丘成桐:科学与历史——中国基础科学发展
【转者按】中华文明五千年一直在向好发展,强大的自我完善能力是中华文明的最大优势。DaO3Ot@1840年英国发动鸦片战争,入侵中国,结果是生民涂炭,国家积弱!从官方到平民都问:为什么我们比不上西方列强?开始时只看到当时面临的问题:中国不如西方的船坚炮利,到甲午战争,中国大败,海军覆灭,签城下之盟,丧权辱国!打败中国的日本海军竟然船炮都不如当时的中国。八国联军之役,更显露朝野百姓对现代科学之无知!清朝覆灭时,中国人平均寿命不超过三十岁,可以看出当时的惨痛经验。 sr3caz g
一百年来,中国学者了解到船坚炮利不是唯一的问题,大家都在找寻中国文化的出路。新中国成立至今,已经六十多年了,科技确有大进步,但是始终没有改变落后于欧美的局面。领导们渐渐了解到基础科学根柢未深是主要原因,现在要谈的就是:基础科学的起源和发展的条件在什么地方?
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现代科技的成果影响着人类生活各方面。例如,民航飞机极大地缩短世界的距离,火箭升空不断的探索宇宙奥秘。人造卫星不断的绕地球运行,传递着亿万讯息。高速公路和高速铁路翻山越岭,四通八达。无人飞机,无人汽车和机器人的能力远远超过我们十多年前的想象。有谁想到人工智能创造出的软件竟然打败了围棋大师!f w _{[G,[
这些划时代的科技成果,并不是一蹴则达,它的背后,有数之不尽的聪明头脑在指挥着它的进展。有人在硬件上做出杰出的贡献,有人在软件上做出伟大的创新。但是这些成果,都建立在一个最重要的基础上,这就是今天我们要谈的基础科学!基础科学积累了人类几千年的智慧,去芜存菁,才见到它在工业上的应用。
有时候,我们可以很快地见到基础科学的应用,电磁学就是一个例子。在十九世纪法拉第和麦克斯韦发现电磁方程后不久,爱迪生等人就将它用到日常生活中去。但是有些研究却要等很久才见到它们的应用。数论中有很多深奥的理论,一直都以为纸上谈兵。但是在这二十年来在密码学研究方面,用了大量的数论的前沿理论。,F]F(C r
国内有些人认为,基础科学需要有深入的训练,需要有深度的看法,才能有新的结果,好的创意,因此旷日弥久,难有快速成功的机会。不如等待别人做好基础的研究后,拿过来用就是了。但是他们忘记了一点,自己觉悟出来的理论,通过自己劳动得到的结果,自己才最了解它的长短,应用起来才能得心应手。在科技发展一日千里的近代社会,我们非得掌握其中精髓,才能与人竞争。k9]1E']0Lv%@y*}
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我想从历史的观点来看看中国基础科学的发展,基础科学有别于科技,它是科技能够得以持续发展的基石。中国古代四大发明,确是领先世界,但是对于这些科技发明的基本原理的了解不够深入。到了19世纪,西方国家在科学技术的发展上,比中国进步得多,甚至大力的改进了我们的四大发明。2fY3cx]K*i'mP
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这些成就得要归功于文艺复兴后,伟大科学家如伽利略,牛顿,欧拉,高斯,黎曼,法拉第,麦克斯韦等人在基础科学上的伟大贡献。
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其实基础科学除了帮助科技的创新和发明以外,它亦是统摄所有和宇宙中物理现象有关的学问,它必须对大自然有一个宏观的看法,因此需要哲学思想作其支持。此哲学思想又需要有助于人类了解大自然并懂得如何让人类和大自然和谐相处。9|"rO#jN2O
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近代基础科学家中有不少是极其伟大的学者,他们的学问,他们的思想和工作可以影响科学界数个世纪之久。(近三十年来发表的科技刊物,不可胜数,文章的篇幅相信远超历史上所有文献总和。但是大部分文章除了作者外,可能没有人读过。而有些文章流行两三年后,就被人遗忘。至于能够传世超过三十年的文章,却是凤毛麟角。)
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其中佼佼者有牛顿,欧拉,高斯,黎曼,法拉第,麦克斯韦,爱因斯坦,庞加莱,狄拉克,海森堡,薛定谔,外尔等人。
假如我们仔细去阅读他们的着作时,都会发觉他们有一套哲学思想。例如爱因斯坦在研究广义相对论时,就深受哲学家马赫(Mach)的影响。能够传世的科学工作,必先有概念的突破,而这些概念可能受到观察事物后所得到想法的影响,但是更大的可能是他们的哲学观在左右他们的想法,影响到他们的审美观念,从而影响他们研究的方向。Dq$d t7e c1^
