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      科學的兩次大飛躍

科學發展到今天，可以說已經經歷了兩個大的歷史階段或飛躍。

首先是古希臘文明，在古埃及、古巴比倫等文明的基礎上建立了系統的數學（主要是歐幾里得幾何學）和邏輯，由此完成了第一次科學革命。這次革命是非常偉大的，因為從原始的經驗性科學知識中產生出如此超脫和完美的科學知識，并且它成為直到今天的整個科學大樹的根基和普遍的工具，這是非常了不起的。古希臘的哲學和辯論傳統逐漸式微，但其創立的邏輯和數學作為一切科學基石的作用則是越來越牢固。

然后是在英國發生的第二次科學革命。其實這場革命從意大利文藝復興時就開始醞釀了，并且被公認的“近代科學之父”就是意大利人伽利略，是他把實驗方法系統地引入物理學研究。經過哥白尼、第谷、開普勒、伽利略、胡克、牛頓、培根等人不斷努力啟動了這次科學革命。隨后拉瓦錫、孟德爾等人將實驗的科學方法引入化學、遺傳學等領域。馮特建立心理學實驗室，被認為是心理學成為科學的標志……到今天，第二次科學革命成果已經需要用“知識爆炸”來形容。“任何一門學科是否具備實驗基礎，是她能否有資格被稱為是科學的基本標準”，這個觀念已經成為今天整個科學界（包括社會科學界）一致的看法。

伽利略斜面小球實驗

現代科學的根本問題所在

但事實上，以上整個科學界公認一致的看法卻是有嚴重偏差的。實驗方法并不能有效應用于一切研究領域，尤其是社會科學領域。“社會科學”（與自然科學相對應）這一名稱本身就表明研究社會的這一大塊領域都難以完善地采用科學實驗的方法。甚至是在很多自然科學領域，采用實驗方法同樣是有困難的，如天文學、地質學、氣象學等等。并不是一切科學的測量都可被稱為是“實驗”，但一切科學實驗的目的卻都是為了測量。甚至于最初推動建立牛頓力學的開普勒三定律都不是實驗的結果，而是第谷天文測量的結果。但因為伽利略開創的實驗方法高度成功和過程的精致，并且與古希臘文明的思想沖突最小，使人們普遍認為只有建立在實驗基礎上才是判斷科學與否的標準。

為了能夠使自己的學科顯得更為科學，經濟學領域也建起了“實驗經濟學”的學科，科學哲學領域也建立了“實驗哲學”。但是，這些努力并沒有使這些學科領域變得更為科學。由于實驗基礎的難以建立，很多學科就努力采用數學化的工具來體現自己的科學性。經濟學是數學化比較充分的一個領域，形成了“數理經濟學”研究傳統。在戰爭領域數學化的工作有“數理戰術學”，建立這門學科的中國學者，長沙國防科技大學的沙基昌教授參照了數理經濟學的方法和模式。但是，缺乏實驗基礎讓這些學科的科學化努力非常艱難。

量子力學的海森堡測不準原理出現以后，至今人們難以理解因此而帶來的大量直覺難以理解的物理現象。事實上，一切測量都是“測不準”的，牛頓曾以測量誤差可以無限減少，從而可忽略不計的看法，今天需要重新加以認識，它深刻影響了對科學如何理解的問題。 

沃納·卡爾·海森堡（德文原名：Werner Karl Heisenberg，1901年12月5日—1976年2月1日），德國著名物理學家，量子力學的主要創始人

純科學

一、科學樹及主干

 以今天和未來科學發展來說，純科學涉及到的有三大學科專業：數學（含邏輯學）、測量、信息技術，和一個理論：牛頓力學。 

科學的樹狀模型示意圖（只是示意），從主干不斷生出越來越多的分支，主干為3大專業和1個理論

二、牛頓力學

它是一切科學認識世界和人類自身學科的起點，在今天已經屬于中學課程，幾乎所有上完高中的人都學過，另外具備了微積分的數學知識后，對牛頓力學基本上就可以完善地理解了，只是理解的深度不同而已。對于這一點有可能人們會感到奇怪，尤其相對論、量子力學，甚至發展出超弦理論、M理論的今天，對物質世界的認識已經遠遠超越了牛頓力學的認識范圍，有些人甚至認為牛頓力學早已經被相對論、量子力學證偽或推翻了，這種看法其實是大錯特錯的。人們總是關注在最新的、最尖端的科學成就上，但一切最絢爛的科學之光只是它最具活力的樹葉和枝葉上開出的鮮花，純科學要關注的問題是支撐這些最耀眼的東西基礎是什么。無論理論物理學未來如何發展，新出現的任何理論都必須能夠還原為牛頓力學。牛頓力學不僅沒有被推翻，反而是支撐一切科學的基礎主干，一切科學都必須有最終還原為牛頓力學的邏輯路徑。牛頓力學是永恒的、判斷一切科學真理的標準之一。《實驗、測量與科學》一書中把這稱為“以牛頓力學為核心的還原標準”。 

三、數學與邏輯

數學與邏輯在古希臘文明時代是兩個學問，但在數理邏輯發展起來之后，邏輯與數學被統一在一起了。相對來說，數學專業和它對科學的價值與意義普遍為人們所認同和接受。不僅對所有理工科專業來說數學是最基礎的學科，而且大量社會科學的專業也都已經把數學作為基礎學科。 

