约瑟夫亨利的哲学思想与科学观

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能尚未来得及记录就消失了”。自然界发生的有些自然过程往往是一去不能复返的，人们无法对它们进行重复的观察。然而，实验则不是这样，我们一般能选择时间和地点，我们可以经常重复对于观察每一个细节所必需的现象。”([6],p.92)再者，我们还可以对实验过程进行人为的控制和干预，使自然过程简化、纯化，以便进行观察。科学实验还可以使我们观察到自然界不能自发发生的物质过程和一些无法进行直接观察的自然现象。正是基于这一认识，亨利在研究中为了观察一些现象，揭示事物的运动规律，总是不断地设计出一个又一个实验。亨利不仅认为实验是科学研究的最有效的方法之一，还把实验看作是进行科学教育的最强有力的手段。他觉得对眼睛刺激产生的印象是最深刻的，用实验来演示电和磁的特性以及它们之间的相互作用一定能使学生对电和磁获得更加明确、更加形象的认识。在探索大自然运动规律的过程中，亨利崇尚归纳法。归纳法是根据某一类事物中许多个别事物都具有某种属性，从而推演出这类事物都具有这种属性的一般结论的推理方法，它是获得科学发现的重要手段。在科学史上，许多重要的自然科学定律都是通过归纳法获得的，亨利的绝大多数研究成果也都得益于归纳法。亨利对归纳的过程是这样描述的：在观察和实验的基础上“进行一系列猜测，亦即采用关于所研究的特殊对象的原因和规律的假说，然后从这个假说推导出逻辑的结果，再用实验和观察来检验这些结果。重复这一过程，直到假说被建立。它不仅解释了原先的现象，而且提出和第一现象相联系的一系列有关事实……假说是一种联想，它依赖于对所谈现象进行条理清楚的、合乎自然法则的类比，用来进行类比的其他现象的发生原因是知道的”。([6],p.95)由于任何个别事物都不能完全地包括在一般之中，因而由归纳法得出的结论常带有很大的或然性。对这一点，亨利十分清楚，所以他特别强调对由一般结论，即假说推导出的逻辑结果，亦即推论，要用观察和实验来进行检验。检验的结果不但增加了对一般结论可靠性的认识，同时也有可能获得新的正确命题。所以，他曾说“推论的方法是所有科学进步的基础”。([6],p.95)从亨利上面的论述中，我们可以看出，他在应用归纳方法时，是以观察和科学实验为其前提的，并强调了假说在科学发现过程中的重要作用。在科学研究活动中，人们通过观察和实验获得感性的事实材料，然后进行整理、加工和概括，从理性思维中把握研究对象的本质和规律，达到理论认识的高度。但是，这一过程不是一下子就可以完成的，在未做进一步的实践检验之前，只能对所考察的对象提出假定性的说明和解释即为科学假说。在科学理论尚未确立以前，人们利用假说来试图说明隐藏在现象背后的本质和规律，假说再经过观察和实验的验证就上升为科学理论。在科学史上，关于假说在科学研究中的作用，是牛顿学派和笛卡尔学派争论的焦点之一。牛顿的“力戒假说”曾影响着许多后来的研究者。亨利深受牛顿的研究方法影响，崇尚归纳法，但亨利更加明确地认识到假说在科学研究中的积极作用，认为它是形成科学理论的重要手段之一。亨利认为，在科学研究过程中发现有的事实不能为原有的理论所解释或者与原有的理论相抵触时，这说明关于这一事实的规律还没有被人们所认识，与这一事实有联系的许多未知事实都有可能服从于这一规律。亨利说：“未被解释的事实称为未解决的现象，几乎在科学的每一个分支里都能找到。有时候，它们在偶然的观察中被发现，有时候，在一些其他现象的研究过程中表现出来。它们作为一个未解决的事实被有经验的研究者所认识。当它们不能作为任何已知自然规律的结果被推出时，……由它能推导出一个普遍的定律。”([6],pp.95-96)这时候，为了完满地解释新的事实和现象，就必须提出科学假说。由于受到有限事实的局限，假说还不一定就是新的规律，但是在科学理论的形成过程中，它起着桥梁的作用。亨利强调，“科学定律可靠性的证明并不依赖于数学推导，像欧几里得从自明公理中推导出命题一样。而是依赖它的逻辑推论和实际的自然现象的一致性——不仅在程式上，而且在量度上也是一致的”。([6],p.93)假说是否可行应当由实验来验明，无论假说被证明是可行的还是不可行的，它都会使人们对事物的认识更加深入一步。怎样使假说上升为理论呢？