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吳國盛：百年科技的歷史回顧與哲學反思

點擊：3235 作者：吳國盛來源：科學的歷程發布時間:2019-03-25 14:22:38

“科學的社會化和社會的科學化是科學的世紀里兩個基本的標志?；仡櫚倌昕萍細v程，不只是講述一個歷史故事，更是反省我們當下的處境。”

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19世紀是第一個科學的世紀，二十世紀是第二個，當然也是離我們最近的一個。科學的社會化和社會的科學化是科學的世紀里兩個基本的標志。科學的社會化是指科學家不再是個人關在屋子里頭自己拍腦袋想，相反，科學研究成為大規模的集體協作的行為，即所謂的大科學，這里面包含著全社會的支持以及科學共同體大規模的系統運作。社會的科學化則是說社會的運作按照科學的模式進行，例如流水線生產、工廠和學校里嚴格的作息制度、交通秩序等等，都按照科學在實驗室里所規定了的秩序來進行。

本講的主要內容就是二十世紀是如何完成科學的社會化和社會的科學化的。二十世紀整個的一百年里，理論科學的發展基本上可以概括為兩次科技革命和四大理論模型；應用科學也可以概括為兩大超級能量和兩大生活技術。

兩次科技革命的第一次指的是在十九世紀二十世紀之交物理學領域發生的科技革命，包括相對論和量子力學的出現。第二次科技革命，在我看來還是一個正在進行中的、尚未完成的革命。這場革命發生在二十世紀后半期，就是非線性科學的革命。

四大理論模型是在二十世紀快結束的時候基本形成的。這個四個模型包括宇宙學中的大爆炸模型、粒子物理學中的夸克模型、分子生物學當中的DNA雙螺旋模型、地學中的大地板塊模型。也有人說還可以再加一個計算機領域的馮.諾伊曼模型。這四個模型或者五個模型大體可以表達二十世紀最重要的一些理論成就。當然不是說其他的成就就不重要，而是說這幾個成就格外的重要，因為它們構成了二十世紀理論科學發展的一個平臺。

應用科學的兩大超級能量，第一個能量就是核能量的釋放，包括核武器的研制、核能量的釋放和利用等。這個可以稱之為超級能量的釋放。第二個是登月工程。登月工程之所以能夠稱為一種超級能量，是因為它代表了人類對地球引力的征服，代表了人類走向太空。這是一個人類自古以來從未想象過的一種現實，可以稱它為一種超級能量的開發。

那么什么是兩大生活技術呢？這指的是二十世紀后期發生在我們眼前的兩種技術。第一個就是生物技術，第二個是信息技術。人有兩方面的存在，一個是社會學存在，一個是生物學存在。人類的生物學存在正在遭受生物技術的改造和改變，這是一種生活技術。人作為社會學意義上的存在，是一種交往性的存在。人是通過交往來認同自己的，每個人都要跟人家交往，把一個人關在一個屋子里老不讓他交往，他最后不是發瘋就是變成非人。但是交往是要依靠技術的，基本的交往技術就是信息技術。所以今天的信息技術就是我們第二大生活技術。

世界圖景的重建

我們先來看物理學革命?？茖W史越講到后面越難講，原因就在于它的科學內容越艱深，越來越不好講?？茖W史寫到二十世紀就只能寫一寫外部的歷史、一些社會的歷史，講一些內部的歷史就不大好講了。但今天我們還是準備簡略地把一些推論、有意思的結論給大家講一講，算是科普吧。物理學革命分為相對論革命和量子力學革命。相對論基本上是家喻戶曉的了，因為愛因斯坦是二十世紀最大的科學明星。

愛因斯坦曾經跟卓別林說，為什么所有人都喜歡你，是因為他們都理解你；為什么所有人都喜歡我，是因為他們都不理解我。這就反映了愛因斯坦的相對論非常難理解，不要說一般大眾，就是學物理的要真正地理解相對論也是很不容易的，所以愛因斯坦就開了這么一個玩笑。

大家知道相對論分為狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論主要是在時間空間問題上的一場革命。關鍵是引出了同時性的相對性。比如說現在我們正在王府井搞講座，此刻天安門那兒有一場隆重的儀式，那么在什么意義上說，此刻天安門和王府井的兩個事件是同時的呢？你可以說我們看表看到是同時的，都是十點鐘開始，那邊也十點，我們這兒也十點?？墒沁@畢竟是兩塊表，如何才能知道它們是一致的呢？的確，我們不能肯定現在這塊表定的時間和天安門廣場那塊表的時間完全一樣，因此講同時性就需要對鐘。愛因斯坦說，你必須告訴我你是怎么對鐘的，他要求同時性要有一個操作的定義。由于要對鐘，所以需要信號。最快的信號是光，可以用光來對鐘。但是光的速度仍然是有限的，這就意味著在對鐘的過程中光信號從天安門傳到王府井是需要時間的，這就會遭遇一種相對性效應。在一個靜止的人看你對鐘和一個運動的人看你對鐘，對出來的是不一樣的。愛因斯坦借此提出同時性的相對性，也就是說，對于一個參照系中的觀察者來說是同時的，對另一個參照系的觀察者就不是同時的。根據這個同時性的相對性，愛因斯坦就推出了他所謂的狹義相對論。同時性的相對性還比較好理解，但由此出發得出了很多很古怪的結果。

