论科学审美规范的经验基础

吕仕儒

（山西大同大学物理与电子科学学院，山西大同037009）

论科学审美规范的经验基础

吕仕儒

（山西大同大学物理与电子科学学院，山西大同037009）

科学研究作为认识客观事物内在本质和运动规律的活动，首先是以求“真”为目的，可事实表明，科学的发展又与“美”紧密联系在一起，许多科学理论就是沿着“美”的指引建立起来的。科学审美规范的建立离不开经验基础的支撑和积累，然而，科学审美规范与经验并非始终一致，通常在科学常规发展时期经验基础对审美规范起着巩固和强化作用；在科学革命时期，新理论的审美特征与原有的审美规范发生着激烈的碰撞和冲突，结果会导致原有审美规范的转变。文章对科学审美规范和经验在科学理论不同发展时期的表现和关系进行了分析和探讨。

科学常规发展时期；科学革命时期；审美规范；经验效绩；科学图景

科学研究是以探求和揭示隐藏在客观事物背后的运行变化规律及其物质结构为目的的创新活动。作为科学研究的认识主体，诺贝尔物理学奖获得者汤川秀树（Yukawa Heidiki，1907-1981）称之为是一群“不带地图的旅行者”，他们目标明确，但是不知路在何方。也许循着“美”的指引向前，不失为一种行之有效的途径。而事实也表明，科学虽然是求“真”的，但却与“美”紧密联系在一起，甚至许多人认为美是探索真理的光辉，即“……探索者最初是借助于这种光辉,借助于它的照耀来认识真理的。”[1]爱尔兰哲学家弗兰西斯·哈奇森（Frantis Hutcheson，1694-1746）认为：“在人类探索自然中获取的有关某些伟大原理或普遍力的知识中存在与美同类性质的东西。”[2]人们之所以会产生这样的认识，并在实际的科学研究过程中付诸行动，是因为“事实上结果常常是吸引人的那种可能性就是那个具有真实性的可能性”[3]所以彭加勒（Jules Henri Poincare，1854-1912）说：“科学家研究自然, 并非因为它有用处；他研究它，是因为他喜欢它，他之所以喜欢它，是因为它是美的。”[4]而事实表明，有许多科学理论就是科学家沿着“美”的指引建立起来的。那么，作为科学研究成果的科学理论的评价标准是什么呢？或者说具备怎样特征的科学理论才是一个好的理论呢？虽然，不同的科学哲学学派的观点不尽相同，但是，科学研究作为一项求真的活动，一个好的科学理论首先应该是一个和经验数据相吻合的理论；可事实表明，仅仅具备这样条件的理论还不一定是一个好的理论，或者说不一定是一个能够被人接受的理论。由于审美规范保守性以及审美标准差异性的存在，不同的认识主体会对相同的科学理论作出不同的反应，而且这种反应可能还会随着主客观条件的变化而发生改变。

关于科学审美与经验之间的关系，自律论认为两者之间不存在任何关系，是不可能相互归约的，就是说，持这种观点的人认为审美与经验数据是两种完全不同的估价标准，“一组是功利的，由逻辑的和经验的标准组成，适于确定理论的经验价值；而另一组则是审美规范，它完全不理会功利价值。”[5]而归约论的观点则正好相反，认为审美与经验仅仅是科学估价的两个不同的方面，持这种观点的人把“科学家是否把审美价值归给一个理论完全取决于该理论的经验成功的程度。”因为他们认为“事实上，一个科学理论成功的程度就是对该理论的审美价值的一种量度，因为一个科学理论成功的程度是对在以前是混沌的东西中引入的和谐的程度的一种量度。”[6]实际上，科学家给予科学理论的经验判断与审美判断两者之间的关系，并不是这样的简单和绝对，而是以一种较为复杂的方式相互关联着。

