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文一 上海交通大学安泰经济与管理学院特聘教授 复旦大学中国研究院特邀研究员 该系列文章上篇：究竟什么是科学？——从牛顿《炼金术手稿》谈起（上） ；中篇：究竟什么是科学？——从牛顿《炼金术手稿》谈起（中） 四、拉瓦锡的化学革命 拉瓦锡被公认为“化学领域的牛顿”，他的《化学基础论》在化学界的地位相当于牛顿的《自然哲学的数学原理》在物理学界的地位。拉瓦锡把以“炼金-炼丹”技术为基础的传统思辨化学，变成了以精确测量和重量比分析为基础的实验化学，从而把化学从“古代科学”变成了“近代科学”。拉瓦锡最重要的贡献在于发现了化学反应过程中的“质量守恒定律”，和燃烧现象背后的氧化反应原理。而氧化反应碰巧是地球上无机世界和生命世界最普遍的运动原则，比如，金属生锈、木材燃烧、火药爆炸、植物发酵、动物呼吸等都是氧化反应过程。 拉瓦锡能够做到的事情为什么牛顿（还有中国古代炼金术士）没有做到？难道是因为拉瓦锡比牛顿更加受到古希腊公理演绎思维传统的影响？难道是因为拉瓦锡比牛顿更加享有思想自由和更加擅长运用演绎数学？难道是拉瓦锡比牛顿更加具有希腊人那种“为科学而科学、为求知而求知”的理性精神？难道是拉瓦锡比牛顿更加不在乎科学的实用性和功利主义价值？都不是。而这些论点——缺乏思想自由和理性思维、缺乏古希腊演绎数学、缺乏形式逻辑方法、缺乏抽象符号语言、缺乏基督教经院哲学刨根问底、为科学而科学的精神——恰好是秉持流行科学观的中国知识分子用来“解释”中国古代只有炼金术而没有科学的理由。【1】 为了回答上面提出的这些问题，让我们首先看一看拉瓦锡《化学基础论》的写作结构和风格，它与牛顿的《炼金术手稿》中采纳的概念体系和“世界图像”方面有什么区别。 拉瓦锡的《化学基础论》分为四大部分，每一部分又细分为许多章节。第一部分讨论了五方面内容： 1. 气体的基本性质。拉瓦锡论证了“气体”是物质的一种物理状态，与此相应的还有液态和固态。也就是说，空气不一定是单一物质，更不是古希腊和牛顿认为的那种万物之源“气元素”，而是任何一种物质可能存在的物理形态。拉瓦锡讨论了物质的气体状态是如何通过对固体或者液体加热而形成的，也讨论了“热”的性质。注意，拉瓦锡像牛顿一样错误地认为“热”本身也是一种构成大自然的基本物质。不过这一错误图像并不影响拉瓦锡的其余讨论。拉瓦锡讨论了地面上我们所呼吸的空气不是单一物质，而是多种不同气体的混合物。拉瓦锡通过实验和精确测量证明空气的主要成分是氮气和氧气。 到此为止，拉瓦锡对于气体的认识已经远远超过牛顿。牛顿虽然意识到空气有稀薄程度的不同，也认识到水可以通过加热变成水蒸气，但是他仍然认为还有一种更加基本、抽象的宇宙元素——“气”，作为古希腊的四大元素之一，存在于天地万物中。牛顿没有意识到气体不过是所有物质存在的一种物理状态，这个状态与温度有关，因此牛顿认为普通空气是单一“元素”，与古希腊智者所理解的一样。牛顿比古希腊更进一步，认为“气”是某种精神性的东西，充满宇宙万物，与传播光的“以太”有关——在这一点上似乎有点像中国古代道家和医学的理论，认为人体和天地充满的有活力的“气”，从而有“元气”和“气血”一说。因此，虽然中国古代哲学的“五行”中没有像古希腊哲学那样把“气”作为一种基本元素，但并不妨碍中国人将“气”视为所有生命体中普遍存在的东西，这点与牛顿相似。反过来，古希腊四元素理论中没有“金”，但是这也并没有妨碍西方人和牛顿大谈炼“金”术和秉持各种金属之间相互转化的信念。如果西方人可以将金属视为“土”的衍生物，那么中国人也可以将“气”视为“火”与“水”的衍生物，甚至是“五行”的“本源”。总之，五行元素中没有单独的“气”这个哲学概念，并不能成为一些人所说的近代中国没有产生化学革命的理由。 2. 拉瓦锡讨论了氧气如何与硫、磷、氮、碳等基本元素反应形成不同种类的酸，从而揭示氧是构成各种“酸”的“根”的基本元素。这里拉瓦锡提出了“氧化原理”。拉瓦锡还讨论了如何通过对金属氧化物加热来制造（释放）氧气，以及这个过程的逆反应过程——即纯金属的氧化过程。到这一步，拉瓦锡已经揭示氧化反应是地球上化学世界最普遍的运动原则之一。 3. 拉瓦锡讨论了水作为一种化合物的基本化学性质，以及如何通过水的分解来获得氧气和氢气。拉瓦锡从而彻底否定了古希腊四大元素理论，因此也自然而然地否定了牛顿关于“水”是宇宙最基本的第一元素和万物都从它通过发酵演变出来的哲学猜测。 4. 拉瓦锡讨论了“燃烧”现象的化学性质，指出燃烧不过是一种氧化反应过程，而且指出物质在燃烧过程中会释放“热”，而且通过观察燃烧时附近冰块的融化程度来定量地测量了不同物质燃烧时释放的热量。拉瓦锡还指出了与氧化燃烧过程类似的其他“燃烧”过程，即硫、磷、碳元素与金属的化合过程；并指出了一个普遍规律：很多能够与氧发生化合作用的物质，比如金属和氢气，也能与硫、磷、碳化合。拉瓦锡因此讨论了与“氧化物”类似的“硫化物”“磷化物”和“碳化物”。 5. 拉瓦锡讨论了利用燃烧或者蒸馏来分解、降解动物和植物，并发现它们的基本构成是碳水化合物，以及少量的氮和磷元素。 《化学基础论》的“第一部分”相当于整本书的概论，而更加详细深入的内容是在第二部分展开的。书的第三部分详细讨论了大约160来种实验仪器的制作和使用，以及如何通过它们来“证明”前面两部分的发现——这一部分有点神似宋应星的《天工开物》（1637年）。《天工开物》比《化学基础论》早了152年，但是没有专门聚焦于炼金术化学的操作。可是《天工开物》体现的、用具体技术来“证明”具体理论的精神，与《化学基础论》一致，不像牛顿《炼金术手稿》那样去构造宏大的包罗万象的理论。拉瓦锡化学革命体现的精确实验操作精神和定量测量方法，才是近代科学区别于古代科学的关键。同样的精确实验操作和定量测量精神也体现在伽利略开创的经典力学理论中—参见伽利略《关于两门新科学的对话》和《关于两大世界体系的对话》。 ——以下是拉瓦锡《化学基础论》的目录： 第一部分：论气态流体的形成与分解，论简单物质的燃烧以及酸的形成 第 1 章：论热素的化合以及弹性气态流体或气体的形成 第 2 章：与我们大气的形成和组成有关的一般看法 第 3 章：大气的分析，将其分为两种弹性流体：一种适宜于呼吸，而另一种不能被呼吸 第4 章：大气的几个组成部分的命名 第 5 章：论用硫、磷与碳分解氧气，酸形成通论 第 6 章：论酸的普通命名，尤其是从硝石和海盐中提取的酸的命名 第 7 章：论用金属分解氧气以及金属氧化物的形成 第 8 章：论水的基本要素，论用碳和铁对其进行分解 第 9 章：论从不同种类的燃烧离析出的热素的量 第 10 章：论可燃物质的相互化合 第 11 章：关于具有几种基的氧化物和酸的观察，关于动物物质和植物物质组成的观察 第12 章：论依靠火的作用对植物物质和动物物质的分解 第 13 章：论酒发酵对植物氧化物的分解 第 14 章：论致腐发酵 第 15 章：论亚醋发酵 第 16 章：论中性盐及其不同基的形成 第 17 章：对于成盐基及中性盐形成的继续观察 第二部分：论酸与成盐基的化合，论中性盐的形成 第 1 章：对于简单物质的观察 第 2 章：对于复合根的观察 第 3 章：对于光和热素与不同物质的化合物的观察 第 4 章：对于氧与简单物质的化合物的观察 第 5 章：对于氧与复合根的化合物的观察 第 6 章：对于氮与简单物质的化合物的观察 第 7 章：对于氢与简单物质的化合物的观察 第 8 章：对于硫及其化合物的观察 第 9 章：对于磷及其化合物的观察 第 10 章：对于碳及其与简单物质的化合物的观察 第 11 章：对于盐酸根、萤石酸根、月石酸根及其化合物的观察 第 12 章：对于金属相互化合物的观察 第 13 章：对于亚硝酸和硝酸及其成盐基的化合物的观察 第 14 章：对于硫酸及其化合物的观察 第 15 章：对于亚硫酸及其化合物的观察 第 16 章：对于亚磷酸和磷酸及其化合物的观察 第 17 章：对于碳酸及其化合物的观察 第 18 章：对于盐酸和氧化盐酸及其化合物的观察 第 19 章：对于硝化盐酸及其化合物的观察 第 20 章：对于萤石酸及其化合物的观察 第 21 章：对于月石酸及其化合物的观察 第 22 章：对于砷酸及其化合物的观察 第 23 章：对于钼酸及其与成盐基的化合物的观察 第 24 章：对于钨酸及其化合物的观察 第 25 章：对于亚酒石酸及其化合物的观察 第 26 章：对于苹果酸及其与成盐基的化合物的观察 第 27 章：对于柠檬酸及其化合物的观察 第 28 章：对于焦亚木酸及其化合物的观察 第 29 章：对于焦亚酒石酸及其成盐基的化合物的观察 第 30 章：对于焦亚黏酸及其化合物的观察 第 31 章：对于草酸及其化合物的观察 第 32 章：对于亚醋酸及其化合物的观察 第 33 章：对于醋酸及其成盐基的化合物的观察 第 34 章：对于琥珀酸及其化合物的观察 第 35 章：对于安息香酸及其与成盐基的化合物的观察 第 36 章：对于樟脑酸及其与成盐基的化合物的观察 第 37 章：对于棓酸及其与成盐基的化合物的观察 第 38 章：对于乳酸及其与成盐基的化合物的观察 第 39 章：对于糖乳酸及其与成盐基的化合物的观察 第 40 章：对于蚁酸及其化合物的观察 第 41 章：对于蚕酸及其与成盐基的化合物的观察 第 42 章：对于皮脂酸及其化合物的观察 第 43 章：对于石酸及其与成盐基的化合物的观察 第 44 章：对于氰酸及其化合物的观察 第三部分：化学仪器与操作说明 第 1 章：论确定固体和液体的绝对重量与比重所必需的仪器 第 2 章：论气量法，即气态物质的重量与体积之测量 第 3 章：量热计，即测量热质装置的说明 第 4 章：论分离气体的机械操作 第 5 章：论不经分解使物体粒子彼此分离以及使其再次结合的化学手段 第 6 章：论气体化学蒸馏、金属溶解以及需要极其复杂仪器的其他某些操作 第 7 章：论封泥的组成与用法 第 8 章：论燃烧与爆燃操作 第 9 章：论爆燃 第 10 章：论在极高温度中处理物体所必需的仪器 第四部分：附录（关于化学中使用的各种度量衡） 以上便是拉瓦锡《化学基础论》的概况和内容简介。虽然拉瓦锡在书中描述的很多化学实验都是根据其他人的发现，包括德国炼金术士贝歇尔、斯塔尔，瑞典炼金术士舍勒，英国炼金术化学家普利斯特里、卡文迪许等，以及一系列来自火药制造业、制药业、采矿业、冶金业、酿造业、染料业等行业工人和技术员的经验知识积累，但是拉瓦锡不仅自己亲自重复了这些已知实验，并对它们进行了更加精密的测量和独特的归纳与分类。因此，拉瓦锡在化学上与牛顿在物理学上一样，都是站在巨人的肩膀上的“集大成者”和新思维框架的开创者。 显而易见，拉瓦锡的《化学基础论》并不是按照古希腊的演绎推理、亚里士多德的三段论或者牛顿《自然哲学的数学原理》的写作方式来展开的。因此，如果不读牛顿的《炼金术手稿》，我们今天很难体会拉瓦锡的伟大与过人之处——牛顿穷其大半生精力试图破译的微观世界的密码，在他发表《自然哲学的数学原理》100年之后被炼金术士拉瓦锡成功破译了，从而撞开了化学革命的大门。 如果我们将化学世界比喻为一幅扑朔迷离的巨大拼图，那么人类智力面临的挑战，在于尽量用手中掌握的支离破碎的局部信息去破译这个巨大的迷藏。而这个迷藏的谜底实际上就是门捷列夫的《元素周期表》。目前这个周期表里面有118个化学元素，而拉瓦锡当时掌握了其中的33个（包括三种气体元素和二十几种金属与非金属元素），仅仅从数目上就远远超出古希腊的四大元素和古中国的五大元素。虽然拉瓦锡还没有发现这些元素的周期性化学性质，但他重新提出了对化学“元素”的定义，并按照这个定义给出了第一个现代化学元素列表和化合物的分类与命名。拉瓦锡根据元素的性质对元素进行的分类，有助于后人发展出元素周期表——拉瓦锡将元素分为气体、非金属、金属和土——这种分类方法为后人发现更多化学元素、理解化学反应机制并揭示元素周期表打开了大门，指明了方向。 因此，人类要想发现“化学元素周期表”并揭示化学反应规律，在初期需要经历至少三个步骤。首先，需要怀疑古希腊哲学家设想的“四大元素”或者古代中国哲学家设想的“五大元素”，意识到它们并非自然界可以直接观察和测量的真正物质元素，而不过是古人根据观察到的现象、通过归纳和猜测而提出的本体论哲学概念。其次，还需要通过实验去证明和把握那些真正可测量的化学物质元素的存在和性质，并能够在此基础上对这些元素进行技术性的精确操作与重复实验，尤其是能够将这些化学元素从物质中分离和提取出来——实实在在地装进瓶子里对其称重和测量。古代中国炼丹-炼金术在这方面作出过很多贡献，发现了多种化学元素和它们的化学性质，比如硫、磷、锡、铅、金、银、铁、铝、汞等单质元素和它们的多种化合物，甚至发现了它们具有不同的比重，并利用这些性质来开采、分离、提取、冶炼、还原、化合这些金属。