第一個古怪的效果叫尺縮鐘慢。在不同的參照系里的人看來，尺子的長度是不一樣的。一個運動的尺子會比在靜止時短，這個叫尺縮；運動的鐘要慢一點，這是鐘慢。這個尺縮鐘慢效應不是任何外力作用造成的，就是參照系本身造成的，是運動學效應不是動力學效應。由于運動是相對的，你看見我的鐘慢了，我看見你的鐘也慢了，那么到底是誰慢了呢？由于處在不同的參照系，這個問題是沒有意義的。但是，要是讓一對雙生子派一個人先出去跑一圈再回來，由于他們都會發現對方時鐘慢了，生命的生長也慢了，于是對方都比自己年輕了，這樣再次碰面就會出現悖論：到底是哪一個更年輕？這就是著名的雙生子悖論。這個悖論在狹義相對論里解決不了，只有在廣義相對論才能解決。大家知道，一個宇宙飛船飛出去又飛回來，它必然要經歷一個加速運動才能飛出去，飛出去之后要想再回來，它又要經歷一個減速運動。一加速一減速就不符合狹義相對論的條件，就是廣義相對論處理的問題了。經歷了加速場的人，按照廣義相對論來說，他應該是絕對地變年輕了。因此按照廣義相對論，這個雙生子悖論是可以解決的，答案是坐宇宙飛船出去轉一圈的那個人變年輕了。這是我們要說的尺縮鐘慢效應。

還有一個很重要的推論，就是很多人都知道的質能轉化公式，E等于MC2，E是能量， M是質量，C是光速。根據這個公式，稍微有一點點質量的損失，可以變成巨大的能量。過去分別有質量守恒和能量守恒，現在兩者是一回事，合起來叫質能守恒，這個也是狹義相對論所得出的結論。

接著我們說一說廣義相對論。廣義相對論處理的是加速問題。牛頓力學里面有兩個質量，一個是牛頓第二定律規定的那個質量，我們稱為慣性質量；另外一個是萬有引力定律里面的，叫引力質量。在牛頓時代，引力質量和慣性質量被認為當然是同樣一個質量，但是這個并沒有予以說明。愛因斯坦認為，這兩個質量的同一性實際上表明了引力場和加速場的等效性。說白了就是，引力場和加速場本質上是一回事。愛因斯坦最喜歡用電梯做思想實驗，歷史上稱為愛因斯坦電梯。比如說你坐在封閉的電梯里，并且用臺秤秤自己的重量，現在你發現臺秤上顯示你的重量大于你的體重，那么愛因斯坦說，你不能肯定究竟是你所在的電梯正在向上加速運動，還是地球的引力突然增大了。這就是加速場和引力場兩者不可分的意思。根據這個等效原理，他推出了廣義相對論。

廣義相對論也有很多重要的預言。其中最有意思的一個推論就是，他認為物質和空間之間不能夠像過去那樣看成相互外在的兩個東西，比如說空間是一個籃子，物質就像籃子里的菜；空間是那個書架子，物質就是書架上的書。愛因斯坦說這不對的，實際情況是，空間變成了物質的某種幾何性質。廣義相對論主張，有什么樣的物質，就會有什么樣的空間。就好比籃子裝了菜，籃子就發生變化；書架裝了書，書架會發生變化。任何有質量的物質都會引起周圍空間的彎曲，質量越大、引力場越大，空間彎曲得越厲害。過去我們認為月亮繞地球轉，是因為有地球的引力在拉著它，現在，按照廣義相對論的說法，好是因為地球的引力場讓地球周邊的空間變彎了。月亮某種意義上是在走一個直路，只不過空間彎了，它走的直路在我們看來也是一個彎路。

空間彎了，一向走直路的光線當然也會彎曲。這個說法當然是非常奇特的，一般人覺得不可思議。愛因斯坦說只有在特別強大的引力場之中，光才能發生彎曲。我們地球周圍最大的引力場就是太陽，太陽質量最大，可是白天太陽很亮，沒有辦法用它來判定光線是否在經過它是否發生了彎曲。但也有辦法，就是等日全食的時候，月亮正好把太陽全部遮住的時候，我們再來看一看處在太陽背后的那個恒星的光，能不能繞過太陽被我們看見，如果能的話就證明愛因斯坦說得是對的。這件事情正好發生在第一次世界大戰之后，英國的愛丁頓率領一個考察隊專門去考察日全食的時候光線是不是發生彎曲，考察的結果居然是真的發生了彎曲。當時就一下子轟動了，愛因斯坦從此成為家喻戶曉的科學家。

我們講這些基本的東西，是要想說明愛因斯坦的相對論，對人類關于時間、空間、宇宙的基本觀念產生了一場革命性的轉變，因此我們說愛因斯坦是二十世紀的一個科學革命家。

下面我們再來講講量子力學。量子力學從某種意義上說，比愛因斯坦的相對論還要深刻，它里面所包含著的革命性因素還要多，主要表現在幾個方面。

第一個是微觀領域里物質的波粒二象性。微觀粒子既表現出波的特性，又表現出粒子的特性。粒子的一個特點是它有個定義明確的界限，有自己獨一無二的位置。波則是一個彌散的東西，不能說波在什么位置，波是處在整個空間之中。這本來是兩種完全不一樣的物質形態，但量子力學發現，微觀粒子既像是粒子也像波。比如說這個屋子有兩個門，我們每個人進來的時候總只能從一個門進來，你不能說我同時從兩個門進來的?？墒橇孔恿W發現，微觀領域的粒子就是從兩個門進來的。同樣，它也是從兩個門出去的，因此，你就不好說它出去之后究竟在什么地方。

第二個叫做測不準原理。一個粒子的能量和時間、質量和動量不能夠同時精確測定，也稱為不確定性原理。為什么量子領域會發生這個事情呢？主要的一個原因是我們對量子領域的現象必須通過實驗才能了解，可是實驗總是會對對象有干預。比如說我們這個黑屋子里面有一個球，現在我們來問這個球在什么位置，當然我們不知道在什么位置，因為屋子太黑了我們看不見。為了知道它在什么位置我必須把燈打開?？墒前褵粢淮蜷_之后，那個燈的光線就對那個球產生作用。對一個宏觀的球來說，光線不大可能對它產生什么明顯的影響，可是在量子微觀領域，這個光子跟這個球差不多，它就完全有可能把球打到不知道什么地方去了。即使你打開燈之后看見那個球在某個位置，你也不能說沒打開燈之前那個球在什么位置。如果你不開燈你看不見，一開燈球又變了位置了，所以這就是為什么量子力學說搞不清楚它在什么位置的一個根本原因。

