什么是科学?根据东汉许慎(?—147年)的《说文解字》,“科”是会意字,从“禾从斗,斗者量也”因此古时候“科学”的意思是测量的学问现代的“科学”一词源自拉丁文“scientia”,英文为“science”。
意为“知识”“学问”1868年(日本明治元年),福泽谕吉(1835年—1901年)的《穷理图解》一书出版,书中把“science”译为科学康有为(1858年—1927年)的《日本书目志》中首次引用“科学”二字。
根据《现代汉语词典》(第七版),“科学”被定义为“反映自然、社会、思维等客观规律的分科的知识体系”科学通常指的是关于自然的知识和学问关于社会的有“社会科学”,关于工程的有“工程科学”科学还有许多分科,如生物科学、生命科学、计算机科学等等。
在日常生活中,科学有5个含义:关于自然界和改造自然的系统化的知识;一种工具;一种思想体系;一种社会建制;一种思维体系根据著名的英国学者卡尔波·普尔(Karl Popper,1902年—1994年)的研究,科学有3个特征:。
能被证实的才是科学从古到今人类对自然的认识经历过三个阶段:一是神学阶段,把不了解的自然现象(如生老病死、风雨旱涝、地震火山等)归结于神,相信能够通过信仰、膜拜和祈祷来获得解决二是玄学阶段,用形而上学或普遍的本质(如善恶、因果、阴阳等)来解释一切现象。
三是实证阶段,即科学阶段,不能实证的不是科学;有用的才是科学人类的认知可分两类:真假认知及价值认知假的当然不是科学,没有用的也不是科学在这一点上,有些学者有不同的意见;有可能被证伪的才是科学这句话有些拗口,但却非常重要。
其意思是那些似是而非的、模棱两可的东西难以证伪(如占星术、堪舆术、善恶轮回等),所以不是科学科学的开始可以追溯到公元前600年左右当时在中国、埃及、两河流域、伊朗和印度等地都有了一些仔细观察并准确描述自然的例子,但都是知其然而不知其所以然。
一群伟大的哲人应运而生(图1)他们试图超越“知”,建立“识”,对自然现象做出合理的、即使是神也要服从的理性法则
图1,一些著名的古代哲人在古伊朗有琐罗亚斯德(Zarathustra,公元前628年左右—公元前551年左右)他创立了琐罗亚斯德教(Zoroastrianism),又称拜火教(图2)古伊朗人原信奉多神教。
拜火教则认为世界有个主神是阿胡拉·马兹达(Ahura Mazda)阿胡拉·马兹达创造了天、地、水、植物、动物、人和火(因此数字7是伊朗人的吉祥数字)火即“光明”,拜火是神圣的职责,因此拜火教的庙宇会有永不熄灭的圣火。
世上万事皆是光明之神与黑暗的魔鬼争斗的结果琐罗亚斯德教曾得到在伊朗的波斯王朝(公元前550年—公元前330年)与萨珊王朝(224年—651年)的支持,兴盛一时651年伊朗被阿拉伯人征服,伊朗人改宗伊斯兰教,琐罗亚斯德教就此衰亡。
图2,琐罗亚斯德教的信物法拉瓦哈(Faravahar),一人站在一对翅膀之上,一手拿着代表永恒的圆圈,另一只手前伸在古印度有佛陀(释迦牟尼,公元前623年左右—公元前544年左右)佛陀创立的佛教强调唯心主义的觉悟。
佛教把古印度教中的地、水、风、火、空“五大元素”改为地、水、风、火“四大元素”这四大元素的结合生成诸般体相,称之为“色”如果“四大”失调,就会生“病”;如果缺少任何“一大”,就会“死”;最后“四大”分散,终究归于“空”;因此叫作“四大皆空”。
佛教采用了古印度教中因果轮回的思想,但认为跳出轮回(涅槃)才是最终的解决方法佛陀生前反对偶像崇拜因此他逝世后数百年间,佛教的雕塑中都没有他的雕像,只是用一张椅子和一双脚印表示他已经离去(图3)不过,今天佛像却成了世界上最多的偶像之一。
1206年,穆斯林征服印度,在接下来的数百年间,植根于民众的印度教生存了下来,但佛教却遭到灭顶之灾然而佛教已经传播到东亚(中国、日本、朝鲜)和东南亚(越南、老挝、泰国、缅甸),至今还有许多信众
图3,佛教早期的雕塑,一张空椅子和一双脚印表示佛陀已经离去在我们中国有老子(李耳,公元前571年—公元前471年)、孔子(孔丘,公元前551年—公元前479年)、孟子(孟轲,公元前372年—公元前289年)
、孙子(孙武,公元前545年左右—公元前470年左右)(他有一个后裔孙膑,生活在公元前350年左右,有时也被叫作孙子)、墨子(墨翟,公元前476左右—公元前390左右)、庄子(庄周,约公元前369年—约公元前286年)
等。这些哲人的事迹都是我们耳熟能详的。