最后，还需要搞清楚这些基本化学元素是按照何种方式与比例构成大千世界的各种五彩缤纷的物质的，以及它们之间是按照什么规律在什么条件下进行化合与分离的？换句话说，也就是需要揭示这些化学元素的基本化学性质和它们参与化学反应的基本方程式以及化学反应发生的物理条件。 这三个步骤是实现将化学这门学科由基于炼丹-炼金术的“古代科学图像”，向拉瓦锡《化学基础论》中基于系统性精密实验方法揭示的“近代科学图像”转型的关键。而拉瓦锡之后的化学学科想要进一步实现从“近代科学图像”向“现代科学图像”的转型，还需要等到19-20世纪利用新技术对原子结构有了进一步了解以后才能做到，而这一个话题不在本文探讨；本文只探讨人类对微观物质世界的认识，是如何在脱离了远古时代的完全拟人化的“巫术、神话、万物有灵论”所代表的“原始科学图像”，并进入古希腊-古中国的自然哲学阶段之后，从炼丹-炼金术所呈现的“古代科学图像”逐渐转化成拉瓦锡化学革命中所揭示的“近代科学图像”的。而牛顿和拉瓦锡都是这个“范式转化”历史过程中的典型代表——前者是“古代科学图像”的最后一位（伟大的）欧洲信奉者，后者是“近代科学图像”的第一位欧洲开创者。 在将炼金术这门“古代科学”提升为“近代科学”的以上三个步骤中，每一步都是巨大的智力与技术挑战，尤其是最后那一步（第三步）。牛顿没有能够回应和解决这个挑战，中国和阿拉伯的炼丹-炼金术大师们也没有能够回应和解决这个挑战，虽然他们对其中的每一步都作出过重要贡献。【2】这就是为什么凯恩斯称牛顿为化学领域的“最后一位魔法师”，而非“理性时代的第一人”。 前面已经陈述过牛顿手稿反映的基本“宇宙图像”：与古希腊的泰勒斯一样，牛顿倾向于认为大千世界的本源是“水”，水能够通过“发酵”和“受精”这种特殊的“原则”转化为其他物质，包括泥土、矿物、植物和动物。而光在物质“发酵”与“受精”过程中扮演着关键的角色。反过来，牛顿认为植物和动物死后，通过“腐烂”原理降解为“尘土”和“水”。比如，金属这种形态的物质通过“腐烂”原理还原为最小颗粒，然后通过吸收“发酵剂”在它们身上留下新的“种子”（精液）。古人关于星象的各种神话不过是反映了古人在炼金术方面因为经验丰富而获得的各种秘密知识的暗语。 如果牛顿的《炼金术手稿》不是出于创立经典力学体系和微积分的“科学圣人”之手，而是出于17-18世纪的中国道家、阴阳家或者宋明理学大师之手，那在中国知识界将会是怎样一种局面呢？奉行流行科学观的中国知识分子，估计会因此变得异常兴奋起来——看看吧，这就是中国古代不能产生科学的原因和又一证明！在这个与牛顿相应的大清王朝时代，人家欧洲已经进入以牛顿力学为代表的理性革命与启蒙运动时期了，已经通过万有引力定律来精确刻画太阳系天体的运动规律，已经科学地解释了光和潮汐的运动；而中国人还沉迷于几千年前的炼丹-炼金术的原始思维模式不能自拔，还居然认为“水”是万物之源，认为矿物是通过“受精和发酵”而产生的，认为硫化汞（朱砂）是“男女交媾”的结果，其中“硫是男人，汞是女人”，还在用古老《周易》中“天人合一”的方式思考世界。多么地愚昧！ 这些现代以来的中国知识分子，既不去研究牛顿炼金术手稿的内容，也不去考察拉瓦锡的《化学基础论》，尤其是里面的第三部分——它几乎类似于1637年明代科学家宋应星的《天工开物》，它们体现的是同一种实验科学精神，即如何用技术而不是逻辑演绎去“证明”人的认识的正确性，如何用各种工具通过有程序步骤的操作，制造出各种大自然有过或者没有过的奇妙产品的；而且《天工开物》中记载的炼金术知识，至少早在唐代就被著名炼丹大师金陵子的《龙虎还丹诀》系统、全面、专业地总结和描述过了。【3】因此，这些人很难对“什么是科学”和中国古代的知识体系的“科学性”做出正确的、客观的判断。 然而核心的问题是：纵然有过如此发达的炼丹-炼金术传统和被莱布尼茨看重的数理《易经》哲学基础，中国为什么在18世纪末没有出现拉瓦锡这样的化学家？ 而回答这个问题的关键，是首先要去理解“为什么拉瓦锡会超越牛顿？”，而不是去捕风捉影地批判中国古代自然科学研究中的“功利主义”倾向和无神论传统，或者追问为什么中国缺乏古希腊演绎理性与“为科学而科学”的思维自由；因为这些被流行科学观吹捧的“西方中心主义”因素，牛顿作为启蒙时代的科学圣人都一一具备；但是，牛顿的炼金术并没有因此与中国的炼丹术有何不同，也没有从本质上超越唐代《龙虎还丹诀》，甚至东汉《周易参同契》的“认知范式”。【4】 东汉时期的道士魏伯阳在《周易参同契》中，以阴阳五行范式来阐明炼丹的原理和方法。《周易参同契》中叙述最详细的部分，也是书中的核心内容，就是通过可逆的氧化还原反应来炼制氧化汞——“还丹”。原文记载共分三变，第一变是将15份金属铅放在反应器四周，加入6份水银，再用炭火加热，便生成铅汞齐。魏伯阳认为“火”也参加反应，是反应物。所以他说，要用6份炭的炭火微微加热，铅与水银、炭火这三种“物质”相互含受，才能够发生变化而生成铅汞齐。第二变是随着火力的增大，水银逐渐被蒸发掉，铅被氧化为一氧化铅和四氧化三铅，反应完毕时，主要生成黄丹，即黄芽（四氧化三铅，化学式为Pb3O4）。第三变是将第二变的产物铅丹与9份水银混合、捣细、研匀，再把这种混合药料置入丹鼎中，密封合缝，务必使其不开裂、不泄气，然后加热。先文火后武火，昼夜察看，注意调节温度，反应完毕，丹鼎上部得到红色的产物“还丹”——氧化汞。用现代化学知识来解释，魏伯阳所述“还丹”炼法如下： 3Pb 2O2=Pb3O4 （黄芽） 2Pb3O4=6PbO O2↑ （下丹鼎）（可逆反应） 2Hg O2=2HgO （下丹鼎）（可逆反应） 魏伯阳还在《周易参同契》中用古代炼丹术语描述以上化学反应式时说：“河上姹女，灵而最神，得火则飞，不见埃尘 将欲制之，黄芽为根。”这里的“河上姹女”就是汞，“黄芽”就是铅丹。这句话的意思是，汞易挥发，铅丹能与汞在高温下作用，生成不易挥发的氧化汞，因而汞被铅丹“制服”住了。 在《周易参同契》中，魏伯阳还记述了升华装置（丹鼎），把丹鼎看作一个缩小的宇宙，阴阳变化、万物终始都在其中；也就是认为炼丹炉里面的变化与天地造化或大自然的运行是同一个道理。这与牛顿《炼金术手稿》中体现的自然观非常相似。 与牛顿炼金术手稿中体现的古埃及、古巴比伦神秘主义和“类比”思维一样，《周易参同契》运用《周易》的阴阳学说来阐述炼丹术，因此书中有大量的“日月”“男女”“五行”之说，都是以类比手法来阐明炼丹的基础就是符合阴阳五行之道的交媾（化学中的亲和力），强调阴阳二要素的配合是炼丹术原理的纲要，当物质的阴阳交感合乎匹配规律，金丹修炼就会成功，当违背匹配规律就会失败。后来拉瓦锡的化学理论也用“酸-碱”概念来表达“阴-阳”对立的化学性质。 问题的关键在于，当牛顿（或者中国的炼丹术士）把构成大自然的基本元素看成“水、火、土、气”的时候，他们并没有企图去精确地测量这些假想元素在不同物质中的含量与比例。而一旦他们这样做，或许就会发现他们所设想的“水”元素、“气”元素、“土”元素或者“火”元素，根本不存在，或者根本不是以他们理解的方式而存在的。 这其实是拉瓦锡的第一个突破口。比如，拉瓦锡在年轻时通过水能够溶解石膏这一现象，推测“水”并非单纯的元素，而是混合物。拉瓦锡还发现，将蒸馏水在蒸馏瓶中再次烧干以后，蒸馏瓶底部留下的沉淀的重量恰好等于蒸馏瓶子本身所失去的重量，而水与玻璃瓶的总重量并没有改变。这就促使拉瓦锡进一步推测，流行观念所谓的“土”元素也许并非由“水”元素转化而来，只不过来自蒸馏瓶玻璃部分溶解于水的结果。 在后来的研究中，拉瓦锡还发现“火”元素并不存在，物质燃烧也不是因为“火素”或“燃素”逃离可燃物质的结果，而是因为与氧气化合的结果。正因为如此，当拉瓦锡的同时代炼金术士发现“空气”也不是简单的元素，而是不同气体的混合物的时候，拉瓦锡敏锐地抓住了这一机会来证明他自己的新“世界图像”。 更进一步，在拉瓦锡看来，如果植物是由古希腊四大元素构成的，那么如何将它们从植物中分离出来？尤其是测量它们各自所占的比例是多少？拉瓦锡发现用燃烧或者蒸馏方式去处理不同植物时，他所获得的主要是碳水化合物和几种气体以不同的比例存在于不同植物中。 这样一系列实验迫使拉瓦锡最终放弃古希腊四大元素概念，以新的“碳、氢、氧、氮、硫、磷、汞、铁”等元素概念取而代之——虽然这样做并不符合爱因斯坦推崇的“奥卡姆剃刀”美学原则，但是符合“实事求是”的科学精神。拉瓦锡在《化学基础论》“序言”中说道：“把自然界的一切物体都归结为三种或四种元素的癖好出自一种偏见，这种偏见已经从古希腊哲学家那里传到我们这里。四元素说认为，四种元素通过比例的变化而构成自然界中一切已知物质，这种看法是一个纯粹的假说，是在实验哲学或化学的基本原理出现之前很久被人们设想出来的。当时，他们不掌握事实就构造体系；而我们已经收集了事实，但当这些事实与我们的偏见不一致时，我们似乎决意要抛弃它们。这些人类哲学之父的权威至今仍然很有分量，并且我们有理由担心它还会对后代人施以沉重的压迫。”【5】那么这些“碳、氢、氧、氮、硫、磷、汞、铁”元素是否由更为基本的元素或者“微粒”构成呢？拉瓦锡并没有能力去回答这些问题，因为他无法通过实验去“证明”或者“证伪”这种可能性。在拉瓦锡看来，经过实验证明的东西远比只由逻辑演绎推导的东西可靠，除非演绎逻辑所依赖的公理（大前提）本身也是经过实验“证明”过的。就像后来拉普拉斯在回答拿破仑关于上帝第一推动力的问题一样，认为人类的可靠知识不需要上帝这个“假设”——而牛顿认为他自己需要这样的假设。反而中国哲学传统自古以来就不喜欢“上帝”这个假设。 例如，在唐代，中国炼丹术士对各种已知化学变化进行了总结、归纳，于是把各种矿物药分为“阳药”和“阴药”两大类——类似于“酸性”和“碱性”，认为理解和运用阳药和阴药之间的消长变化、相互制约，是掌握炼丹原理的关键。比如，把容易燃烧、颜色赤黄、见火容易挥发（升华）的矿物，归为阳性，包括黄金、白银、丹砂、硫黄、雄黄等；而那些好静不动、颜色晦暗、形成于阴山水旁的矿物质，则归为阴性，如黑铅、水银、硝石、矾石等。这些原理用来指导和解释很多化合物的制作，比如用水银和硫黄炼成硫化汞，同丹砂与明矾、硝石炼成氧化汞，用丹砂与明矾、食盐炼成氯化亚汞，用雄黄和硝石炼成砒霜，用金属锡与雄黄炼成二硫化锡，等等。这与一千年后拉瓦锡将化学物质分为酸、碱两大类型和“酸碱反应生成盐”的认识有异曲同工之妙，虽然这些炼丹术理论还远没有达到拉瓦锡分类概念的精确程度。 但是当拉瓦锡用精确实验手段去测量不同物质的化学构成时，他发现牛顿式的炼金-炼丹术假说和“拟人”类比思维是多余的，就像伽利略和牛顿本人在经典力学理论的创立时发现亚里士多德关于物体运动的很多假说和拟人类比思维——比如“四因说”——都是多余的一样。然而，牛顿能够在物理学上取得“前无古人”的成就，是因为在他之前有伽利略、笛卡尔、开普勒、惠更斯等一大批巨人，使他能够站在他们的肩膀上看得更深、更远；可惜在化学方面，除了源自东方的炼丹-炼金术之外，还没有巨人出现，因此牛顿缺乏巨人的肩膀可站，导致他在化学方面无法形成“革命性综合”。【6】 以上只是牛顿的研究纲领失败的一个比较肤浅的原因。牛顿研究纲领失败的关键原因有以下五个方面，可以同拉瓦锡之所以成功（包括发现氧气）的关键原因相比较。 首先，牛顿失败而拉瓦锡成功的第一个关键原因，肯定不是因为拉瓦锡对上帝比牛顿更加虔诚，【7】而是因为拉瓦锡有一种迫切的现实需求去理解物质的燃烧爆炸机制，从而导致他发现氧气和燃烧的氧化原理。拉瓦锡作为法国兵工厂厂长和法国火药局局长，需要找到量化生产硝石的方法，尤其是为硝石这种极度稀缺而国防需求量极大的天然战略性军需品物质找到替代品，否则不仅无法帮助法国在长年累月的欧洲战争中战胜强大对手（西班牙、英国、荷兰等），而且会被灭国。【8】拉瓦锡为了搞清楚火药燃烧爆炸的机制和寻找火药的最佳制作工艺与配方，从事过各种燃烧爆炸实验；而为了寻找硝石的替代品以改善法国的火药供给速度并提高火药的爆炸效率，拉瓦锡尝试过对各种容易燃烧的化学材料，包括硫、磷、硝酸、植物油和脂肪等，进行系统性研究。也就是说，拉瓦锡比牛顿有更加迫切的现实“功利主义”需求去研究炼金术，尤其是搞清楚爆炸燃烧现象背后的“第一性原理”，以便开发出硝石的替代品和对那个时代的“原子弹核武器”——“火药”——实现规模化大生产。 比如拉瓦锡在《化学基础论》第二部分第四章中，是这样描述火药的燃烧爆炸机制的：一切可燃物（比如木炭）与硝石混合，并受一定程度的热，便可以被氧化而且产生爆炸。具体机制是“氧气离开硝酸盐，与可燃物化合。