《科学殿堂里的哲学之光 ──科学中哲学问题漫谈》
作者：王善波【完结】
科学家与大自然的对话
一、阿基米德与皇冠
--第一个科学发现
什么是路？就是从没路的地方践踏出来的，从只有荆棘的地方开辟出来 的。
--鲁迅
公元前287年，古希腊叙拉古国的海罗在锡拉丘兹称王后，为显示自己 的丰功伟业，决定制造一顶金皇冠放入一座圣庙，献给不朽的神灵。为了使 这件事做得完美，海罗国王挑选了优秀的制造商，并精确地称量出黄金交给 这位制造商。不久，一顶精美别致的金皇冠被呈献给国王。国王观后十分高 兴，心满意足。不料后来有人告发说，在做皇冠时商人盗窃了金子，加上了 等量的银子。海罗国王认为自己受了骗，蒙受了奇耻大辱，同时也感到事情 果真如此，那是对神灵的亵渎，罪过实在深重。但又苦于无法将商人的窃贼 嘴脸揭露于众，因为皇冠的重量与所给的黄金的重量完全相符。为此，海罗 国王召见了宫廷科学家，就是当时最着名的力学家阿基米德，让他想想办法。 阿基米德了解了这一事情的原委后，日夜冥思苦想。一天，他在洗澡，当身 体慢慢浸入水中时，澡盆中的水逐渐溢出澡盆外。这一简单现象使阿基米德 的思路豁然开朗。他一下子从澡盆里跳出来，光着身子欣喜若狂地大叫：“找 到了！找到了！”他找到了解决问题的办法。
根据洗澡这一事实所受的启发，阿基米德设计了一个实验。他做了两件 物体，每件的重量与皇冠相同，一件是黄金的，另一件是白银的。他把一个 大容器装满水，首先把银制品放进去，而后再取出来，再用量杯把水注入容 器，直到恢复原来的满度。这样，阿基米德根据溢出的水的体积与沉入容器 中的银制品的体积应当相等的道理，求出了银制品的体积。在此之后，阿基 米德又把金制品放入装满了水的容器中，再取出来，并像上一次一样用量杯 把水再装满。他发现第二次溢出的水没有第一次那么多，稍微少了一点点。 这说明金制品的体积比相同重量的银制品的体积要小，两者之差恰好是两次 溢出的水的体积之差。最后，他又用水装满容器，并把制造商制造的皇冠放 入，发现皇冠排出的水比同样重的金制品排出的水要多些，而比同样重的银 制品排出的水要少些。由此他断定制造商在金子里掺进了银子，从而帮助国 王判定了制造商窃取金子的罪行。
阿基米德从这个揭开皇冠之谜的实验中深受启发，撰写了 《论浮体》一 书。书中他叙述了所发现的浮力原理：把物体浸在任何一种液体中，液体所 排开的体积等于物体所浸入的体积；物体所受的浮力 （即物体在液体中所失 去的重量）等于该物体所排开的液体的重量。诚然，阿基米德的发现主要是 基于灵感及简单的实验，并未借助于什么复杂的设备和仪器，但却不失为人 类科学史中第一个完整的、真正的理论发现，成为世世代代人们传颂的美谈。
在科学产生的萌芽时期，虽然有许多科学家、自然哲学家提出一些学说 和理论，也做过一些粗陋的实验，但像阿基米德发现浮力原理那样，既具有 设计精密的实验作为基础，又从实验中发掘出定理和规律，并以理论的形式 加以阐述的却寥寥无几。阿基米德之所以能摘走科学史上第一个科学发现的 桂冠，主要是因为他迷恋科学，有强烈的求知欲，以科学研究为最大乐趣。
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一位传记作家描述： “他常被人逼着才去洗澡，擦香膏，可是就在这时他还 要在地上画几何图形，用手指在他那涂了油膏的身上画几何线，满脸乐陶陶 的神气，真像是诗神附体一样。”其次，是因为阿基米德在科学活动中注重 实验、强调技术，同时又进行严格的理论论证和逻辑推理。在这些方面，阿 基米德一直得到各个时代科学家的高度评价。达·芬奇是阿基米德的崇拜者， 伽利略则以阿基米德的后继者自居。莱布尼兹说： “无论谁，只要穷究阿基 米德研究的真谛，就会很少赞叹近人的发现。”20世纪美国数学家、哲学家 怀特海说： “可以把数学的天才同物理学的洞察力兼而有之的阿基米德，与 数学物理的建立者、差不多在他之后二千年的牛顿相提并论。”
科学发现可称为人类智慧的花朵，是人类进步和社会文明的一个重要特 征。它在人类认识史上总表现为惊世骇俗、激动人心的事件，而且总能为人 类带来某些幸福。长期以来，人们一直在探索着科学发现的内在机制，在追 寻着科学发现是否有逻辑可循，是否是一个不能理解的神秘的禁区等问题的 答案。上面叙说的皇冠的故事中，阿基米德对浮力原理的发现为科学殿堂奠 定了第一块完整的基石，因此它对我们认识科学发现的规律颇具裨益，大有 启发。
