科学的观念与古代的人工冶铜

供稿|毛卫民，王开平 / MAO Wei-min ,WANG Kai-ping

内容导读 科学观念的萌生、演变与成熟反映出推动社会发展不可或缺的人类理性，中西方社会概不能免。科学的观念客观地表达了人类对世界的认知及理性知识的积累，因而应该对古今中外的科学观念作一致性的阐述；不应把阐述者源自不同视角的主观认知过多掺入对科学观念的描述。古希腊文明和基督教文明均以独特的方式影响到科学的发展，而中国古代儒学思想的长期统治则压抑了科学精神，但中国仍持续有科学成果的出现与积累。例如，中国在人工冶铜方面的知识体系曾领先于世界，促进了材料科学的发展。相对于宇宙和世界，人类的知识体系永远是极为有限的，但这并不妨碍人类继续深入地完善对世界的认知和理性知识的积累，并更好地服务于人类社会的发展。

科学和科学精神

在西方工业革命时期，“科学”观念逐渐成熟[1]，包括科学的定义以及对科学的理解；这不仅涉及科学，也涉及科学精神。然而，如今在如何看待科学的观念上仍然存在着种种争议，争议的焦点往往还会涉及古代中国到底是否存在过科学。观察相关争议的过程可以发现，在讨论“科学”时不同参与者会有不同的思考偏向，如偏向于：西方科学、现代科学、古代科学、自然科学、社会科学、人文科学等等；以至有时在探讨科学观念时会过多掺入人们的主观性愿望。为了弥合分歧，一些探讨甚至会把上述种种类型的科学分别附上不同的定义，如“西方现代科学”与“中国古代科学”中的科学二字可以具有不同的含义[2]。

无论何种观点，一般都会接受：科学是一种理性的知识体系，包括对不断完善知识体系的探索过程，也会涉及如何进行探索的、思维方式方面的学问[3]。查阅现代词典可找到对科学的阐述；“科学：关于自然、社会和思维的知识体系。它适应人们改变自然和社会的需要而产生和发展，是实践经验的结晶。科学可分为自然科学和社会科学两大类，哲学是二者的概括和总结”[4]。再看看西文词典对科学的定义。德文词典有，科学（Wissenschaft）：对世界不同领域进行系统性探索的所有相关工作，以便能更好地理解并做出解释（Alle Tätigkeiten,die mit dem systematischen Erforschen verschiedener Bereiche der Welt zusammenhängen,um diese besser verstehen und erklären zu können）[5]；或简述为，科学（Wissenschaft）：在某特定领域产生知识的探索工作（Wissen hervorbringende forschende Tätigkeit in einem bestimmten Bereich）[6]。英文词典有，科学（science）：可以构成一个系统的知识，往往基于对事实的观察和检验，并表达成一般性的自然法则（Knowledge which can be made into a system and which usually depends on seeing and testing facts and stating general natural laws）[7]。

可以看到，各种中西文词典对“科学”概念和定义的阐述是非常客观的，且与获取知识相关。这里并不在乎科学所涉及的知识体系是基于哪种思想体系、文化背景、方式方法而产生或获得的，只要是关于自然、社会和思维的理性知识体系都可以被称为是科学。虽然人们可以对词典里关于科学的这种描述有不同的看法，但保持客观、理性地阐述科学一词的概念或定义，以及使科学观念在任何场合下所表达内容的一致性是非常必要的。以此为出发点，对于现代科学或古代科学来说，首先它们都属于科学，只是出现的年代和社会背景不同，因此对它们的阐述也应该是客观而一致的。不应存在“西方意义上的科学”或“中国意义上的科学”等明显地参杂了人们的主观意识、偏离了客观理性以及所需一致性的不当描述。

