很多人認(rèn)為一項(xiàng)新科學(xué)的誕生，就像法國(guó)大革命一樣，摧毀一切舊勢(shì)力。現(xiàn)代科學(xué)并不簡(jiǎn)單地是對(duì)中世紀(jì)科學(xué)的徹底決裂，而實(shí)際上也同時(shí)是古希臘和中世紀(jì)科學(xué)傳統(tǒng)的繼承和延續(xù)。科學(xué)的發(fā)生是歷史演變積累的結(jié)果，是由一個(gè)范式向另一個(gè)范式過(guò)度的過(guò)程。所謂的范式，是一整套大家相信的解釋體系。

但是在某一個(gè)范式當(dāng)中時(shí)間久了就會(huì)形成路徑依賴(lài)，比如量子理論發(fā)展到今天，科學(xué)家會(huì)用量子理論解釋一切，認(rèn)為我們所在的世界，一切都是由粒子組成的，包括相互之間的力。當(dāng)這個(gè)理論發(fā)展到今天，很多問(wèn)題走不通的時(shí)候，比如量子力學(xué)粒子學(xué)說(shuō)兼容不了牛頓的萬(wàn)有引力，這就需要再一次的范式轉(zhuǎn)移。

現(xiàn)代科學(xué)誕生之前，西方如何認(rèn)識(shí)自然的

其實(shí)英文當(dāng)中的“Science”很晚才誕生，早期人們并沒(méi)有把科學(xué)從自然哲學(xué)當(dāng)中區(qū)別開(kāi)來(lái)，比如牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，那個(gè)時(shí)候大家認(rèn)為自己是自然哲學(xué)家，而沒(méi)有人認(rèn)為自己是科學(xué)家。

早期西方自然哲學(xué)主要受到亞里士多德以及柏拉圖的影響，亞里士多德把宇宙分為月亮之上和月亮之下兩個(gè)世界，月亮之上是由以太元素構(gòu)成的，是不朽的，也是不變的。而月亮之下的世界，則有水、土、氣、火四種元素組成的，這四種元素不斷分解與組合，構(gòu)成了我們世間的萬(wàn)物。

四元素還用來(lái)解釋運(yùn)動(dòng)理論，土和水是重元素，因此房子會(huì)倒塌，山會(huì)坍塌，水會(huì)一直往下流，一直流向宇宙的中心。而氣和火是輕的元素，它們總是奔向月上的世界，因此火焰、煙氣等總是上升。

人們根據(jù)四元素來(lái)解釋人身體的構(gòu)成，認(rèn)為人是由血液、黏液、黑膽汁與黃膽汁四種體液構(gòu)成的，同時(shí)也對(duì)應(yīng)了四種元素，決定了人的健康與否。如果四種體液平衡了，人的身體就健康了。生病的過(guò)程也是打破平衡的過(guò)程。

柏拉圖強(qiáng)調(diào)用數(shù)學(xué)的方法來(lái)認(rèn)識(shí)自然，數(shù)學(xué)被認(rèn)為是哲學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)推理演化的產(chǎn)物。柏拉圖的追隨者們認(rèn)為，月上的世界是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閯蛩偈亲詈椭C的運(yùn)動(dòng)方式。他們把地球放在宇宙的中心，月亮、太陽(yáng)、金星、火星等都是鑲嵌在不同層次上的同心球上。

這些同心球，像洋蔥皮一樣，層層包裹著地球，每一層都是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)這個(gè)范式不能解釋為何有些星體能夠忽明忽暗，而且并不是規(guī)則運(yùn)動(dòng)的，于是有了一套新的解釋體系，托勒密體系。

托勒密解釋體系認(rèn)為，行星并不是直接繞地球運(yùn)行的，而是沿著一個(gè)小的圓形軌道運(yùn)行，軌道中心再繞地球旋轉(zhuǎn)。在這套解釋體系當(dāng)中，大環(huán)套著小環(huán)，而且不同的環(huán)還同時(shí)都在運(yùn)動(dòng)，這就是均輪與本輪學(xué)說(shuō)。這套解釋體系一度流行了上千年，直至文藝復(fù)興時(shí)期才被打破。

神學(xué)與科學(xué)的關(guān)系

在我們現(xiàn)在的歷史當(dāng)中，神學(xué)常常是科學(xué)的對(duì)立面。其實(shí)神學(xué)一直是科學(xué)的支持者，即使最黑暗的歐洲中世紀(jì)，人們認(rèn)為上帝留給世界兩本書(shū)，一本是《圣經(jīng)》，另一本是就是自然哲學(xué)，而且自然哲學(xué)是一本無(wú)字的天書(shū)。

在這本天書(shū)當(dāng)中，四元素是內(nèi)在的原理，它們自行運(yùn)轉(zhuǎn)，不需要上帝的干預(yù)。文藝復(fù)興時(shí)期，很多古希臘的學(xué)術(shù)著作被重新發(fā)掘與翻譯，人們相信自然萬(wàn)物是相互聯(lián)系的，通常這些聯(lián)系又具有某種規(guī)律。