这种氧化需要极端谨慎并以极小的量来完成；因为，由于氧是……硝酸盐……的组成部分，因此，氧一旦与可燃物质化合，大量的热素就迅速游离，并引起完全不可抗拒的爆炸。”拉瓦锡还发现中国黑火药中硫黄的关键作用，是为了降低火药引爆的燃点。而且拉瓦锡还专门用《化学基础论》第四部分的第九章“论爆燃”，来进一步解释火药燃烧爆炸的化学机理，描述了各种火药实验，并且解释了如何测量硝石中氧气的含量，和如何制作研磨火药才能提高火药爆炸威力的科学方法。 牛顿失败而拉瓦锡成功的第二个关键原因，肯定不是因为拉瓦锡比牛顿（或者中国古代炼丹术士们）更具备古希腊“逻辑思维”头脑，而是因为拉瓦锡在化学实验中动用了更加精确的测量工具——天平——来帮助他思考和“检验”任何假说的正确性。但是牛顿和中国炼丹术士很少系统性地这样做。因此，是精密实验方法和测量技术的落后限制了牛顿和中国炼丹术士。为了精确测量物质的组成成分，人们需要对加热后或者化学反应过程中生成的气体、液体、固体进行全面的捕捉和称量，这就需要精密天平。而精密天平这个化学中最基本、最具革命性的工具没有被牛顿和中国炼金术士采用—因为没有需求，也就没有被发明出来。 其实拉瓦锡在《化学基础论》中也犯过牛顿同样的错误——即把“热”当成了一种构成宇宙物质的基本元素，这与牛顿和中国炼丹术士把“金、木、水、火、土”看成构成宇宙物质的基本元素是一回事。拉瓦锡虽然观察到化学反应过程中总是释放热量并企图通过冰块吸热来精确测量它的多少，但是无法对“热”本身进行任何进一步的实验和分析，因此无法判断“热”这种自然现象的真实本质。拉瓦锡认为物质发热是因为有一种叫作“热质”的物质微粒进入物体的结果，这种“热质”是可以在不同物体之间游走的。这样的热理论与拉瓦锡反驳的“燃素”论有异曲同工之处，都是属于“古代科学”理论的残余。换句话说，拉瓦锡在理解“热”现象时所形成的“图像”（或者猜测）是“科学的”却是“错误的”，这也说明了为什么牛顿和中国古代炼金术士关于大自然的“图像”都是代表一种古代科学理论和思维范式，虽然这种理论和范式并不精确，甚至是“错误”的，或者在技术上是不可精确“测量”和“操作”的。【9】 另外，牛顿和中国古代炼丹术士在实验技术上比拉瓦锡时代缺少一个有利条件——对气体进行精密“称量”需要很多可以密封的、轻便小巧的透明玻璃容器，这样也便于从外部观察化学反应过程；而中国炼丹 — 炼金术采用的瓷器和金属器皿不透明，也没有玻璃器皿那么容易烧制成不同形状，虽然中国炼金术士很早就懂得与空气隔绝的密闭条件和开放条件下的化学反应会非常不同。 其实中国唐代金陵子一派的炼丹家，已将“物质守恒原理”应用在炼丹实践中，并且认为不同性质的气体也是参与化学反应的物质，而且意识到气体是有质量的。比如金陵子认为，丹砂由水银、石气（烧石生成的气体）和石胎三者组成，三者在反应前后总量是不变的。在这里，物质守恒原理已经不仅是思辨推理性质，而“气”也确指具有质量的物质。【10】不过测量一个化学反应前后空气重量的变化需要极高的精度和灵敏度，这一点如果离开了精密天平和轻巧的玻璃器皿是很难做到的。 牛顿失败而拉瓦锡成功的第三个关键原因，是牛顿没有能够提出正确的问题，从而没有找到化学革命的突破口。化学革命的突破口是拉瓦锡关注的“燃烧”现象而非牛顿关注的“发酵”现象。提出正确的问题等于解决了问题的一半。关于微观物质世界的基本规律，拉瓦锡追问了正确的问题——为什么物质会燃烧？而牛顿追问的核心问题是“为什么物质会发酵？”中国古代炼丹术士的核心问题是“为什么物质会治病？”牛顿与中国炼丹术士追问的问题，比拉瓦锡的问题要复杂得多，不仅涉及化学，而且涉及微生物学和医学；而如果没有化学上的突破，就不可能有微生物学和医学上的突破；因此牛顿和中国古代炼丹术士面临的问题变得更为复杂，至少复杂一两个数量级，因为发酵和治病首先涉及细胞内部的一系列包括氧化过程在内的复杂反应过程，而且涉及对高分子氨基酸、蛋白质、细胞新陈代谢甚至生命本质的理解，这需要等到化学革命和生物学革命以后的知识积累才有可能回答。这也体现出“科学”这个术语的来源：分门别类的研究、分科目的研究。【11】这种分工式的分门别类的研究，才能简化问题并将科学引向深入。 那么，为什么拉瓦锡能够提出正确的问题？这就又回到第一个关键原因。拉瓦锡作为法国兵工厂厂长和法国火药局局长，肩负着为国家研发火药的重要任务，并对火药的燃烧爆炸性质非常着迷。因此，解释燃烧现象成为拉瓦锡毕生关注的焦点。而传统炼金术理论对燃烧的解释是“火”元素的存在，到了17世纪，物质中包含的“火”元素被称为“燃素”。含燃素越多的物质越容易燃烧，物质在燃烧时释放的燃素被周围空气吸收。当空气被燃素饱和以后便失去了进一步吸收燃素的能力，因此燃烧就停止。燃烧后的物质因失去燃素而减轻重量，比如草木灰比没有燃烧的木材显得更轻。空气中的燃素通过植物生长中的呼吸作用循环回植物，因此使得木材具有可燃性。拉瓦锡通过精确称重和在封闭容器中进行燃烧实验去测量燃素的存在和多少，发现燃烧以后的物质（比如金属）往往变得更重而不是更轻，从而怀疑燃素的存在性；而且如果把周围空气的重量也算在一起，燃烧前后所有形态的物质加在一起的总重量不变。拉瓦锡还通过单独点燃火药的主要成分——硝石，发现硝石燃烧时也同时能够产生一种有助于燃烧的气体，他后来把这种气体命名为氧气，而且发现金属燃烧时因为吸收了周围空气中的氧气而变重了，而且空气中氧气的多少才是决定木材燃烧猛烈程度的关键。这样就使得拉瓦锡抛弃了燃素理论，而提出了物质燃烧的氧化反应原理。 牛顿研究纲领失败的第四个关键原因，恐怕是因为化学不是数学的用武之地。正如20世纪著名数学家科朗注意到的，就连最简单的算术体系的基本规律都可能不适合于描述化学现象，更别说使用微积分数学了：“算术规律是很简单的，而且好像是显然的，但是它们对于（物理）以外的对象可能不适用。”比如在化学中，“如果’加’这个词正是我们平常说话中所用的那个意思，那么很显然，交换律并不总是成立。例如，把硫酸加到水中，得到的结果是稀释，而把水加到硫酸中则会对实验人员产生灾难性的后果。类似的例子还表明，在这类化学’算术’中，加法的结合律和分配律也会失灵”。【12】化学世界如此，生物世界和人类文化活动世界就可能更是如此。 同样的道理，由于实验科学的典型特征是“技术”，而技术的本质就是一系列严重依赖于 “工具”的操作程序，这些操作程序往往不是任意可置换甚至是不可逆的（比如正向操作与逆向操作的结果是不同的），因此往往不符合算术的结合律、分配律、交换律。而且工具本身也不是数学描述的对象，而是属于工艺的范围。因此，数学这门语言是有它特定的适用边界的。进一步地，化学这门学科上的突破，首先需要的是合适的“工具”和大规模的实验观察和有技巧的操作工序，从而才能在收集海量信息的基础上，对研究对象进行分析、归纳、分类、猜测和验证，而牛顿不具备这方面的实验条件（包括资金条件）。 牛顿失败的第五个关键原因，是牛顿没有对他所考察的元素和化合物进行正确的分类，因此没有发现暗藏在物质转化现象背后的正确规律。拉瓦锡对微观物质世界的图像获得革命性突破的重要途径之一，就是对所有已知化学元素和化合物进行系统的分类，并找到了符合客观规律——酸碱反应和氧化反应——的分类方法。拉瓦锡指出：“因此我们能够避免混乱的唯一方法，就是给它们分类。按照正常的观念秩序，类或属的名称表达大量个体的共有之质；相反，种的名称则仅仅表达某些个体的特有之质……这些区别不仅是形而上学的，而且是由自然所确定的 这是一切科学的逻辑，自然适用于化学。”【13】 分类是形成正确“图像”的非常重要的一步。分类是一种高级的归纳活动，但是分类的正确程度极大地取决于“观察与测量”的精确度。比如，古代中国在博物学方面有大量的分类成果，直到林奈和达尔文时代，才由于地理大发现和全球殖民主义创造的地理观察条件，而被西方超越。同时，这种超越也是由于发明了显微镜技术的结果，它使得植物学家能够通过观察植物叶子、花蕾、根茎等的微观结构来形成分类基础或者判断分类的科学性。 实际上，定量分析在炼金术传统中古已有之，尤其是对阿拉伯炼金术产生过重大影响的中国古代炼金术，只不过没有像拉瓦锡那样精密地加以系统性应用。比如著名的阿拉伯炼金术师阿尔-拉兹，他记下的制备多硫化钙的方法是：“取生石灰两份、硫黄一份，在（重）四倍的净水中煮解，直至呈现红色。过滤，反复过滤，直至变成红色。再将水汁全部倒在一起加热，直至减少一半，然后即可使用。”【14】 总结一下，拉瓦锡破译物质微观结构密码的激励机制、物质条件和研究方法与牛顿大不相同： 第一，拉瓦锡拥有牛顿不具备的“国家”实验室——虽然是拉瓦锡自己花钱筹建的，但是花的主要是纳税人的钱，而且其开销之大是绝大多数个人和团体无法承受的；相比于牛顿的私人实验室，拉瓦锡借助法国火药局这个平台组建的这个昂贵实验室，可以招聘更加庞大的化学家团队，配置当时最先进的化学仪器，使用最昂贵的化学试剂，来从事大量耗时、耗钱的化学实验。 第二，作为前兵工厂厂长、时任火药局局长并肩负使法国赢得欧洲军备竞赛重担的拉瓦锡，是通过研究火药配方和物质燃烧现象而获得化学革命的突破的。由于氧化反应在所有化学反应中的普遍性和极端重要性，燃烧现象才是化学革命的最简单、最正确的突破口。 第三，不像牛顿经典力学，化学科学不是平面几何与微积分的用武之地，因为数学语言特别适合于描述在“量变”中不产生“质变”的可逆的自然对象，而化学物质恰好是由于很小的“量变”就可以导致根本性“质变”的领域，比如由于分子间距离的不同、温度的不同、压力的不同、周围气体的不同、化学键的不同而导致完全不同的化学反应过程或化合物的化学性质。 第四，拉瓦锡在研究中大量使用精密天平这个极其重要的称量工具，而且注重不同元素之间化合时所需要的重量比例。因为化学分子是无法直接观察的物体，宏观层面的比例（相对的重量、体积、密度、比重）才是揭开化学分子结构和反应方程式的关键。周期表中的“原子量”也是通过这种方法测量出来的。 第五，拉瓦锡特别注重按照元素和化合物的固有化学性质来对它们进行分类，比如酸、碱、盐，碳水化合物，氧化物，气体，金属，非金属，土，等等，从而为揭示化学反应的本质和元素周期表打开了大门。 五、中国古代炼金术和医学成就 近代化学是在欧洲中世纪炼-炼金术的基础上发展起来的，欧洲中世纪的炼丹-炼金术主要源于阿拉伯的炼丹-炼金术，而阿拉伯这方面的知识和技术又主要源自中国。阿拉伯文明从公元 8 世纪开始才因古丝绸之路而崛起，直到11-12世纪达到顶峰。唐代时，中国和阿拉伯往来密切，在中国的波斯人有很多是专门从事贩卖药金和香药的，有的本身就是炼丹家。他们对炼丹 — 炼金术的西传起到了桥梁和纽带的作用。唐代长安，有擅长制作药金的炼丹家，他们开设的店铺，专门供应外商，高价抛售。中国的以化学方法制成的“长生不老”药和“点石成金”的学问传入阿拉伯，促进了阿拉伯炼丹术的发展。这是为什么著名科学史学家李约瑟说：中国炼丹-炼金术是“整个化学最重要的根源之一”，西方的炼金术“就是地地道道从中国传出的”。【15】 炼金术“alchemy”这个词最早出现在12世纪的拉丁语中，一方面特指将铅或铜等贱金属转化为银或金的方法，另一方面特指制作各种药物尤其是“长生不老药”的方法。这个拉丁术语来自阿拉伯，阿拉伯语称炼金术为al-kimiya。据说kimiya是汉语“金液”两字的古音，因为唐宋两代我国和中亚来往频繁，尤其是与大食（阿拉伯帝国）的海上贸易十分发达，而福建泉州是重要的贸易港口之一，泉州话到现在读“金液”两字的音还是kim-ya。金液为古代方士炼的一种丹液，汉朝《汉武内传》记载：“其次药有九丹金液，紫华红英，太清九转五雪之浆。”晋朝葛洪《抱朴子 · 金丹》记载：“金液太乙所服而仙者也，不减九丹矣。”唐朝李白《寄王屋山人孟大融》诗云：“所期就金液，飞步登云车。” 实际上，在中国唐代的《龙虎还丹诀》《九还金丹妙诀》中就能找到大量的定量化学实验的例子。比如《龙虎还丹诀》首篇“紫华红英大还丹诀”记述了当时炼丹术的成就，除了说明原材料的准确来源和产地，还指出：“其光明砂每一斤只含石气二两，抽得水银十四两；其白马牙砂一斤含石气四两，抽得水银十二两；紫灵砂含石气六两，抽得水银十两；如上色通明溪砂一斤，抽得水银八两半，其石气有七两半；其杂色土砂之类，一斤抽得水银七两半，含石气八两半。石气者，火石之空气也。如水银出后，可有石胎一两，青白灰耳。”国内化学史学者郭正谊指出，这是对不同来源的丹砂作含汞量精密分析的记录，说明唐代炼丹家已将物质守恒的原理应用在炼丹实践中，并已认识到烧石生成的气体（“石气”）是有质量的，是丹砂的组成部分之一。【16】《龙虎还丹诀》中还记载了大量的通过置换反应来冶炼铜、汞、银等金属的方法。 又比如在《天工开物》中宋应星是这样描述黄金纯度的测量，以及如何用置换反应将混有银的黄金加以提纯的：“凡金质至重。