有观点理解：“现代科学是希腊文明与基督教文明整合统一的结果”[8]，且“希腊科学是现代科学的正宗来源”、“基督教是现代科学的必要条件”[2]；由此，似倾向于排除非希腊文明和非基督教文明产生现代科学的可能，除非相应学者长期浸淫于希腊文明和基督教文明之中。此外，基督教是现代科学的必要条件这一说法也值得商榷。西方科学成果的大规模涌现起始于基督教神权专制逐渐衰弱的中世纪晚期、以及西方工业革命爆发前后，自此科学的概念也在工业革命时期逐渐成熟。以此定义为依据回看就不难发现，世界各文明在工业革命之前均已有了一些科学或理性知识体系的初步积累。工业革命则使科学及科学精神在巨大科学成果的促进下得到飞速的发展。以中国的自然科学领域为例，公元前11 世纪中国周初的商高就提出了几何的勾股定理[9]，公元前4 世纪墨子曾对杠杆原理等力学理论和小孔成像等光学原理做过探索和分析[10]，5 世纪南北朝时期的祖冲之利用自己的方法精确推算圆周率到小数点后第7 位数[11]，13 世纪南宋的杨辉在其《详解九章算法》中阐述了二项式定理中的“杨辉三角”法则[12]。这些关于数学和物理的知识虽较初级，但大体符合科学的客观定义，也曾为中国古代技术的发展提供过有力的支持。春秋时期稷下学宫培育的儒家、道家、阴阳家等等不同派别的学者也曾从事着古希腊哲人们同样的思考[13]。因此，工业革命之前的中国确实存在着一定的科学积累[1]。

古希腊的文明精神与基督教对科学的阻滞

古希腊社会不存在现代工业，其中多数人口是奴隶，奴隶劳动是支撑社会经济的主力[14]。带有明显种族主义倾向的学者亚里士多德属于奴隶主阶层[15]，以亚里士多德为代表的那些悠闲的奴隶主们衣食无忧，因而可以从事不以实用为目的的思考，并展示出了某种科学精神。古希腊基于其社会背景而产生的思想意识对西方文明产生了重要影响，尤其是形成了对待组成公民群体的奴隶主和被盘剥奴隶二者间截然不同的态度；由此建立起的对公民民主、对奴隶霸权的双重标准至今仍影响着西方社会的思想和行为[16]。因此，需采取慎重的态度来看待古希腊的文明精神对已发生天翻地覆变化的当今社会的有效性。

早期的基督教能够满足广大奴隶的精神抚慰需求，因而得以在古罗马帝国范围广泛传播；随后基督教同时服务于统治阶层，并逐渐调整自身的理念，以至罗马统治者从原来的极力镇压改为承认基督教是惟一合法的宗教和国教[17]。进入中世纪以后基督教逐渐变得极为腐败、贪婪和专制。基督教教义成为人们唯一可以接受的指导思想，其他理念一概都被视为异端邪说。人们一方面看到教会的专制、腐朽，另一方面又必须禁锢在教会允许的思想理念之内，陷入无穷无尽的自我检讨和救赎，使尊重个性、追求自由等西方文明精神长期受到极大压制。15 世纪以来欧洲出现了发端于意大利的文艺复兴运动，该运动从古希腊、古罗马的文化、艺术出发，再现、重塑、拓展这些文化艺术，其使命在于摆脱基督教的思想束缚[18]。随着文艺复兴运动的持续开展，人本位、个性解放、思想自由的意识潜移默化地深入人心。极为腐败、堕落但酷爱艺术的教皇利奥十世基于个人嗜好而卷入了支撑文艺复兴的行列，成为了“文艺复兴教皇”[19]。鉴于文化艺术对基督教的非敏感性，文艺复兴运动巧妙地突破了基督教的藩篱，避免了宗教的直接干涉，推动了与基督教经文有所差异的思想文化的发展。受文艺复兴思潮影响，1540 年哥白尼基于自己的科学观察提出了“日心说”。哥白尼的“日心说”偏离了基督教教义，因而遭到了教会的严厉打击；1600 年支持“日心说”的布鲁诺被教会烧死在罗马鲜花广场，伽利略也因支持“日心说”于1633 年被判处终身监禁。此外，1553 年西班牙医生塞尔维特基于科学理念出版了与教义不同的医学书籍，因而也被教会烧死[17]。