人們認(rèn)為這些自然規(guī)律就像魔法，一旦掌握就會(huì)有意想不到的變化，因此自然科學(xué)家們?cè)噲D尋找自然當(dāng)中的內(nèi)在原則，這就像解開(kāi)上帝留下來(lái)的謎題，人們并不認(rèn)為這是對(duì)上帝的冒犯。

當(dāng)時(shí)人們的思考范式還主要局限在形象思維上，比如向日葵為何向著太陽(yáng)，那是因?yàn)樗裉?yáng)；核桃仁像大腦，它能夠補(bǔ)腦，現(xiàn)在回頭看，這些肯定不是自然科學(xué)，但是科學(xué)就是這樣一步步發(fā)展起來(lái)的。

其中哥白尼的日心說(shuō)，是這一時(shí)期的典型現(xiàn)象。哥白尼對(duì)于托勒密均輪與本輪的解釋體系非常不滿(mǎn)意，認(rèn)為這套解釋體系太過(guò)于復(fù)雜了，違背了柏拉圖主義認(rèn)為的數(shù)學(xué)是簡(jiǎn)潔而美的。在千年之后，人們對(duì)麥克斯韋方程也提出了相同的質(zhì)疑。

麥克斯韋方程組要寫(xiě)4行，整整8個(gè)方程組，時(shí)間和空間的8個(gè)方程組還要分開(kāi)處理，缺乏自然科學(xué)的自然和優(yōu)美。之后愛(ài)因斯坦用廣義相對(duì)論重新解釋了電磁現(xiàn)象，在引入第四維之后，這個(gè)方程變得簡(jiǎn)潔而又漂亮。

我們現(xiàn)在把哥白尼描繪為教會(huì)的叛逆者，但實(shí)際上，教會(huì)對(duì)哥白尼的研究非常尊重，甚至在修正歷法的時(shí)候，都要征求哥白尼的意見(jiàn)。哥白尼的《天球運(yùn)行論》是他臨終前出版的，而且整個(gè)理論也是建構(gòu)在“洋蔥地球”的基礎(chǔ)上。

當(dāng)時(shí)人們并不關(guān)注是地球繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，還是太陽(yáng)繞著地球轉(zhuǎn)，當(dāng)時(shí)天文學(xué)是為占星術(shù)服務(wù)的，占星術(shù)在乎的是各個(gè)行星之間的距離變化，因?yàn)檫@預(yù)示著某些現(xiàn)象的發(fā)生。

那么我們的歷史故事當(dāng)中，為何演變?yōu)榻虝?huì)迫害哥白尼呢？那是因?yàn)橘だ栽谂c天文學(xué)家沙伊納在爭(zhēng)奪誰(shuí)先發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子的時(shí)候，暗諷當(dāng)時(shí)的主教烏爾班八世。這讓烏爾班八世非常生氣，導(dǎo)致關(guān)于伽利略的所有著作都被禁止，包括關(guān)于日心說(shuō)的一切學(xué)說(shuō)，所以教會(huì)封殺“日心說(shuō)”是針對(duì)伽利略這個(gè)人，而不是針對(duì)這項(xiàng)研究的。

所以發(fā)生在16、17世紀(jì)的那個(gè)挑戰(zhàn)宗教權(quán)威的大英雄根本就不存在。在哥白尼之后，開(kāi)普勒繼續(xù)致力于發(fā)展宇宙當(dāng)中的數(shù)學(xué)規(guī)律，牛頓則用萬(wàn)有引力解釋了天體之間普遍存在，但是又搞不清的規(guī)律。

現(xiàn)在科學(xué)故事當(dāng)中，認(rèn)為牛頓因?yàn)樘O(píng)果砸到腦袋上，突發(fā)奇想“創(chuàng)造”了萬(wàn)有引力。其實(shí)萬(wàn)有引力在文藝復(fù)興時(shí)期，當(dāng)作一種“隱性物質(zhì)”一直被研究，只不過(guò)在牛頓這里，獲得了一種更為精確的表達(dá)。開(kāi)普勒曾經(jīng)利用內(nèi)切多面體的方式，算出了近似值，但是沒(méi)有把這個(gè)發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步的論證。

同樣化學(xué)也是誕生于自然哲學(xué)，最初的化學(xué)應(yīng)該被稱(chēng)之為煉金術(shù)，這是最典型的自然魔法之一。術(shù)士們希望把金屬鉛煉成金子，這在當(dāng)時(shí)是一種主流理論，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為金屬是水銀和硫在地下生成的復(fù)合物，只要結(jié)合好比例，利用好純正度，就能夠煉成金子。

所以當(dāng)時(shí)自然哲學(xué)家都會(huì)從事這項(xiàng)研究，包括牛頓。此時(shí)人們還誕生了三位一體的概念，區(qū)別于亞里士多德的四元素，人們認(rèn)為和基督教當(dāng)中圣父、圣子、圣靈三位一體一樣，自然界也同樣是三位一體的，比如人是由肉體、靈魂和精神組成的。

