才不致在根本上弄错。

“科学”一词在外文里来自拉丁文scientia，意思就是知识。那么科学是一种什么样的知识呢？一般的解释如下：1.与直觉、信仰有别。2.根据观察、研究、实验来决定研究对象本质或原则的有系统知识。3.某项个别研究，特别是以假设与实验为手段来建立某种有系统的事实、原则与方法，如音乐科学。4.有关大自然或物质界的有系统知识。5.通过训练与经验而获得的技巧或能力，如拳击科学。用一句话来综合以上的解释，可以说：科学是客观的、逻辑的、有系统的分析方法，用以分析种种现象，并借以累积可靠的知识。

这里我们要注意几个字眼：客观、逻辑、有系统、累积、可靠。首先是客观。客观在这里有两层意思：一层是没有个人的幻想、偏见搀杂其间，另一层就是没有价值判断在内。价值判断简单说就是平常所说的“好”“坏”。科学领域里只有真假，没有好坏可言(至于科学为谁服务，那是另一问题)。谁也说不上3十2＝5是好是坏；或者声音在空气里的速度331m／sec是好是坏。同理，假如有人说，进步的社会里重力加速度要比反动的社会里重力加速度来得快，那就要闹笑话。苟子说过：“天行有常，不为尧存，不为桀亡。”正好说明客观这个意思。

其次是逻辑。科学不只是事实的堆砌，也不是公式手册。一本食谱写得再精确(用什么料，用量多少，等等)也不是科学。因为那里面没有逻辑的推理与分析。换言之，知其然而不知其所以然的事情谈不上科学不科学。那种神农尝百草式累积下来的丰富经验，当然十分宝贵，但还不能视为严格的科学。这样说，并不是否定丰富经验的价值，而是说这些丰富经验只能作科学研究的出发点或参考资料，绝不能称之科学或取代科学。第三是有系统。这也就是说科学对问题的提出与解决有其一定的方式，而不能随兴所至，想到哪一步就做哪一步。科学过程严格要求由资料收集经过逻辑推理而达到结论的顺序。不能反其道而行：先有结论再收集有利于结论的资料来证明结论的“正确性”。那种做法不属于科学范畴。

第四是累积。科学是累积性的。因此科学的园地里只有“后来居上”而没有“止于至善”。科学上的“真”永远是相对的。科学界后人推翻前人定律的史例甚多。李政道、杨振宁推翻了物理上的守恒律就是一个例子。科学之所以能够不断进步，正是由于它具有这种开放性与动力性。“此言一出，万世遵行，毋庸再议”，绝不属科学范畴。

第五点就是可靠。可靠此处的意思是就预测性而言。科学上特别强调精确原因即在此。多少量的氰化钾能致人于死；水在常压下多少度会开，多少度会结冰；金的熔点是多少；这些都有一定。张三去量如此，李四去量也如此；今天量如此，明天量也如此；在中国量如此，在外国量也如此。这种可靠性也就是科学最能服人的地方。科学和走江湖卖膏药不同，走江湖卖膏药可以说得天花乱坠，到时候全不兑现。科学绝不能搞这一套。所以可靠性也是判断是否是科学的一个试金石。

对什么是科学有了大致的认识以后，现在让我们谈一谈科学方法。科学方法大体来说包括下列诸步骤：1.问题的提出。2.假设。3.资料收集。4.科学分析。5.结论(经过科学分析必然会导致某种结论，所以结论实际上是科学分析的延续，而不是一个特定的步骤)。这些步骤适用于一切科学研究。

先谈问题的提出。我们知道科学只不过是人类各种活动其中之一，其他活动诸如宗教、艺术、哲学、政治等等既不属科学的范畴，于是他们的问题也就无法用科学方法解决。要用科学方法研究问题，首先就要提出科学上能解答的问题。这一点不搞清楚就很容易走上迷信科学万能的歧途，然后失望之余又觉得科学一无是处。