约公元前1200 多年前，希腊的多利亚人向迈锡尼地区扩张、毁灭其文明、奴役其族众，从而开启了古希腊文明、即西方文明的前身[17]。古希腊马其顿君主随后向东扩张至印度河流域，多次打败波斯帝国，夺得大量土地和财富；自此西方文明进一步呈现出扩张、探索、积极逐利的特征[20]。随后，古罗马时期的扩张范围达到了北非、西亚、欧洲腹地极为广大的地区，进一步增强了西方文明扩张和探索的特征。到了中世纪，在基督教会的怂恿下西方社会开展了持续约200 年的十字军东征，大量掠夺土地和财富，继续发扬了对外扩张的文明特征[20]。实现这些对外扩张就必须具备自由探索的西方文明精神。然而，中世纪的基督教建立了神学思想体系，包括诸如哲学、政治学、法学、伦理学、美学等学科；为了培养教会和世俗社会所需的各方面人才，11 至14 世纪在意大利、法国、英国、德国各地出现了很多著名的大学[21]，但禁止超越神学理念的探索。基于源自古希腊文明、古罗马文明传承而来的探索精神[17]，这些大学却往往主张学术自由并尽力与教会的干扰周旋，推动了知识的传播和世俗化；进而在数学、物理学、化学、医学、天文学、地学等各自然科学的众多领域都取得了大量创新性进展，推动了现代科学的发展[21-22]。由此可见，在专制的中世纪实际上并不是基督教、而是基督教出现之前西方文明的探索精神促进了偏离基督教神学理念的思想自由。

此外，基于现代科学的发展，人们还萌生了改造世界的理念，并认为基督教意志的使命包括了改造世界[8]。然而，无论是改造宇宙还是改造地球，这里所谈及的改造世界都是不现实的。人类有史以来对地球的改变远不及宇宙的演变规律和地质变化对地球造成的改变，人类只能不断地改变自己及自己营造的环境，以适应地球的变化；也正是这种适应过程才导致了古猿转变成人类。人类能够实现的仅仅是在符合自然法则的前提下适当改变自身的生存环境。综上所述，还需采取慎重的态度来看待基督教对促进科学发展以及对改变世界的作用。

自然科学领域所涉及的科学

全世界不同国家大多都是在西方社会现代教育理念的引领或影响下来发展不同学科领域的高等教育。除了文科、社会学科外，高等学校还包括了理学、工学、农学、医学等多种学科。为了简化对科学的概念和相关问题的分析，现以主要涉及自然科学的理学和工学两大学科为对象，思考当今社会的科学观念。

理学主要涉及物理学、化学、数学、天文学、生物学等众多基础学科，理学学科并不以直接实用为目的，主要探索涉及人类社会普遍性、系统性的知识。这些学科的范畴或许就属于人们所谈到的、闪烁“希腊科学精神”的纯粹科学。当这些学科变成了应用物理、应用化学、应用数学等学科时就具备了工学的性质；而工学学科一定要有实用目的，实用也是工学的生命力。工学会涉及：采矿、地质、材料、机械、建筑、车辆、仪器、冶金、电工、电子、计算机、自动化、信息、网络、通讯、军工、化工、制药、交通、装备、核能、轻工、航空、航天等等一系列学科。工学中的有些学科可能主要以实用为目标，即为工程学科，有些工学学科则需同时兼顾基础理论和工程技术。以材料学科为例，这个学科在全世界范围被广泛地称为“材料科学与工程”学科，因为这个学科的工程问题往往无法摆脱科学问题，即难以把科学与工程割裂开来[23]。还有许多工学学科也存在类似的情况，因为现代社会已经远远脱离了古希腊那种尚可以完全空谈的时代。原则上，或许可以存在只作科学、没有工程、不以实用为目的的材料学科，以推动材料领域基础理论的发展；也可以有只做工程、没有科学的材料学科，但后者往往只局限于眼前的实际工程问题，不关注长远的发展。