从中我们可总结出科学发现所遵循的某种途径或规则：
简单的经验事实（无意中的）→引发灵感并产生某种新思想或新观念（伴 随科学家强烈的求知欲）→设计并进行实验证明 （自觉性的）→经逻辑推理 将新思想变为一种新理论→着书立说。
由此不难看出，科学发现并非完全是非逻辑性的，而是有某种规则可循 的；也并非是不可理解的神秘的禁区，而是可以为人类认识和把握的。
二、 “哲学仪器”
--科学仪器
科学家经过许多世纪以来，陆续配备了他们自己的全套应用的物质工 具，就是科学仪器。
--贝尔纳
欧洲的中世纪 （从5世纪到14世纪），在历史上被称为 “黑暗时代”。 恩格斯曾评论说： “它把古代文明、古代哲学、政治和法律一扫而光。”唯 一的生存者似乎只是基督教。那时候书籍非常少，人们很少写字，脑子里尽 是迷信思想 （巫师可以随便将灾祸和死亡加给别人）。学者们都忙于思考和 争论关于人死后来世的问题。在这一为愚昧、野蛮和迷信充斥的时代，科学 处于暂时的 “冬眠”期。15世纪初，人们开始探索周围的世界。首先觉醒的 是意大利的一些大城市，如佛罗伦萨、热那亚和威尼斯。它们都位于去中国、 印度等东方文明古国的商路上，是贸易的中心。东方文明的输入，唤醒了西 方这一沉睡的世界，尤其是印刷术的出现使许多新思想得以涌入和迅速传 播。于是着名的文艺复兴运动开始了，一大批科学巨人诞生了--达·芬奇、 哥白尼、第谷、开普勒、伽利略……实验科学的种子也就随之在这片土地上 萌发。它宣告了一个伟大时代--近代科学时代的来临。当时近代科学产生 的一个重要标志，是科学家对科学实验中所运用的各种仪器、工具及设备的 研制，因为它直接决定了科学实验的精确性，决定了实验科学或近代科学产 生并独立的进程。在当时的社会背景及人们的一般观念中，各门具体科学仍
包罗在哲学中。同样，科学家在科学实验中运用的仪器或工具仍属哲学的范 围。因此，一当时人们把这些专门用探索自然规律而进行科学实验的仪器称 为 “哲学仪器”或“智慧工具”。这就是我们今天所说的科学仪器。
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达·芬奇不仅是伟大的画家，而且是数学家、工程师。他十分重视机械 学，认为机械手段的设计和制造是推动科学研究和发展的重要基础。因而他 发明了多种 “哲学仪器”，如自动锯、测风器、温度计、鼓风机、水车等。
16世纪的丹麦天文学家第谷·布拉赫，14岁时就在哥本哈根对1560年 10月21日的日食作了观测。第谷的一生十分幸运，他一直得到欧洲一些国 王的支持。1576年，丹麦国王斐特列为他建造了一个庞大的乌兰巴尼天文 台。第谷在这座“空中堡垒”中工作了多年。他的天文观测工作准确而细致， 为此他自己设计并制造了当时世界上第一流的观测仪器。1569年，他在一次 访问中为奥格斯堡市长设计了一台巨型象限仪。它可通过操纵杆来运行，以 精确地观测地平线上的任一天体目标。第谷还设计并制造了着名的墙象限仪 及经纬仪。第谷借助这些精良的科学仪器和装置，用他敏锐的观察力，作出 了当时世界上最准确的天文观测。他用反覆观测和组合观测的办法减少误 差，因此在他的星表中，标准星座标的概差仅为25秒左右。这一切，极大地 推动了天文学的发展。
对科学仪器有划时代贡献的是16世纪着名的意大利科学家伽利略。由于 杰出的贡献，他获得了 “实验科学奠基人”的称号。他在讲授筑城学时为改 进制图仪器而试制了比例仪。他的比例仪可用来放大地图，既精确又简便， 他称其为 “军用几何仪”。今天绘图员还在使用的函数尺就是在伽利略最初 设计的基础上加以改进制成的。伽利略还曾小规模地制造这种仪器，为此他 雇用了两个人。一个人在他的指导下制造比例仪，另一个人用意大利文抄写 使用说明书。虽然他的大部分学生都使用拉丁文，但伽利略却用意大利文书 写说明，为的是让普通老百姓也能看懂。就在此时，伽利略还发明了另一种 有趣的仪器，即空气温度计。
当时在科学界，第谷及其学生开普勒对天文学发展的贡献深深地影响了 伽利略。他读完开普勒的 《新天文学》一书后，希望有一天能证明它。事实 上，伽利略自己证明它的这一天比他所希望的来得更快。