下面就这两种不同因素在科学研究过程中的关系和表现进行分析和探讨，看看它们以怎样的方式相互作用和联系的。

1 科学常规发展时期经验与审美规范的巩固

按照美国著名的科学哲学家托马斯·库恩（Thomas Samuel Kuhn，1922-1996）的观点，所谓科学常规发展时期指的是科学共同体在“范式”支配下的一种“解难题活动”。而“范式”指的是科学共同体共同的信念、传统、理论框架、理论模式及其基本方法等。很明显审美规范就包含在科学共同体所尊崇和坚守的信念以及传统之中。在这一时期，科学共同体的任务就是不断地验证和发展范式，使范式渐趋成熟和完美。

当一个科学理论体系在经验上不断地取得成功时，这个理论体系的美学思想与风格就会被科学共同体作为“范式”的因素之一确定下来，他们希望其他的科学理论也应该具有相同或者相似的特征；或者说他们认为只有具有这种美学特征的科学理论才可能是在经验上取得成功的理论。机械论的形成就是典型的例子之一。由于牛顿建立的经典力学理论在经验上的巨大成功，科学共同体就把牛顿的经典力学理论的风格和特征，作为一种审美层面上的“范式”确定下来。正如亥姆霍兹（Hermannvon Helmholtz，1821-1894）于1847年在其一篇论文中写道：“我们终于发现，所有涉及到的物理学问题都能归结为不变的引力和斥力”，“整个自然界的最终目的熔化在力学之中”[7]。于是在整个物理学领域出现了这样的局面：声学首先被纳入到了力学的框架之中，声音被作为是在弹性介质中传播的机械振动；热学的宏观物理量也被归结为与之对应的微观粒子运动的统计平均值，产生了“热力学”和“统计力学”；光也被看作是具有弹性的微粒，在“以太”——一种特殊的弹性媒质传播的机械波；电磁场理论同样如此，一开始就是从“电流体”和“磁流体”的力学模型出发，期间又以与万有引力定律相类似的形式给出的库仑定律，乃至到后来麦克斯韦对电磁波的预言，都是在“电磁以太”的力学模型基础上作出的。紧接着为了让电磁波能够在以太中传播，汤姆森（William Thomson,1824-1907）又极力去为以太构造既具有足够的弹性又不能有较大粘滞性的力学微观结构；……。1884年在巴尔的摩的一次演讲中汤姆森说：“我的目的是要表明如何去构造一个力学模型，它要满足我们正在考虑的物理现象所要求的各种条件，而不管我们在考虑的可能是什么物理现象。……对于我似乎可以说，检验‘我们究竟理解了还是没有理解物理学的一个特定主题’的试金石是‘我们能够为它构造一个力学模型吗？’”[8]。很显然在一些物理学家眼中，为一个理论构造力学模型，已经成为他们在精神上的审美诉求，正如艾伦菲斯特（Paul Ehrenfest，1880-1933）对玻尔兹曼所描述的那样：“玻尔兹曼让自己的想象驰骋在尚处于一片混乱之中的相互纠缠着的运动、力和反作用之上，直到能够实际把握这些运动、力和反作用。显然他从这中间得到了强烈的审美愉悦。”[9]而随着这些理论在经验上的不断成功，进一步又强化了人们原有的概念和认识。乃至后来，人们又企图把经典力学模型搬到物理学领域之外的化学和生物学中，从而得出“运动是机器”、“人是机器”、……等观点。到19世纪末，在许多物理学家心目中甚至产生了这样的错觉：自然界中所发生的所有现象都应该能够用力学来描述。就像1894年迈克尔孙(Albert Abraban Michelson,1852-1931)在一次演讲中说的：“……绝大多数重要的基本原理已经牢固地确立起来了，……一位杰出的物理学家指出‘未来物理学的真理将不得不在小数点后第六位去寻找。’”[10]这种守旧而盲目乐观的认识对当时物理学理论的发展是非常不利的。从哲学的层面上看，机械论为自然界的因果关系提供了一种绝对的、精确的力学模式，抹煞了自然界客观存在的必然性和或然性的两种因果关系的区别和联系，影响巨大。