当今世界的发达经济体正处于信息时代，并逐步向智能时代迈进[24]。今天的知识体系已告诉人类，在空间浩瀚、时间漫漫的宇宙中，地球的大小犹如一粒尘埃，人类的整体寿命也只不过是一瞬间。迄今为止，尤其是工业革命以来人类所能掌握的科学对自身发展来说已经极为丰富；可在如此有限的宇宙空间和时间内，尽管人类最终所能掌握的科学或知识体系会极为深化，但对于整个宇宙也只能是九牛一毛。由此可见，人类对科学的了解和掌握只能是一个不断深入、永远无法达到完美境界的过程。同时，目前的知识体系早已远远超过了古希腊文明和中世纪基督教文明所能覆盖的范围，僵化而简单地固守古希腊和基督教的传统思想，恐难再适应当今世界各种文明和文化广泛交融的时代。有鉴于此，尽管理学学科和工学学科都在快速发展，但过去几十年西方社会的教育体系中涉及纯科学的理学与非纯科学的工学相比，理学的体量比重在逐渐减弱，在中国也有类似的倾向。

中国古代铜冶金探索成果的科学性

中国古代的铜器时代极为繁荣，铜冶金技术领先世界[17]。在西方工业革命之前，中国很早就知道，制作青铜器时调整铜与锡含量的比值会改变青铜器内部的“结构”，且经铸造和锻打“加工”后可导致不同的“性能”，并适合在不同的场合下“服役”。根据公元前战国后期的《考工记》记载[25]：“金有六齐。六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削、杀矢之齐；金、锡半，谓之鉴燧之齐”。“金”在这里指的主要是铜，文中表达的大致意思为：当所制作青铜器中“金”与锡的含量比值分别保持在6∶1、5∶1、4∶1、3∶1、5∶2、1∶1 时，则分别适合于制作礼器、工具、各种兵器、炊具等，涉及了不同的应用和“服役”范围（参见图1）。显然，铜与锡的构成比值、即“结构”的变化会造成铜器“性能”和“服役”范围的变化。《吕氏春秋·别类篇》（约公元前240 年）记载：“金柔锡柔，合两柔则刚”，这是世界上较早的有关铜、锡溶合后可改变青铜器强韧“性能”的叙述。《荀子》（公元前313 年至公元前238 年）中指出，铸造青铜时“形范正，金锡美，工冶巧，火齐得”，即要求铸范精确、原料纯洁、工艺细致、温度与成分适当，也是较早的有关铸造时涉及对铜器“结构”和“加工”要求的记载[25]。

图1 中国战国时期的青铜器（内蒙古鄂尔多斯博物馆）

中国古代对铜冶金所做的探索以及对相关规律的整理、归纳，属于材料科学与工程学科的范畴。其中的科学涉及如何认识并发现各种与物质或材料相关的客观规律，而工程技术则涉及如何发明一些制作和改变材料形态的方法以实现人类的特定需求[26]。当今材料科学与工程学科的覆盖范围涉及：材料的“结构”、“加工”、“性能”、“服役”等4 大主要内容，其学科内容即是：分析和研究这4 个方面内在的理论和规律、4 个方面之间以及4 方面整体内在联系的原理；由此，材料学科的专业特色使得从业者，尤其在新材料发展上，必须在材料科学方面和材料工程技术方面同时做出努力[23]。对比可见，中国古代在铜冶金探索方面取得的认知和成果与现代材料科学与工程的学科范围和所关注的“结构”、“加工”、“性能”、“服役”等要点完全一致，因此中国古代已经出现了早期的材料科学与工程；且相关的规律和认知已具有一定的科学性。实际上不仅是铜冶金，工业革命前中国在铁冶金方面也出现过一些西方在工业革命后才出现的先进材料科学与技术[27]。