每铜方寸重一两者，银照依其则寸增重三钱，金照依其则寸增重二钱。凡金性又柔可屈折如柳枝。其高下色，分七青、八黄、九紫、十赤，登试金石上，立见分明。凡足色金参合伪售者，唯银可入，余物无望焉。欲去银存金，则将其金打成薄片剪碎，每块以土泥裹涂，入坩埚中硼砂熔化，其银吸入土内，让金流出，以成足色。然后入铅少许，另入坩埚内，勾出土内银，亦毫厘具在也。”翻译成白话文便是：金是贵金属中最重的。假定一个单位的铜重一两，则同样单位的银增重三钱；假定每单位银重一两，则同样单位的金增重二钱。金也柔软如柳条。金的成色有高低：青色含金量七成，黄色含金量八成，紫色含金量九成，赤色则为纯金。放在试金石上画出条痕加以比色，就可以分辨出来。纯金如要掺假出售，只有银可以掺入，其他金属都不行。如想把混有银的黄金提纯，就需要先将材料打成薄片，剪碎，每块用泥土包住，放进坩埚，加入硼砂一起熔化，这样的过程中，银被泥土吸收，金水则流出而成纯金。然后，加入少量铅到另外一个坩埚里，又可以把泥土中的银全部捕集（置换）出来，丝毫也不损失。【17】 关于如何利用各种置换反应，对矿山中的金、银、铜、铁、锡、铅、汞等进行大规模开采、冶炼和提纯，参见《天工开物》第十四卷。 中国早在8世纪就已经发现氧气并意识到空气不是单一元素。出身于化学世家的德国汉学家克拉普罗斯于1802年发现了一本唐朝炼丹书，里面提到空气中存在一种属阳的“火素”，可以在燃烧过程中与硫和碳相结合产生新的混合物。而且指出这种被称为“火素”的气体可以通过加热硝石来产生。我们今天知道硝石（硝酸钾）加热时产生大量氧气，这恰好是火药猛烈燃烧爆炸的秘密，而拉瓦锡当年也有这样的发现。而且英国化学家梅勒著《无机化学大全》和苏联化学家著《普通化学教程》等书中都承认，中国炼丹术士马和在8世纪已经明确指出空气组成的复杂性并提出了制取氧气的方法。【18】这比欧洲早了大约1000年。比如18世纪著名英国炼金术士普利斯特里于1774年通过加热氧化汞发现氧气，被他称为不含燃素的空气，因为它非常有助于物质的燃烧。拉瓦锡得知普利斯特里这一发现后重复了他的实验，并在《化学基础论》中将其命名为氧气。其实拉瓦锡在更早的时候也通过加热硝石发现过大量气体的产生，或许他当时并没有像普利斯特里那样去检验这种气体的助燃性质。 另外，东晋时期的道教理论家、著名炼丹家和医药学家葛洪（约281-341年）所著《抱朴子》继承和发展了东汉以来的炼丹法术，对之后道教炼丹术的发展具有很大影响，为研究中国炼丹史以及古代化学史提供了宝贵的史料。葛洪还撰有医学著作《玉函方》一百卷（已佚），《肘后备急方》三卷，内容包括各科医学，其中有世界上最早治天花等病的记载。《正统道藏》和《万历续道藏》收有其著作十余种。 他在《抱朴子内篇》中的《金丹》和《黄白》篇中，系统地总结了晋以前的炼丹成就，具体地介绍了一些炼丹方法，记载了大量的古代丹经和丹法，勾画了中国古代炼丹的历史梗概，也为我们提供了原始实验化学的珍贵资料，对隋唐炼丹术的发展具有重大影响，为炼丹史上一位承前启后的著名炼丹家。 葛洪在炼制水银的过程中，发现了化学反应的可逆性。他指出，对丹砂（硫化汞）加热，可以炼出水银，而水银和硫黄化合，又能变成丹砂。他还指出，用四氧化三铅可以炼得铅，铅也能炼成四氧化三铅。在葛洪的著作中，还记载了雌黄和雄黄加热后升华并直接成为结晶的现象。 在实验技术上，中国古代炼丹-炼金术士不仅发明了许多仪器，如加热器、蒸馏瓶、坩埚等，而且掌握了许多实验操作技术，如蒸发、过滤、蒸馏、结晶、发酵、密闭可控加热等。特别是化学提纯技术的创立，这对研究物质的性质起着十分重要的作用。由炼金术发展起来的许多工艺，如炼铜、炼铁、炼钢、无氧燃烧、造纸、制作火药等，也随之得到了发展。例如，至今仍闪闪发亮的越王勾践剑，其混合青铜冶金技术体现了古代高超的冶金工艺、锻造技术和炼金术化学知识。 这些都充分说明古代中国的炼金术比古希腊、古罗马和中世纪欧洲要发达，而且中国这些炼金术知识在唐朝以后又通过阿拉伯传入欧洲，对拉瓦锡之前的西方炼金术产生过重要影响。换句话说，欧洲炼金术受益于阿拉伯炼金术，而阿拉伯炼金术则在很大程度上受益于中国炼丹-炼金术。【19】 因此，说中国自古没有科学基因实难成立。通过史料可以不断揭示，中国在很长的人类历史时间段上引领了世界科技。被封为近代科学巨匠先师的牛顿，在化学领域的见识并没有超过中国古代炼金术阶段就是生动的一例。 在分类方法和根据分类进行理论构造方面，中国古代也相当发达，这可以从《黄帝内经》中看出来。《黄帝内经》是中国最早的医学典籍，是中国古代第一部中医理论经典，为传统医学四大经典著作之一（其余三者为《难经》《伤寒杂病论》《神农本草经》）。《黄帝内经》大概成书于西汉，也有专家认为成书于先秦或者战国时期。《黄帝内经》是集众多医学家、哲学家的集体智慧而成，是对中国上古医学的第一次总结，是仅存的战国以前医学的集大成之作。所引用的古文献有50余种，其中既有书名而内容又基本保留者有29种。中医学作为一个学术体系的形成，是从《黄帝内经》开始的，所以《黄帝内经》被公认为中医学的奠基之作。《黄帝内经》也是第一部养生宝典和第一部关于生命的百科全书，里面讲了医学、天文学、地理学、心理学、社会学，还有哲学、历史等，是一部围绕生命问题而展开的百科全书。《黄帝内经》因此是中医学理论体系的集大成者。它以古代的解剖知识为基础、以古代的哲学思想为指导，通过对生命现象的长期观察，以及医疗实践的反复验证，由感性到理性、由片断到综合，逐渐发展而成，提出了许多重要的理论原则和学术观点。不仅奠定了中医学理论体系的基本框架，同时，也为后世中医学的不断完善与向前发展提供了可能。 《黄帝内经》共四十多卷，将近20万字，分为《素问》和《灵枢》两部分。《素问》重点论述了阴阳、藏象、经络、病因、病机、诊法、治则等医学原理。《灵枢》是《素问》的姊妹篇，最早称《针经》，书中论述经络、腧穴的分布，脏腑的生理、病机，营、卫、气、血的运行，针刺手法的运用等。【20】 顺便插一句，中国古代的医学理论包含了相当先进和高度发达的“系统论”思想，这一科学思想高度就连今天21世纪的医学科学也仍然没有达到，更何况古希腊——古希腊在人体医学、药物学、植物学方面的贫乏是“言必称希腊”的“演绎主义”中心论者不愿承认的。 《黄帝内经》包含脏象学说、经络学说和精气神学说三部分，认为人体的功能性器官由五脏、六腑和奇恒之腑组成。五脏，即肝、心、脾、肺、肾。六腑，即胆、胃、大肠、小肠、膀胱和三焦。奇恒之腑系指脑、髓、骨、脉等。经络系统可以分经脉、络脉和腧穴三部分。经脉有正经十二：手太阴肺经、手阳明大肠经、足阳明胃经、足太阴脾经、手少阴心经、手太阳小肠经、足太阳膀胱经、足少阴肾经、手厥阴心包经、手少阳三焦经、足少阳胆经、足厥阴肝经。另有别于正经的奇经八脉：督脉、任脉、冲脉、带脉、阴跷脉、阳跷脉、阴维脉、阳维脉。经脉之间相交通联络的网络称络脉，其小者为孙络不计其数，其大者有十五络脉。腧穴为经气游行出入之所，有如运输商业交换网点，共有穴位三百六十五个（《气穴论》载穴三百四十二，《气府论》载穴三百八十六）。另外，精、气、神为人身三宝。精，包括精、血、津、液；气，指宗气、荣气、卫气；神，指神、魂、魄、意、志。 张仲景的《伤寒论》也体现了归纳 — 分类方法在医药学中的应用。张仲景是东汉后期医学家，生于公元150年，卒于219年，《伤寒论》全书10卷，共22篇，列药方113首，应用药物82种，分为多卷。第一卷为“辨脉法”和“平脉法”两篇，主要论述伤寒及杂病的脉、证与预后。第二卷为“伤寒例”“辨痓湿暍脉证”“太阳病脉证并治上”，主要总论六经发生、发展、治疗、预后的一般规律、痓湿暍的证治。第三卷至第六卷，主要论述太阳、阳明、少阳、太阴、少阴、厥阴等六经病的脉、证、治疗与预后。第七卷至第十卷主要论述霍乱、阴阳易、劳复的证治及伤寒病的可汗不可汗、可吐不可吐、可下不可下等。 《伤寒论》的突出成就之一是确立了六经辨证体系。运用四诊八纲，对伤寒各阶段的辨脉、审证、论治、立方、用药规律等，以条文的形式作了较全面的阐述。《伤寒论》的另一突出成就是对中医方剂学的重大贡献。全书记载了397法，113方，提出了完整的组方原则，介绍了伤寒用汗、吐、下等治法，并将八法具体运用到方剂之中，介绍了桂枝汤、麻黄汤、大青龙汤、小青龙汤、白虎汤、麻黄杏仁石膏甘草汤、葛根黄芩黄连汤、大承气汤、小承气汤、调胃承气汤、大柴胡汤、小柴胡汤等代表名方。《伤寒论》一书不仅为诊治外感疾病提出了辨证纲领和治疗方法，也为中医临床各科提供了辨证论治的规范，从而奠定了辨证论治的基础，被后世医家奉为经典。 东汉末年的著名医学家华佗（约145-208年），与董奉、张仲景并称为“建安三神医”。青少年时在外游学，行医足迹遍及安徽、河南、山东、江苏等地，钻研医术而不求仕途。他医术全面，尤其擅长外科，精于手术，并精通内、妇、儿、针灸各科。他发明了麻沸散，开创了世界麻醉药物的先例，在当时已能做肿瘤摘除和胃肠缝合一类的外科手术。欧美全身麻醉外科手术的记录始于18世纪初，比华佗晚1600余年。《世界药学史》指出阿拉伯人使用麻药可能是由中国传去，因为“中国名医华佗最精此术”。华佗首创用全身麻醉法施行外科手术，被后世尊为“外科鼻祖”。 中国的医学到了春秋时代已经有辉煌的成就，而扁鹊对于生理病理的阐发可谓集其大成。华佗的学问有可能从扁鹊的学说发展而来。同时，华佗对同时代的张仲景学说也有深入的研究。 孙思邈（581-682年）是隋唐时期的医药学家、道士，被后人尊称为“药王”，著有《千金要方》《唐新本草》等。孙思邈隐居太白山中钻研医学著作，亲自采集草药，研究药物学，包括《黄帝内经》《伤寒杂病论》《神农本草经》等古代医书，同时广泛收集民间流传的药方，热心为人治病，积累了许多宝贵的临床经验。他从理论到实践，再由实践经验中提炼出新的医药学研究成果，以毕生精力撰写成了《千金要方》和《千金翼方》两部著作。在医学诊疗方面，孙思邈不仅精于内科，且擅长妇科、儿科、外科、五官科。在中医学上首次主张治疗妇女儿童疾病要单独设科，并在著作中首先论述妇、儿医学，声明是“崇本之义”。他非常重视妇幼保健，著《妇人方》三卷，《少小婴孺方》二卷，置于《千金要方》之首。在他的影响之下，后代医学工作者普遍重视研究妇、儿科疾病的治疗技术。在疾病预防方面，孙思邈讲求预防为先的观点。他提倡讲求个人卫生，重视运动保健，提出了食疗、药疗、养生、养性、保健相结合的防病治病主张。 孙思邈很重视研究常见病和多发病。如山区由于食物中缺碘，易患甲状腺肿大病，他认为这种病是由于山中的水质不洁净引起的，所以就用海藻等海生植物和动物的甲状腺来治疗，具有较好的效果。他对脚气病做了详细的研究，首先提出用谷白皮煮粥常服可以预防，所选择的治疗脚气病的药物含有丰富的维生素B1，效果很好。在长期的实践中，孙思邈还总结出治疗痢疾、绦虫、夜盲等病症的特效药方。在太白山中居住时，孙思邈亲自采集药材，研究药物性能。他认为适时采药极为重要，依据丰富的药学经验，确定出233种中药材适当采集的时节。同时，孙思邈对针灸术也颇有研究，著有《明堂针灸图》。成书于汉代的《神农本草经》，是中医四大经典著作之一，也是已知最早的中药学著作。《神农本草经》全书分三卷，载药365种。《神农本草经》不仅进行了药物的搜集工作，还有意识地对所收药物进行了分门别类的工作，将365种药物按照药物的性能功效分为上、中、下三品，上品为“君”，中品为“臣”，下品为“佐使”，这被称为“三品分类法”。《神农本草经》中记载：“上药一百二十种为君，主养命以应天，无毒，多服久服不伤人……中药一百二十种为臣，主养性以应人，无毒有毒，斟酌其宜……下药一百二十五种为佐使，主治病以应地，多毒，不可久服。”【21】常见的上药如人参、甘草、地黄、黄连、大枣；常见的中药如百合、当归、麻黄、白芷、黄芩；常见的下药如大黄、乌头、甘遂、巴豆。 《神农本草经》中也蕴含着丰富而深刻的药物理论，由此奠定了中国古代药物学的理论构架。以药物配伍为例，《神农本草经》中提出了君臣佐使的组方原则。即在组方时，应该充分考虑药物的特性，方中既要有君药、臣药，还要有起协助作用的佐使之药。其比例可按照一君、二臣、三佐、五使或一君、三臣、九佐使的原则来处理。在药物配伍中，两味或两味以上的药物用在一个方剂中，相互之间会产生不同的反应：有的药物共同使用能发挥更大的功效，有的两药相遇一方会减小另一方的药性；有的药可以制约另一种药物的毒性；有的两种药品本身均无毒，但如果两药相遇则会产生很大的毒性，不能同用等。《神农本草经》中共总结了七种关系，包括单行、相须、相使、相畏、相恶、相反、相杀，认为对此“七情”要“合和视之”，这便是“七情和合”的配伍原则。 《神农本草经》中对于所收录的各种药物的功效和主治疾病都进行了简要的记载与描述，这无疑是早期临床药学宝贵经验的总结。