量子力學還有很多這類稀奇古怪的現象。經常有物理學家自嘲說，如果你在學過了量子力學之后沒有意識到自己根本不懂量子力學，那么你就真是不懂量子力學。只有當你知道自己不懂量子力學之后，你才能說自己稍微懂得一點量子力學。量子力學在二十世紀初產生后，與實驗符合得非常好，成了整個二十世紀科學的一個基本的平臺。今天諸位都用了手機，用了電子設備，其實里面都包含著量子力學的理論成就。量子力學我們就講到這里。

下面我們講講四大理論模型。

四個理論模型里面宇宙學和相對論聯系最深。牛頓以來的宇宙學基本上就沒了，因為宇宙被認為是無限的，無限的宇宙沒法研究。愛因斯坦相對論提出來之后，他發現可以把宇宙整體作為一個研究對象，建立方程。這個宇宙方程導出的解都表明宇宙不是穩定的，但他當時覺得宇宙總體上應該是一個穩定的東西，所以他加了一個宇宙學項，強行把從相對論宇宙學中導出了一個靜止的宇宙模型。也有一些數學家試解愛因斯坦的宇宙方程，提出了好多次數學方案，這些方案都表明宇宙是不穩定的。由于沒有觀測證據，數學家自己算著玩，也沒有人當真。

有意思的是，大概在二十年代末，美國的一位天文學家叫哈勃——哈勃望遠鏡就是以他的名字命名的——發現銀河系外面的星系都有紅移現象。紅移就是光譜向紅端移動，向低頻段移動，人們馬上聯想到多普勒效應。多普勒效應很簡單，說的是一個運動的振動源在觀察者看來，振動的波長和頻率都是要發生改變的。我們都有這個經驗，一個火車鳴著汽笛向我們開來的時候聲音越來越尖銳，離我們而去的時候聲音越來越低沉。這不是因為它這個汽笛聲調發生了變化，而是因為我們和火車之間的運動關系發生了變化。它向著我們來的時候是越來越尖銳，聲音的頻率發生了藍移；離我們而去的時候聲音越來越低沉，發生了紅移。河外星系都有這樣的紅移現象，這就意味著所有的星系實際上都在離我們遠去。如果所有的星系都離我們遠去，這就意味著整個宇宙都在膨脹。

這個觀察證據發現之后，立即就被人聯想到那些數學家所給出的宇宙膨脹模型。理論與觀測相遇了，現代宇宙學就這樣成長起來了。如果說宇宙是膨脹的話，那么往回追溯它應該越來越小，小到一定地步應該就變成一個點。從點狀如何膨脹出一個宇宙？點之前又是什么東西？這就是一個大問題。

宇宙學家提出一個理論說，宇宙是從起點處高溫、高壓、高密度的奇點狀態爆炸過來的，爆炸瞬間之后，是一團宇宙霧，或者說一鍋宇宙湯，隨著溫度慢慢變低，依次產生現在我們看到的這些物質，核子啊、電子啊這些東西，后來慢慢再出現星系、星云，出現行星，整個宇宙就出來了。在冷卻的過程中實際上還有點霧沒有徹底冷卻，這個很稀薄的一層霧始終還在，大概相當于絕對溫度三度這樣子的輻射，是早期宇宙湯的一個遺跡。這個遺跡后來居然也被發現了，這個發現也是非常巧的。幾個搞射電天文的人做了一個射電望遠鏡調試，怎么調試也不能復零，老有一點本底噪音。這個本底噪音當時被認為是望遠鏡沒做好的一種表現，他們很苦惱。

但是他們在普林斯頓大學吃飯的時候跟同事們談起來，說我們造了一個望遠鏡，怎么調也調不到零，本底噪音不知道怎么來的。說者無心聽者有意，旁邊的理論宇宙學家一聽，這個本底噪音不就是宇宙背景輻射嗎？他們于是結合起來研究，證明那個本底噪音就是宇宙湯在冷卻過程中留下的那一點點霧，稱為微波背景輻射。

這個輻射的發現就成了對熱大爆炸宇宙模型的一個有力的支持，這個模型從此就有力地確立下來了。這個模型也很受理論物理學家喜愛，因為很多高能物理實驗在地面上不好做，做不出來，但有了這個模型，我們就可以虛擬地在宇宙早期去做。因為宇宙早期溫度又高，密度又大，成了理論物理學家很鐘愛的一個模型，他們可以在這個模型的基礎上做思想試驗。

第二個模型就是所謂的夸克模型。大家知道一分為二的思想。所有的物質都是由分子構成，所有的分子都是由原子構成，所有的原子都是原子核和電子構成，原子核由質子和中子構成，質子和中子由基本粒子構成，還能不能接著分下去呢？過去我們說一尺之捶，日取其半，萬世不竭。可是問題是，你想是可以這么想，但能不能真的分得下去得靠科學來說話，得做實驗。實驗結果卻表明，這個夸克模型分不下去了。因為到了量子領域之后，質能轉換關系開始起作用了。

打個比方說，你用刀去切蘋果，在宏觀領域里，蘋果是蘋果刀是刀，是兩個不同的東西?？墒堑搅宋⒂^領域，代表著分解方的刀和代表著被分解方的蘋果是可以互相轉換的，相當于說，你切著切著，刀切沒了，變成蘋果了。本來應該是蘋果越切越小，由于刀切沒了，轉化成了蘋果，因此蘋果被切之后有可能變成兩個更大的蘋果。

由于質量和能量可以相互轉化，高能粒子在切割的過程中并不是越變越小，這樣一來，所謂的無限可分就變得沒有意義了。夸克模型認為夸克實際上根本打不開，一個很重要的原因是道高一尺魔高一丈，你敲擊的能量越大，它禁閉的能量也越大，所以根本就打不開。這是夸克模型。

DNA雙螺旋模型大家都很熟悉了。今天我們處在一個生物技術的時代，基因的時代?；驎r代之所以能夠到來，與DNA雙螺旋模型的發現是有關系的。過去我們只知道有基因，基因在染色體上，那么具體來說基因是什么樣，有什么樣的內在結構，過去都不知道，現在都搞清楚了。