古希腊著名的哲人至少有三十多位其中最重要的包括:01泰勒斯(Thales,公元前624年至620年间—公元前548年至545年间)泰勒斯试图摆脱宗教,通过自然现象探索科学原理他研究了水的固态、液态和气态的变化规律,从而提出了“水是万物之源”的论断。
泰勒斯认为宇宙是有序的,宇宙中所有的事物都有其目的,并按照这个目的运行他在西方被誉为世界上第一位哲学家,对西方哲学和科学有着深远的影响02毕达哥拉斯(Pythagoras,公元前570年—公元前500至490年间)
他以毕达哥拉斯定理(勾股定理)著称,还发现了音律(参见《毕达哥拉斯和他不朽的音阶》),创立了毕达哥拉斯学派毕达哥拉斯认为“万物皆数”,主张通过数学和哲学来探索宇宙的奥秘但他迷信神秘主义,也因此死于非命0
3赫拉克利特(Heraclitus,约公元前540年—约公元前480年)他是辩证法的创始人赫拉克利特认为一切事物都处于不断变化和发展的过程之中,世界上没有永恒不变的事物他的名言是“人不能两次踏进同一条河流中”。
他认为火是万物的本原,万物最终归化为火,并由火重新生成04菲洛劳斯(Philolaus of Croton,约公元前470年—约公元前385年)他是毕达哥拉斯的再传弟子,学派的代表人物,在数学和音乐学上都有建树。
他提出了地、水、火、气四元素说,认为它们按照一定的比例组成了世界万物他还提出了一个宇宙模型,认为宇宙中心是一个火球,所有的行星和天体都围绕着这个火球运行,地球、月亮、太阳和其他行星均包括其中05苏格拉底
(Socrates,公元前469年—公元前399年)苏格拉底被誉为西方哲学的奠基人他一生没有著作(他认为文字难以传递精微要义),也未创建学校但他弟子众多,影响深远他通过对话形式宣扬自己的思想,强调哲学和伦理学的重要性。
他有许多名言,如“美德即知识”“认识自己是无知的”“世界上有两种人,一种是快乐的猪,一种是痛苦的人宁做痛苦的人,不做快乐的猪”这些观点对西方哲学和伦理学的发展产生了深远的影响06柏拉图(Plato,公元前427年—公元前347年)
柏拉图是世界上古往今来最伟大的哲学家和思想家之一他是苏格拉底的学生,亚里士多德(后述)的老师三人并称为希腊三杰柏拉图在雅典创立了自己的学校——学院(Academy)(图4),这所学院堪称现代大学之母柏拉图的学说包括:。
社会分工:社会由三类人组成:(1)生产者,包括工匠、农夫、商人等;(2)保卫者,主要是战士,他们应该忠诚、勇敢和负责;(3)学者与统治者,他们应该明智、有德、开放、自律及勤奋;理想国(乌托邦):包括政府、和谐、管理等;
认识论:认识一个事物涉及到先验的理念及实际的感知,两者不可替代,未必相容;爱:柏拉图之爱是抽象的、不涉及肉欲的爱;数理科学:柏拉图为他的学校定下校规——不懂数学的人不得入内学生必须学习的课程包括几何、天文、音乐;。
法律:法律的基础,执行方法等不过柏拉图未能将其完成;宇宙:宇宙是由水、火、空气和土组成的,神创造了世界,人有灵魂07希波克拉底(Hippocrates,公元前460年—公元前377年)希波克拉底是西方医学的奠基人,被誉为“医学之父”。
希波克拉底认为人的健康是由血液、黏液、黄胆汁和黑胆汁的平衡所决定,这些体液如果失衡就会生病(现在证明是错误的)他主张治病要尽量让病人自我恢复,保持健康最好的方法是少吃(特别是生病的时候)、多走路他认为医生应该通过观察和实证来了解疾病,并根据患者的个体情况制定治疗方案。
希波克拉底提出的医护人员的职业道德守则“希波克拉底誓词”(参见《发烧与退烧药》),至今还是医学伦理和职业道德的基础08德谟克利特(Democritus,公元前460年—公元前361年)德谟克利特与苏格拉底及柏拉图是同时代的人。
他认为宇宙万物都是由原子构成的,原子的不同组合及运动方式形成了不同的物质和物质的形态宇宙不是谁创立的,宇宙的存在也没有什么目的德谟克利特还认为人的灵魂也是由原子所构成他强调幸福论,认为道德的标准就是快乐和幸福,快乐是人生的最终目的。
德谟克利特十分长寿,在世时与柏拉图是竞争对手09欧几里得(Euclid,公元前330年—公元前275年)欧几里得是世界上最伟大的数学家之一,被誉为“几何学之父”他的名著《几何原本》是历史上最成功的教科书之一,使用了两千年。
他的“公理—命题—证明”方法对后世数学和科学的发展产生了巨大的影响,至今还是金科玉律10阿基米德(Archimedes,公元前287年—公元前212年)阿基米德在数学、力学、光学、流体力学和工程科学各方面都作出了卓越的贡献。