科学上能解答的问题有几点特征：第一，问题要很明白，很具体。其次是要在现有手段，现有资料能解答的范围之内。象“生物体如果完全免疫可以活多久？”就都不是科学问题。因为我们现有手段、现有资料都不允许我们创造问题中的假想情况。这种问题也许能从哲学或玄学里找到答案，但和科学无关。第三点就是科学问题必须要能用客观的术语回答。而这种术语要以公定者为准。换言之科学用语不能搞标奇立异、与众不同那一套。譬如说，如果甲心目中的原子和乙心目中的原子是两种不同的东西，那就不必谈什么科学不科学了。当然，现有用语不够用时，绝对有创造新用语的必要。

现在谈假设。假设有两类：第一类是人所共知但未经实证的事实或关系，包括“铅比锡重？”，“男人比女人容易得感冒？”诸如此类的问题。第二类假设是有关变数之间的关系。中国俗语说“牵一发动全身”，这一类假设的目的就是要看看牵某一根毛发的时候，到底全身是怎么个动法？有没有什么规律？

有了假设再下一步就是收集有关资料。这一步包括文献检阅，取样以及仪器、工具的设计与制作(包括购买，如果市面上买得到)。先谈文献检阅。我们上面曾提过，科学知识是累积性的。许多我们想研究的问题前人也曾想过或研究过。检阅文献能使我们踏着前人研究的基础继续前进，不必另起炉灶重头来起；同时也可以使我们避开前人走过的死路，以免白花力气。说到这里大家一定能体会到，编排周全详尽的文献对科研工作是多么重要。这项工作，前人不做，我们这一代吃亏；我们不做，下一代更吃亏；因为知识愈积愈多。国外比较先进的国家，各行各业都有详尽的文献，这无疑有助于他们多快好省地更上一层楼。

取样主要是由于研究对象数量太庞大，一一研究起来太不经济，时间或财力都不允许。取样要取得成功最要注意的就是样品对整体的代表性。举个简单的例子来说：篮子里有一百个红球，一百个白球，一百个黑球，要从中选三个球作样品。如果你能选一个红球，一个白球，一个黑球，这就最具有代表性。如果你选了三个都是同色的或两个同色一个异色，那就不具代表性或代表性很差。关于取样的详细技巧，那是统计学上的一个专题，此处从略。这里我们要强调的是：取样和搞宣传是两回事，绝不能专挑风光活鲜的作代表。

仪器、工具的设计与制作。“工欲善其事，必先利其器”，干那一行都一样，科学研究也不例外。科学愈先进所需要的仪器、工具往往就愈要精密。靠瘸驴破磨磨不出大量优质面粉。关于如何设计、如何制作，我们此处也从略。我们只要知道科研工作上不能“又要马儿好，又要马儿不吃草”就行了。

资料收集这一步完成以后，再下去就是科学分析了。明眼人一看就知道这一步才是科学研究的核心，而前述几项都是准备性工作。科学分析分析什么呢？主要还是分析因果关系。从事科学的人经常要问的一个字就是“为什么”？而这些“为什么”在普通人看来也许是不值一问的事：譬如苹果成熟了为什么往地上掉？当然，哲学、宗教、政治也探讨因果关系，不过那种探讨与科学探讨不同，科学上的探讨限于能由实证解答的范围之内，不能有“冥想”的成份。至于科学分析所用的手段则不外乎演绎、归纳等等逻辑推理。因此我们特别要强调：培养逻辑推理能力才是发展科学的治本之道。

最后要特别提一下：科学不过是一个高层次的抽象观念。它和其他种种观念之间的界限并不是那么黑白分明。而世间事物也不必纯然只属于某个特定观念(要是能那样，事情就简单了)。这里面总还是有“横看成岭侧成峰”的余地的。

拉杂写来，疏漏之处甚多，尚希高明不吝一一指正，借收抛砖之效，于愿足矣。

一九八三年四月一日