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緒論

　　拉丁語詞Scientia（Scire，學或知）就其最廣泛的意義來說，是學問或知識的意思。但英語詞“science”卻是natural science（自然科學）的簡稱，雖然最接近的德語對應詞Wissenschaft仍然包括一切有系統的學問，不但包括我們所謂的science（科學），而且包括歷史，語言學及哲學。所以，在我們看來，科學可以說是關于自然現象的有條理的知識，可以說是對于表達自然現象的各种概念之間的關系的理性研究。
　　物理科學的起源可以追溯到對于肉眼可見的天体運行一類自然現象的觀察，可以追溯到人們用來增進自己生活的安全和舒适的粗笨器具的發明。同樣，生物科學也一定是從動植物的觀察以及原始醫學和外科開始的。
　　但是，在早期階段，人們差不多普遍地走錯了路。他們以為同類事物可以感應相生，因此就企圖在交感巫術的儀式中，用模仿自然的辦法，來為丰富的土壤祈得雨水、日光或肥沃。有的人不滿足于這樣求得的結果，就進到另一階段，相信起精靈來了。他們以為自然界必定有种种精靈主宰，這些精靈和他們一樣反复無常，但卻更有力量。太陽變成了菲巴斯的火焰車，雷電成了宙斯或索爾的武器。于是，人們就用和更原始時期一樣的儀式，或者是從更原始時期的儀式演變出來的儀式，來討好這些精靈。另外一些人看到天空星辰位置不變，行星運行頗有規律，就以為一定有一個不變的命運之神在控制著人類的命運。而人類的命運是可以從天象中觀察到的。巫術、占星術和宗教顯然必須同科學的起源一并加以研究，雖然它們在歷史上和科學的确切關系以及它們相互間的關系還不得而知。
　　在古代埃及和巴比倫的記錄中，經驗知識已經有了一些條理——如度量的單位和規則，簡單的算術，年歷，對天象的周期性的認識，以至對日食和月食的認識。但是，首先對這些知識加以理性考察的，首先探索其各部分之間的因果關系的，事實上也就是首先創立科學的，應該說是希腊愛奧尼亞（Ionia）的自然哲學家。這种活動中最早也最成功的活動，是把丈量土地的經驗規則（大部分是從埃及傳來的）變成一門演繹科學——几何學。而創始者相傳是米利都的泰勒斯（Thales of Miletus）和薩摩斯的畢達哥拉斯（Pythagoras of Samos）。三百年后，亞歷山大里亞的歐几里得（Euclid of Alexandria）才對古代几何學加以最后的系統化。
　　這些自然哲學家在物質中尋找實在，漸漸創立了關于基本元素的學說，其最高峰就是留基伯（Leucippus）和德謨克利特（De．mocritus）的原子論。另一方面，意大利南部的比較帶有神秘色彩的畢達哥拉斯派卻認為實在不在于物質，而存在于形式和數中。他們自己就發現正方形的一邊和對角線沒有公約數，這個發現同認為整數是存在的基本實体的觀念，是很難調和起來的。但是，這种觀念在各時代中還是時常复活和重新出現。
　　在蘇格拉底和柏拉圖的雅典學派興起以后，形而上學就代替了愛奧尼亞的自然哲學。希腊人對自己的心靈的作用入了迷，于是就不再去研究自然，而把目光轉向自身。他們把畢達哥拉斯派的學說加以發展，認為只有理念或“理式”才具有充分的實在性，感官對象是不具有充分實在性的。亞里斯多德在生物學上雖然重新回到觀察和實驗，但是在物理學和天文學上還是緊緊遵循著他的老師柏拉圖的內省方法。