四、信息技術 

信息技術是一切研究和學問的共同技術基礎，更是科學發展的技術基礎。可以說，人類文明的進化就是伴隨一次又一次信息技術的飛躍而獲得的。

1.第一代信息革命——語言

這個發生在7萬年前，現代人類最早的智力突破是進化出了語言能力。在考古發掘出的這個時期人類大腦皮層中，負責語言的部分發育成型。這導致現代人類最后一次走出非洲，并滅絕了之前走出非洲的所有同類。

2.第二代信息革命——文字

在發明文字之前，人類的文化或文明只能通過世代口口相傳來繼承。有了文字，就可以把人類的文化和創造記錄下來。文字對應了全球各個農業文明的起源。最早記錄的方式是刻錄文字，把文字刻在石頭、甲骨、竹簡等上面。

3.第三代信息革命——書寫

文字刻錄方式速度非常慢，而書寫方式使文字記錄的速度獲得極大提升，成本也極大下降。最早的書寫工具是古埃及和希臘的羊皮紙、紙草等。在石頭、甲骨、竹簡等上面刻畫一個文字的時間要以小時計算，而采用書寫方式后，記錄一個字的時間就縮短到以秒計算。古埃及尤其古希臘文明就是在書寫技術支持下誕生的。

4.第四代信息革命——中國造紙術和印刷術

這個技術極大降低了書寫技術的成本和可獲得性，極大加快了信息傳播速度，并且在更好的書寫技術基礎上，增加了印刷技術。印刷技術極大增加了信息復制傳播的效率并極大降低其成本，從而引導了科學和社會發展的巨大飛躍。它對應了文藝復興、英國的工業革命和科學革命。

5.第五代信息革命——模擬電子信息技術

電報、電話、電視、電影、磁帶等最早的電子信息技術是與電氣化革命同時代的產物。但這次信息革命并沒有帶來科學跨代的進步。

6.第六代信息革命——數字化信息技術

計算機與窄帶或早期寬帶互聯網，包括計算機、存儲和通信三大部分。第五代信息革命是第六代信息革命的前導。第六代信息革命，除了信息輸入這一項改進相對較小外，在信息處理成本、信息傳遞速度、信息處理能力、信息存儲能力等其他方面，相比于第五代尤其第四代信息技術有很多個數量級的改進，并且還在持續地加大改進的數量級。計算機幾乎已經是所有學科專業領域的人員都要學習的知識和技能。“通訊專業、尤其互聯網是整個科學的基礎”這種觀點現在有大量的人已經認同，但還不是普遍地為人們所接受。更重要的是，即使認同這一點的人，也未必會系統學習和掌握通訊專業知識。信息技術主要影響的是科學認識的技術成本和效率，它是通過量變引起質的變化。例如在過去沒有計算機的時代，很多算法理論上有解，事實上卻是無法解決的，因為計算量太大了。但在采用了計算機之后，因計算量太大而無法解決的大量科學問題就迎刃而解了。

7.第七代信息革命——理想化信息技術

進入21世紀，早期互聯網逐漸成熟，隨著第六代信息技術內部若干深刻的技術瓶頸被徹底打破，信息技術進入理想化階段。測量網大規模普及。這必然要對應一次全新的、可以與前兩次科學革命相比擬的全新科學革命，這就是純科學革命，或第三次科學革命。因此，今天之所以會發生“純科學革命”，不僅是因為科學“應當”純粹，更重要的是因為今天有條件發展純科學。  

五、測量 

在純科學三大專業知識中，數學、信息技術對科學的意義和價值，爭議不大，尤其數學更是無任何異議，對信息技術的價值和地位認識清晰度稍弱，但對測量的認識卻存在很大的問題和偏差。測量是如此地重要和歷史悠久，但極為奇怪的是，系統學習過測量知識和技能的人，即使是在理工科專業人員中也是極少數，真正理解測量對整個科學價值和意義的人更是罕見。這種情況不僅在整個科學界（包括頂尖物理學家）中是如此，就是在測量專業的人員中間同樣如此，后者往往只是把測量當作一個與其他職業并無區別的狹窄謀生行當。當我將測量對整個科學的意義和價值在微信群里告知我在南郵測量專業的同班同學們時，他們也感到驚訝不已——“沒想到我們自己的專業竟然是如此高大上”。這就是整個科學大樹主干中問題最大的地方所在，也是科學的“實驗標準”認識偏差長期難以得到糾正的原因所在。因此，盡管純科學所要研究和討論的問題涉及到前面所說的三個專業和一個理論，但《實驗、測量與科學》一書重點展開的是測量對整個科學的價值和意義，以及建立在測量基礎上的純科學觀念是什么，它將有效解決未來科學發展的潛力如何等問題。任何一個學科領域的專業人員，如果不能深入理解自己專業的整個測量基礎是什么，都不能算是真正理解了自己的專業。

作者簡介

汪濤

獨立學者

人類第三次科學革命倡導者

純科學理論體系創始人

云鋁股份（000807）獨立董事

浙江宇視科技 顧問

上海析易船舶 聯合創始人

中關村長風聯盟 國際化導師

中國農投會、中關村京港澳青年創新中心等創業導師

曾為中興通訊（000063）國際市場管理體系的奠基人

數碼科技（300079）  國際投資總裁