具有中国特色的科学发展

文/陈耀华　　陈耀华　　著名自由电子激光专家　　香港中文大学物理系教授　　香港科技协进会创会会长　　科技就是把科学与技术结合起来，利用科学知识来改进技术的发展，目标是「创新」。　　科学是事物世界的了解，是一种客观被动性的思想系统，其探索的目标是「发现」。技术是事物世界的应用，是一种主观主动性的行动系统，其运作的目标是「发明」。科技就是把科学与技术结合起来，利用科学知识来改进技术的发展，目标是「创新」。物理学是自然科学的基石，把质的问题转化成量的问题，增强了「了解」的准确度。　　人类社会的任何事物发展，都与社会的自然环境和文化环境息息相关，科学发展也不能例外。　　西方的物本科学发展　　西方文化是建基于欧洲的游牧文化，以「物本」的宗教文化为主，「人本」的家族文化为次。游牧人逐水草而居，多见树木，少见人邻。人与自然界的关系比人与人的关系更为密切和重要。生活的主要问题和兴趣是在于物而不在于人。摘食猎鱼的简单生活，各人的功能差别不大，分工制度弱，独立性强，自由性大，平等性高。欧洲文化强调个体、理想、外向、对抗、自由、权利、信仰和绝对性，重视发挥个人天赋欲念的自由和权利。　　自然科学发展是起源于欧洲古希腊时代（650-330 B.C., 雅典）。自然科学思想的主要基础：演绎逻辑，数量描述，和物质的基础成份，都是在这个时代产生，奠定了科学和数学的紧密关系。任何事物的了解要科学化，必须先要把有关事物的质转化为量，才可以通过数学逻辑来求得准确的了解。　　行星运动的了解是最早有系统的主要科学发展。这个发展经历了欧洲四个不同社会时代的一千九百多年的漫长岁月（330 B.C. – 1600 A.D.）。以几何数学的等速圆周运动为基础，用多个不同圆周运动的重迭来解释所能观测七个行星的运动。结果是成功的，但却非常复杂（地心型需要79个圆，日心型也需要34个圆）而缺乏原理性或定律性。　　自然科学发展的第一次大突破出现在十七世纪，主要的兴趣是了解决定性宏观世界【物质与力】相互作用的机动力学（Mechanodynamics）。（1）根据布拉黑（Brahe,1546- 1601）的精确观测数据，开普勒（Kepler,1571-1630）不但发现所有行星运动的轨道并不是圆，而是椭圆，以太阳为共同焦点；而且更发现各行星运动之间的相互关系，后来称为开普勒定律。（2）伽利略（Galileo,1564- 1642）发现了地球上物体的重力加速度运动和拋物线运动。椭圆和拋物线运动是欧氏几何不能解释的现象，因此促成解析几何学的发展。（3）为了解决重力问题，牛顿（Newton, 1642-1724）认为，天上月球围绕地球的运动与地上物体的拋物线运动是同一根源，及推出它们之间与地球中心距离的关系。他成功发现三个物体的运动定律：惯性定律，动力定律和反作用定律。更由第二和第三个定律推出物体之间的重力定律。为了解决这个新问题，他创造了一套微积分的新数学工具和两个重要的物理量：惯性质量和惯性动量。　　自然科学发展的第二次大突破出现在十九世纪，主要的兴趣是了解决定性宏观世界【物质与场】相互作用的电动力学（Electrodynamics）。（1）综合十八世纪对电磁相互作用现象的准确观测和法拉第（Faraday,1791-1867）「场」的概念，麦克斯韦（Maxwell, 1831-1879）成功地完成一套完整的「电磁场定律」，导致预测电磁波（辐射）的存在。这个定律只含有单电荷而没有单磁极，说明了磁场只是一种另类电场。同时这个科学定律也促进了偏微分数学的发展。（2）洛兰兹（Lorentz,1853-1928）更进一步完成电荷在电磁场中运动的「电磁场力定律」。洛兰兹的力是与速度有关，而牛顿的力是与速度无关。除非在速度为零的情况下，牛顿的动力定律并不适用于比较复杂的洛兰兹力。（3）到了二十世纪，爱因斯坦（Einstein,1879-1955）利用洛兰兹变换关系，把牛顿的动力定律从速度为零的情况变换到速度不为零的情况，成功推出动态带电粒子在电磁场中的动力定律。爱因斯坦后来把这方面的理论改称为「狭义相对论」。在狭义相对论的基础上，以微分几何为工具，爱因斯坦用演绎方法建立他的重力场论，称为「广义相对论」。可以说是一种重力场的电磁化。　　