　　亞歷山大大帝東征西討，把希腊化文明帶到了東方，一個新的文化中心就在亞歷山大里亞形成。在那里，同時還在西西里島和意大利南部，有一种新的方法出現了。阿利斯塔克（Aristarchus）、阿基米得（Archimedes）和希帕克（Hipparchus）并沒有去制訂完備的哲學体系，而提出了一些具体的和范圍有限的問題，并且用一些同現代科學方法相似的科學方法來加以解決。就連天文學也發生了變化。在埃及人和巴比倫人的心目中，宇宙是一個箱子，大地是這個箱子的底板。愛奧尼亞人以為大地是在空間中自由浮蕩著的，畢達哥拉斯派則以為大地是一個圓球，圍繞著中央火運行。阿利斯塔克研究了地球与日月的明确的几何學問題，以為把這個中央火看做是太陽，問題就更加簡單了。他還根据他的几何學對太陽的大小，作了估計。但是，大多數人都不接受這個學說。希帕克仍然相信地球居于中心，其余各天体都按照均輪与本輪的复雜体系繞地球運行。這個体系通過托勒密（Ptolemy）的著作，一直流傳到中世紀。
　　羅馬人在軍事、法律和行政方面有很大天才，在哲學方面卻沒有什么獨創能力。在羅馬還沒有陷落以前，科學就已經停止發展了。在這個當儿，早期教會的教士們把基督教教義、新柏拉圖主義的哲學和從東方祭儀宗教得來的要素融合起來，形成基督教義的第一次大綜合。在這個綜合中，柏拉圖和奧古斯丁的哲學居于主導地位。在整個黑暗時代，西方人僅僅人一些提要和注釋中對希腊學術略有所知，雖然從希腊人那里得到最初動力的阿拉伯學派興起后，自然知識也有一些增加。
　　到十三世紀，亞里斯多德的完整的著作被重新發現了，并且譯成了拉丁語，最初是從阿拉伯語譯本譯過來，后來又從希腊語直接譯過來。在圣托馬斯·阿奎那（St Thomas Aquinas）的經院哲學中，形成了另外一种新的綜合。他把基督教義同亞里斯多德的哲學和科學融合成為一個完整的理性知識体系。這是一件很困難的任務，他卻巧妙地完成了。
　　正如羅馬法的存在使得秩序的理想在整個混亂時代和中世紀得以維持不墜一樣，經院哲學也維持了理性的崇高地位，斷言上帝和宇宙是人的心靈所能把握，甚至部分理解的。這樣，它就為科學舖平了道路，因為科學必須假定自然是可以理解的。文藝复興時期的人們在創立現代科學時，應該感謝經院學派作出這個假定。
　　不過，新的實驗方法的本質，是离開完全理性的体系而訴諸無情事實的裁判——這些事實与當時可能的任何哲學綜合都毫無關系。自然科學在其探討的中間階段，可以使用演繹推理，歸納推理也是它的方法的主要部分，但是，由于科學主要是經驗性的，它歸根到底不得不訴諸觀察和實驗。它不象中世紀的經院哲學那樣憑借權威接受一种哲學体系，然后再依据這個体系來論證种种事實應該如何如何。人們有時以為中世紀的哲學和神學不是充分運用理性的，其實不然。它們的結果是運用邏輯方法從它們認為是權威的和肯定的前提中演繹出來的。這些權威的和肯定的前提就是教會所解釋的圣經以及柏拉圖和亞里斯多德的著作。另一方面，科學則依靠經驗，它所用的方法就和填補字謎畫時所用的方法一樣。科學也要運用理性來解決确定的謎團問題，并形成唯一可能的有限的綜合和學說；但是，觀察或實驗既是研究的起點，也是最后的裁判者。
　　在蠱惑中世紀人心的巫術、占星術和迷信（大半是异教的遺跡）的濁流中，托馬斯·阿奎那所闡明的經院哲學保存了關于自然界可以理解的信仰。但是，托馬斯派哲學也包含了托勒密的地球為中心的天文學和亞里斯多德的擬人觀的物理學及他的許多錯誤見解，如運動需要不斷施加力量、物之輕重在于其本質，并自尋其天然位置等等。因此，經院哲學家反對哥白尼的學說，不肯使用伽利略的望遠鏡，甚至當史特芬（Stevin），德·格魯特（de Groot）和伽利略用實驗加以證明之后，仍然不肯承認輕重不同的物体可以以同樣的速度落向地面。