五十年代有兩位英國的年輕人，在前人的工作的基礎上最終發現了DNA實際上是兩個鏈纏在一起，纏成一個雙螺旋，有了這個雙鏈條模型后人們才能精細地對基因進行研究和加工。今天我們知道的基因復制、基因修補、基因重組，都是建立在這個DNA雙螺旋模型的基礎之上。所以這個模型對于今天生物科學的發展，對于我們生物技術的發展都是功莫大焉。

但是大家也要注意到，DNA雙螺旋模型的發現是與微觀物理學的發現有直接關系的，剛才我們講的量子論和相對論都是有貢獻的。因為DNA這個東西很小，必須用電子顯微鏡來看。電子顯微技術實際上是建立在當時量子力學這樣一些物理學基礎之上的。所以某種意義上說，這個DNA雙螺旋模型的發現，理論物理學也是有很大功勞的。

大地我們過去只知道有縱向的運動，地震就是典型的縱向運動，上下動。人們從來沒想到大地還有水平的運動，地那么大的東西怎么會水平運動呢。但是有些人就注意到了，我們的世界地圖幾大塊之間的關系，實際上暗示了它過去可能是一個整體。

有一位地質學家叫魏格納，有一天他躺在床上看世界地圖就發現，非洲大陸跟美洲大陸邊界好像能接上，他就想是不是早期它們是一整塊的，后來才分開的。這個思想當然過于大膽了，人們很難設想地球那么大的玩意兒還能夠水平運動。他有了這個設想之后，就想去驗證它，而且寫了書，但是得不到大多數人的認同。所以這個大地水平運動理論，一直經歷了大概半個世紀的爭論，反復地研討，最終在六十年代終于得到了地質學界的認同，被認為是地質學中的一場革命。這場革命確立了大地的板塊模型，以及這個板塊的漂移運動。有了這個板塊模型，所有的關于地質、地球物理的研究就有了一個嶄新的面貌。所以板塊模型也被認為是二十世紀最重要的一個模型。

第五個模型我們講的是馮·諾伊曼模型。馮·諾伊曼模型是計算機領域的一個模型，今天我們用的電腦基本上都屬于馮.諾伊曼機。馮.諾伊曼機的一個基本原理就是把操作程序代碼化，把數據和程序儲存在一起。大家知道我們今天的硬盤里既存數據，也存軟件。軟件就是操作程序，數據是我們用的，比如說文字、圖象等。馮.諾伊曼機發現把它混在一起可以提高效率，過去這兩個部分是分開的，操作是操作、數據是數據，但是運算速度很慢。馮.諾伊曼提出來把兩者混在一起，統一編碼，這樣就大大地提高計算機的運算的速度。今天我們用的電腦依然屬于這個范疇。因此有人認為馮.諾伊曼模型也是二十世紀最重要的理論模型之一。

20世紀60年代以來，不斷出現了一批橫斷學科、新興學科，被有人稱為第二次科學革命。我同意這種說法，而且，這場科學革命在我看來是比相對論、量子力學更加深遠的一場思想變革，它要打破近代自牛頓以來的一些對世界的看法，參與這場科學革命的學科很多，非線性科學、復雜性科學、系統科學、生態科學都卷入其中。

這些新的科學都想破除傳統科學里面的機械決定論思想。牛頓力學世界觀的一個理想是，給定全部的初始條件我就能告訴你世界的過去、現在和未來。法國科學家拉普拉斯對此有一個形象的表述。他說只要有一個萬能的計算者，你告訴他這個宇宙的初始條件，他就能算出宇宙的過去、現在、未來。在他看來，難題只在于有沒有這樣一個萬能的計算者，世界的決定論特征是沒有問題的。拉普拉斯的這個形象的說法，現在看來是有問題的。決定論的信奉者也是征服自然、改造自然的信奉者。我們因為能掐會算，能夠精確地預言、預測，因此我們什么都不怕，我們可以無所顧忌地改天換地。因為我能夠精確地知道，我對自然界的改造會造成什么樣的后果。如果你不能夠知道后果，那么人類對自然會有所敬畏。

新的科學認為人類對自然的研究，并不能夠獲取完全的確定性。我們只能或然地了解世界，我們對于世界長遠的后果是沒法了解。這就是所謂的非線性效應、復雜性效應、生態效應。過去有一個箴言說人算不如天算，包括這個意思。歷史上的許多原始文化、傳統文化都強調要敬畏自然，主張自然的很多后果我們是難以預料的。但是，這個論調是近代科學所不理會的，近代數理科學傳統認為自然界是一個確定的體系，現在看來這個信念過于理想。新的科學發現了路徑依賴和初始條件敏感，就是說初始條件微小的變化將會非線性放大，放大到不成樣子。通俗的講法就是所謂的蝴蝶效應，說的是北京的一個蝴蝶扇一下翅膀，結果在紐約造成一場風暴。一個玩笑說，壞了一只馬蹄鐵，損失一匹戰馬，損失一匹戰馬帶來一場小小戰役的失敗，小小戰役的失敗帶來一場大戰役的失敗，大戰役的失敗帶來戰略性的失敗，戰略性失敗帶來國家的滅亡。這每一步都是非線性放大，結果是一只馬蹄鐵壞了導致一個國家滅了。非線性效應在現在看來不是個別的、孤立的，而是普遍的，處處都存在。過去認為整個宇宙尺度上，還是牛頓力學說了算，現在看來牛頓力學只能是小范圍說了算，大范圍反而都是非線性系統。我想這是一個很重要的觀念革命。