1609年6月的一天，伽利略听到一个消息，说荷兰有一制作眼镜的人， 名叫利波塞，发明了一种奇怪的管子，用它看东西能将东西放大。伽利略也 决心制造这样一个镜管。他找来了所有关于透镜的材料，数量很少，几个钟 头就看完了。他弄清了镜管的基本原理，于是拿起笔和纸开始画透镜和管子 的图，并进行了大量的计算。然后他花了很长时间来研磨玻璃，把它一片一 片地磨好，擦亮，一直到这些玻璃完全符合要求为止。他准备了一个双层能 滑动的管子，一头安装一片大的凸透镜，另一头安装一片小的凹透镜。他从 凹透镜的一端看去，把管子对准窗外的一棵树进行调整。他很惊讶，树叶看 起来清清楚楚，就像拿在手里一样可以看到叶子的筋脉，也可看到虫子在上 面咬的小洞。他把镜管转向教堂的钟塔，也是那样，看起来又大又近。他成 功了！但伽利略仍不满足，他知道只要用耐心和劳动还可以制造放大更多倍 的镜管。1609年的整个夏天，他都在研制这种镜管，致使他的第二个镜管能 把物体放大60多倍。这一仪器在1611年被取名为“望远镜”（telescope）。 这是一个新词汇，是由希腊词中的 “望”与“远”两个词合成的。在此以后 伽利略继续改进他的望远镜，这种改进工作用去了他所有的时间，占去了他的整个精神世界，以致于他的家人都从他的身边离去。经过一番艰苦的劳作， 他终于制成了一个能放大一千倍的望远镜。他高兴得像一个孩子有了新玩具 那样摆弄着他的最新的望远镜，抚摸它，检查它的每一部分，等待着晴朗的、 星光灿烂的夜晚。1609年的深秋，伽利略把望远镜指向天空。他看到了从来 想象不到的怪事：天鹅绒似的天空中，布满了无数颗星星；月亮像地球一样 表层上有山脉；太阳上有黑子。他还认识到，月光是阳光的反射，太阳是太 阳系的中心。1610年3月，《星的使节》一书在威尼斯出版，伽利略向全世 界宣布了他用望远镜所发现的事情。
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在近代科学的形成过程中有许多科学家像第谷、伽利略那样研制出了多 种科学仪器，并用于实验探索和理论研究。可以说近代科学的主要特征之一 就在于使用科学仪器，因为科学仪器的出现使人类的认识活动彻底超越了前 科学阶段那种完全局限于肉体感官的认识方式和认识水平。
随着现代科学技术的发展，科学仪器在科学认识活动中的作用越来越重 要，并日益多样化。例如，各类望远镜 （光学的、射电的）和显微镜 （光学 的、电磁的、声学的）的使用，把人的观察范围扩展到10-10厘米。随23 -13 “大科学”时代的来临，科学研究规模增大，科学研究所使用的仪器不仅越 来越高级、精密、尖端，而且往往需要构成一定的系统，具有综合特征，如 电子计算机和自动控制系统的产生和运行。如果说以往的科学仪器是人的肢 体和感觉器官的延伸、强化，那么电子计算机、自动控制系统则是人的思维 器官--大脑的延伸，对人类智力的放大和模拟。因此，人们往往将以电子 计算机为核心的自动控制系统叫做 “人工智能系统”。
总之，科学仪器是人们为研究自然界各种现象及其性质、规律而创造和 使用的专门物质技术手段，是科学研究中不可缺少的要素，在一定意义上可 以说，科学仪器是科学认识手段的 “硬件”，而科学方法则是科学认识手段 的 “软件”。
三、 “科学的躯体”
--观察活动和实验活动
观察和实验是科学的躯体……概括、学说、假说和理论是科学的灵魂。
--门捷列夫
1902年，俄国着名生理学家巴甫洛夫进行了一个生理和心理学实验。有 一次，巴甫洛夫看工友喂狗。当工友给狗吃肉片时，狗的口水就流出并滴下 来。由于肉片太少，狗没有吃饱。巴甫洛夫叫饲养员再去拿些肉片。饲养员 走后，狗因没有东西，口水也就不再流出来。不一会，当走廊里传来饲养员 的脚步声时，虽然这条狗还没有看到饲养员，也没有看到他拿着的肉片，但 它竟兴奋起来，嘴里又流出了口水……于是，有一个问题立即在巴甫洛夫的 脑海里出现了：为什么狗只要听到饲养员走来的脚步声就会流口水呢？