　　這些差异后面藏著更深刻的分歧。阿奎那及其同代人和亞里斯多德一樣，以為實在的世界是可以通過感官覺察出來的：這個世界是色、聲、熱的世界；是美、善、真，或其反面丑、惡、假的世界。在伽利略的分析下，色、聲、熱化為單純的感覺，實在的世界只不過是運動中的物質微粒而已，表面上同美、善、真或其反面毫無關系。于是，破天荒第一次出現了認識論的難題：一個非物質的、無展延的心靈何以能了解運動著的物質。
　　由伽利略開始的工作，至牛頓集其大成。牛頓證明：物体靠相互引力而運動的假說已足以解釋太陽系中一切庄嚴的運動。結果，就形成了物理學上的第一次大綜合，雖然牛頓自己也指出万有引力的原因仍然不得而知。不過，他的門徒們，尤其是十八世紀的法國哲學家，卻忽視了他的明智的謹慎精神，把牛頓的科學變成了机械論的哲學。根据這個哲學，整個過去和未來，在理論上都是可以計算出來的，而人也就變成了一架机器。
　　有些頭腦清晰的人認識到科學不一定能揭示實在。還有一些講求實際的人一方面接受決定論，作為科學上便利工作的假說（事實上，這也是當時唯一可能的假說），另一方面又在日常生活中把人看做是一個自由的、負責任的主動者，并且繼續毫不受打扰地信奉他們的宗教。存在的整体是太廣大了，人們在只研究它的一個方面的時候，是無法窺知它的秘密的。另一條逃避机械論的道路是康德和黑格爾的追隨者們所走的道路。他們建立了一個歸根結蒂溯源于柏拉圖的哲學，即德國唯心主義。這個哲學同當代的科學差不多完全脫离了關系。
　　雖然有這些反動思潮，牛頓的動力學仍然既加強了素朴的唯物主義，又加強了決定論的哲學。對于有邏輯頭腦而不善深思的人來說，從科學推出哲學似乎是一件必然的事。這种傾向隨著物理科學的每一進步而得到加強。拉瓦錫（Lavoisier）把物質不滅的證据推廣而及于化學變化，道爾頓（Dalton）最后建立了原子說，而焦耳（Joule）也證明了能量守恒的原理。每一個別的分子的運動的确還是無法測定的，但是，在統計上，組成一定量物質的千万個分子的行為卻是可以計算和預測的。
　　十九世紀下半期，有些人覺得這种机械觀可以擴大運用到生物學中來。達爾文搜集了地質學上的和物种變异的种种事實，提出了自然選擇的假說，使古來的進化論更加為人相信。地位僅次于天使的人類本來是從宇宙的中心地球上來俯覽万物的，而今卻變成了圍繞著千万顆恒星之一旋轉的一個偶然的小行星上面有机發展鎖鏈中的一環。他是一個微不足道的存在物，是盲目的、不可抵抗的造化力量的玩物，這些力量和人類的愿望和幸福是毫不相干的。
　　生理學也開始擴大自己的研究范圍，認定有生命的机体的功能可以用物理和化學的原理來解釋。在有些生物學問題上，有机体必須當做一個整体來看待，這個事實是有其哲學上的重要性的。但是，科學按其本性來說，是分析性的和抽象的，它不能不盡可能用物理學術語表述科學的知識，因為物理學是一切自然科學中最基本的和最抽象的科學。當人們發現可以用物理學術語來表述的東西愈來愈多的時候，人們也就更加信任這個方法了，結果就產生一种信念，以為對于一切存在都可以完全從物理和机械的角度加以解釋，這從理論上來說是辦得到的。