第二個方面是整體論的出現。過去的科學都主張對世界進行分割、切割，把宏觀的東西還原為微觀的東西，把整塊的東西切割成小的東西。我們先對小的、簡單的東西進行研究，研究了小的東西，那么大的東西自然就可以拼出來了。方程都是微分方程，微分方程算出來之后進行積分。微積分的過程就是一個原子化的過程，積分的過程就是一個拼裝的過程。所以近代以牛頓力學為代表的世界觀，基本上是一個拼裝、拆拼的世界觀。我們做什么事、看什么問題，都先是把這個事情把它拆開了、分解了，模塊、板塊化。現在我們管理學里面經常搞模塊化、板塊化，其實就是來自經典科學里面的原子論思維。流水線生產也是，把汽車都拆散了。過去造東西是一個工匠從頭造到尾，現在是一個人造一點點，造完以后拼起來就行了，又快又好。這是現代性思維的一個很重要的部分，也是古典科學的拼裝世界觀的反映。

這種拆拼世界觀、原子論世界觀有個問題，就是忽視了世界、事物本身是個有機的整體，拆和拼的過程中肯定會損壞或者忽略掉有機的部分。我們都知道有許多東西是拆不出來也拼不出來的，這就是整體的東西。比如我們說一個和尚挑水吃，兩個和尚抬水吃，三個和尚沒水吃，這就是一個整體論效應。如果按照線性相加的原則，一個和尚挑水，兩個和尚就挑兩擔水，三個和尚挑三擔水。但這是原子論的思維，實際上并不是這么回事，和尚越多越沒有水吃。也有人說，一個中國人是一條龍，三個中國人成了一條蟲，這也是整體論效應，搞在一起反而內訌、相互拆臺。這個效應你通過拆分拆不出來，拆出來之后的東西就像我們剛才講的量子效應那樣，有可能越拆越大，越拼越小，這就不是線性效應。

還有一個方面是，新科學確認了世界的不可逆性。牛頓力學根本上認為，一個物理系統是可以反演的。時間變成負的無所謂，反正牛頓方程里面的時間都是以平方的方式出現的。不可逆性早在19世紀后期熱力學第二定律出現的時候就已經認識到了。人們發現一杯熱水放在空氣里面，它只會越來越涼，一直涼到和空氣溫度一樣為止。從來沒有一杯冷水放在桌上，能從空氣中吸熱把自個兒燒開了。從來只聽說過破鏡難圓，沒聽說過一個破碎的鏡子最后自己能重回圓滿，打碎的瓷器難復原、覆水難收都是這個意思?？墒前凑张ｎD力學，這種逆轉原則上是可以的。宏觀上看一個物理系統總是按照一個不可逆的方向發展，一杯水總是慢慢地變冷或者變熱和室溫保持平衡，從來沒有越來越偏離室溫的情況出現。

這種不可逆現象出來以后，很多科學家很苦惱。因為所謂的熱力學定律不過就是微觀定律的一個宏觀表現而已，微觀領域的粒子肯定都是符合牛頓定律的，因而是可逆的，可是為什么微觀里面是可逆的，宏觀就不可逆呢？當時有一位奧地利的物理學家叫玻耳茲曼，一直在試圖解決這個問題，結果到死也沒有解決問題。最后他是自殺的，沒解決這個問題很苦惱，自殺了。這個問題到現在也沒有完全解決，但是新科學，就是非線性科學、系統科學、復雜性科學、生態科學都試圖把這個不可逆性作為一個基本的現象來處理，而讓牛頓力學的東西作為一個次級的現象。這是新科學的一個嶄新的變化，這個變化將更加符合我們的日常生活經驗。

科學與人文在現代之所以分裂有一個重要的原因就是古典的物理學、古典科學不再關注價值問題，只關注事實，造成了事實和價值的二分。事實和價值之所以二分，是因為古典力學、古典物理學、古典科學所面對的對象是一個機械。機械本身是沒有目的的，沒有目的就沒有價值。有機體都是有目的的，機械沒有目的。如果你把世界本身看成個機械，那么這個世界本身就談不上什么價值，價值只屬于人。于是，人和自然、事實和價值、科學與人文之間就發生了分裂。可是新的科學認為世界本質上不是一個機械，而是一個有機體。這個有機體有自身的目的、有自身整體的效應。機械論理想局部是合理的，但是它是有限度的。因為特定的目的、特定的目標我們可以把世界看成個機械，但是根本上來看，世界并不是一個機械，而是一個有機體。這個有機體有整體效應，有非線性效應，它的變化過程是不可逆的。一個人只能由小孩長成青年，青年長成中年，中年變成老年，老年最后死掉，不可能倒著長，倒著長不是有機體的模式。想倒著長恰恰是機械自然觀的一個必然后果。從這個意義上說愛因斯坦的相對論，特別是狹義相對論總體上看也還屬于機械自然觀的范圍。愛因斯坦相對論是允許時間倒流的，邏輯上它允許時間倒流。好萊塢電影里面特別喜歡借用這個東西，來幻想時間倒流，從而產生一些非常異樣的場景疊加，那就有戲可看了。電影總是要有戲可看，所以他們特別喜歡援引相對論這些東西。其實可逆性思想已經遭到了新科學的質疑。

人生在世一個基本的東西是，過去和未來是不對稱的。我們能夠回憶過去，能夠展望未來。你不能說我回憶未來，展望過去。過去和未來的不對稱也是人生意義的根本來源。如果人沒有這種不可逆性、不對稱性的話，也就沒有后悔問題、沒有憧憬問題，就談不上人生的意義了。你做什么事跟不做什么事都一樣，都無所謂。所有人生意義的來源、價值的來源都根源于人生的不可逆性。可是，這個不可逆性恰恰在過去是被科學所承認的。因此我高度評價新的科學所代表的發展方向。當然，我們現在也很難說新科學是不是已經成熟了，是不是可以替代舊的科學了。從歷史上看，新的科學的誕生到成熟需要好幾百年。近代科學在西方也經過了大概二三百年的時間才確立自己。但是，總的來說，新的科學的成熟將導致人類一種新的存在方式、新的生活方式。

超級能量的開發

20世紀不但在理論科學方面出現了革命性的成果，而且在技術方面更是取得了人類有史以來最令人震驚的成就。只有在講技術時，我們才真正地領悟到，科學與社會之間一些復雜的關聯。

