科学观察、实验与科学理论及其辩证关系

黄挺龙

科学观察、实验与科学理论及其辩证关系

黄挺龙

本文从列举科学发现的事例入手，阐明了科学观察是科学发现与科技创新的起点，科技实验是证实或否定科学发现和科技创新的中间环节与必要手段，科学理论不仅是科学观察和科技实验的最终归属与最后成果，而且是科学发现与科技创新的最终产物。作者从这几个层面系统也分析论证了科学观察、科技实验与科学理论的辩证关系，并由此引出若干具有启发与借鉴意义的结论，这对实现科教兴国和科学进步的目标具有重大的现实意义。

科学观察；科技实验；科学理论；辩证关系

众所周知，在经济全球化时代，科技创新能力已成为提升国家综合实力最重要的因素之一。当一个国家具有较强的科技创新能力时，其就能在世界产业分工链条中处于高端位置，就能创造激活国家经济发展的新产业，就能拥有重要的自主知识产权，并引领全社会的全面发展。其中，科学发现是科技创新的理论前提，是推动人类社会发展和进步的强大动力。科学发现是指在自然科学研究中，找到前人尚未知晓的、对于促进科学发展有重要作用的客观存在。科学发现具有两大基本特点：一是前人尚未知晓；二是它对于促进科学发展有重要作用，这两者是科学发现的重要条件，缺一不可。

科技创新则不同于科学发现，它是原创性科学观念和技术创新的总称，包括创造和应用新知识与新技术、新工艺，采用新的生产方式和经营管理模式，进而开发新产品，提高产品质量，为广大民众提供新服务等丰富内涵。科学发现和科技创新这两者之间的联系将随着人类生产与生活的不断发展和进步而越来越密切，势必形成你中有我、我中有你、合二为一的整体系统结构，从而为科学理论大发展奠定坚实基础。总之，科学观察、科技实验与科学理论是科学发现与科技创新的三大要素。

一、科学观察是科学发现与科技创新的起点

科学观察是人们在科学认识中用自己的器官或借助仪器对客观事物进行的一种有目的、有计划的感知活动。观察是一种感性认识活动，通过观察，人们获得关于事物的外部特征和外在联系的经验知识。传说1665年秋季，牛顿坐在自家院中的苹果树下苦思着行星绕日运动的原因。这时，一只苹果恰巧落下来，它落在牛顿的脚边。这是一个发现的瞬间，这次苹果下落与以往无数次苹果下落不同，因为它引起了牛顿的注意。牛顿从苹果落地这一理所当然的现象中找到了苹果下落的原因——引力的作用，这种来自地球的无形的力拉着苹果下落，正像地球拉着月球，使月球围绕地球运动一样。牛顿去世后，他被当作发现宇宙规律的英雄人物被赋予了传奇色彩。

著名科学家法拉第曾说：没有观察，就没有科学，科学发现诞生于仔细的观察中。科学观察是科学发现与科技创新的起点，可以从两方面理解：

一方面，科学观察是获取第一手科学事实的重要手段，而科学事实是科学研究的基础。通过观察可以导致科学发现和科技创新。新中国成立以来贡献最大的农学家、“杂交水稻之父”——袁隆平，在水稻品种试验田的细致观察，在田野间观察、统计、分析水稻株型，通过科学研究，揭示出水稻杂交的奥秘和规律。在他发表的论文中论述了水稻具有雄性不孕性，并预言：通过进一步选育，可以从中获得雄性不育系、保持系和恢复系，实现三系配套，可以使利用杂交水稻第一代优势成为可能，带来大幅度、大面积增产。这就是袁隆平首创的“三系法”杂交水稻。

另一方面，通过科学观察可以扩大研究领域并为科学研究开辟新的道路。例如，现代人类学家古多尔运用观察方法对非洲黑猩猩进行了将近10年时间的观察，最后写出了《人类的近亲》《黑猩猩在召唤》等重要的科学著作，为古人类学的研究工作开辟了新的道路。通过科学观察，能够发现问题并提出问题，从抓住事物或现象的外部特征入手，可以对事物或现象作出初步的科学判断。在科学观察中，人们不仅要充分发挥眼睛和其他感觉器官的作用，而且要勤于动脑，思考发挥思维能力作用。

二、科技实验是证实或否定科学发现和科技创新的中间环节和必要手段

科学实验是指人们运用科学仪器、设备，在人为控制或模拟自然过程的情况下获取科学事实的活动。科学实验既是一种感性认识活动，又是一种能充分体现人的主观能动性的、积极与主动的实践活动。正像法国科学家居维叶所说：实验者是“质问自然界，并且迫使自然界袒露她的奥秘”。1895年伦琴在对阴极射线的性质研究中，他用黑色薄板把一个克鲁斯管密封起来，在完全暗的室内做实验。在接上高压电流进行实验中，他意外发现在放电管荧光屏上发生亮的光辉，一断开电源，荧光就会立即消失。由于这个现象非常惊奇，于是他全神贯注地重复做实验，他发现即使在距仪器2米处还有荧光出现。伦琴确信，这是一个新的发现。经过反复实验，他确信发现一种过去未被人们所知的具有许多特性的新射线。