自然哲學(xué)家們相信世界是由化學(xué)組成的。地下的礦物質(zhì)的形成，以及生物的生長(zhǎng)，本質(zhì)都是化學(xué)，也就是煉金術(shù)。上帝造人的過(guò)程，其實(shí)就是在原始混沌中，通過(guò)不斷萃取、提純獲得的。上帝將凈化后的靈魂注入到人的肉體，肉體獲得新生，這和煉金術(shù)的提純?nèi)绯鲆晦H。

但是這些煉金術(shù)士為了謀生，常常利用化學(xué)進(jìn)行詐騙，比如歐洲瓷器的發(fā)明者波特格，謊稱(chēng)自己擁有煉金的本領(lǐng)，最后陰差陽(yáng)錯(cuò)之下，練出了比黃金還要貴重的白瓷。正因?yàn)闊捊鹦g(shù)的壞名聲，導(dǎo)致化學(xué)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，都不被主流社會(huì)所承認(rèn)。

科學(xué)的范式

任何科學(xué)的誕生，都不可能脫離于當(dāng)下的環(huán)境，無(wú)論是哥白尼的日心說(shuō)，還是牛頓的萬(wàn)有引力，都是在解決當(dāng)下的問(wèn)題，而誕生的一種新的解釋體系。人們?cè)谟靡酝睦碚摽蚣芙忉尣涣诵碌膯?wèn)題的時(shí)候，人們才會(huì)轉(zhuǎn)而尋求新的解釋體系。

這就像我們小時(shí)候做數(shù)學(xué)題，在穩(wěn)定范式?jīng)]有確立之前，數(shù)學(xué)題就是一張空白紙。當(dāng)范式被認(rèn)可之后，科學(xué)研究的問(wèn)題，原則上存在著一個(gè)答案，只要充分利用現(xiàn)有的知識(shí)，計(jì)算推理，最終能夠解出這道數(shù)學(xué)題。

一門(mén)科學(xué)從不成熟到成熟，其標(biāo)志就是形成了共識(shí)，擁有了大批的擁護(hù)者，他們不再為了同一類(lèi)的研究進(jìn)行爭(zhēng)鋒相對(duì)的辯論。在日心說(shuō)沒(méi)有被確立之前，人們?yōu)檫@個(gè)問(wèn)題爭(zhēng)吵了甚至上千年，直至伽利略望遠(yuǎn)鏡的觀察，笛卡爾的數(shù)學(xué)論證下，范式確立之后，剩下就是如何精確計(jì)算天體之間的距離了。

氧氣最早是化學(xué)家普利斯特列在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中獲得的，但是科學(xué)家卻把發(fā)現(xiàn)歸功于拉瓦錫。因?yàn)槔咤a提出了一套新的解釋體系，用氧氣還原學(xué)說(shuō)的新范式，替代了之前的燃素說(shuō)，這也奠定了今天化學(xué)的基礎(chǔ)。

拉瓦錫成功解答謎題，也不是因?yàn)樗翘觳牛桥f的范式解釋不了科學(xué)問(wèn)題。就像“洋蔥”地球理論，解釋不了行星運(yùn)行規(guī)律一樣，人們需要跳出原有的理論框架，找出一個(gè)全新的范式。

新舊范式的轉(zhuǎn)換，其實(shí)就是科學(xué)革命，范式的轉(zhuǎn)換意味著科學(xué)家看待世界的方式、做研究的方式都發(fā)生了根本的改變，這種轉(zhuǎn)換是思維方式的突然轉(zhuǎn)變，而且范式的轉(zhuǎn)換也類(lèi)似于宗教信仰的改變。

在信仰牛頓萬(wàn)有引力的時(shí)代里，天文學(xué)家勒維耶通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，除了太陽(yáng)之外，還有其他的行星干擾天王星，之后伽利略通過(guò)望遠(yuǎn)鏡成功發(fā)現(xiàn)了海王星。可是人們?cè)谟^察水星軌道的時(shí)候，遇到和天王星一樣的問(wèn)題，那就是軌道異?？隙ㄟ€有一個(gè)未知行星干擾了水星，可是在之后幾百年時(shí)間里，人們始終找不到這顆未知的行星。

直到有一天，愛(ài)因斯坦提出了廣義相對(duì)論，他認(rèn)為引力不過(guò)是時(shí)空的扭曲，水星之所以會(huì)異常，那是因?yàn)樗x太陽(yáng)更近，產(chǎn)生的速度自然加快，而不是受到未知行星的影響。

牛頓和愛(ài)因斯坦的范式，無(wú)所謂誰(shuí)更接近真理，目前量子力學(xué)也無(wú)法完成對(duì)萬(wàn)有引力的兼容?？茖W(xué)家們也從來(lái)不評(píng)價(jià)自己的理論是否更接近真理，而看中當(dāng)下的評(píng)價(jià)指標(biāo)，只有當(dāng)評(píng)價(jià)體系出現(xiàn)混亂的時(shí)候，我們才會(huì)轉(zhuǎn)換另外一種范式。

科學(xué)通過(guò)范式的轉(zhuǎn)換，不斷破除既有思想的束縛，聚焦新的謎題，朝向未知領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，它的演化也許并未設(shè)定任何目標(biāo)，認(rèn)識(shí)的進(jìn)步也永無(wú)止境。