我們先來講一講核能量的開發。核能量的開發非常典型地表達了科學的社會功能、科學與社會之間的相互作用、相互關系。核能的開發直接根源于核物理學的發展，沒有核物理學就絕無可能有核能量的開發。而核物理學、粒子物理學、高能物理學，都奠定在二十世紀初相對論和量子力學的革命之上。因此，從某種意義上說核能的釋放是二十世紀前期物理學大發展的一個必然的產物。核物理學發展早期的人并沒有意識到，核能量真的可以開發。當時的一些新聞記者問愛因斯坦，E＝MC2這個公式意味著質量的微小損失就可以帶來大量的能量，你覺得它將來能不能造福于人類。愛因斯坦說這根本不可能，完全只是理論上的可能性。愛因斯坦這樣的偉人都沒有意識到，其實核能的開發已經近在眼前。早期的一些量子力學家像尼爾斯.玻爾這些人，也都沒有意識到這一點，英國的盧瑟福也都認為核能的開發是不可能的。

但是事情進展很快，到了三十年代初期的時候，核裂變以及通過高能粒子轟擊造成鏈式反應的機會就有了。鏈式反應就是指用一個高能粒子撞擊一個核，撞的過程中損失一定的質量帶來巨大的能量，撞擊的結果是出現了更多的適合做轟擊炮彈的粒子去轟別的核，這樣一來就像滾雪球一樣，轟擊過程越鬧越大。這個鏈式反應一旦成立，核能的釋放和開發就成為可能。大家知道，三十年代初正好是二次世界大戰的前夜，那時候希特勒剛剛上臺不久，叫嚷要振興德意志民族，排斥猶太人，叫囂著要報仇雪恨，因為他們第一次世界大戰打輸了。當時的人們很擔心，因為當時德國的物理學非常發達，可以說是世界第一物理學強國，所以歐洲其它國家的物理學家就很擔心，實驗室里核能的釋放最終可能會變成核武器，而德國人優先擁有這個武器對人類來說不是個好事。所以當時就有科學家很著急，希望物理學家是不是能夠放慢研究的速度。放慢一點科學研究的步子，這是人類歷史上第一次科學家主動站出來說的。過去認為科學總是好的，科學總是在造福于人類的，科學家總是在做好事，我們要把它做得越快越好。可是核能的釋放一開始就遭遇了這么一個難題，當時就怕被壞人所利用，所以反而希望不要搞或者搞慢一點。但是這個設想沒有得到認可，因為近代科學的一個基本的原則就是學術自由、出版自由、研究自由。研究沒有禁區，不能夠輕易破壞這個自由研究的原則，所以核物理學還在飛速地發展，特別是那些德國物理學家都很厲害。轉眼間就到了三十年代中期了，納粹排猶更加厲害，很多有猶太血統的或者背景的物理學家都跑了，大部分跑到美國去了。愛因斯坦也跑到美國去了。美國人在戰后之所以成為世界強國，很大程度上是發了戰爭大財，特別是發了人才財，希特勒把一些優秀的科學家都擠到美國去了，所以美國戰后立即成為世界的科學強國。當時一些科學家到了美國之后，繼續擔心德國人會搶先把這個核武器造出來，就希望美國人也抓緊造。美國人如果抓緊先造出來的話，就可以遏制德國人。但是核武器是個新玩意兒，誰都搞不清是個什么東西。美國當時的羅斯福總統也搞不清楚。那時候馬上要打仗，國家的事情很多，所以那位希望美國人盡快研制原子彈的匈牙利籍猶太物理學家希拉德就到處找人簽名。他先找愛因斯坦，愛因斯坦那時候已經到了美國，他的名氣很大，而且他也很爽快地簽了。有人說愛因斯坦是原子彈之父，其實算不上，他那個質能轉化公式離造核武器還遠著呢，至于他在信上簽了名，其實那封信并沒有引起美國總統的注意。那個時候愛因斯坦整天給人簽名，因為一大批猶太人跑到美國去，找不到工作找不到地方住，他們聽說猶太人中最偉大的是愛因斯坦，所以他們都去找愛因斯坦簽名寫信，幫助改善生活條件。愛因斯坦是所有人找他簽名他都簽，所以他那封寫給美國總統的建議制造原子彈的信并沒有真正地起到什么效果。

后來真正起到效果的是美國的總統科學顧問去跟羅斯福講了一個故事，他說當年有一個美國的發明家叫富爾敦，就是汽船的發明者。他當時到法國去發展，想找拿破侖拿一筆錢去開發他那個新型的用蒸汽機驅動的輪船，拿破侖覺得用機器來驅動船不太可能，作為一個軍事老手，他知道軍艦是跟天氣有關的，可富爾敦跟他說你要是買了我這個船，將來這個軍艦風雨無阻，想到哪去就到哪去，想什么時候走就什么時候走，拿破侖不信，沒有資助他。這位總統顧問就跟羅斯福講了這個故事，說你看看由于軍事家、政治家缺乏遠見、缺乏想象力，結果就沒有把蒸汽機用在軍艦在，你設想一下如果當年拿破侖用了富爾敦這個軍艦的話，那英國很可能就沒了，現在的世界格局就完全不一樣了。這個故事打動了羅斯?？偨y，羅斯福當即就說立即上馬這個事。這就是大家知道的著名的曼哈頓工程。

曼哈頓工程大體分成三個部分。第一個部分是物理學家去搞反應堆，即可控的鏈式反應。你得讓它反應起來，還要可以控制，別最后不可控制把整個地球都炸了就不行了，必須把它控制住，讓它反應它就反應，讓它不反應它就不反應。這個事情是在芝加哥大學由一位來自意大利的物理學家叫做費米的來主持。第二個工作就是要提純大量的鈾，鈾就是用來做核武器的原料。天然的鈾礦不純，需要把它提純。做個炸彈不能搞得像個樓那么大不行，要做小一點，做小一點就必須有很純的鈾。據說為了鈾的提純，當時花了美國當時全國電力的三分之一。為了造一個核武器，把美國一個國家的用電量三分之一都耗掉了，可以想見造這個核武器是一個大規模的協作行為。沒有政府的投資，沒有政府下那么大決心，是不可能做出來的。第三個部分就是組裝炸彈。當時一下子造了三顆炸彈出來，第一顆炸彈先在戈壁上試爆了一下，結果威力無比，當時的核物理學家都嚇得渾身發抖，腿都軟了，沒想到能量這么大。