这位生理学家陷入了沉思。他推想的结论是：狗已经习惯于随饲养员脚 步声而来的是吃东西，狗的大脑已经把饲养员的脚步声和随之而来的食物联 系起来，这是听觉神经给大脑的信号。狗是这样，人何尝不是如此？就餐前， 饥饿的人只要听到刀、叉、碗、碟的声音，胃就感到难受，便有口水流出来。 这个饲养员的脚步声对狗起同样的效果。如果饲养员的脚步声近了，而不是 别人的脚步声，那么，狗的大脑就会明白这意味着什么，于是大脑发出命令，胃液和唾液便随之流出。
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巴甫洛夫觉得这一发现很重要。为了弄清狗流口水的原因，巴甫洛夫从 狗的颊部开刀，发现狗的口腔里一共有六条唾腺：一对耳下腺，一对下颊腺， 一对舌下腺，都是流口水的。他切断了位于耳朵下面的一条耳下腺，并把这 条腺拉到外面来，使流出的口水不落在嘴中，而流入体外的一个玻璃瓶里； 其余五条唾腺的口水仍旧涌向嘴里。这样对狗的健康并不妨碍，动过手术的 狗也不会感到痛苦。
接着，巴甫洛夫叫人把实验室四周的墙都贴上橡皮，不让狗受到外面声 音的扰乱，而只根据实验的需要让这只狗听某种声音或受某种刺激。
结果发现，无论是脚步声、流水声，或是灯光，或是剃狗的毛，甚至用 火烧烫狗皮，只要同时喂东西给狗吃，双方配合几十回后，都能使狗流出口 水。这就是大脑皮层神经细胞的功能，巴甫洛夫称之为条件反射。他发现， 动物的一切习惯、一切技能，都是一种和大脑皮层神经细胞活动有关的条件 反射，从而为人们揭开大脑的秘密迈出了崭新的一步。
在上述发现过程中，巴甫洛夫开始时是在自然状态下观察并发现了下列 现象：工友用肉片喂狗时，狗的口水流出；待饲养员离开再去取肉片后狗停 止流口水；而在听到饲养员回来的脚步声时，狗又兴奋得流出口水。这种在 自然发生的条件下进行的观察就是科学观察。所谓自然发生的条件是指科学 家在进行观察时不人为地干预、控制、影响自然现象被考察的方面，而让其 保持 “庐山真面目”。这也是科学观察活动与科学实验等其他科学实践活动 形式相区分的特点之一。
科学观察是科学实践的一项重要内容，并且是科学实践的一种重要形 式。它是指科学家在一定目的诱导下，在特定的知识背景中，对自然现象在 自然发生的条件下进行的一种主动的考察活动。我们知道，巴甫洛夫是一位 杰出的生理学家和心理学家，具有丰富的生理学知识，这是导致他作出上述 发现的必要条件。如果巴甫洛夫是一位天文学家或力学家，即使观察到上述 现象，他也很难提出 “为什么狗只要听到饲养员的脚步声就会流口水”这个 问题。科学观察的目的是为了获取自然现象提供的信息，搜集准确而可靠的 感性材料，以便人们能从中作出某种猜想和推断，为以后的科学实验提供一 定的方向和目的，以达到对自然现象和规律的正确认识。在上面的实例中， 巴甫洛夫从开始时的科学观察作出了大胆的推想：狗的大脑已经把饲养员的 脚步声和随之而来的食物联系起来而流出口水，这是听觉神经给大脑的信 号。
巴甫洛夫为验证自己的推断运用了生理学上的一些物质手段，切断了狗 的耳下腺，并且让狗的进食与某种外界刺激，如脚步声、流水声、灯光，甚 至用火烧烫狗皮等相配合，而主动干预和控制了流口水这一现象，同时还创 造了一个不受外界干扰的特定环境。这种在一系列人工控制、干预的条件下 进行的观察活动和认识活动就是科学实验。
科学实验是科学实践的又一项重要内容，一种重要形式。这是科学家依 据一定的理论或猜测的某种需要，提出实验设计，利用科学仪器和设备，在 人工创造的特殊条件下，通过有步骤地控制或模拟自然现象去认识自然事物 及规律的一种活动。它一般由三部分组成：实验者，一般是科学家；实验手 段，其中包括科学方法、科学仪器和实验装置；实验研究的对象。
科学实验有以下明显的优点：第一，它能够把复杂的自然现象分解成单个部分，通过干预和控制而排除各种偶然的、次要的因素的干扰，使我们感 兴趣的部分以较纯粹的形态呈现出来，便于我们准确地加以研究。第二，它 能够对那些难以直接控制和研究的过程，如超高压、超高温、超高速、超强 磁场等予以控制，加以研究。第三，它能够采取模拟等手法，把自然界中有 些 “转瞬即逝”、一去不复返的现象再现出来。第四，它还可以表现为一种 特殊的形式和类型--思想实验。比如，伽利略关于速率概念的思想实验， 爱因斯坦关于列车闪电般疾驰的思想实验，等等。思想实验虽然是在人的“内 心中”，即思想中做的，但它同样给人以感性特征，与实际的实验室实验归 属同一个家族，在科学史上也往往不加以区分。
