賈文毓:知「常」達「變」與常規科學研究

2020-11-26 科學網

 

美國科學哲學家T·S·庫恩於1962年出版了《科學革命的結構》一書,將科學發展過程分為「常規科學」和「科學革命」交替進化的兩個階段。在其看來,「常規科學」是指嚴格根據一種或多種已有科學成就所進行的科學研究,並且某一科學共同體承認這些科學成就是一定時期內進一步開展科研活動的基礎。

 

常規科學研究,是一個知「常」—達「變」的過程。常,用庫恩的話說,乃為「規範」。他認為,在科學研究中,某些被公認的範例——包括定律、理論、應用以及儀器設備統統在內的範例——為某一種科學研究傳統的出現提供了模型。比如,一些歷史學家在「託勒密(或哥白尼)天文學」、「亞里斯多德(或牛頓)力學」、「微粒(或波動)光學」等標題下所描述的那種科學傳統,就屬於常規科學研究。顯見,科學研究中的「常」,指的是科學概念、科學定理(律)、科學理論、科學模型、基本原理等。

 

唐初詩人駱賓王詩曰:「含章光後烈,繼武嗣前雄。」知常達變之「變」,是對「常」而言的「變」。中國古代按漢字形體分部編排的字書《玉篇》中說:「常,恆也。」可引申為常規、規律等。「變」是變異、變化之意。在常規科學時期,研究者首先應該知「常」,爾後方能達「變」。因而知常就成為研究者的一項基本功。那麼如何知常呢?學習教材可謂知常的最便捷途徑,精研經典也是達到知常的一種非常有效的手段。庫恩指出,亞里斯多德的《物理學》、託勒密的《至大論》、牛頓的《原理》和《光學》、富蘭克林的《電學》、拉瓦錫的《化學》以及萊伊爾的《地質學》等,都在一定時期內為以後幾代的科研工作者暗暗規定了在某一領域中應當研究些什麼問題、採用些什麼方法。

 

翻開科學史不難發現,那些科學巨擘、學術大家無不在知常上狠下苦功。如,英國著名數學家、邏輯學家、哲學家羅素早年曾對歐幾裡得的《幾何原本》進行過悉心鑽研。他曾說:「我在11歲開始學習歐幾裡得幾何……這是我一生中的一件大事,像初戀一樣使人眩暈。我想不到世界上有什麼東西會這樣有趣味。」無獨有偶,愛因斯坦在12歲時就學習了歐幾裡得的《幾何原本》。他說:「誰要是在青年時代沒有被這部著作所吸引,那他就不會成為一個理論研究家。」

 

庫恩把常規科學研究視為「範式」定向下的日常「解題」活動。這種解題活動,就是一種知「常」基礎上的達「變」。比如,解數學題,其常者,為數學定理;解物理題,其常者,是物理定律。美國區域經濟學家胡佛與費希爾關於區域經濟增長的「標準階段次序」——自給自足階段、鄉村工業崛起階段、農業產業結構轉換階段、工業化階段和服務業輸出階段,即為分析區域經濟發展之「常」。對於城市空間結構研究來說,克裡斯塔勒的三原則基礎上形成的中心地模型,就是分析具體地域城市空間結構的參照系,就是一種「常」態。其他如標準大氣壓、標準海平面、理想氣體、理想大陸、理想溶液等等,皆為達變之基——常。

 

知常是達變的前提和基礎,不知常則不足以達變。中醫學中的本脈是常,病脈是變。《黃帝內經》有言:「夫脈者……春日浮如魚之遊在波;夏日在膚,泛泛乎萬物有餘;秋日下膚,蟄蟲將去;冬日在骨,蟄蟲周密。」若異於此,則為病脈。

 

物理學史上第一類永動機和第二類永動機設計方案的提出,蓋沒有充分知常所致。其常,乃熱力學第一定律和熱力學第二定律。某物質循環一周回復到初始狀態,不吸熱而向外放熱或做功,叫做「第一類永動機」。這種機器不消耗任何能量,卻可以源源不斷地對外做功。早期最著名的一個永動機設計方案是由13世紀時一位名叫亨內考的法國人提出來的。能量守恆轉換定律的建立,對製造第一類永動機的幻想作了最後的判決。

 

從單一熱源吸熱使之完全變為有用功而不產生其他影響的熱機稱為「第二類永動機」。歷史上首個成型的第二類永動機裝置是1881年美國人約翰·嘎姆吉為美國海軍設計的。1820年,法國工程師卡諾設計了一種工作於兩個熱源之間的理想熱機——卡諾熱機。德國克勞修斯和英國開爾文在研究了卡諾循環和熱力學第一定律後,提出了熱力學第二定律:不可能從單一熱源吸取熱量,使之完全變為有用功而不產生其他影響。熱力學第二定律的提出,宣判了第二類永動機的死刑。

 

南朝梁·蕭統《文選·序》云:「踵其事而增華,變其本而加厲。」常規科學研究亦然:繼往開來,踵事增華。但無論開怎樣的來,增何樣的華,知常達變都是常規科學研究過程中的慣常之舉、普遍行為。

 

(作者為山西師範大學城環學院副教授)

 

《科學時報》 (2009-7-17 A4 周末評論)

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