二十世纪的自然科学新发展开始由决定性的宏观世界转入到随机性的微观世界：电子，原子，分子，细胞，质子，核子，粒子等等。微观世界的结构和活动是非常细小，要观测和了解微观世界，主要是靠波长极短的辐射或微小的电子。【物质与辐射】相互作用的辐射动力学（Radiodynamics）便成为这个世纪的新发展。理论上的发展由量子论到光子论、量子力学、量子电动力学、规范场等等，对微观世界现象的了解和解释虽然很成功，但只是有数学基础而缺乏物理科学基础。目前的情况与四百年前对行星运动了解的情况很相似。祈望辐射动力学的大突破会在廿一世纪出现。　　无论如何，二十世纪自然科学对微观世界了解的成果，已大大成功地促进了物理、化学、生物，和其它自然科学领域的发展。这说明了自然世界的一切事物变化，在一定的自然条件下，完全可以根据一些自然定律演绎而发生。自然科学的成功发展，导致演绎科学的应用推广到与人性有关的领域，例如：经济学、社会学、伦理学、心理学、教育学、管理学等等，但却没有显著的成效。这说明了人性比物性更为复杂，而非简单的演绎科学所能应付。人之所以自称为万物之灵是因为人具有一些特殊能力，是其它万物所无。例如：抽象思想、自我控制、自我修养等；产生了不少反自然的行为，创造了自然界所无的人为事物。这种辩证性的人性，已超越了演绎性科学的范畴。　　中国的人本科学发展　　中国文化是建基于黄河河谷的大农业社会，以「人本」的家族文化为主，「物本」的宗教文化为次。聚河谷而居，多见人邻，少见树木。人与人的关系比人与自然界的关系更为密切和重要，社会的主要问题和兴趣是在于人而不在于物。家族文化是一个整体文化，个体有义务要支持整体的共同性，而整体亦有义务要照顾个体的特殊性。中国文化是强调整体、务实、内向、兼容、义务、约束、合作和相对性，重视对个人天赋欲念的自我克制和自我修养的人为能力，称之为《德》。道家所重视以「顺其自然」及以「哲理为基础」人的「客观性」，「被动性」和「消极性」而儒家则重视以「事在人为」及以「行动为基础」人的「主观性」，「主动性」和「积极性」，说明了人性矛盾两面的辩证特性。如何把矛盾转化成为和谐共存，实在是一个重要的研究课题。　　在人本文化的基础上，中国社会历来所关心和兴趣了解的是人性（人理）而不是物性（物理）。在农业社会，物的发展，主要是满足人类生存和发展的需要。因此有应用技术的发明而缺乏原理科学的发现。在西方社会，自然科学的发展是文化上的自然过程。在中国社会，自然科学的发展却是文化上人为的过程，是在近代西方文化压力的影响下引进而发展。几千年来，中国文化是有一个传统的独特性，就是「外来文化中国化」。最明显的范例就是印度佛教传到中国后被同化成为具有中国特色的佛教和欧洲社会主义传到中国后被同化成为具有中国特色的社会主义。根据这个传统，西方自然科学传到中国后将会转化成为具有中国特色的自然科学，促进辐射动力学的大突破。　　中国科学未来发展的最重要新方向，还是「传统文化现代化」，亦即是「人本文化科学化」。　　中国科学未来发展的最重要新方向，还是「传统文化现代化」，亦即是「人本文化科学化」。五千年的历史，中国人本文化对人性辩证特性的了解（人理学），积累了不少的宝贵经验和辩证性智慧。中国传统医理也是以辩证特性为基础。能够把人本文化发展成为人理科学，比西方物本文化所发展的物理科学有更充分的因素来了解和解决与人性有关的人类活动问题。要发展人理科学，必须先要解决（1）如何把人性量化和（2）如何发展一套能够处理辩证特性的数学工具（辩证数学）。这可能也是未来世纪中国科学发展的自然路向。物理科学发展的根源是650-330 B.C.西方的古希腊时代，而人理科学发展的根源便是770-221 B.C.中国的春秋战国时代。综观今天西方和中国的不同外交作风，便可以反映了物本演绎和人本辩证的两种不同的内涵。五四运动以来，在西方列强压迫之下，中国社会倾向以西方文化为标准，只强调中国文化的不足而忽略或否定它的优势，实在可惜。　　「外来文化中国化」和「传统文化现代化」的综合自主创新和发展，使中国社会在未来世纪的科技发展将会更加全面和更为完善。　　西方文化在「物性理论」发展，对人类物质生活已作出了重要的贡献。　　中国文化在「人性理论」发展，对人类和谐社会的发展将会有重大的影响。