這個核武器造出來的時候，時間已經到了1945年初，這時的德國已經不行了。盟軍的特工到了德國境內去偵查他們的核武器的研制點，發現德國人根本搞不出來。這個消息傳回美國之后，美國科學家就慌了，說過去我們造核武器是怕德國人搶了先，我們要遏制它?，F在知道了德國人根本造不出來，我們還造不造那個核武器呢？物理學家多數說不造了，可是國家不同意，現在由不得你了，我們美國已經花了這么多錢、花了這么多人力物力，全國那么多電力都被你耗掉了，現在不造也得造了。科學一旦引入政治和軍事領域，科學家的發言權變得很有限了。結果還是造出來了。造出來以后又爭論，究竟要不要扔這個東西。當時的科學家都說我們是不是不要扔了，能不能組織全世界的人來看一下，威懾一下就行了，看看能量有多大。美國說不行，試爆了一個之后威力確實很大。當時德國已經垮掉了，德國是大概五月份就投降了，但日本還很厲害，還在頑強地抵抗。在太平洋的諸島上美日之間是一個一個地角逐。雖然當時的科學家們反對對日使用核武器，但軍方說我們的美國青年每天都在對日前線上犧牲，早一點投核武器對我們是有好處的，可以早一點結束戰爭。結果美國就發布了一個最后通牒，通牒說得也比較含糊，說你再不投降我就給你毀滅性打擊，沒有說毀滅性打擊是什么意思。日本人當時當然不聽它這一套。美國就在8月6號在廣島投了第一顆原子彈。投了之后日本國內也有核物理學家，就派人到廣島去勘察究竟是不是核武器。他一去就知道是核武器，當時就嚇壞了，但消息尚未及時地返回來。日本軍方還是很強硬的不肯投降。結果兩天之后又在長崎投了一顆。這顆投下去之后，日本人立馬就在當天宣布無條件投降。

核武器的研制到運用的過程中可以看到科學技術和社會中包含著多種各種因素，犬牙交錯在一起。核武器出現了以后，立即變成了一種超級能量，并且最終轉化為一種政治權力。所以戰后各國競相研制核武器。所謂核軍備競賽，就是美蘇兩個超級大國之間為爭奪世界霸主搞的。誰掌握的核能量越多，他就越厲害。我們中國也是要研制核武器，兩彈一星里面有一彈就是核彈，包括原子彈和氫彈。過去那個時候聯合國安理會五個常任理事國，正好是五個有核國家。你沒有核武器根本就沒有發言權。有了核武器之后，我們才真正成為一個大國，才真正成為一個在安理會有發言權的國家。許多海外華僑聽說我們核武器研制成功，那是非常激動的。知識就是力量，科學就是力量，這一點在二十世紀表現得最充分。核能量的開發充分表達了科學成為一種超級能量的這個過程。

講完核武器，我們再講講航空航天計劃。重要的科技進展都和戰爭有關系，這一點是耐人尋味的。航天計劃也是和二戰之后的冷戰有關系。二戰之后沒有出現第三次世界大戰，但有冷戰。只有局部的熱戰，越南戰爭、朝鮮戰爭等都是局部的熱戰。冷戰就是互相背對背，也不喊打，但是都互相較勁。冷戰里面最重要的一個工程就是——阿波羅計劃。阿波羅計劃就是登月計劃，是一項重大的航天計劃。美國在二戰之后有了核武器，又有了高速飛機，挺揚揚得意的，開始時對這個火箭不是十分關心。航天需要火箭，因為普通的飛機是在空氣里運動?？諝庥袃蓚€用途，第一個是提供浮力，飛機靠兩個大翅膀可以浮在空中；第二個空氣可以作為助燃劑燃燒。但是進入太空就沒有空氣了，靠飛機是不行的，需要火箭。火箭技術最厲害的本來也是德國，德國人馮.布勞恩是一個火箭奇才，二十來歲就成為德國火箭總監。馮.布勞恩在二戰時期其實為德國也立了功，當時德國V2火箭打英國，把英國人打得沒有辦法。那個火箭太厲害了，射程又遠，大炮通常的射程也就幾十公里，火箭幾百公里就打過去了，沒法防。所以當時V2火箭給德軍的垂死掙扎打了一針強心劑。當然德國最終是失敗了。德國失敗以后，蘇聯人想起找火箭，結果把火箭工廠包圍了，但馮.布勞恩跑掉了。蘇聯人就把那些東西都給繳獲了運回蘇聯。美國這邊更厲害，他把人給抓住了。美國把人抓住以后也是運回美國。德國人有一個特點，他就是職業化程度很高，給誰干都是干。所以馮.布勞恩到了美國之后，很快就效忠美國幫美國干。開始美國人不重視那個火箭技術，又讓蘇聯占了先。我們知道第一顆人造地球衛星、第一次載人上天都是蘇聯人占先的。美國人后來意識到了問題的嚴重性，所以也緊追不舍，開始是蘇聯一直占先。但是美國畢竟實力雄厚，財力、物力、人力都很雄厚。在蘇聯人把加加林送上太空又把他安全運回來之后，美國國內一片嘩然，納稅人紛紛譴責政府。當然那時候把人送上天又送回來比較簡單，加加林回來的時候是所有的東西都不要了，飛船火箭全部扔掉，他自己是坐降落傘回來的。但是即使這樣的話他的壯舉也證明了蘇聯的太空技術是最厲害的。所以當時的美國總統肯尼迪就發狠，加加林回來之后一個多月后，他馬上宣布美國要在十年之內把一個美國人送上月球，而且讓他安全回來，借此平息一下民間的憤怒，于是就上馬了著名的阿波羅計劃。