如上所述，人类对科学的认知永无止境，任何时候掌握的科学认知都有其相对性、有限性，因此现代科学具备永久不可终极完善的特性；中国早期的科学更是如此。如今人们已经知道哥白尼的“日心说”是错误的，因为太阳根本不是宇宙的中心。当时牛顿还未出生，哥白尼不可能以万有引力定律解释为什么行星需围绕太阳旋转；哥白尼的时代也没有先进的望远观察设备，无法获知“日心说”的谬误所在。但相对于基督教所推崇的“地心说”来说，哥白尼仍然推动了科学的进步。中国先秦时期没有现代的显微镜、射线分析设备，无法进一步探索材料内部的细致结构及产生特定性能的原因。但《考工记》、《吕氏春秋》、《荀子》等早期著作中较粗糙的文字阐述至今也是正确的，无疑推动了当时材料科学的进步，具备了科学的特性。西方文明的科学精神虽然在中世纪遭到基督教长期、严厉、甚至血腥的压制，但仍表现出比中华文明强盛得多的科学精神。作为科学精神，不论强弱，都是人类社会内在理性的具体体现，否则一个社会就无法生存和发展；因此虽然遭受儒学思想的长期压制，中国在社会的历史进程中仍不断地显示过一定的科学精神。

结束语

包括古猿在内的许多动物都会使用工具，例如使用天然石块。当古猿观察到使用某些石块的方便程度优于其它石块、甚至开始寻找更好用的石块时就具备了某种思考和分析的能力。如果某个古猿族群已经熟悉所需石块理想的形状、并开始借助摔打而改变天然石块以实现所需形状的时候，古猿就开始萌发了摆脱动物、向人类转变的历程。出现这个转变的关键起点在于，人类已有了极为初步的理性知识并开始思考用知识改变现状，随后在实践上又把知识转变成制造工具的劳动；前者虽然不能算是科学或知识体系，但其思考和改变现状的设想和欲望就是一种初级的科学精神，而制造工具的劳动就是把知识转变为技术的过程。思想指导下的劳动创造了人，因此科学精神是人类与生俱来的本性，无关于这个精神萌发于在艰难自然环境中向现代人转变的重压下、或是完善于春秋时期稷下先生们激辩的进程里、还是发扬于古希腊奴隶主们衣食无忧的闲暇中，也无关于是受到了西方探索精神的促进、还是遭遇到中国传统儒学的压抑。

中国古代社会长期受到儒学文化影响和制约，重视传统而排斥创新[17]；往往只有仕途不畅的社会精英才会从事科学技术工作，因而自然科学领域的科学精神低迷[1]，由此确实导致了中国内生性科学的贫乏、乃至晚清时期国家的积贫积弱。另一方面，改革开放以来随着经济的迅速发展，有时也难免会把非科学性的功利因素带入科学领域；由此造成了某些急功近利的、虚夸的科学研究现象。针对这种不健康的现象，需要进一步作理性的多方面分析探讨、提高认识水平，也有待于各地科学研究管理部门在梳理科学思想、改进科研管理的基础上加强正确引导。但不应为克服某些对科学不健康的认知而导致对科学观念非客观、非理性的阐述，更不应偏离科学精神、妄自菲薄。

当前，仍宜采用国内外词典对科学给出的定义，对科学的理解还应该保持其求真、理性、客观、不断进取的面貌。科学精神是主观性的，而科学本身则涉及人类掌握的理性知识及知识积累，是客观的；二者不能混为一谈。如果把科学简单地表述为人类不断完善的知识体系，则科学精神就是自古猿开始向人类转变以来，人类与生俱来的探索、积累和完善知识体系的精神。之所以说与生俱来，是因为在任何健康的婴、幼儿身上都可以观察到这一精神，不论他们所生存社会的意识形态是鼓励、还是压制该科学精神。