总之，科学中的观察活动和实验活动作为重要的科学实践形式构成了科 学发现和科学证明的主要部分，形成了科学家与自然的对话中极其精彩的一 个篇章。
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四、一盏教堂吊灯的晃动
--科学发现中的比较和类比
假如一个人能看出当前即显而易见的差别，譬如，能区别一支笔与一头 骆驼，我们不会说这人有了不起的聪明。同样，另一方面，一个人能比较两 个近似的东西，如橡树与槐树，或寺院与教堂，而知其相似，我们也不能说 他有很高的比较能力。我们所要求的，是要能看出异中之同和同中之异。
--黑格尔
每当理智缺乏可论证的思路时类比这个方法往往能引导我们前进。
--康德
1580年的一天，比萨大学医科学生伽利略漫步在比萨大街上，无意间在 一座大教堂前站住了。他仔细地端详着那美丽的拱门、圆柱、凌云耸立的塔 楼、塔尖，好像是第一次看到似的。伽利略经常路过这里，但从未真正注意 过它们。他漫不经心地走进教堂，也许为了更仔细地看看它那富丽堂皇的内 部，也许是来祈祷，这些我们永远弄不清楚。但就在他迈进这座安静肃穆的 教堂的时候，他不知不觉走上了他生命的转折点。
伽利略坐在一张长凳上，环视那美丽的祭坛、彩色的镶嵌画和大理石的 柱子。几百年前建造这座教堂时，这些都是从希腊和罗马的废墟上运来的。 突然，他注意到什么东西在晃动。那是大厅中央的巨大吊灯，几个修理房屋 的工人使它摆动起来。
伽利略站起来注视它，就像着了迷一样。奇怪！一开始，吊灯以一个很 大弧度晃动，晃动快些；当弧度变得小些时，摆动得慢些。这时，作为一个 医科学生的伽利略不自觉地用右手手指按在他左手腕的脉搏上，就像在医学 院学到的那样。他根据均匀的脉搏跳动来计算晃动的时间。更奇怪了！不管 狐的大小如何，这盏灯每摆动一次所需要的时间是相同的。
伽利略想，如果不是自己的感觉欺骗了自己，就是亚里士多德关于摆经 过的弧度越小所需时间越少的论述错了。伽利略决定回到自己屋里用各种不 同重量的物体，如铅球、铁球等，在不同长度的绳子上做实验，进行精确的 比较，以寻求真理。
这个年轻人很激动，根本不想上医学课了。他到处去借实验用的各种材 料，有的甚至是乞求来的。然后他狂热地投入到一个又一个摆的实验中。他忙于实验几乎不离开他的房间。房椽太低，挂不下长的摆，他就爬到窗外树 上，把长摆挂在高树枝上，做进一步的实验。在实验过程中他详细记录了观 察结果。最后他在比较中发现：（1）不管弧的长短如何，重量相同的摆每摆 动一次所需时间相同；（2）摆末端的重量的大小不影响摆动所需的时间；（3） 长摆和短摆每摆动一次所需的时间不同。于是，伽利略发现了摆的运动规律： 决定摆动周期的，仅仅是绳子的长度，而与摆末端重量及摆动弧度无关。后 来，伽利略还依据上述原理发明了一种 “测脉计”，它上面装了一个小摆， 医生可以用来测量病人的脉搏。
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在摆的运动规律的发现中，伽利略巧妙灵活地运用了比较和类比的方 法。比较和类比是科学发现、科学研究中经常运用的思维形式。比较，就是 对照各个事物，找出它们的共同点和差异之处，从而确定事物的特殊属性和 一般属性。类比可以说是一种特殊的比较，它在不同类的事物中找出相似点 为根据，由一类事物的已知属性来推知另一类事物也同样具有这种属性。类 比极富于创造性，许多惊人的科学发现及巧妙的技术发明都有它的一分功 劳。
世界上一切事物之间都具有差异性和同一性，这是比较普遍运用的客观 基础。而在两个事物之间进行比较时，都限制在某些方面或某些角度，并且 每一次比较有一个确定的第三者作为中介。譬如，伽利略观察教堂里吊灯的 晃动时，在比较第一次摆动与第二次摆动的过程中他侧重于时间因素，而且 是以跳动的脉搏作为第三者或中介进行比较的。若没有这一中介，就很难判 断出吊灯每次摆动所需时间的相同性。这种比较属于量的比较，或动态比较， 或现象比较。同样，伽利略又将吊灯每次摆动所需时间相等的新思想与亚里 士多德关于晃过的弧度越小所需时间越少的论述进行比较，其比较的中介是 他回自己宿舍后所做的一系列实验的结果。这种比较属于质的比较 （即观念 的比较），而且这一比较侧重于所比较事物的差异之处。