长期临床实践和现代研究都证明《神农本草经》中对于所载药物的功效认识大部分是正确的，其中许多药物至今仍然在临床广泛应用，比如人参补益、黄连止痢、麻黄定喘、常山截疟、大黄泻下等。而且各种药物主治疾病的种类也非常广泛，有170 余种，包括了内、外、妇、儿、五官等科疾病。此外，《神农本草经》中对于药物的性味、产地与采制、炮制方法，乃至用药原则和服药方法等都有涉及，极大地丰富了药物学的知识体系。 《神农本草经》还规定了药物的剂型。比如，《神农本草经》指出：“药性有宜丸者，宜散者，宜水煮者，宜酒渍者，宜膏煎者，亦有一物兼宜者，亦有不可入汤、酒者，并随药性，不得违越。”【22】这一方面体现了在2000年前中药剂型已有的成就，另一方面也体现了药物剂型工艺以及对哪些药宜用哪种剂型的研究经验，如消石“炼之如膏”，术“作煎饵”，茺蔚子“可作浴汤”（外用洗剂），葡萄“可作酒”，白芷“可作面脂”，牛角、牛胆“可入丸药”，猬皮“酒煮杀之”，露蜂房“火熬之良”，当归治“金创煮饮之”，雷丸“作膏摩，除小儿百病”，蛇蜕“火熬之良”，贝子“烧用之良”，等等。这些记载既讲了药物炮制加工方法，同时也说明了不同药物在具体应用时要采用不同的剂型，才能更有效地发挥其治疗效果。 《神农本草经》强调辨证施药，提出“疗寒以热药，疗热以寒药，饮食不消以吐下药，鬼注蛊毒以毒药，痈肿创瘤以创药，风湿以风湿药，各随其所宜”【23】。这不但突出了辨证施治用药的主旨，还提示在辨证施治用药的前提下，务必要辨别疾病的性质（寒、热）用药，辨别病因而审因论治（如“饮食不消”“风湿”），辨别病情轻重并根据病情轻重而施以用药（如“鬼注蛊毒”均为重危病证），还要辨别躯体病（如“痈肿创瘤”“风湿症”）与内脏病（如“鬼注蛊毒”）的差异而用药。若通览书中365味药物的功效和主治，还可以发现，书中根据内科疾病、妇科疾病、外科疾病、五官科疾病、皮肤病等不同病种而施以不同药物予以治疗，这些内容都充分体现了辨证施治的用药思想。 《神农本草经》还强调服药时间与疗效的关系，认为“病在胸膈以上者，先食后服药；病在心腹以下者，先服药而后食；病在四肢血脉者，宜空腹而在旦；病在骨髓者，宜饱满而在夜”【24】。这说明中国古代根据大量经验观察，认识到服药时间与药物疗效之间的密切关系。 《神农本草经》以阴阳五行为哲学指导，提出了“药有阴阳”。比如，矿物药质地沉重而主降，属性为阴；植物药质地轻清而属阳。若就植物药而言，凡药用其花、叶、枝者多属阳，若用其根、干者多为阴。《神农本草经》还认为药有“酸、咸、甘、苦、辛”五味，也有“寒、热、温、凉”四气。《神农本草经》还提出了药物的毒理学概念，认为药“无毒有毒，斟酌其宜”。这指的是，在临证用药时，务必熟悉哪些药物无毒和哪些药物有毒，有毒之药，其毒性之大小及程度如何，等等，然后再根据临证实际情况，斟酌用药。 相比之下，西方即便到了牛顿时代，仍然还在依赖极其简单的放血疗法和有毒金属（水银）来应对百病，因为西方历史上对于有机植物药的认识极其贫乏。放血和水银是欧洲几千年历史上几乎别无他法的“包医百病”的方法。地理大发现之后，欧洲海盗和国家组织的特许公司前赴后继涌向美洲和亚洲，除了寻找黄金白银之外，就是获取各种经济植物，包括香料、茶叶、咖啡和医用植物，就连达 · 芬奇绘画用的彩色颜料制作技术也是来自东方。而近代西医的发展主要是基于文艺复兴以后才兴起的人体解剖热潮，基于高频率热兵器战争和流行病提供的大量无人认领的尸体和伤员，从一个全新的外科角度对人体进行精密观察、测量和实验，加上显微镜技术的发明（尤其是细菌的发现），从而开始实现对中医的某种“弯道超车”。人体解剖在古代中国被认为是不道德的行为，也没有人愿意提供亲人尸体让人解剖，不像 19 世纪的美国医学院学生主要依靠大规模盗墓来获得解剖需要的死人尸体。因此，古代中医和中药理论主要是根据“黑箱原理”和易经辩证思维而发展出来的一整套关于人体“复杂有机体”的系统论科学观。 《实验、测量与科学》一书的作者汪涛也指出： 直到20世纪初，西方的医学还是停留在放血这类极为原始的治疗手段。直到1908年保罗·艾尔利希（Paul Ehrlich，1854年3月14日-1915年8月20日）实验室对几百个新合成的有机砷化合物进行了筛选，最后确定第 606 个化合物具有抗梅毒活性，因此也常被称为606。这是第一个化学合成药物，也就是所谓“西药”。它对梅毒和其他螺旋体病有特效。该药物1910年上市，商品名 Salvarsan。1912年，溶解性更好，更易操作，但疗效稍差的新胂凡钠明（同为砷化合物，也被称为914）上市。它使用更加方便，可作肌内注射。抗生素出现后，国际上禁止了606和914，因其有副作用。因其所作贡献，保罗·艾尔利希与I.I.梅契尼科夫共获1908年诺贝尔生理学或医学奖。相对来说，中国古代的医学虽然也是在哲学化的医学理论指导下，但在医学实践上有深厚的积累，这个也是有客观条件支撑的。在古代，要想找到药物，主要是从植物中获取。中国的植物种类是世界上最为丰富的之一。其中蕨类植物、种子植物分别占世界已知种类的22%、36.7%，仅次于巴西和哥伦比亚，居世界第三位；裸子植物总数占26.7%，位列世界第一位，被誉为“裸子植物的故乡”；被子植物占总数的10%，位居前列。但巴西和哥伦比亚的丰富植物群落大多是在亚马孙等直到今天都人迹罕至的原始森林里，而中国的丰富植物有很多都是在中医人可以找到和利用的地方。欧洲的植物分布则非常单一，这是中国古代以植物为基础的医学较为发达，而古代欧洲难以发展的关键原因所在。中国古代的医学背靠极为丰富的植物种类，不仅发展了相对丰富的中药，并且有较为丰富的以经络、脉相、舌苔等为主要对象的原始医学测量系统，以及针灸等治疗方法。一切科学规律都是一样的，必须建立在测量基础之上。在现代科学条件下，因为已经发展了极为丰富的医学测量手段，基因科学的发展也使得对有机药物的利用越来越丰富，以动植物为基础的生物源性材料生产药物，也使得以往的所有医学都成为今天和未来的一个基础。我们有理由建立在更强大的科学基础上来发展未来的医学，而不要拘泥于哲学化的理论制约。【25】 六、揭开李约瑟之谜 英国著名科学技术史学家李约瑟认为在过去一两千年直到文艺复兴时期，中国长期保持了西方所望尘莫及的科技知识水平。尽管中国在几何学方面没有古希腊发达，但是这并没有妨碍各种各样的科技发明在中国涌现。言下之意是几何学也并没有为古希腊带来能与中国比肩的科技成果。但是，纵然有如此先进的科学技术，近代科学革命与工业革命却诞生在欧洲而不是中国，为什么？ 这就是著名的“李约瑟之问”或者“李约瑟之谜”。如果我们跳出流行的“言必称希腊”历史观，深入全面地了解近代欧洲的社会发展史和科技发展史，就会发现“李约瑟之谜”的谜底并不复杂。 近代科学的诞生，其实是欧洲基于国家竞争框架下所产生的新型社会需求——和利用一系列来自东方的先进技术来满足这种需求——的产物。正如恩格斯所说：“社会一旦有技术上的需要，这种需要就比十所大学更能把科学推向前进。”【26】 欧洲的这种社会需要体现在两个方面：一个是规模化热兵器战争，另一个是海外殖民探险。战争需要刺激了跨国军备竞赛和国家力量对科学家的财政支持，尤其是对军事技术研发的大力资助——比如法国路易十四国王在17世纪初花巨资成立法国科学院，从此以后法国在工程、物理、数学、炼金术化学方面人才辈出。而为赢得国家争雄所采纳的重商主义国家发展战略和商业需求，则极大地刺激了对科学技术的功利主义需求和对大自然的征服主义需求，促成了“技术-商业-科学”的“三角循环加速器”的形成。这也是欧洲各国纷纷在15-17世纪启动所谓“航海探险”和“地理大发现”的海权殖民时代的根本原因。 战争和海外资源争夺这两方面的需要，都首先体现在对相关技术的需要上。比如，葡萄牙国家力量对航海活动与航海技术（包括制图、天文、造船、海洋学）的大力支持；英国国家力量对天文学、数学、冶金学、炼金术、植物学的支持；法国国家力量对火药燃烧爆炸学、炼金术、数学、工程、物理、天文、地理学的支持；北欧国家对冶金学、炼金术、枪炮制造业的支持；完成国家统一之后的德意志国家力量对有机化学、爆破燃烧学、航空、坦克和新一代化学炸弹的支持；苏联和美国两大阵营为赢得军备竞赛对弹道学、计算机、核物理、航天、系统论、控制论、信息论、运筹学、高能物理、海洋学、计算机、互联网、人工智能等的支持。 具体说来，文艺复兴后的欧洲在军事技术上的需求，刺激了弹道学、火药化学、冶金学的发展；而在航海探险和商业技术上的需求刺激了运河、铁路、蒸汽机、造船与航海技术的发展。 欧洲这个时代的对外征服精神，既体现在培根的“征服和利用大自然”的“功利主义”和“实践哲学”中，也体现在英国皇家学会第一任会长胡克的研究纲领中。 培根有一句名言：“知识就是力量。”在培根看来，科学的基础是技术，科学的目的不能满足于认识自然，而是改造自然。因此科学必须为技术服务。培根认为，科学不是经院哲学式的公式推导，不是亚里士多德式的逻辑演绎；科学是观察，是实验，是操作和实践，是人类对大自然施加的某种“暴力”行动。因此，遵循培根的科学观，科学不是逻辑演绎体系，而是拆开大自然、组装大自然、改造和创造大自然的操作系统。这其实就是技术的定义。因此，科学的基础是技术，科学的目的是改造自然，而不仅仅是认识自然，因此科学只有通过为技术服务才能获得生命力和实现其价值。这是近代西方的“科学观”。 培根特别批判古希腊逻辑学和中世纪亚里士多德经院哲学所倡导的知识观和科学观：“正如现有的科学不能帮助我们找出新事功，现有的逻辑亦不能帮助我们找出新科学。”【27】 培根认为古希腊思辨哲学只是以不同方式解释世界，而问题在于改变世界；古希腊知识（比如亚里士多德物理学的质料因、形式因、动力因、目的因）完全缺乏改变世界的能力，因为没有真正把握事物背后的物理机制和规律。因此培根认为，需要发展“新工具”去发现“新知识”，这种知识能够带给人类“操控大自然”的力量和手段——因此培根所谓的“知识”就是技术知识：科学在培根看来就是技术——因此“科-技”不分家，也不应该分家。培根认为人类有史以来最伟大的科学技术是来自中国的四大发明：“印刷、火药和指南针这三大发明 已经改变了世界的面貌和状态 无穷尽的新发明又在这些发明的基础之上涌现出来，以至于有史以来还没有任何帝国、教派或星象对人类事务的影响和威力超过这几项发明。”【28】这些技术发明才是改变世界的最伟大物质力量。这也是为什么李约瑟如此看重中国古代科学技术史的原因——他没有必要区分科学与技术，因为近代西方科学的基础就是技术。 马克思也是这样说的：“火药、指南针、印刷术——这是预告资产阶级社会到来的三大发明”，它们“总的来说变成科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆”。【29】 不仅仅是“太阳王”路易十四在17世纪初花巨资建立的法国科学院特别重视技术和应用科学，就连以私人聚会起家的英国皇家学会在成立之初，也要求所有会员追求科学的应用价值。其实英国皇家学会所有会员，包括第一任会长胡克，都是兼“发明家和科学家于一身”，十分关注应用科学。而且会员们尤其是胡克也无法完全凭自己的兴趣追求科学，因为从国王到贵族和皇家学会本身，都经常要求胡克必须从事应用科学的研究，致力于研究“有用的东西”。比如，胡克受命考虑利用水的落差产生空气流的引擎来为一个黄铜作坊鼓风吹火。作为皇家学会的监管人，胡克被要求考察制砖、玻璃、制皂以及制盐和制糖等行业的工艺流程，还需要尽可能提出改进的建议。在听说欧洲出现了一种新型“软化钢材”以后，胡克被授权为获取这项秘密技术而努力。著名科学史学家默顿指出：“皇家学会就是以这种直接的方式推动了自己从事新发明的计划，并将发明投入应用。它有效地将自然哲学家的兴趣引导到具有经济意义的课题上来。”【30】 又比如，皇家学会另一位重要会员，著名炼金术化学家波义耳，在科学研究期间发表了《关于矿井的探索》一文，因为他认为这种探索“必然会引出可靠的知识、激发有利可图的发明”。在受到波义耳重视的矿业问题中最突出的有：解除水和潮湿对矿井的威胁，设计岩石破碎机，改进提升和转运矿石的方法，改进探测矿藏深度及矿脉走向的方法。默顿指出：“就是针对这些国家发展需要的紧迫问题，才产生了这方面的科学技术研究。”【31】 而且，默顿认为当时的英国科学家都充分认识到解决这些问题的紧迫性和现实性，因此他们不断要求那些有机会去欧洲大陆旅行的英国人考察欧洲的采矿和冶金技术——令人想起莱布尼茨也要求去中国传教的传教士收集中国的各种实用技术和科学知识（包括数学）。