　　這就賦予某些物理學概念以极大重要性，這些物理學概念在任何時候都是所達到的最基本的概念，不過哲學家采用這些概念往往為時過晚。十九世紀的德國唯物主義者把他們的哲學放在力与物質的基礎上，而當時的物理學家卻認識到力只不過是質量-加速度的一個擬人觀的方面，同時，物質也由德謨克利特和牛頓的具有質量的堅硬微粒上升到漩渦形的原子或以太介質中的疙瘩。光則由楊（Young）与弗雷內爾（Fresnel）的半剛性和物質性的以太中的机械波變成了麥克斯韋的某种未知物質中的電磁波——這對數學家講來，是把問題簡單化了，但是對于實驗家講來，卻失掉了可理解性。
　　盡管有以上种种跡象，當時的大多數科學家，尤其是生物學家仍然保持著常識性的唯物主義，相信物理科學揭示了事物的實在。他們沒有讀過唯心主義的哲學，無論如何不會變成這种哲學的信徒。但是，在1887年，馬赫（Mach）用他們熟悉的語言，重申古來的學說，認為科學只能把我們的感官所領會的現象的信息告訴我們，實在的最后性質不是我們的智力所能達到的。也有人認為雖然就科學證据所能證明的而論，我們只能走到這种現象論為止，但是，科學畢竟把自然現象合成一個前后一致的模型，這個事實卻是一個有效的形而上學上的論据，可以證明有某种和模型一致的實在存在于背后。但是，各門科學都只是類似于模型据以构成的各种平面圖，因此，舉例來說，力學所指明的決定論就只不過是我們的處理方法和作為這門科學的基礎的各种定義的結果而已。同樣，物質不滅和能量守恒一類原理也是不可避免的，因為在從一團混亂的現象中形成自然科學時，心靈為了方便的緣故，總是不知不覺地挑出那些守恒的量，圍繞它們來构成自己的模型。到后來，實驗家費了千辛万苦，才又重新發現它們的守恒性。
　　不過，十九世紀的科學家很少對哲學發生興趣，就連對馬赫的哲學也是一樣。他們大半以為他們所研究的是事物的實在，而可能的科學探討的主要輪廓已經是永遠地規定好了。物理學家需要做的工作好象僅僅在于增加量度的精确程度，和發明一种容易了解的方法，來說明傳光以太的性質。
　　同時，生物學也接受了達爾文的自然選擇說，認為這可以充分解釋物种起源，并且把注意力轉移到其他問題上去。只是到1900年重新發現孟德爾（Mendel）的被遺忘的研究成果后，這個問題才重新提出，再用達爾文的實驗方法來加以研究。雖然說明過去地質年代中進化過程的明顯事實是确鑿無疑的，有些人卻開始怀疑自然選擇是否就是新品种的充分原因，因為在今天，自然選擇只是對小的變异產生作用。
　　從1895年起，物理學中又產生一种發人深思的新情況。湯姆生（J．J．Thomson）把原子分解為更微小的質點，這些質點更分解為帶電的單位，其質量被解釋為僅是電磁動量的一個因子而已。“電”真仿佛可以對物理科學中的一切現象給予最后的和充分的解釋了。盧瑟福從原子分裂的角度來解釋放射現象，照他的想象，原子是一個帶正電的原子核，周圍有一些帶負電的電子圍繞它運行。物質不但不是密實的塞滿填滿的東西，反而是空疏的結构。其中的質點，即令作為解脫出來的電荷來看，其大小同空罅相比，也差不多是微不足道的。不但這樣，原子分裂的統計原理也發現了。一秒鐘內一毫克鐳中有多少原子爆炸，也可以算出來，雖然某一個原子的壽命何時結束，我們還無法知道。
　　如果光波具有電的性質的話，它們就必定是從運動中的電荷出發的，初看起來，只要新發現的電子是按照牛頓的動力學運動的，我們就可以得到一個令人滿意的物質本源于電的學說。但是，如果電子圍繞著原子核而運動，就象行星圍繞著太陽運行一樣，它們就應該放射出一切波長的輻射，能量就應該隨著波長的縮短按可以計算的方式增加。但是，事實并不是這樣；為了解釋這個事實，普蘭克（Planck）就假定輻射是按确定的單位，即量子，而射出和吸收的，每一個量子都是一定量的“作用”，這個量相當于能量乘時間。這個學說因為在它起源的領域以外的其他物理學領域中獲得成功，而大大增強自己的聲譽，但是，這個學說也象古典的連續波動說一樣，并不能很容易地、很自然地解釋光的衍射和因為光的干涉而產生的其他現象。我們在有些問題上得用古典的理論來解釋，在另外一些問題又得用量子理論來解釋，雖然兩种理論似乎是彼此矛盾的；這樣一個折衷的辦法在物理學家來說是少有的，因為物理學在過去始終是一切實驗科學中最徹底地沒有矛盾和最能自圓其說的。