类比是以比较为基础的，它要在不同类事物之间找出相似点，或反映对 象、系统间性质、结构、功能、联系等方面的相似性。
一般地，人们将类比模式化为：
因此，类比推理在科学发现中的意义，就在于可依据早先获得的关于某 一系统的知识推测另一类似系统的信息。类比推理如果从其始点和终点看， 是从特殊到特殊的推理，而其过渡则需要依靠联想、启发、甚至直觉及灵感 的推动作用。譬如，伽利略对灯的晃动的下意识着迷，同时对灯的摆动在弧 度大时摆得快而弧度小时摆得慢这一现象，在大脑中构成强烈的注意点，继 而形成灯的有节律性摆动很可能是均匀的这一大胆猜测。接下来，伽利略通 过联想将灯的摆动系统与人体脉搏系统进行了类比：
人体脉搏的跳动是有节奏性的运
动，而且是均匀的
伽利略通过灯的摆动在时间上均匀这一现象，联想到铅球、铁球等的摆动也在时间上均匀，导致他在宿舍里做了一系列实验，最后发现摆的运动规 律。
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五、 “两面神思维”
--科学发现中的对立统一原则
爱因斯坦一生的思维似乎大多是关于对立面的问题。
--卢森堡
美国精神病学家卢森堡，在详细研究和分析了科学巨星爱因斯坦创建相 对论的科学发现过程后，认为爱因斯坦的创造力是 “两面神思维”的一个典 型例子。两面神是罗马神话中的门神，它有两个面孔，能同时转向两个相反 的方向。这位精神病学家对有重大科学发现和创造性成就的人物作了大量的 调查、访问和分析，形成了 “两面神思维”这一概念。他对这一概念进行了 解释，认为两面神思维就是指同时积极地构想出两个或更多并存的，同样起 作用或同样正确的、相反的或对立的概念、思想或印象。在表现违反逻辑或 违反自然法则的情况下，这样两个或更多并存和同时起作用的相反物或对立 面的表述，就产生了完整的概念和思想。卢森堡在爱因斯坦身上看到了 “两 面神思维”的模特儿形象。
在学生时期，爱因斯坦就喜欢走自己的路。1899年6月，爱因斯坦不按 规定的程序和方法去做实验，结果在进行一次实验时发生爆炸，右手受了重 伤。他的物理学教授对这次事故非常生气，曾问助教： “你认为爱因斯坦怎 么样？他老是不按我规定的去做。”这位助教回答： “不错，教授先生，他 的确是这样。不过他的答案是正确的，他用的方法总是有趣的。”使用与众 不同的方法，开拓新的途径，失败是难免的，不过在科学发现中却需要这样 一种精神。在爱因斯坦的一切活动中，无论是他的物理学研究，还是发表或 陈述他对自然、人及哲学的见解，都蕴含了 “两面神思维”。这种思维是一 种具有一定目标的思维过程，是积极的表述形式；它积极支持特殊对立的或 相反的东西，并且能对表面上看来似乎不合逻辑的情形提出合乎逻辑的假 设。
爱因斯坦说： “十分有力地吸引住我的特殊目标，是物理学领域中的逻 辑的统一。开头使我烦恼的是，电动力学必须挑选一种比别种运动状态都优 越的运动状态，而这种优先选择在实验上都没有任何根据。这样就出现了狭 义相对论；而且，它还把电场和磁场融合成一个可理解的统一体，对于质量 和能量，以及动量和能量也都如此。后来，由于力求理解惯性和引力的统一 性质而产生了广义相对论。”这段话表现了爱因斯坦创建相对论的思维过程 有一定的目标，追求对立面的统一。他一直坚持，把对立的或相反的东西统 一起来会产生奇迹，是取得科学大发现的一条有效途径。正是以这种 “两面 神思维”为探索之路，爱因斯坦前半生取得了非常伟大的成就；也正是在这 条路上冒险行进，追求 “统一场论”而耗费了爱因斯坦的后半生。
“两面神思维”实质上是一种从对立之中去把握统一的方法，即对立统 一原则。这种思维虽在 20世纪被科学家当作新发现，但它在哲学上自古有 之，并非新颖的东西。当然像爱因斯坦那样能创造性地运用于物理学领域则 又是空前的。对立统一原则在爱因斯坦那里有了具体化的丰富内容，并被赋 予了科学哲学的形式，这无疑是爱因斯坦的一大成果。譬如，他认为在科学研究中发现对立面的途径应是：先了解原来理论之中的统一性、和谐性、对 称性等表现在何处及其所受的限制或所受影响的方面，对立的另一方面就存 在于被限制或影响的范围之中。由该理论出发，从分析狭义相对论找到了惯 性系的对立面--非惯性系。