而且牛顿在写给他的一位即将去欧洲旅行的朋友的信中也建议道：“请观察一些地方（特别是矿井）的天然产物，以及采矿、从矿石中提炼金属或矿物并进行精炼的情况；而且，如果见到将一种物质嬗变为另一种物质的方法（例如，将铁变成铜、将任何一种金属变成水银、将一种盐变为另一种盐或是无味的物体，等等），就请您特别加以注意，因为它们也是在哲学上最富于启发性、有着许多倍启发性的实验。”【32】牛顿当然是出于研究炼金术的目的关注这些信息的，但是从这一点可以看出牛顿是多么重视自然现象和实验观察，而不是通常所说的那样只关注演绎推理。 事实上，这些英国皇家学会科学家正是通过观察大自然和工业实践活动，才获得他们科学研究的灵感和思想源泉的，哪里是什么“古希腊理性”和公理演绎传统。比如，皇家学会在1667年列出的研究清单中，生动地描绘出他们是多么关注采矿和冶金行业的实际问题的——清单包括： 英格兰矿山与船桨业的历史〔原文如此——默顿注〕；特别是有关锡矿和炼锡作坊的专门史。 制铁史……精炼史；制铜史；制矾史；硝石制造史；黄铜片制造史；铅业史；海水制盐史；炼金史；苛性钾制造史；铅白制造史；黄铜制造史 皇家学会对于各冶金工业的技术都做过描述，而且还对这些行业的各种工艺流程提出过改进建议和手艺估算。【33】 这些研究报告和工作难道不相当于英国皇家学会的《天工开物》吗？受流行科学观影响的中国知识分子或许瞧不起《天工开物》，但这恰好是英国皇家学会关注的问题和学会对科学研究的定义！如果人们再研究一下法国科学院在17-19世纪的主要研究课题，也会得到同样的图像：国家的功利主义取向和社会需求推动了近代科学的发展和近代科学革命的爆发。 英国皇家学会编年史作者斯普拉特认为，航海方面的进步是皇家学会的主要成就之一。皇家学会的创始人员编写过一首诗歌来反映皇家学会成立时的宗旨：“学院要将整个世界丈量，此事实在最荒唐；但是因此发现了经度，使航海心旷神怡；水手们能够轻而易举，把任何船只驶向极地。”正是改进航海方面的兴趣导致了格林威治天文台的建立——当查理二世得知英国对于星表中恒星位置是错误的时候，决定花钱建立格林威治天文台以进行更精确的观察。【34】 另外，采矿业在地下很深的矿井下面向上托举成百上千公斤矿物的需求，刺激了皇家学会对空气压力、火药力学、水泵和真空泵的一系列长期研究。这些知识都成为后来蒸汽机技术的基础。 因此，恩格斯才说：“如果像您所说的，技术在很大程度上依赖于科学状况，那么，科学则在更大得多的程度上依赖于技术的状况和需要。社会一旦有技术上的需要，这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。整个流体静力学（托里拆利等）是由于16世纪和17世纪意大利治理山区河流的需要而产生的。关于电，只是在发现它在技术上的实用价值以后，我们才知道了一些理性的东西。可惜在德国，人们撰写科学史时习惯于把科学看做是从天上掉下来的。”【35】可惜这样颠倒科学与技术之间的关系的，岂止恩格斯批评的那个时代的德国人，今天的很多中国人也是这样颠倒科学与技术之间的主次关系的——他们不顾科学史的历史事实，将技术看成科学的副产品和衍生物，而不是推动科学前进的核心力量。 文艺复兴以后由于军事需求和工商业的繁荣，西方逐渐进入一个大发现的时代：各种各样的自然现象的发现与好奇，各种记录和传播，各种实验随之而来。近代西方科学是基于这些观察和实践活动才逐步发展繁荣起来的。【36】 拉瓦锡化学革命的背景也是这样，它是基于几百年大量炼丹术-炼金术的社会实践，尤其是来自东方的炼丹-炼金术成果。不过在“古代科学”的发展过程中，实验条件和技术条件极其有限，因而直接依靠肉眼观察便是一种低成本的实验；因此古代科学以直接观察和定性实验为主，以至于很多东西停留在假说和思辨的水平，无法进一步通过精确实验去验证。比如古人只能从哲学上提出“物质无限可分”，而不是通过技术和实验去“证明”物质真的是否“无限可分”，以及应该“如何分”。因此，古代的技术条件限制了古人的操作能力，而思维却可以超越这种限制，所以古人在技术的局限下更倾向于“思辨”大自然，而不是“操作”大自然。然而，随着技术方面的突飞猛进，近代科学才更有财力物力去观察肉眼无法看见的现象，从而大大刺激了科学理论的发展，并反过来用技术和实验去“证明”这些理论的正确性。这才导致了近代科学理论在研究领域方面的急剧扩大，以及由此导致的思维范式的变革。通过实验和工业活动，欧洲人获得了过去古希腊、古罗马、中世纪历史上无法获得的天量“信息”。从牛顿手稿看得出来，他对所处时代的这些信息也是特别地熟悉和重视，可惜还没有达到一个世纪以后拉瓦锡所能掌握的程度。 然而，正因为其“实验科学”的本性，近代科学是一项十分昂贵的事业，只有有钱的国家和精英集团才负担得起实验仪器、实验材料、实验人员和各种科研经费。【37】正因为如此，近代科学只能是实用主义和功利主义的产物，因为科学研究需要众多的赞助商（团体）——无论是国家还是企业，而赞助团体的动机大多是功利主义和实用主义的，虽然科学家个体从事科学研究的动机可以完全出于好奇心，是无功利的。但是，正如美国一位科技史学家在研究美国的海洋学如何成为一门现代科学时说的：“科学发展到目前的规模，并不是因为对大自然充满好奇心的人数自然增加的标志，而是因为科学可以为资助它的人和团体带来价值 科学利用好奇心，它需要好奇心，但好奇心本身并没有造就科学。”【38】言下之意，是支撑科学家好奇心背后的赞助团体、利益集团和国家力量所秉承的“功利主义”动机与目标，造就了科学。正因为如此，伽利略的经典力学研究计划是由威尼斯兵工厂的弹道学需求支撑的，拉瓦锡的化学研究纲领是法国国家火药局的火药燃烧爆炸研发计划支撑的。 因此，自文艺复兴以来，科学、科学家、科学团体首先是国家力量和军事利益集团所赞助的对象，是贵族阶级赞助的活动，使得科学研究成为一种专业分工的职业活动，从事科学研究成为一种人生职业选择，从而演变成为国家统治力量的资产阶级利益集团和大公司所赞助的专业性活动。作为科研活动的赞助商，他们通常以应用和功利主义为目的，虽然科学家个体可以不以功利主义为目的，而是以满足好奇心为目的。 流行“科学观”误解了科学家个人的好奇心与背后的赞助力量的“功利主义”之间的区别。天文台需要国家资助——自古以来天文台就是国家资助的产物，大学需要国家资助，科学院需要国家资助，庞大的企业实验室也有国家产业政策和国防政策资助的身影。拉瓦锡本人就是贵族和国家官僚，拥有一个昂贵的“国家”实验室，可以购置昂贵的实验仪器和实验材料，长期担任政府的包税官和法国火药局局长，十分富有，拥有大量资产和股票，据说其年收入相当于今天的好几千万美元，在百姓看来十分贪婪、奢侈、豪华（虽然他挪用了相当一部分国家财政收入和相当一部分私人收入投入了科学研究中），因此在法国大革命期间被送上了断头台。 中国近代没有产生科学革命最根本的原因之一，是因为没有产生新的社会需求（热兵器战争、大规模殖民航海的需求），和由这种需求诱发的新技术，以及为满足这些需求而开拓的新大陆（非洲、美洲、大洋洲、亚洲），从而没有面临新的“大自然”或者“现象界”，因此也没有产生新的启迪新思维的“信息、数据”方面的“食粮”。中国的传统医学理论、炼金术理论、天文学理论、数学理论、地理学知识，都因此没有受到新需求和新现象的冲击。 原因之二，因为这种时代需求的缺乏，中国人没有对大自然形成更进一步的分门别类的研究——其实这是“科学”一词本来的语义学含义，即“专业学科”的意思。直到牛顿时代，科学还被称为自然哲学，然而“物理学”却已经从伽利略开始就从自然哲学中分化出来，形成只负责专门研究简单物体运动规律（比如炮弹弹道学）的学问。这样的分科研究才使得牛顿能够将地面物体在重力作用下的抛物线运动与天上行星在万有引力作用下的圆周运动统一起来，并使得数学派上用场。拉瓦锡超越牛顿炼金术和中国炼丹术的地方，也恰好在于将化学从药物学、植物学、生物学、医学中剥离出来，只关注简单化学物质的相互作用和转化，而将生命和精神现象彻底排除在外。这使得拉瓦锡能够专注于研究燃烧现象，从中发现“氧化反应原理”并将这一原理应用于普遍的酸碱反应过程，从而将古希腊、古代中国以及牛顿坚持的“金、木、水、火、土、气”等自然哲学概念，从生命、心理和精神世界中剥离出来，这样才能发现这些“古代科学”概念对于理解简单化学反应来说是一种“虚幻”的没有必要的本体论“假设”——恰如牛顿物理学中的“以太”概念和拉瓦锡化学中的“热素”概念一样。而中国古人面对的化学、冶金学、药学、医学、宇宙现象太过于复杂，不可能仅仅通过某种“统一场论”的自然哲学视角去彻底弄清楚。 原因之三，因为欧洲这种时代需求的缺乏，中国的炼丹-炼金术、工程、冶金、医学、药学都没有国家力量的积极参与和大力扶持，没有将其作为参与国际上军备竞赛和全球商业竞争的国家发展战略来重视。科学研究需要大量经费，尤其是科学实验是一种耗时、耗材、耗资金的事业。所有无法即刻直接转化为实用性军事技术和商业技术的基础科学都是公共品，尤其科学人才的选拔培养是一种公共性事业。因此，法国科学的大踏步前进是决意赢得欧洲军备竞赛和商业竞争的路易十四国王在出资建立法国科学院以后实现的；俄国科学的大踏步前进是决意参与欧洲军备竞赛和商业竞争的彼得大帝在建立俄国科学院以后实现的，尤其是斯大林时期用举国之力投资的结果；同理，美国在整个19世纪没有基础科学，只有工业和技术追赶，后来因为技术和工商业的极大繁荣和两次世界大战的刺激以及冷战的来临，才开始用举国之力投资科学，从而在20世纪中叶以后成为科学超级大国。相比之下，一方面，中国历史上纵然有玄奘“西天取经”的大无畏“为科学而科学”的求知精神，可是“伽利略-牛顿-拉瓦锡时代”的“大明科学院”和“大清科学院”在哪里？中国当时的邓稼先、钱学森、于敏、华罗庚在哪里？另一方面，因为有朝廷对佛教和艺术的扶持，不仅中国民间的佛学，而且民间的琴、棋、书、画、唐诗、宋词、元曲都是相当繁荣的。因此只有国家力量有意识地支持，科学才能繁荣，科研机构和民间的“学术共同体”也才能大批量涌现和发扬光大。 七、结论：改造我们的学习 “除了事实之外我们什么都不相信：事实是自然界给我们提供的，不会骗我们。我们在一切情况下都应该让我们的推理受到实验的检验，而通过实验和观察的自然之路之外，探寻真理别无它途。”【39】 近代科学的进步是建立在更加系统和精确的观察和测量的基础之上的，而不是更加公理化的需求基础之上的。因此，近代科学革命不是古希腊“演绎证明”方法论的胜利，而是归纳法和“实验证明”方法论的胜利。是实验技术的进步推动了科学的发展。从牛顿炼金术到拉瓦锡氧化理论的诞生就是典型案例。 事实上，西方近代科学每一个领域的革命都是在否定古希腊空洞思辨和形式化追求的传统的基础上爆发出来的。比如，伽利略的经典力学革命是在企图摆脱亚里士多德的思辨物理学观念对自然哲学家的思想束缚的努力中爆发的；拉瓦锡化学革命也是在企图摆脱古希腊“四元素说”和中世纪炼金术迷信对欧洲科学家们的思想束缚的努力中爆发的；更加后来的生物学与医学革命也是如此。而这场科学革命背后的“0→1”技术支撑在很大程度上源于东方。这些技术在古希腊根本不具备。古希腊时代是一个技术上十分贫乏的时代。 不过，这种不断发生的科学革命的现象本身，也并不意味着古希腊和古代中国关于大自然的自然哲学思辨一定是“不科学”的，而只是说明这些理论所呈现的关于自然界的“图像”是属于“古代科学”的范畴，从而在“近代科学”的角度看起来是“错误的”。 换句话说，科学不等于正确。一个错误理论之所以可以是“科学”的，是因为它是根据已知的信息而提炼出的在当时看来“合理”的解释，其中可能包含大量猜测与想象的成分。但这些猜测与假说是科学活动的典型特征，至于它们是否“正确”，则需要后人利用新技术、通过各种实验去反复验证，而这个过程可能需要很长时间，少则几个月，长则几十年甚至几百年，以至于永远不可能。比如，今天流行的“超弦理论”就可能是永远无法证实的假说，它与古代的科学假说之间的唯一区别是它穿上了当代物理学、数学语言的外衣，因此是浸泡在当代科学语言的语境之中的，从而“显得”比古希腊“四元素说”或者牛顿的炼金术要更加“科学”而已。 事实上，从观察到的现象中寻找和猜测出 pattern（规律、模式）是一切科学研究的出发点和典型特征，无论是古代科学还是近代科学，无论是自然科学还是社会科学。而近代物理学革命、化学革命、生物学革命、医学革命、天文学革命、地理学革命，无一不是基于新观察从刻画新 pattern（规律）开始的。伽利略发现地面物体在重力作用下的抛物线 pattern（规律）和匀加速运动规律，开普勒发现天体运动的开普勒三大定律，胡克发现弹簧弹力大小与拉长程度的正比 pattern（规律），拉瓦锡发现所有已知燃烧现象背后的氧气 pattern（规律）和化学反应过程中的质量守恒规律，哈维发现人体的血液循环 pattern（规律），达尔文发现物种与生存环境竞争压力之间的 pattern（规律），魏格纳发现地理大陆板块相互吻合的 pattern（规律）从而提出大陆漂移假说，等等。