　　再有一個困難是，不論觀察者怎樣運動，所測量出的光速總是一個不變數。這個困難由愛因斯坦的相對論澄清了。愛因斯坦指出，不論空間或時間都不是絕對的量，而總是同測量的人相對而言。這個相對性原理，按其全部推論來說，不但是物理學學說方面的一場革命，而且是早先的物理學思想所包含的假定方面的一場革命。這個原理把物質和万有引力解釋做是四維時空連續區中的曲率一類東西的必然結果。這個曲率甚至給空間确定了界限；光如前進不已，在億万年后，可以回到原來的出發點。
　　不但有質量的堅硬質點消失了，而且從哲學上我們也當會看到，把物質看做是在空間中延展、在時間上連綿不斷的古來的形而上學概念，也被摧毀了，因為不論是空間還是時間，都不是絕對的，而只是想象的臆造，質點只不過是時空中的一串事件而已。相對論加強了原子物理學的結論。
　　玻爾（Bohr）又沿著量子論的方向把盧瑟福關于原子的看法，加以發展。玻爾假定氫原子中的單個電子只能在四個确定的軌道上運行，只有當它從一個軌道突然跳到另一個軌道上的時刻，它才能發出輻射。他就根据這個假設解釋了許多事實。至少在把電子看做是一個簡單質點時，這個假設和量子論一樣，是同牛頓的動力學不相符合的。
　　由玻爾自己和他人加以詳細闡釋的玻水式的原子，有一個時期，似乎是最可信賴的原子結构的模型，但是，1925年，在解釋氫元素光譜中的某些比較細的譜線時，它卻肯定地失敗了。次年，海森堡（Heisenberg）的研究成果在物理學上揭開了新的一頁。他指出，任何關于電子軌道的學說，都沒有事實根据。我們研究原子時，只能觀察什么進去，什么出來——輻射，電子，有時還有放射性的粒子等；至于別的時候發生什么情況，我們是不知道的。軌道是拿牛頓的動力學做類比，不知不覺地建立起的一种沒有理由的假設。因此，海森堡就用微分方程式來表達他的原子結构學說，并不想給予物理學的解釋。
　　后來，薛定諤（Schrodinger）根据德布羅意（de Broglie）的波動力學，提出一种新學說，說電子具有微粒的一部分特性，又具有波動的一部分特性。這個見解后來得到實驗證据的證明。薛定諤的學說是用同海森堡的方程式相當的方程式表達出來的，所以，從數學上來說，這兩种學說是完全一樣的。我們無法根据海森堡的學說构成一個物理模型，也很難根据薛定諤的學說构成一個模型。事實上，所謂測不准原理至此就出現了。這就是說，我們無法同時〔准确〕測定一個電子的位置和速度。物理學陸續地發現過許多終极的要素，如彼此吸引的質點，原子，電子等，每一次又都要更進一步地發明一些模型，按照更基本的東西來解釋這些要素。但是，“作用”量子以及測不准的微粒和微波的方程式卻是心靈難以想象的一些概念。或許一种新的原子模型還會再一次順利地建立起來，但是，也可能我們所遇到的基本的東西不是机械的術語所能表達的。
　　与此同時，近來的物理學的兩個分支已經變得特別具有實用意義。自麥克斯韋證明電波和光波具有同樣性質以來，電波的學說的范圍更大了，電波的應用也更廣了，到最后，我們就利用電波訊號的反射，制造出“雷達”來。盧瑟福的核型原子，加上阿斯頓（Aston）的同位元素，促成了純科學的長足發展，并且幫助我們找到一种方法，在“原子彈”中釋放核能量，我們希望今后這方面還會有和平的應用。