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六、 “星星”和“云朵”知多少
--科学发现中的概率性推理
你知道有多少星星位于蓝色的天空？你知道有多少云朵飘浮过大地？上 帝对它们作过清点，数字虽然巨大，可是一无遗漏。
--一首歌谣
这虽是一首短歌，但对科学家却是一个有趣的话题。歌中问及星星的数 量和位置在一定范围内是具有确定性的问题，因此在古代人们就编制了各种 星表。这属于天文学领域的课题。歌中问及云朵有多少就是模糊的、不确定 的，人们对此难以说清，至多给出一个统计性或概率性的说明。这属于气象 学方面的问题。如果你请气象学家给你建立一个 “云表”，那他会当面笑话 你，或者向你耐心解释说：我们根本找不到永远是一个样子的那种云朵，云 朵是变化莫测的。
这种云朵问题，与海滩上沙粒和卵石时时受到海浪的冲击而运动一样具 有概率性。诸如此类的事物及过程在大自然中数不胜数，可以说概率性的世 界或模糊世界是极其丰富而博大的。
法国科学家拉普拉斯提出太阳系起源于原始的炽热星云的假说，从而清 除了上帝的 “第一次推动”。在一次盛大的宴会上，不可一世的拿破仑曾当 面质问他：为什么在你的天体宇宙学说中没有创造世界的上帝？拉普拉斯傲 慢地回答： “我不需要这个假设。”这一响亮的声音使人们感受到自然科学 中客观主义的震撼人心的伟大力量。出于对客观性的坚定信仰，人们逐渐形 成了一幅 “牛顿--拉普拉斯决定论”的世界图景。在这幅图景中，牛顿力 学是万能的，大千世界按照牛顿力学毫厘不差地运行，不存在丝毫的不确定 性。于是科学等于确定性，不确定性等于无知，似乎也成了不容置疑的公式。
就在拉普拉斯这位确定性大师去世的1827年， “布朗运动”被发现了。 随之，那种确定不移的科学观开始悄然塌陷。英国植物学家布朗首先注意到， 漂浮在水中的植物花粉不是静止的，而是像跳 “塔兰台拉舞”（流行于意大 利南部的土风舞）那样无规则地跳来跳去，又仿佛不断地被某种看不见的力 量踢来踢去似的。这就是科学史上着名的 “布郎运动”。这种运动无论如何 在 “牛顿--拉普拉斯决定论”的图景中是找不到的。这些植物花粉虽然颗 粒微小，但第一次向宏大的决定论世界图景挑战，其结果就导致了一个概率 性世界的出现 （后来，法国物理学家皮兰解释“布朗运动”是植物花粉受到 热运动中的水分子无数次碰撞的结果）。
19世纪下半叶兴起的热力学，以初生牛犊不怕虎的勇气向“牛顿--拉 普拉斯决定论”下了第一道战书。热力学是研究大量热分子无规则运动的。 奥地利物理学家玻尔茨曼用统计学的思想出色地进行了研究。他认为热分子 运动遵循一种统计性规律，并提出了几率的理论，为概率在科学中争得一席 合法地位，开辟了一条通向概率性世界的光明之路。但玻尔茨曼本人却受到 了当时欧洲一些科学家的误解、非难和攻击，发生了他最后以自杀作为解脱的悲剧。
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大西洋彼岸的美国物理学家吉布斯在玻尔茨曼受非难时，却独具慧眼， 顽强地坚持统计学的思想，用统计方法研究由大量微观粒子作无规则运动的 涨落现象，对玻尔茨曼的理论进行拓展和完善，从而对玻尔茨曼的工作给予 了有力的支持。
控制论的创立者维纳对此进行了精彩的评论： “从17世纪末到19世纪 末，牛顿物理学一直独霸天下，几乎无人反对。它把宇宙写成一切都是按某 种定律精确地发生的，宇宙是一个结构严密的组织，未来的一切都是由过去 的一切严格决定的。现在这种观点已经不再在物理学中占统治地位了。为摧 毁这种观点的垄断地位而做出最大贡献的，是德国的玻尔茨曼和美国的吉布 斯。”
其实，赌博中赌徒希望赢的机会就是一个概率性问题，因为输赢取决于 许多随机因素的偶然机遇，不可能准确地预言输赢，而只能依据一定的环境 或条件推算其概率。当然，热力学和统计力学所研究的，是由大量元素组成 的有无穷多自由度的系统，比掷骰子等复杂得多。