今天的量子力学和电动力学都是如此。 因此，科学的本质，尤其是近代科学与古代科学的本质区别，不是演绎思维与非演绎思维之间的区别，而是人们从事观察、测量、实验的技术条件和社会科研组织结构方面的区别。近代科学的兴起，除了依赖新技术和新的观察手段以外，还表现为一种高度组织起来的、普遍的社会分工运动、氛围和意识，以至于从不同侧面观察大自然、解剖大自然、实验大自然成为欧洲国家力量赞助的一种普遍活动。【40】 从事科学研究十分昂贵，耗钱、耗人力，因此需要国家力量的大规模支持与投入。国家的财力、物力都有限，一个穷国吃的喝的都没有保障，怎么可能支持科学？因此，科学的动机必须是功利主义的。这就是为什么近代科学革命完全是由战争和国家军备竞赛推动的。美国直到今天仍然如此。 总之，自然科学是一门揭示大自然奥秘的实验科学，而非其他。只是由于实验方法的普遍和系统性的运用，以及由于工匠地位的上升（文艺复兴时期）以及工匠技术进入哲学家的殿堂（伽利略、笛卡尔、牛顿、拉瓦锡都是擅长制作工具的能手），尤其是自然哲学家对炮弹运动和火药燃烧的关注，以及来自国家力量的大力支持，近代科学才得以从古代科学中脱颖而出，成为一门精密测量的、由国家基金大力扶持的专业领域——表现为科学院体系、大专院校、科研经费管理部门等。从而才有经典物理学革命、化学革命、植物学革命，以及海洋学、系统论、控制论、信息论、航天科学、计算机科学、运筹学等的诞生。 科学的基础是技术。技术的各个环节之间不是逻辑演绎关系，而是因果关系，是一条复杂的反馈因果链体系。这种因果关系是由大自然物质的性质和工具的性质决定的。 凡是测量与实验技术达不到的地方，科学就只能停留在假说和思辨的水平，也就是波普的“无法证伪”。证伪需要技术（观察与实验），而不单单是逻辑。一个与经验无关的逻辑命题当然只能用逻辑来反驳，但是科学命题需要用实验来证伪。 正如《科学思维的价值》一书的作者廖玮所说：“科学之所以能够进入全新的领域，常常是因为实验技术的发展使人们可以做出全新的实验和观察。”【41】著名物理学家戴森说：“科学的新方向更多地是由新工具而不是新概念引发的。概念的驱动作用不过是用新的方式解释旧事物，而工具的驱动作用则是发现新大陆——新的必须被解释的事物。”【42】 这意味着，古希腊虽然擅长逻辑学，但是并不能由此得出结论说他们也擅长科学。古希腊人的技术水平与同时期的中国相比非常落后，因此，古希腊人对大自然的观察和实验水平也是落后的。反过来，中国古代虽然没有逻辑学，但并不能以此得出中国古人不擅长科学。事实上，《墨经》《齐民要术》《黄帝内经》《神农本草经》《天工开物》《梦溪笔谈》《周髀算经》《九章算术》和《本草纲目》等经典名著，体现了中国古人从事科学观察与研究的强大技巧和逻辑思维能力。 中国古代的科学家很多都是勤于观察和实验，并从观察与实验中提炼出图像和理论的能工巧匠。 而文艺复兴后西方近代科学的特点之一，恰好是将手艺人和工匠传统带进科学的殿堂（艺术也是一样——达·芬奇）。这一伟大工匠科技传统来自阿拉伯，而阿拉伯的这一传统来自古代中国——比如中国的代数传统偏重解决应用问题，属于算法流派，正如牛顿的微积分完全是为了解决应用问题而发明的一种算法技巧，其逻辑基础当时十分薄弱，很久以后才被奠定。遗憾的是，在大一统提供的和平安定环境下，“飞鸟尽，良弓藏”，中国的工匠精神在道德意识主宰的“太平天下”登不得大雅之堂，被排除在政府机构和科举考试之外。然而在成吉思汗横扫欧亚大陆时期，他的军队带上了很多中国工匠为其服务。【43】 因此我们可以说，欧洲近代科学的观察与实验精神的真正源泉在东方而不是古希腊。近代欧洲完全是因为背叛古希腊思辨传统才得以解脱出来的。培根的实验方法论思想也来自阿拉伯。 即便在数学领域，古希腊的公理演绎思维也不是流行“科学观”所认为的那样重要。“古希腊的公理化导致了数学发展的僵化，推迟了数的概念的发展和代数进步。实际上，在数学发展史上，公理化的思路也不是常态。在数学大发展（突飞猛进）的17世纪和18世纪，数学家并不重视公理化思路，数学反而在暂时摆脱了公理化和严格化对思维的束缚之后得到了极大的发展。”【44】 20世纪杰出的数学家科朗在《什么是数学——对思想和方法的基本研究》一书中指出：“由于较早地发现了与’不可公度’的量有关的这些困难，使希腊人没能发展早已为东方所掌握的数字计算的技术。相反，它们却迫使自己钻进了纯粹公理几何的丛林之中。于是科学史上出现了一个奇怪的曲折，这或许是意味着人类丧失了一个很好的时机。几乎两千年来，希腊几何的传统力量推迟了必然会发生的数的概念和代数运算的进步，而它们后来构成了近代科学的基础。”【45】 科朗还指出：“有一种观点对科学本身是严重的威胁，它断言数学不是别的东西，而只是从定义和公理推导出来的一组结论，而这些定义和命题除了必须不矛盾之外，可以由数学家根据他们的意志随意创造。如果这个说法是正确的话，数学将不会吸引任何有理智的人。它将成为定义、规则和演绎法的游戏，既没有动力也没有目标。认为灵感能创造出有意义的公理体系的看法，是骗人的似是而非的真理。”【46】 代数在古代东方尤其是中国如此发达的根本原因，是因为无论是平面几何还是代数，最早都是为回答现实世界和人类实践活动中提出的数学问题而发展出来的。古希腊的平面几何知识来源于古巴比伦和古埃及的土地测量与计算，而古希腊的代数没有古代中国发达是因为古代中国产生了更多、更频繁的有关农业、水利、军事、后勤方面的实际问题需要代数去回答。牛顿微积分的创立也恰好是为了回答变速运动研究中出现的实际物理学问题才得以创立的，因而微积分从它创立的第一天起就是一种“算法”，与中国古代重视“算法”与“计算”的代数传统完全一致，而与古希腊的公理演绎思维方式背道而驰。况且包含算术系统在内的公理体系非常难以建立，需要等到 20 世纪罗素和怀特海的《数学原理》以及由此引发的哥德尔“不完备性”定理。 科学源于实践和实验，因此必须随时回到实践与实验，中间的桥梁是技术。学校必须教会而且要求学生通过实验技术来“证明”科学理论，而不仅仅是通过逻辑演绎来“证明”科学理论。科学不是逻辑演绎体系，其底层逻辑是拆开大自然、组装大自然、改造大自然和创造大自然的一套操作系统。由理论物理学家的思辨搞出来的“科学哲学”需要重写。正如汪涛所说，过去的科学哲学和科学学几乎是把科学的发展完全等同于科学理论的发展，实验与测量仅仅被看作科学理论的附庸，只是为了证明、验证或否定理论。这是一个大错特错的观念。【47】对此我们还可以加上：流行“科学观”一直把技术看成科学的附庸，只是科学演绎出来的副产品。这是一个大错特错的观念。如果说观察和实验是科学之母，那么技术就是科学之父。 杨振宁说他当年的博士生导师、物理学家费米对自己最大的影响就是使他认识到：“太多形式化的东西不是不可能出物理，只是出物理的可能性非常小，因为它有闭门造车的危险。而跟实际接触的物理才是能够长期站得住脚的物理。”【48】杨振宁还说：“很多学生在学习中形成了一种印象，以为物理学就是一些演算。演算是物理学的一部分，但不是最重要的部分。物理学最重要的部分是与现象有关的。绝大部分物理学是从现象中来的。现象是物理学的根源。一个人不与现象接触 容易陷入形式主义的歧途，他对物理学的了解不会是切中要害的。我所认识的重要的物理学家都很重视实际的物理现象。”【49】 中国科学院曹则贤研究员，在针对电磁理论的发展是如何来源于观察、实验和通过技术对自然机制的理解时说：“我们老祖宗在《梦溪笔谈》里面应该说比他们（西方）还复杂，我们有悬浮法，把磁针放在碗沿，让它接触的面积小，变得很灵敏。悬浮法把仪器悬浮起来这是一个科学的做法，未来就有非常重要的相对论里面所谓著名的迈克尔 — 莫雷实验，实验装置是浮在水银里面的，我们教科书里面都不讲这个实验怎么做，这个实验有很多技巧的地方。我想强调一下，我们老祖宗的书里面这些东西是非常深刻的科学了，但是它最后没有能够形成近代科学，这实在是一个非常可惜的事情。我认为科学有一个成长的过程，所以不应该回答在中国为什么没有产生近代科学，而应该回答我们的科学怎么没有继续生长下去，它到底在哪个生长阶段停止的。”【50】所以曹则贤正确地认为不应该追问中国为什么没有产生科学，而应该追问中国的科学为什么没有继续生长下去，从古代科学进化为近代科学？它到底在哪个生长阶段停止发育的？ 历史资料显示，波义耳、莱布尼茨、笛卡尔、洛克、拉瓦锡、拉普拉斯、胡克等一大批杰出科学家和数学家，以及来自法国科学院和英国皇家学会的众多会员都曾以极大热情认真参与炼金术和人体解剖的观察与研究，所有这些人物都从事广泛的化学实验，甚至医学解剖实验。 因此，科学的真正基础是技术。难怪技术的历史远比科学的历史漫长。【51】科学只是技术这座海底大冰山的水面一角。虽然有一部分科学是对技术背后的第一性原理的理解，但这种理解也是建立在技术的基础之上，而且其正确性仍然需要靠技术来检验。比如，在技术落后的原始部落，哪怕我们把“元素周期表”直接告诉他们，也不能使他们理解并进入现代科学文明，因为他们缺乏必要的技术储备去应用元素周期表，而且这个科学理论对于他们理解自己的狩猎生活和生存环境也没有意义，远不如弓箭和青铜器的知识有“力量”。但是“元素周期表”对于进入了热兵器文明、工业文明和核武器文明的意义是不言而喻的，因为它直接决定了它们的生存力、生产力和竞争力。 更重要的是，技术能够把握的，远比科学能够表达和证明的要多得多。物理学家费曼也说过：“我所能感知到的真相，比我能够证明出来的要多得多。”【52】换句话说，人类能够感知和把握的真相，比人类能够证明，尤其是用公理演绎体系证明的东西要多得多。这就是为什么技术才是科学的基础和大底盘，才是人类和国家强大的根基和象征。 而近代欧洲的技术源泉在东方。【53】培根把近代西方技术方面的全面崛起归功于中国三大发明，那是0到1的真正发明。马克思也认同这个说法。 问题在于，由于中国文化同近代科学革命的实践活动严重脱节，以及中国教科书对欧洲近代科学与技术史缺乏正确而全面的介绍，导致中国知识分子和学生对“什么是科学”的理解大大偏离了科学本身的真实历史；因此中国目前的教育体系往往在“言必称希腊”的流行科学观影响下，错误地把科学当成逻辑演绎体系来学，这违背了科学的本性与生命力。 这是为什么杨振宁说：“中国的物理学教学中有一个倾向，使人觉得物理就是逻辑。逻辑，没有问题是物理的一个部分，可是只有逻辑的物理是不会前进的。”【54】 伽利略正是依靠炮弹（铁球）的自由落体实验和斜面滚动实验来反驳亚里士多德理论的。因此，学习科学最好的途径，是用实验来“证明”所学的一切理论，而非仅仅用逻辑来推导所学的理论。中国中小学和高校最缺乏这样的“证明”精神，被“言必称希腊”的“演绎主义”科学观带歪了。 作为当代最著名的理论物理学大师，杨振宁虽然没有对“科学是什么”下过定义，但是他显然认为科学的基础是实验和技术，科学与技术不能截然分开，重要性的排序不能颠倒，这从他《近代科学进入中国的回顾与前瞻》一文对中国引进和建立现代科学的历史讨论中也可以看出： 第一，杨振宁接受李约瑟提出的判断，即西方地理大发现之前，科技转让主要是由中国传向欧洲的；中国科技直到大航海运动前后都比欧洲科技优秀。 第二，杨振宁也谈到“那些阻碍中国萌生近代科学的多种原因”，其中包括“缺少准确的逻辑推论的传统”。注意，杨振宁在这里没有说中国缺乏逻辑思维能力，而是说缺乏“逻辑推论的传统”。比如，在古代印度的佛教文化中，有基于佛教经典公开进行逻辑辩论的传统，辩论中失败的一方可能会接受割掉自己的舌头甚至头颅的惩罚；在古希腊也有类似的公开辩论文化，这在中国的春秋战国时期也出现过，但是在唐宋以后就相对缺乏了。【55】不过杨振宁指出：“东方人是否天生不适宜于做现代科学工作呢？在19世纪末当达尔文的进化论被用来佐证白种人的帝国主义侵略政策时，许多中国知识分子在灵魂深处曾为这样的问题所困扰。这不只发生在中国，在日本，长冈半太郎（1865-1950），后来成为第一个在国际上出名的日本物理学家，也 曾考虑过这个问题。他经过仔细的研究，认识到中国古代哲学家如庄子（约公元前369-前 286）的深入的见识以后，才得出东方人同样有能力研究现代科学的结论。”【56】 第三，杨振宁也不认同“中国语言是科学思想发展的主要障碍”的流行观点，认为这是中国近代知识分子面对西方列强的武力征服、经济掠夺、政治压迫和文化欺侮时，产生的一种“极度绝望（自卑）的心理状态”。 第四，杨振宁认为，“中国真正下决心开始引进现代科学”的标志是京师大学堂的成立、科举制的废止、派遣留学生去日本；但是由于工业基础严重落后和国家力量的严重缺位，现代科学并没有能够在中国完成从学习到“本土化”的转型。