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哲学引导我们穷究事物最后存在的根据,及探求绝对的根柢的原理。因此哲学需要探求一般现象共有的原理,来完成宇宙统一的体系。所以科学家不能局限于感觉的观察,必须经过思辩工夫,方可补其不足!古希腊的哲人在这方面做得极为彻底。
毕达哥拉斯,柏拉图和苏格拉底一方面提出他们的哲学思想,一方面在数学,在天文,物理学都有永垂不朽的贡献。
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中国的哲学家对大自然有兴趣的有名家和道家,但是他们对自然科学本身的贡献比不上古希腊学者。他们没有系统的发展三段论证的方法,推理不够严谨,又不愿意系统化的研究一般性的原则。魏晋南北朝时,产生了出色的基础科学家,但是隋唐虽称盛世,基础科学反不若东汉到南北朝这段时间,可能与科举取士有关。但是我想中国基础科学不如西方,不是单单科举取士扼杀创意,就可以解释过去。这个问题和中国人的哲学思想有极大的关系。
西方哲学家追求的是穷理致知,中国哲学家却顶多做到格物致知。基础科学的精神在于穷理,中国一般学者不讲究这一套。在今日中国的学术界,尤其是这三十多年来留学海外的华裔学者,有成就的实在不少。但是领袖群伦,成一家之言的,却实在不多!有这样地位的学者,必须能够创造新的学问,新的方向,有自己的哲学来指引大方向。同时有决心,有毅力来穷究真理的本源。所以今日中国要在基础科学出人头地,必先了解基本科学背后的哲学思想。
我们现在来讨论中国古代的情形,并试图和古希腊这个伟大时期做个比较。影响中国思想最深远的当然是孔子(约公元前551-前479年)儒家对基础科学的思想兴趣不大,子不语怪力乱神也。但是夫子有教无类的精神却影响了历代以来平民可以读书,而至卿相的格局。但是儒家思想以人为本位。春秋鲁国大夫叔孙豹论三不朽:立德,立功,立言。却不谈大自然的事情。6}th5z.s
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在儒家的大师中,荀卿(约公元前298-前238年)在楚国兰陵讲学多年,他受道家的影响比较深,他一方面主张不可知论的唯理主义,却否认理论研究的重要性,而主张技术的实际应用。\dO]8~d @+Sq4]'_
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所以他说:
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“从天而颂之,孰与制天命而用之!”
“故错人而思天,则失万物之情!” ?+Y]:r+CJ0s
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“故明君临之以势,道之以道,申之以命,章之以论,禁之以刑。故其民之化道也如神,辨说恶用矣哉!”
所以荀子认为政府应该带领和指导人文的发展,老百姓是不必辩说的。这个观点和希腊精神大相径庭。 O#XGJ+A5_l
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既然不用辨说,科学无从而起,只有工匠的技术了。荀卿将儒家的正名移交政治权威时,已经十分接近法家,他的弟子李斯成为秦国丞相,作为法家的实践者,就不足为奇了。秦始皇焚书坑儒,政教不分。春秋战国时代百家争鸣的局面从此湮灭,最为可惜。
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孔子继承商朝以来祭祀先人的观念,主张服三年之丧,又说:三年无改父之业,可谓孝矣。历朝皆标榜以孝治天下。宗庙祭祀已经接近宗教信仰了。孔子本人受到历朝皇帝的敬拜,中国主要的城市都有孔庙,儒家变成儒教,对基础科学的发展,不见得是好事。
和儒家对立的墨子(约公元前479-前381年),因为主张兼爱和非攻,他们精通筑城和防御技术,研究力学和光学。后期墨子开始注意实验科学基础的思想体系,这个想法可能是因为要和各家争辩取得胜利的缘故。
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此后出现了战国时的惠施和西汉时的公孙龙,被史学家司马谈和班固尊称为名家。他们的着述大部分失传,《公孙龙子》一书,部分留存,还有一部分载在庄子书中。他们开始注意抽象的逻辑理论,发展了悖论。这些悖论和希腊齐诺(Zeno of Elea)的悖论接近。悖论有助于逻辑学的发展,可惜中国在这方面的研究远逊于西方。