阿波羅計劃分幾步走。最終是沒花十年，從61年到69年，八年時間它就實現這個計劃了，宇航員柯林斯、阿姆斯特朗還有阿爾德林三個人完全了人類首次的登月任務?？铝炙柜{著飛船在天上等著，奧爾德林和阿姆斯特朗兩人就下去了，阿姆斯特朗第一個踏上了月球的土地。他后來說了一句名言：這一步對一個人來說是一小步，對人類是一次飛躍。這次登月之后，美國又有好幾次登月活動。蘇聯為什么后來始終沒有上去，是它的火箭技術始終不太過關，經費消耗太大也是一個原因。我們看到了，阿波羅計劃一方面是高科技，另一方面是高耗費，沒有國家的支持和介入，這么頗大的工程根本就搞不下去。最近有人懷疑美國人登月是假的。我看這個懷疑是值得懷疑的。你想騙一個人是容易的，騙一群人是難的；你想在短期內騙一群人是容易的，在長期內騙一群人是很難的，所以我想，說它是假的證據應該是不足的。

大家可以注意到，這兩次超級能力的開發有幾個共同的特點。第一個它是與科學理論上的高度發展直接相關的，核物理學尤其典型。第二個它是與政府和國家的大力支持密不可分，沒有國家的力量的介入是根本不可能的。國家為什么會卷入這個事情，也是與這個超級能量本身就代表著這個國家的實力。所以今天的科學技術已經不單純是一個科學家個人的事情，而是一個國家一個民族一個社會的事情。每一個公民都有權力、都有義務來參加這個科技決策，參加關于科技發展戰略的一些討論和思考。這是我們就這個問題所獲得的一個結論。

生活世界的重塑

我們最后來講一講目前還在方興未艾的生物技術和信息技術。生物技術剛才說過了，來源于DNA雙螺旋模型的建立，它本身也代表了物理學思維向生命科學的一種擴張。目前所采用的生物技術基本上都在使用物理學的方法，用的是還原論的方法，用的是拼和拆的方法。生命雖說是一個整體，但今天的生命科學仍然想嘗試一下機械的方法，對它進行拼裝。現在的基因重組、基因移植、基因復制，統統都是按照機械論的方案來進行的，很有效而且很有用。但是另一方面，生命技術的出現也遭遇一個很大的問題，就是會挑戰我們日常的一些價值觀。我們可以舉幾個例子來說明。像勇敢、頑強、勤奮都是很好的道德價值，可是現在突然有生命技術告訴你，說那個玩意兒可能和你是否努力沒關系，可能是你基因造成的，這樣一來，就瓦解了我們這些倫理價值。過去我們崇拜一個人特別勇敢，后來發現沒什么可崇拜的，就是基因好。如果我能夠把自己的基因改一改，我也能變得勇敢。包括基因技術在內的所謂生命擴展術，肯定會挑戰一大堆我們通常所說的倫理上的東西。過去贊揚人的后天努力具有可貴的道德價值，比如說一個人笨鳥先飛，雖然笨但是很勤奮，一樣可以取得很好的成就。在生命擴展技術看來，改一改笨基因就可以實現這個目標。

所以一個尖銳的問題擺在人類的面前：是不是我們僅僅通過基因修補術，廣義地說，一切高技術，就能解決人類的所有問題。過去人類引以自豪的各種各樣道德高尚的東西還有沒有用？會不會有一天，你的孩子回家哭著跟你說，我的同學基因都2.3版本了，我才1.5，趕緊花錢給我刷新吧，再不刷新，我的學習成績不好別怪我。當然現在我們講這個故事仍然是未雨綢繆，但它的可能性已經很清楚了。因此，我們要在發展基因技術過程中及時地調整、及時地為這些難題的到來做準備。

信息技術也很重要，現在還在方興未艾。信息技術改變了人類的社會交往模式。目前由于帶寬限制，很多信息交往還不能完全依賴網上。但是，如果將來帶寬瓶頸一旦突破，我們完全可以想像，將來社會交往的很大一部分會在網上進行。電視、電影院、電話，都可以統一起來，都在網上進行。但是網上上的交往行為與我們傳統的交往模式有很大的不同。傳統的交往模式是身體出場的。臉部是一個倫理學器官，是一個道德器官。臉怎么紅了，你心虛了不是，做了對不起人的事了，是不是害羞？所以說，臉是一個非常豐富的倫理學器官。我們經常說有話當面談，見面就包含了一種確定性。為什么面談更給人可靠的感覺呢？因為身體出場。身體包含了許多言語所不能包含的信息。是好人還是壞人，有時一看就知道，或者獐頭鼠目、鬼頭鬼腦，或者誠實樸實等等。但是網絡交往一個大的問題是臉不出現，是蒙面交往。蒙面交往你可以講得天花亂墜，結果一見面，情況就不是這么回事了。

除了面部的在場外，通常當面交往要握手，可以感受體溫，可以感受對面是個活人。因為生活就是跟活人打交道，握手也好，中國人過去見面作揖也一樣，總而言之要有身體出場。身體的出場對于我們交往來說很重要，因為我們交往過程有很多是身體語言。當面說話比較容易溝通，有時不用講幾句，一個眼神就可以眉目傳情。身體的缺失將會使我們的交往出現僵硬化，喪失人作為有機體的那部分信息，這一部分信息往往無法通過數碼化的方式傳遞出去。數字化生存，been digital，必定要喪失很多信息。沒有身體的介入，人性里面很多信息要丟失的。所以我們說在信息技術時代，我們在擁抱高科技的同時也要注意如何捍衛、維系和守護人性化的那部分信息，這一部分信息最終只能靠身體的出場，只能靠面部的出場才能保持下來。

好了，我們今天回顧百年科技的歷程，不只是講述一個歷史故事，更是反省我們當下的處境，希望今天的講座有助于大家建立一個反思的視角。謝謝！

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