也就是说，“引进”不等于“本土化”。杨振宁认为中国真正实现将现代科学“本土化”，是在中华人民共和国成立后的最初二十年开启的，其标志则是一系列前沿技术成果的出现，包括：反应堆（1956年）、试制计算机（1957年）、喷气机（1958年）、半导体元件（1960年）、原子弹（1964年）、M2飞机（1965年）、氢弹（1967年）、集成电路（1969年）、卫星（1970年）。 第五，看得出来，杨振宁在这里并没有将科学与技术割裂开来，或者将技术排除在科学之外，而是直接认为中国的这些前沿技术成果就是“科学本土化”的标志。基于这样一种对“现代科学”的理解和“定义”，杨振宁指出，“做科学工作其实并不困难”，因为成为科技大国的必要的条件可以概括为四个：“才干、纪律、决心与经济支援”。【57】前三个条件实际上就是人口素质、国家力量和国家意志对于发展科学技术的重视和对科技人才选拔方面的投入，第四个条件就是经济基础。杨振宁认为，新中国成立以后明显具备前三个条件，而第四个条件则是在改革开放以后具备的。因此，杨振宁在1993年就预测：“在21世纪中叶，中国极可能成为一个世界级的科技强国。”【58】 流行“科学观”对中国在基础科学研究方面能否追赶西方、并最终成为世界引领者之一，是极度自卑的；因为在秉持这种科学观的人看来，中国既没有古希腊理性传统，也没有基督一神教和中世纪经院哲学文化，没有“科学”思维的基因。 然而，对于中国目前的科技水平及其在世界上的地位，袁岚峰在《中国科技实力正以多快的加速度逼近美国 | 袁岚峰》一文中给出了非常客观的实事求是的评价。他分析了若干个客观定量指标，例如自然指数、研究前沿、高引用研究者、专利申请等，对中国当下的科技实力做出了如下的基本定位：显著落后于美国，而跟英国、法国、德国、日本属于同一个级别。袁岚峰在文章中指出：“综合以上对科学论文、专利、科研人力、研发经费、生活质量、工业水平的讨论，就得到了前边说过的结论：中国的科技水平处于第一集团，跟美国有显著差距，但属于同一级别。”【59】 无论我们对古希腊和古代中国对近代科学的贡献如何评价，现代科学早已像轻舟一样过了万重山，因此，对于如何改造我们的学习，汪涛和袁岚峰都有一段话说得特别好，笔者分别稍加修正后引用如下（修正文字在方头括号内）： 中国知识精英们对“中西文明比较”介入的情感太多，却未充分意识到今日中国最大的资源和财富其实是：“中国可以平静地作为一个旁观者，冷静思考过去科学的整个发展历程，并思考我们的未来。”我们最有条件放空自己的一切，把自身的一切都当作一个外来文化，按科学文明的工具进行重新的整理，而并非需要完全放弃自身传统，由此将自身打造成为世界上第一个【全方位以工业技术立国的】纯科学的文明。【60】 放下历史的包袱，实事求是，轻装上阵，面向未来，【以对数学和科学的应用价值的无限追求为目标，】自信地学习科学，发展科学，这才是真正的自信！我们应该有这样的自信：当中国这个源远流长的伟大文明拥抱【现代】科学的时候，人类的命运都将改变！我们以前错过了地球上的大航海，现在绝不会错过宇宙的大航海！星辰大海，才是我们的征途！【61】 ■ 注释 【1】参见吴国盛：《科学的目的、精神和方法是什么？》（2018年5月11日），“上海管理科学”微信公众号，最后浏览日期：2023年8月24日。 【2】对于这个李约瑟之谜的具体论述和解答，参见文一：《科学革命的密码——枪炮、战争与西方崛起之谜》。 【3】参见郭正谊：《从〈龙虎还丹诀〉看我国炼丹家对化学的贡献》，《自然科学史研究》1983年第2期。 【4】对吴国盛和张双南等人关于“古代中国没有科学”的观点的批评，参见张祥龙：《中国在什么意义上有或者没有科学》，载《中华读书报》，2016年11月16日，第9版。 【5】［法］拉瓦锡：《化学基础论》，“序”，第5页。 【6】波义耳可以说是牛顿时代从事炼金术化学研究的唯一现代意义上的“巨人”。这是为什么牛顿受到波义耳“微粒说”的影响，而且接受波义耳关于物质世界的两分法：即惰性的构成宇宙的单纯物质微粒和为这些微粒注入“精气”与“动力”的上帝，这种动力源便是物质微粒能够通过“发酵”而发生化学变化和生长繁殖的原因。反过来，复杂的化合物又通过“腐败”过程还原降解为基本元素和微粒。虽然强调实验和观察，并对亚里士多德的“四元素”说发起过许多质疑，不认为“水、土、火、气”或者“盐、硫、汞”为构成物质世界的最基本元素，可惜由于受到观察与实验技术的限制，波义耳在化学方面并没有真正超越古希腊的思维模式和“古代科学”范式，而关于气体的波义耳定律是一个物理定律，而不是化学定律。详见［英］波义耳：《怀疑的化学家》，袁江洋译，北京大学出版社2007年版。 【7】吴国盛认为“没有基督教就没有近代科学”，详见吴国盛：《什么是科学》。同样的观点，另可参见何光沪：《没有基督教就没有现代科学》，载《中华读书报》，2016年11月16日，第9版。 【8】参见文一：《科学革命的密码——枪炮、战争与西方崛起之谜》，第六章。 【9】热学如何成为一门独立的近代科学，参见James Clerk Maxwell, Theory of Heat (1871), New York: Cambridge University Press, 2011。 【10】参见郭正谊：《从〈龙虎还丹诀〉看我国炼丹家对化学的贡献》。 【11】参见吴国盛在《什么是科学》一书中关于“科学”一词的起源和翻译。 【12】［美］科朗、［美］罗宾：《什么是数学：对思想和方法的基本研究》，左平、张饴慈译，复旦大学出版社2017年版，第6页。 【13】《化学基础论》，“序”，第6页。 【14】［美］亨利·M.莱斯特：《化学的历史背景》，吴忠译，商务印书馆1982年版，第73页。 【15】参见［英］李约瑟：《中国科学技术史》第一卷，“第一章序言”。 【16】郭正谊：《从〈龙虎还丹诀〉看我国炼丹家对化学的贡献》 【17】〔明〕宋应星：《天工开物》，杨维增译注，中华书局2021年版，第362-363页。 【18】参见金吾伦：《科学变革论——拉瓦锡化学革命探究》，第88-89页。 【19】 详见李约瑟：《中国科学技术史》；李晓岑：《中国金丹术为什么没有取得更大的化学成就——中国金丹术和阿拉伯炼金术的比较》，《传统文化与现代化》1998年第3期。 【20】参见《辞海》中“素问”“灵枢”词条。 【21】〔清〕黄奭辑：《神农本草经》，中医古籍出版社1982年版，第1、149、249页。 【22】〔清〕黄奭辑：《神农本草经》，第342页。 【23】〔清〕黄奭辑：《神农本草经》，第343页。 【24】〔清〕黄奭辑：《神农本草经》，第343页。 【25】汪涛：《对文一教授文章《宏观经济学的贫困》建议或感想》（2022年9月6日），“纯科学”微信公众号，最后浏览日期：2023年8月23日。 【26】《马克思恩格斯选集》第4卷，人民出版社2012年版，第648页。 【27】［英］培根：《新工具》，许宝魖译，商务印书馆1984年版，第10页。 【28】 Francis Bacon, The New Organon, Cambridge University Press, 2000, Book 1, CⅩⅩⅨ , p.100. 【29】《马克思恩格斯全集》第37卷，人民出版社2019年版，第50页；也可参见马克思：《机器。自然力和科学的应用》，人民出版社1978年版，第67页。 【30】［美］罗伯特·金·默顿：《十七世纪英格兰的科学、技术与社会》，范岱年译，商务印书馆2000年版，第196页。 【31】［美］罗伯特·金·默顿：《十七世纪英格兰的科学、技术与社会》，第197页。 【32】转引自［美］罗伯特·金·默顿：《十七世纪英格兰的科学、技术与社会》，第197-198页。 【33】 参见［美］罗伯特·金·默顿：《十七世纪英格兰的科学、技术与社会》，第199页。 【34】 参见［美］罗伯特·金·默顿：《十七世纪英格兰的科学、技术与社会》，第215页。 【35】《马克思恩格斯选集》第4卷，第648页。 【36】比如，关于“摩擦生电”这个偶然发现如何通过大家的实践活动最终导致电磁理论的建立，中国科学院曹则贤研究员在一次跨年讲演中说：“一个大神级人物 Otto von Guericke（奥托·冯·格里克），这个人首先发明了抽气泵，他做了著名的马哥德堡实验，向我们演示了大气压有多么强大，但是他还干了一件事情：摩擦带电，什么东西摩擦带电，什么东西既不磨手又能够带电带得多？他发现硫黄这种东西带电（请大家记住硫黄是单元素物质，是大自然赏赐给我们的，火山口有大块的硫黄，公斤级）。1672年他发现硫黄的球很容易带上电，他还发明了气泵产生真空，率先用硫黄球产生更多电，将来你会发现当电遇到真空的时候会给我们带来多少知识。很可惜不知道你们有没有从哪本科学书本里面读到这个人 Otto von Guericke 奥托·冯·格里克，他应该出现在热力学书里面、统计力学书里面，但是都没有。”“西方社会既然发现硫黄球能够带电，也发现玻璃球能带很多电。一个Bose教授做了实验，用硫黄球、玻璃球带电。球，怎么把它支撑起来、吊起来？如果用丝绸吊，发现硫黄带上电，丝绸把它拴着，丝绸能摸，但是如果用金属链吊球的时候，你发现金属链不能摸，一摸会感觉到shock。”“接下来就是西方人做各种各样能够带电的东西。既然认识到这个世界上存在着正电和负电，所以有人造出更精巧的设备，要分得清正电和负电，并且正电和负电都要，这样的静电器又高级了。这个属于荷兰人做的，这两片摩擦的，但是这块它们俩带不同电荷，通过金属引到别的球上。把电引到别的地方去，这上面的电是相反的。”正是这样一种社会实践背景和一系列技术发现，成为电磁学这门学科产生和建立的基础，详见曹则贤：《曹则贤 | 电磁学/电动力学：现象、技术与思想（上） | 中国科学院2023跨年科学演讲》（2023年1月2日），“中科院物理所”微信公众号，最后浏览日期：2023年8月23日。 【37】比如，为了研究基本粒子是否无限可分，需要建立高能加速器或大型对撞机，其成本是好几百亿元人民币，小国家玩不起。 【38】参见Naomi Oreskes, Science on a Mission: How Military Funding Shaped What We Do and Don’t Know about the Ocean, Chicago/London: University of Chicago Press, 2021, p.1。 【39】［法］拉瓦锡：《化学基础论》，“序”，第4页。 【40】关于有组织的系统实验对于科学革命的重要性分析，参见林毅夫：《李约瑟之谜、韦伯疑问和中国的奇迹——自宋以来的长期经济发展》，《北京大学学报》（哲学社会科学版）2007年第4期。 【41】廖玮：《科学思维的价值：物理学的兴起、科学方法与现代社会》，第153页。 【42】英文原文是：“New directions in sciences are launched by new tools much more often than by new concepts. The effect of conceptdriven revolution is to explain old things in new way. The effect of a tool-driven revolution is to discover new things that have to be explained.”转引自廖玮：《科学思维的价值：物理学的兴起、科学方法与现代社会》，第154页。 【43】参见戴瑾：《中国文人传统批判》，载北京大学中国与世界研究中心主办：《观察与交流》，第231期，2022年11月。 【44】 转引自廖玮：《科学思维的价值：物理学的兴起、科学方法与现代社会》，第131页。 【45】 参见［美］科朗、［美］罗宾：《什么是数学：对思想和方法的基本研究》，第2页。 【46】［美］科朗、［美］罗宾：《什么是数学：对思想和方法的基本研究》，第3页。 【47】参见汪涛：《实验、测量与科学》，第十八章。 【48】 杨振宁：《曙光集》（十年增订版），生活·读书·新知三联书店2018年版，第134-135页。 【49】杨振宁：《曙光集》（十年增订版），第114页。 【50】 曹则贤：《电磁学/电动力学：现象、技术与思想（上）｜中国科学院2023跨年科学讲》。 【51】江晓源：《重新审视：科学与技术是两个平行系统》，载《文汇报》，2021年8月5日，第11版。 |
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