　　科學和哲學有過一段分离時期——一邊是朴素的唯物主義，一邊是多少有些玄妙的德國唯心主義。在這段分离時期過后，科學和哲學又重新攜起手來，最先是在各种各樣的進化論思想中攜起手來，后來又通過更深刻的分析，靠了數學和物理學的新發展，而攜起手來。近來的數學原理和邏輯學原理的研究更清楚地闡明了認識論，一种新的實在論也應運而生。這种新的實在論拋棄了歷來的全面哲學体系，而只研究一些有限的哲學問題，正象科學只研究有限的科學問題一樣，并且想尋找科學上的現象論下面的形而上學的實在。
　　在有些現代哲學家看來，科學上的決定論似乎是由于科學的抽象方法而產生的。科學概念，即柏拉圖的理念的現代翻版，只和科學的抽象推理及學說有關；科學的概念有其邏輯的推論，這些推論的确是必然的，并且是科學概念的性質所決定的。但是，科學上的決定論卻是一种具体性設置的謬誤，也就是把邏輯上的決定論轉移到感官對象上面去了。此外，“活力論”認為，在活的物質中，物理和化學定律都由于某种更高的作用力而失效了。這個觀念今天已信譽掃地了，不過，有些生理學家還是指出，生物机体的物理机能和化學机能所表現出的調協和一体性仍然是純机械論今天所無法解釋的。盡管這樣，另外一些生理學家還是認為，在物理學和化學研究的每一階段，都曾經不得不接受机械論，因此，正象薛定諤所指出的，到頭來，也許會有一些目前還不得而知的新的物理和化學定律可以從根本上解釋生命現象，雖然机械論到最后也可能在物理學的一條最后的測不准原理中歸于破滅。目的論要想令人信服，可能必須把存在的整体考慮在內，而不能只考慮單個的机体。當我們從力學的抽象觀點來考察的時候，宇宙可能完全是机械性的，但是，當我們從心靈的方面來看的時候，宇宙卻仍然完全是精神性的。由星体而來的一條光線，物理學可以從它的遙遠的發源地一直追尋到它對感光神經的效應，但是，當意識領悟到它的明亮、色彩和感受到它的美的時候，視覺的感覺及對美的認識肯定是存在著的，然而它們卻既不是机械的，也不是物理的。
　　物理科學所描繪的是實在的一個分析性的方面；經驗告訴我們，物理學所繪制的囹表使我們能夠預測，有時還能控制自然界的作用。知識的大綜合是時常進行的。字謎畫中的各個方塊突然配合起來了；不同的孤立的概念由某一個偉大的科學家融合起來了，這時就會出現壯觀的盛況——牛頓創立天体演化學，麥克斯韋把光和電統一起來，愛因斯坦把万有引力歸結為空間和時間的一個共同特性，都是這樣的情況。一切跡象都說明，還會有這樣一次綜合。在這樣一個綜合中，相對論，量子論和波動力學可能會歸入到某一個包羅万象的、統一的、單一的基本概念里去。
　　在這樣一些具有歷史意義的時刻，物理科學似乎是至高無上的。但是，只要我們根据現代科學哲學清晰地洞察到它的意義，我們就會知道，物理科學按照它固有的本性和基本的定義來說，只不過是一個抽象的体系，不論它有多么偉大的和不斷增長的力量，它永遠不可能反映在在的整体。科學可以越出自己的天然領域，對當代思想的某些別的領域以及神學家用來表示自己的信仰的某些教條，提出有益的批評。但是，要想觀照生命，看到生命的整体，我們不但需要科學，而且需要倫理學、藝術和哲學，我們需要領悟一個神圣的奧秘，我們需要有同神靈一脈相通的感覺，而這就构成宗教的根本基礎。

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