本世纪初，德国物理学家普朗克提出量子的概念；爱因斯坦创立光量子 假说并解释了光电效应等等。20世纪科学革命的一声声春雷在科学界上空鸣 响，伴随而来的便是概率性世界的一块崭新的天地--量子力学呈现于人类 面前。一大批科学巨星灿然升起--玻尔、德布洛依、薛定谔、玻恩、海森 堡、狄拉克……其中 “测不准关系”的发现和建立不仅揭示了微观粒子的速 度和位置不能同时准确地测定，更重要的它是对热力学统计规律的一次超 越。它向人们宣称，我们之所以不能预言和确定个别粒子的运动，是因为我 们一开始就不可能准确地测定和知道其初始条件。
维纳一再强调他创立控制论的出发点和指导思想是吉布斯的统计理论， 指出控制系统中的相互作用是随机的，具有统计性特征。普里高津等人也宣 称，耗散结构理论是探索复杂性、随机性及不可逆性。
从上面的一系列深刻变革中，科学家们惊奇地发现，概率性世界向人类 展示了一幅更为新奇的、更加广阔而丰富多彩的世界图景。
概率是数学概率论中最基本的概念，它是用以表示一个事件出现的可能 性的大小的一个量，因此必然发生的事件的概率为 1，而不可能发生的事件 的概率为0。而一般随机事件的概率为介于0与1之间的一个数。概率又称 为 “或然率”、“几率。
概率性在科学王国中与确定性、必然性一样是普遍的、客观的。概率性 规律或统计性规律与牛顿式机械决定性规律不同：前者是通过对同类随机现 象进行大量观察而发现的，并且只适用于同类现象的总体而不能适用于个 体；它描述这种随机现象总体上的相对确定性状态，而不能确定地描述随机 现象总体中某个体的状态。
机械决定性规律或动力学规律的逻辑表达式为 “A→B”，即在有A的条 件下，B必然和完全确定地出现。而概率统计性规律的逻辑表达式为： “如 果有A，那么B以百分之几的概率出现”，即在A出现的条件下，B出现不是 必然的，也不是不可能的，而是具有百分之几的可能性，即概率。
统计概括是获取概率性结论的方式。它的完成既可运用完全归纳法，也 可以应用不完全归纳法。运用完全归纳法是理想性的，只是在有限范围内或 一定条件下才能完成，如某中学初一甲班60％的学生是男生。这里面对的是“甲班”的有限范围，可以说这是对确定性世界的一种把握。实际上在多数 情况下难以应用完全归纳法。对概率性世界的把握只能运用不完全归纳法， 其逻辑形式为：
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运用不完全归纳法的成功性取决于抽样及对样本把握的成功性。这需要 满足以下条件：第一，独立性。从总体中抽取样本必须是随机的，即每个个 体具有同样可能被抽取的几率；同时样本之间具有一定的相对独立性。第二， 代表性。抽取的样本能最好地呈现总体特征。这就是，抽取的样本必须各有 其显着的不同的特性，而样本中各个个体间的差别必须和总体中各个个体之 间的差异大体上相一致。第三，适度的量。样本中的个体必须达到一定的数 量，以确保样本中显示的规律性具有较大的普遍性和客观性。达尔文为了研 究生物进化规律，随贝格尔舰绕地球航行一周，历时五年，待返回英国时该 舰的一个货舱里装有差不多半吨重的生物的地质标本。实际上这仅仅是达尔 文搜集的大量标本中的一部分，其他大部分早已预先运走。仅在加拉帕戈斯 群岛，达尔文就采集了193种植物标本。大量的标本为达尔文从事生物学的 研究和探索奠定了可靠的基础。
七、奇妙的 “云梯”
--科学发现中的创造性思维
在法则的锁链上，闪烁着幻想的火花。
--舒曼
在科学认识和创造中，科学家从事归纳、演绎、分析、综合等逻辑思维 的同时，贯穿着非逻辑的思维，即创造性思维，如灵感、直觉、想象等。这 些创造性思维架起了科学家采撷重大科学成果的 “云梯”。
古希腊哲人和数学大师毕达戈拉斯，有一次走过一家打铁场时，为非常 有节奏的打铁声所吸引，于是走上前去，竟意外发现铁锤的大小、重量及敲 击的轻重程度，都与打铁发出的谐音有一种确定的比例关系。由此毕达戈拉 斯认识到音乐的和谐与数学的比率可能是相关的。
一个着名的故事说，牛顿在沃尔斯索普的果园中碰巧看见一个苹果从树 上掉下来，一瞬间一个念头闪过他的脑际：为什么苹果往下落，而不是往天 上去呢？既然苹果往下落，那么为什么月亮不掉下来呢？由此，牛顿得出了 “重力”的概念，进而发现万有引力定律。