亨利概括了这一过程：从能解释某一事实的假说，可以得到一个能够以实验进行验证的逻辑推论。于是，研究者“对自己说，如果这一假说是可行的，我进行一个确定的实验，一个确定的结果应该产生。实验被进行，但没有结果跟随。在这种情况下，假说是不可行的，或者推论是错误的，或者实验中出现一些问题。后两种情况被检查，如果没有发现错误，那么，得出下面这样的结论是确定无疑的：假说确是不可行的，或者说，这只是一种猜测。后来，另一个假说被设想，另一个推论由之得出，一个相关的实验被进行。但仍然没有获得所期望的结果。接连地变换许多次假说，重复这一过程，直到自然界仿佛被这一坚持不懈的提问所疲乏，作出勉强的答复。最后的实验给出了一个和所作的假说完全一致的结果。”([6],pp.96-97)这样一来，这一假说便解释了两个事实，当然，它还不能称为真理。“现在，他有两个事实和一个解释它们的假说。但是，他的高兴常常是短暂的。为了扩大他的事实的数目，从他的假说中得出了新的推论，实验被尝试，明确的结果被获得。但仿佛是为了压抑他由于自己的预见性而产生的自豪感，实验结果完全不同于他所预期的结果。他的热情一度为这一结果所挫伤，但他以下面的思想安慰自己：实际上，他已经取得了一些进步，现在他已经有三个事实和其中两个的解释。在这种情况下，这个假说一般地不被抛弃，但一个修正它的想法被产生以便使它包括第三个事实。于是，由这一经过修正的假说产生出另一个经过修正的推论，同样经过实验检验，得出一个可能差不多和预期的东西相一致的结果。但是，这一假说仍然可能需要进一步修正，为了展现出新的现象，所有能被得出的推论从中推导出来，每一个推论本身受到实验的检验。进程因此继续，直到经过各种修正后，假说明显地成为新的结果丰富的精确表达式。”([6],p.97)很显然，亨利概括的只是从假说到理论的一种过渡形式。亨利认为，“从这种归纳中成功地得出的假说被称为‘理论’，用精确的科学语言来说，它是自然界真实规律的表达，而对于先时的可能性或猜测，则应用‘假说’这一名称。”([6],p.98)虽然亨利对假说如何过渡到理论的阐述还不是假说和理论之间关系的全部，但是，他的认识在当时来说还是相当深刻的。三早在奥尔巴尼和普林斯顿任教期间，亨利就已经萌发了“抽象研究”和“实用研究”应当协调发展的思想。在亨利的时代，人们把自然科学分为“抽象科学”和“实用科学”两大类，大致相当于我们现在的基础科学和应用科学，相应地也就有了“抽象研究”和“实用研究”之分。当时，很少有人从理论上去考虑“抽象研究”和“实用研究”两者之间的关系，因此，科学的发展带有很大的盲目性。亨利认为，“抽象研究”和“实用研究”保持协调发展，两者就会互相促进，形成良性循环，反之，就会阻碍科学技术的进步。忽视“抽象研究”，其后果将会使“实用研究”成为无米之炊；忽视“实用研究”，则不能充分发挥科学的社会功能。亨利还认为，“抽象研究”和“实用研究”的协调发展并不意味着两者总是保持一个不变的比例，而是在不同的历史时期，根据社会经济和科学技术发展水平的不同应该有所侧重。在经济不发达、技术比较落后的情况下，应当较多地注意技术的开发和科学的应用，为科学的发展提供足够的物质基础；而在经济发达、技术领先的时候，则应该较多地注意“抽象研究”，以便为技术进步和经济发展积累更雄厚的知识储备。美国在殖民地时期和建国初期，经济是落后的、技术是薄弱的。这个时期，美国人注意科学资料的收集，藉助于欧洲大陆发展出来的科学原理进行技术革新无疑是符合国情的。当时，美国人在培根唯物主义经验论哲学的影响下，取得了经验科学的巨大成功，特别是在植物学和地质学的资料收集方面，普遍得到了欧洲人的赞赏。美国建国不久颁布的专利法刺激了美国人的发明创造能力，结果，涌现出一大批发明家和技术革新能手。仅1850年一年，美国就颁发了2,813项专利，平均每天6项。到19世纪中叶，美国就开始向欧洲输出技术了。([7],p.5)但是，经验科学的巨大成就和技术发明的大量涌现，使得美国大批有才能的人热衷于资料的收集和技术的改进而忽视了数学和基础理论科学特别是物理学的研究。自富兰克林轰动欧洲的研究之后70多年间，美国人在物理学研究方面几乎毫无建树。到了19世纪30年代，美国科学和技术的发展已显得极不协调，但这一状况并没有引起普通人的注意。