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  • 理論?工具?誰是推進科學進步的抓手

    81日出版的第15期《求是》雜志發表了習近平總書記的重要文章《加強基礎研究 實現高水平科技自立自強》,強調加強基礎研究,是實現高水平科技自立自強的迫切要求,是建設世界科技強國的必由之路。

    在基礎研究中,一直有一個問題:理論和工具,究竟哪一個是推進科學進步的抓手?這個問題,對于政策的制定非常重要。

    當科學在常規時期發展到一定階段后就會進入發展的“平臺期”,從外部看就是科學只有橫向擴張,缺少縱向突破,此時人們所感覺到的就是科學發展出現了嚴重停滯。這種情況全世界概莫能外。2023年初,《自然》雜志發表文章《顛覆性的論文和專利正在變得稀少》,作者米歇爾·帕克等人通過檢索4500萬篇論文和390萬項專利,得到了這個結論。

    為了越過科學發展平臺期,各國科技管理部門都會出臺相應的激勵政策。然而,要使政策真正發揮效力,對于科學所屬類型必須有一個準確的了解,否則就會無的放矢。因此,我們面臨兩個亟須解決的基礎性問題,其一,當代科學發展處于哪個階段?其二,推進科學發展的政策抓手是理論還是工具?這是制定高質量科技政策的認知基礎。

    當下的科學是處于科學革命階段還是常規科學時期?當科學革命發生時,不論接受與否,科學界以及整個社會都處于極度的震驚與亢奮之中;一旦越過這段時期,就再也感受不到剛開始時的那種強烈的沖擊感,這個時候看似平淡,卻恰恰是科學快速發展時期?;仡櫩茖W史,可以很好地說明這種情況,比如20世紀初的物理學革命,從量子力學到相對論,人們的思想觀念受到多年劇烈沖擊后,最后看似一切都回歸平靜,但恰恰是經過這30年的積累(1900—1930年代),帶來了科技與整個社會發生翻天覆地的變化,科學由此進入科學史家庫恩所謂的“常規科學”時期,這個時期科學在新范式指引下快速發展。從這個意義上說,常規科學時期看似波瀾不驚,但卻恰恰是科學進步最快的時期。經由20世紀初科學革命后確立的范式時至今日并沒有遇到真正嚴重的挑戰,由此,可以明確地說,當下的科學仍處于常規科學時期,它的使命就是在老范式下解決更多的難題,這個時期科學仍在快速發展,只不過這種發展細節常人覺察不到而已,看似停滯,實則仍充滿生機與快速擴張,正所謂深水靜流。

    如果科學總體上處于常規發展階段,那么推進科學發展的抓手應該從哪里切入?

    學術界有兩種觀點,其一,理論優先。即通過提出新理論來推進科學發展,這一派的代表人物是科學哲學家卡爾·波普爾,以他著名的科學發展四階段模型為代表,即科學通過一個被確認的問題開始,通過理論的無數次試錯,由此推進科學發展。從宏觀層面上看,是一個個具體問題被解決了,由此彰顯了科學的進步,這些進步都是世人可見的;在微觀層面則是無數理論之間進行試錯、證偽而不斷更替的過程,它反映了科學共同體對于問題本質認識的逐漸深入,這些變化尋常百姓是看不到的,也理解不了。這種觀點很有解釋力,也能較好地反映科學的動態發展特征。

    其二,工具優先。近年來,以美國科學哲學家約翰·比克爾為代表的學者們提出一種新的科學發展模式,即以神經科學為代表的科學不再遵循“理論中心主義”,代之以“工具為中心”,他們認為關鍵性技術的革新推動科學前進。

    這兩派的觀點在解釋科學進步時都有其合理性,但各方為捍衛自己的觀點又都走向了極端??茖W史的研究已經證明,理論與工具對于科學發展都起著重要作用。但哪一個更重要?在做科技決策時應該從哪個路徑切入?進行選擇的理論根據是什么?遺憾的是,兩派都沒有給出明確的選擇標準。

    我們知道,任何時代、任何地區的科學的發展都是在學科發展不均衡的背景下展開的,這種不均衡包括兩個維度:理論完備與否和工具完備與否。根據這兩對指標,可以劃分出四種科學發展形態:理論不完備與工具不完備型、理論完備與工具不完備型、理論完備與工具完備型(理想型)以及理論不完備與工具完備型。理論完備與工具完備的理想型是很少見到的,僅具有理論意義;理論不完備與工具不完備型,通常是萌芽學科,處于知識發展的起步階段,即波普爾所說的“科學的沼澤”時期,不少學者均認為此時需要科學天才的出現來破局,因而這一階段唯一可做的就是任其自行發展,不必過多干預。大多情況下我們遭遇到的科學發展形態是后兩種類型,即理論不完備與工具完備型和理論完備與工具不完備型。那么針對這兩種科學發展類型,又該如何選擇與制定相應政策呢?

    對于理論完備而工具不完備類型的科學,最經典的案例出現在第一次科學革命時期,哥白尼與牛頓都發展了比較完備的理論,此時理論完備而工具不完備,需要開發工具去驗證那些理論是否正確,所以牛頓之后,物理學的發展在儀器(工具)實踐層面有了很大的發展。再比如,愛因斯坦在1916年提出廣義相對論并預言引力波的存在,在近百年時間里物理儀器有了長足的發展,直到2015年科學家利用LIGO才發現了引力波。從這個意義上說,理論發展對于科學的推動作用更大,這類學科有一個共同特點,那就是學科條理化程度比較高,適合采用理論優先的發展模式。由于理論是人創造出來,因此,這種類型的科學主要是通過支持“人”來獲得發展。

    理論不完備與工具完備類型的學科,是工具優先論的主要地盤,它們的特點就是理論發展不充分,仍處于前科學時期,這時工具就具有了理論“裁判官”的作用,通過完備的工具對各種不同的理論進行檢驗以此推動學科的發展。

    至此,可以得到一個明確的結論:理論完備而工具不完備類型的科學,應該繼續推進理論的發展,形成在理論層面的比較優勢;對于理論不完備與工具完備類型的科學領域,可以放手去開發工具,形成工具性能的比較優勢。

    客觀地說,理論與儀器(工具)對于科技發展都是不可或缺的,但是,在資源稀缺與比較優勢的硬性約束下,很多時候魚和熊掌真的不可兼得。以往的決策常?!案鞔蛭迨蟀濉?,看似均衡,實則低效,讓理論和工具都始終無法形成比較優勢。在這種背景下,應有針對性地做出差異化的決策。

    筆者認為,就中國而言,更要認真辨析理論與工具的抓手問題,對不同類型的研究采取不同策略,以求達到效益最大化。政府層面應更重視理論迭代優勢,這也是資源硬性約束下的最佳切入點。工具(儀器)部分則可以推向市場,只要保障創新能得到應有的收益回報,創新自然會涌現。應審慎評估當下紛紛上馬的各類大科學工程、重大科研設施建設的熱潮;對理論基礎較好的科研領域加大扶持力度,保證理論持續產出,那種一刀切的豪賭做法既不科學也不經濟。

    來源:《光明日報》

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