与科学共同体“审美规范”的保守性相对立，人类对物质世界的认识是不断地深入和发展的，特别随着科学技术手段的不断改进和升级，人类探知世界的深度和广度在与日加深和扩展。这样，就会在科学探索中不断有新事物和新信息和现象涌现出来。而一旦当新的事物、现象、发现无法用原有的理论规范给予解释和说明的时候，就出现了所谓的“反常”，当反常大量涌现时，就到了所谓的“危机”时期，这时就会引起科学共同体对原有理论规范的怀疑。紧接着就会有一些思想先进、具有批判精神的成员去尝试着建立新的理论规范。科学革命时期来了。那么在科学革命时期科学理论的经验与审美规范又将发生怎样的变化呢？

2 科学革命时期经验与审美规范的转变

科学革命就是指的由科学新发现和全新的基本概念与理论导致的整个科学理论体系的根本变革。按照英国学者詹姆斯·W·麦卡里斯特的观点，新理论与原有理论体系最大的区别就是新理论虽然具有较高的经验效绩，同时与原有理论又具有截然不同的审美特征。这样，就会在科学共同体中出现两种不同的态度和观点：一部分对原有理论体系的审美规范无法舍弃的思想守旧的科学家，对新理论表现出的是质疑、舍弃乃至否认；而另一部分思想开放、勇于创新的科学家，对新理论表现出的则是接纳和赞美。因为在前者看来，一个看上去美丽（用原有的审美标准判断）的理论比一个缺乏美的理论应该是一个更接近真理的理论；而在后者看来，在对理论的选择中经验效绩要比审美规范重要的多，虽然一个科学家诉诸理论的优雅和美丽是允许的，但是前提是“只要在理论选择中只是在实效标准并未指定相反结果的情况下才诉诸它”。[11]如果新理论在经验上不断获得成功，随着时间的推移，原来那些从审美标准出发对新理论的抵制情绪便会慢慢减弱、消失、乃至完全接纳，美国著名物理学家惠勒（John A.Wheeler，1911-2008）认为科学家对一个新理论的态度就像人们对一件创新的艺术作品理解的变化：“它看上去令人陌生，它看上去很奇怪，它看上去非常怪异，然后突然地它看上去完全不再令人陌生并且你不能理解是什么使得它先前看上去令人陌生。”[12]

发生在16-17世纪的以“日心说”为标志的科学革命，由于哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473-1543）的学说与数理天文学长期存在的理论要求相一次，天体的运动就应该被看成是圆周及其组合的匀速运动。因此，哥白尼的理论在许多科学史家眼中并不是革命性的，相反，哥白尼的理论则被认为是向亚里士多德原理的回归。而开普勒(Johannes Kepler,1571-1630)的椭圆理论才是革命性的因素，因为开普勒把行星运行的轨道描述成了椭圆，否定了数理天文学一直坚守的匀速圆周运动的承诺。在当时椭圆一直在人们眼中被看做是扭曲了的不完美的圆周。所以尽管开普勒的理论有很高的经验效绩，仍然遭到了包括他的老师第谷（Tycho Brahe,1546-1601）在内的许多科学家的反对，第谷说：“行星轨道必须无例外地由圆周运动组成；否则它们就不能以均匀和恒久不变的形式循环往复，永恒延续就是不可能的；而且，轨道就不会是简单的，就会显示更大的不规则性并且就会不适于科学处理和实践。”[13]德国天文学家法布里修斯（David Fabricius，1564-1617）针对开普勒的椭圆理论说：“你用你的椭圆废除了天体运动的圆周性和均匀性，我越深入思考，我越觉得这种情况荒谬。……如果你能只保留正圆轨道并且用另外的小本轮证明你的椭圆轨道的合理性，那情况会好得多。”[14]后来一直到开普勒的《鲁道尔夫星行表》出版后，人们便于对开普勒的理论进行检验时，才使人们对他的理论的抵制和非难态度开始转变，譬如，数学家克鲁格（Peter Crüger）1624年在给缪勒（Philipp Müller）的信中说：“我不同意开普勒的假设。”但在1629年态度就发生了明显的变化，同样在给缪勒的信中说：“我不再理会行星轨道的椭圆形式带给我的困扰……”[15]因为开普勒的理论在经验上不断获得成功，这样随着时间的推移，人们便会慢慢放松对原有审美标准的坚守。

同样，量子理论作为革命性的理论起初也遇到了与开普勒相类似的遭遇。由于长期以来科学家和哲学家一直信奉的是一切自然过程都是连续的，就像莱布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz，1646-1716），的那句名言所说的：“自然界没有飞跃”。所以普朗克（Max Planck 1858-1947）在提出“能量子”假说之前自己就一直处于矛盾之中，因为普朗克清楚量子论不连续性所呈现出的科学图景与经典的自然科学理论图景相比，从审美规范的角度出发，简直可以说是大逆不道。因为量子论的不连续性严重破坏了经典物理学所一贯遵守的严格的因果律。正因如此，普朗克把自己所做的事情叫做“一个绝望的行动”。在量子假说提出的最初几年里，一直没有引起物理学界的积极响应。其中有一大批物理学家对此表示反对，譬如，瑞利（Strutt R J）、金斯(Jeans H)、马赫(Ernst Mach)、庞加莱(Jules Henri Poincaré)和洛伦茨（Lorentz H A）等，而普朗克本人则一直在犹疑、动摇、徘徊、乃至倒退的情绪中痛苦了15年之久。后来他后悔地说：“我企图无论如何都得将作用量子列入经典物理理论范畴里，结果是枉费心血。我的这种徒劳无功的尝试延续有好几年；我连续地这样搞了好些年，浪费了我许多劳力。一些同行在这里面看出有一种悲剧性存在。”[16]

1925年，当海森堡（Werner Karl Heisenberg 1901-1976）从量子概念出发建立起一个系统化的关于亚微观领域的理论——量子力学，把微观粒子看作成抽象实体，而且这些抽象实体没有精确的位置、速度、动量以及能量，这种与传统的、形象化的经典物理学图景格格不入的理论，同样遭到了对经典物理学怀有深厚审美情结的物理学家们更加强烈的抵制。针对量子力学的非决定性特征，爱因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）在给M·玻恩的信中这样说：“量子力学固然是堂皇的。可是有一种内在的声音告诉我，它还不是那真实的东西。这理论说得很多，但是一点也没有真正使我们更加接近于‘上帝’的秘密。我无论如何深信上帝不是在掷骰子。”[17]因为在爱因斯坦看来物理学理论就应该像牛顿所建立的经典力学那样，遵守严格因果律的理论。为此，爱因斯坦从19世纪20年代开始，一直坚持着与量子理论的不确定关系的战斗，他设计出了一系列的思想实验，对量子理论的这种“不完备性”企图给予反驳，结果均被玻尔他们一一驳回。法国物理学家郎之万(Paul Langevin 1872-1946)针对量子理论的非决定性甚至说：“……这些思想来自敌视科学知识的旧哲学，他们就是要把这种哲学重新硬塞到科学中来。”[18]由于审美规范的保守性，“一种完全新颖的艺术形式或者科学观念初看起来几乎肯定是丑陋的。”[19]但是，随着时间的推移和新理论在经验上不断地成功，通过审美归纳，共同体最终是会放弃最初的审美标准，就像彭罗斯(Penrose diagram,1931-)所言：“也许人们的审美判断会发生改变[……].不管怎样,这种判断在相当程度上是习得的鉴赏能力。由于这种情况的存在，人们就只能直到对某个东西有所熟悉才能真正欣赏它的美——人们必须真正对它思考一番。”[20]譬如，量子力学理论在当今人们的眼里再也不是“丑小鸭”，而是美丽的“大天鹅”了，就像佳姆尔(Jammer)给予的评价是“壮丽的具有伟大的美的智识结构”。[21]

3 结语

科学研究作为以探求自然界物质结构和运行变化规律为目的的事业，同时与美又密不可分；但是，审美规范的保守和滞后以及不同个体审美标准的差异，在有些时候和领域又对科学的发展起着阻碍和干扰作用，特别在科学革命时期这种现象尤为突出。因此，分析和梳理审美规范与经验之间的关系，无论是从认识论的角度还是从方法论的角度出发均具有深远的价值和意义。

[1]海森堡：精密科学中美的含义[J].自然科学哲学问题丛刊,1982(1)：44.

[2]Peter Kivy.The seventh sense：a study of Francis Hutcheson's aesthetics and its influence in eighteenth-century Britain[M].New York：Burt Franklin，1976：97-99.

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[4]李醒民.论科学审美的功能[J].自然辩证法通讯,2006,28(1)：8-15.

[5][6][8][9][11](英)詹姆斯·W·麦卡里斯特.美与科学革命[M].李为译.长春：吉林人民出版社,2000：75,80,105,106,159.

[7][10]刘莜莉，仲扣庄.物理学史[M].南京：南京师范大学出版社,2001：238-239

[12]Wheeler John A，Zurek W H.Quantum Theory and Measurement[M].Princeton：Princeton University Press,1983：182-213.

[13]Mittelstrass,Jürgen.Method ological Elements of Keplerian Astronomy[J].Studies in History and Philosophy of Science,1972,3：203-232.

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[15]Russell,John L.Kepler’s Laws of Planetary Motion：1609-1666[J].British Journal for the History of Science,1964,2：1-24.

[16](德)普朗克.科学自传[M].林书闵译.上海：龙门联合书店,1955：21-22.

[17]爱因斯坦文集(第一卷)[M].许良英,李宝恒,赵中立等译.北京：商务印书馆,1983：221.

[18](俄)萨契柯夫.论量子力学的唯物主义解释[M].李宝恒译.上海：上海人民出版社,1951：138.

[19]Bernstein,Jeremy.Experiencing Science[M].London：Burnett,1979.

[20]Penrose,Roger.The Role of Aesthetics in Pure and Applied Mathematical Research[J].Bulletin of the Institute of Mathematics and Its Applications,1974,10：266-271.

[21]Jammer,Max.The Conceptual Development of Quantum Mechanics[M].New York：McGraw-Hill,1966.

The Experience Base of Scientific Aesthetic Standard

LV Shi-ru
(School of Physics and Electronics Science,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037009)

As an activity of knowing intrinsic nature and movement rule of objective things,the goal of scientific research is pursuing reality at first,however,the fact is that development of science is connected with beauty tightly,many science theories are built up under the direction of beauty.The foundation of scientific aesthetic standard cannot be separated with the support and accumulation of experience base.But scientific aesthetic standard does not always keep pace with experience,generally,experience base consolidates and strengthens aesthetic standard in the period of development of science;In the period of scientific revolution,aesthetic characteristics of new theory conflicts with old ones fiercely,it turns out to translate the old aesthetic characteristics.This article contains analysis and discussion of performance and relation of scientific aesthetic standard and experience in different development periods of scientific theory.

normal development period of science;the period of scientific revolution;aesthetic standard;experience effect achievement;scientific view

N09

A

1674-0874(2015)04-0092-05

2014-12-12

收稿日期：山西省高校哲学社会科学研究项目[2012249]

吕仕儒（1963-），男，山西怀仁人，硕士，副教授，研究方向：科学技术史。

〔责任编辑 高海〕