总之，科学实验对简化、纯化、强化研究对象以发现新科学认识的功能不可替代。科技实验是在科学技术研究过程对对象的本质、规律进行研究的必不可少的过程，是证实或否定科学发现和科技创新的中间环节和必要手段。

三、科学理论是科学观察和科技实验的最终归属和最后成果，是科学发现与科技创新的最终产物

例如，1821年英国物理学家法拉第在小磁针绕轴实验中发现了电磁感应现象，在此基础上，又引入了“场”和“力线”的概念，从而建立了电磁感应定律。1846年法拉第在研究磁的实验中又创造性地提出“光的本性是电力线和磁力线的振动”，这一观点在后来被麦克斯韦发展成光的电磁说。法拉第被公认为是19世纪最伟大的实验物理学家。他的理论标志着经典物理学发展进入一个新的转折时期，预示了物理学新时代的来临。

爱因斯坦认为，科学理论形成的基本条件是“外部证实”和“内部完备”，即一种科学理论要得到大量科学事实的支持并具有逻辑自洽性。因此，科学理论的提出必须经历从形象思维到逻辑思维、系统思维的辩证思维的发展历程。

科学理论是在观察与实验的基础上，运用理性的方法（比较、分析、综合归纳与演绎、溯因与类比等方法）整理感性材料，从而形成与发展起来的。正如爱因斯坦所说：“理论物理学的完整体系是由概念、被认为对这些概念是有效的基本定律以及用逻辑推理得到的结论这三者所构成的。”它是一个有层次、有结构的系统。从认识成果逻辑关系来看，科学理论是以科学事实、科学概念和科学规律作为基础和前提，在更高层次上综合统一了的科学认识成果。从而科学理论已变成当代科学观察和科技实验最终的科学认识“产品”。

四、科学观察、科技实验与科学理论之间的辩证关系

众所周知，科学事实是科学研究的基础，而科学观察和科学实验又是获取科学事实的两个基本手段。近现代自然科学也称为实验科学，主要是科学观察和科学实验构成近现代自然科学的基础。随着现代经济的快速发展，科学发现不断涌现并且和科学与技术密切融合，科学观察和科技实验已经密不可分，你中有我、我中有你，这种合二为一的整体系统结构，使得科学观察和科技实验的地位不断上升，在当今全球化时代扮演着越来越重要的角色。

科学事实是科学理论提出的起点和基础，而科学理论是科学观察的成果和科技实验的系统体现。事实上，科学规律的发现、科学理论的创建，无不是从科学事实入手进行分析的。牛顿的经典力学理论，麦克斯韦的电磁统一理论，爱因斯坦的相对论理论等，整个近现代科学理论的发展无不如此。就像列宁所说，认识是思维对客体的永远的、没有止境的接近。自然界在人类的大脑中的反映，不是“僵化的、静止的、无矛盾的，而是处在矛盾不断产生和解决的永恒运动过程中。

丁肇中认为：“所有的自然科学都是实验科学”，“事实上，自然科学理论不能离开实验的基础。特别是物理学，它是从实验产生的。”②纵观科学史，科技实验成果是铺就科学发展大道的碎石，是科学家构建科学理论大厦的“物质”材料，也是我们迈向大科技时代的奠基石，它还是检验假说、理论的唯一可靠的客观途径，离开了科技实验，科学便成了“水中月，镜中花”，犹如“空中楼阁”。

“实践是检验真理的唯一标准”，对于自然科学理论其检验标准是生产过程中的实践和科学实验的实践。近现代交叉科学的迅速发展和科学的综合，已超前于社会生产，这使得科技实验已成为检验科学理论的主要标准。科学史上有很多这样的例子。比如从哥白尼、开普勒到牛顿，已经完成了经典的天体力学理论体系。但是，只有在1845年勒维烈和亚当斯等，通过计算预测到在天王星外还有一个新行星的存在，并在1846年由加勒根据预测发现了海王星之后，万有引力定律和哥白尼的太阳系学说，才得到更确切的证实。

综上所述，科学观察、科技实验与科学理论这三者相互联系、密不可分。科学观察是科技实验和科学理论的起点，科技实验是证实或否定科学理论必不可少的中间环节。科学理论是科学观察和科技实验的指导者、最终成果和最终产物、最终体现。三者你中有我、我中有你，是一个密不可分的整体系统结构。

引文注释

①许良英，李宝恒，赵中立.爱因斯坦文集［M］.北京：商务印书馆，2009.

②顾迈南.丁肇中［M］.北京：新华出版社，2002：77.

（作者单位：成都理工大学文法学院）

10.16653/j.cnki.32-1034/f.2016.14.046