亨利在积极地从事电磁学基础研究时，美国的绝大多数人正为美国众多的技术发明和由此带来的富裕生活所陶醉，以至于认为技术发明就是科学而常常把发明家称为科学家。至于真正的科学，则由于它们不能为人们获得直接利润而受到鄙视。从事实际工作的人普遍对理论探索者持有偏见，就是在科学家内部，也有不少人对科学的社会作用抱着怀疑的态度，甚至有些人放弃科学研究而专事发明，大批有才华的人因此涌向技术界。早在1832年，亨利就在《论科学修养的重要性》一文中指出了美国当时令人痛心的状况：“在通晓政治和国务的人中间，甚至在致力于文学和精湛艺术的人中间，很少有人能恰当地评价‘抽象科学’对世界文明现状的影响”。他们把现代文明“归于实际上产生次要影响的偶然情况，或者归于表面上的近因，例如科学对技术的直接作用。”([1],p.101)他还在一篇讲演中指出普通人对科学的偏见：“从事实际工作的人对理论探索者所持有的偏见，据说在我国比其他任何国家都严重。”([8],p.389)“他们普遍倾向于低估科学原理的作用，认为它是纯粹的假说，从这些假说中不能获得实际好处。”([8],p.387)亨利敏感地觉察到了这一不正常现象，向科学界指出了这一潜在的危险：“机械工艺能够唤起所有依赖它们获得生活必需品或奢侈品的人们的好奇心和兴趣……人们觉得这些工艺对于国家和个人都是非常有意义的东西。但是，如果没有适当的科学知识对于这一目的的应用，它们一定永远保持静止或者进展极其缓慢。”([8],p.382)亨利认为：“在我国，整个大陆已经被征服，技术大大依赖于科学。当它们能藉助于欧洲的基本原理时，不过多地注意这些原理是不足为怪的，但是，我们国家现在在财富和智力上已经是今非昔比，这种状况就不应该再继续下去了。因而，在这样的时机，呼吁公众注意‘抽象科学’的重要性和提倡对‘抽象科学’的追求是合适的。”([1],p.105)由此可见，亨利当时强调要重视“抽象科学”是从美国的国情出发的。他在强调要重视“抽象科学”的同时，也承认在北美殖民地时期和建国初期重视“实用科学”的必要性。亨利的目的是要改变当时美国“抽象研究”和“实用研究”极不协调的状况。实际上，亨利在强调要加强“抽象研究”的同时，从来没有放松过科学原理的实际应用。亨利一生为基础理论科学和应用科学作出的杰出贡献是对这一点的最好说明。在担任史密森学社社长和科学院院长期间，他大力支持全国的“抽象研究”活动是因为他十分清楚美国的专利制度和工业企业发展的需要足以刺激人们的发明创造精神，各种科学组织的主要任务不是进行这些“实用研究”，而是要为这些研究创造出雄厚的知识基础。同时，他又组织了许多不能由分散的个人和一般研究机构胜任的全国性的“实用研究”。在亨利的主持下，史密森学社曾建立起世界上第一套全国电磁电报气象观测系统。亨利强调要加强“抽象研究”所基于的另一原则是“抽象研究”逻辑上在先的原则。只有“抽象研究”取得巨大成就才能导致“实用研究”的持续进展。他指出，我们今天的富裕生活“表面上看来，常常归功于具有很少或者完全没有抽象科学知识的人的发明。但是，关于这一点，我们必须想到我们整个文明充满着主要是来源于科学研究的实际知识。像我们已经提到的那些发明，不是产生于野蛮国家，或者不是产生于具有较高文明但没有科学的国家。如果我们希望得到文明条件依赖于经验工艺和偶然发现的事实，或者技术发明无需科学的例证，我们只能而且不得不求教于中国和日本。这两个国家长期以来利用的事实和经验工艺都是偶然的经验或是简单的发明，结果，它们保持停滞不前达数千年之久。如果还不求助于国外的科学知识，它们一定仍然继续如此。”([1],p.104)尽管亨利当时对中国科学技术几千年的发展过程并不完全了解，但他用中国和日本长期停滞不前这一事实来告诫美国人是颇有现实意义的，并且此后一百多年中国和日本的发展历史也证实了亨利的预言。亨利是美国的第一代科学领导人，他针对美国的国情，为发展美国科学事业而形成的战略思想，影响着以后许多科学界的知名人士。目前，美国流行的有关基础研究和应用研究之间关系的理论，追根求源许多是从亨利那里来的。美国科学史家莱因戈尔德(NathenReingold)最近说：“虽然这一主张为亨利同时代的大多数人所费解，但是直到现在，美国科学家还在暗暗地仿效他的主张，大力支持纯研究。”([9],p.280)美国二战期间科学研究发展局局长布什(V.Bush)博士在第二次世界大战即将结束时提交给杜鲁门