在数学方面,他发明了阿基米德螺线在力学方面,他发现了杠杆原理和重心原理在光学方面,他研究光的折射和反射原理,发现了聚集凹镜在流体力学方面,他发现了浮力和比重在工程学方面,他发明了许多实用的机械和工具,如螺旋泵、战船、起重机等。
(参见《机械能之一》)他的名言是“给我一个支点,我就能撬起整个地球”11喜帕恰斯(Hipparchus,公元前190年—约公元前120年)喜帕恰斯是西方天文学的创始人他设定了空间的分区,并编制出一个有1022颗星星的位置表,其中还标明了亮度。
他还较为准确地测量了地球到月亮的距离以及一年的长度(参见《春、立春、春节、春分》)。这些伟大的学者们是科学的先驱
图4,拉斐尔(Raphael,1483年—1520年)跨越时空的名画“雅典学校”(School of Athens),中间阶下倚几而坐的沉思者是赫拉克利特,右下角在石板上画图的是欧几里得,他身后身穿黄衣服手托地球仪背向读者的是托勒密(Claudius Ptolemaeus,约90年—168年),托勒密对面同样手托地球仪的是琐罗亚斯德,旁边站着的年轻人是拉斐尔本人,左下角写作的是毕达哥拉斯,左上方穿棕色衣服的是苏格拉底,头戴金冠叉手倾听的是亚历山大,正中左边穿红衣者是柏拉图,旁边穿蓝衣者是亚里士多德。
世界上第一位科学家的桂冠非亚里士多德(Aristotle,公元前384年—公元前322年)莫属亚里士多德与我们中国古代的孟子(公元前372年—公元前289年)是同一时期的人他出生于希腊北部一个小镇(Stagira)
,父亲是马其顿王室的医生亚里士多德的父母早故,他跟着姐姐与姐夫长大18岁时,他到雅典师从柏拉图(Plato,公元前427年—公元前347年),在著名的“学院”(Academy)学习工作了近二十年柏拉图研究的主要是哲学、政治、法律等社会科学的课题。
亚里士多德则兼攻逻辑学、物理学、生物学等自然科学的课题柏拉图逝世后,亚里士多德先是到一个小国(Mysia)工作了几年,期间与国王的表妹结婚公元前343年,他接到马其顿国王腓力二世(Philip II,公元前382年—公元前336年)。
的邀请,去教授王子亚历山大(Alexander the Great,公元前356年—公元前323年)当时腓力二世正好把他的故乡给烧了,他提出要求重建他的家乡,腓力二世爽快地答应了于是亚里士多德就去了马其顿,这时他41岁,亚历山大13岁(图5)。
图5,亚里士多德与他的学生亚历山大公元前335年,亚历山大登上王位,不久就征服了雅典亚里士多德跟着去了雅典并在那里建立了自己的学校“演讲”(Lyceum)公元前323年,亚历山大在他征服世界的路上病逝亚里士多德担心被迫害,避居海岛。
(Euboea),不久就在那里病逝了终年62岁亚里士多德著作等身(图6),流传至今的有:修辞学(Rhetoric);诗歌(Poetics);分类(Categories),讲述了事物的10种特性,包括物质、数量、质量、关系、地点、时间、姿势、状态、动作及动作;。
解释(On Interpretation),讲述了逻辑学的基本思想,包括事物的确定性、必然性、可能性、偶然性等;先验分析(Prior Analysis),讲述了逻辑的模态及推理;后验分析(Posterior Analysis)
,讲述了感知、直觉以及逻辑学的方法;驳斥诡辩(Sophistic Refutation),讲述了许多逻辑辩论的实例,并驳斥了一些诡辩;动物历史(History of Animals),讲述了多种动物,特别是海洋动物,及动物分类方法;
发生与消亡(On Generation and Corruption),讲述动物的生长、变化及消亡;形而上学(Metaphysics),讲述事物的存在、形式、不同类型的因果关系,以及原动力(后世的神学家们据此来证明上帝的存在);
伦理(Nicomachean Ethics),这本书以他的儿子命名,是他在学校教学的讲义;天空(On the heavens),讲述星象和天体运行;灵魂(On the Soul);政治(Politics)
;青年与老年,生与死(On Youth and Old Age, on Life and Death, on Breathing);若干课题(Topics),这是关于逻辑学、文学和艺术的一些杂谈其中上述所说的分类、解释、先验分析、后验分析、驳斥诡辩和青年与老年,生与死又合称为“工具”。
(Organon),是亚里士多德关于逻辑学的著作亚里士多德的逻辑学十分精彩例如他举了一个例子: