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技术≠科学 | 续

来源:DeepTech深科技(mit-tr


(接上文)


技术的发展在欧洲产生如此巨大的影响,科学在其中并没起什么作用。重大的发明如火药和罗盘在中国发明。当时在自然哲学中无任何知识可用于研制兵器。




航海属于技艺,不属于科学。炮兵、铸造匠、铁匠、造船工程师和航海家在进行发明创造的时候,靠的是代代相传的经验、技艺。以造船为例,船帆和索具不好用,就改进;炮舷窗不灵活,就尝试安装灵活机动的炮车。技术是逐步改进完善的,经验是实践积累的。技术和工业仍同古罗马时代一样,与科学没有联系,既没向科学贡献什么,也没从科学得到什么。

 

欧洲人明白自然界有取之不尽的资源,应该研究、开发,使之造福人类。这为科学创造了外部条件,继而独创了一种研究学问的机构——大学,成为科学和知识走向组织规范化的一个转折点。


但早期的大学不是研究机构,既没有把科学也没把技术作为追求目标。主要培养牧师、医生、律师。自然科学设在文学院,主要课程是逻辑学。亚里士多德的逻辑和分析方法成为研究任何问题的唯一概念工具,学者们按照神学观点来解释世界,地球是宇宙的中心,太阳照亮了星星。直到哥白尼、伽利略出现。

 

1543年,波兰科学家哥白尼(Nikolaj Kopernik,1473~1543)出版了他的《天体运行论》,推翻了地心说,提出日心说,开始了科学革命(至牛顿时期完成),让人类由中世纪的观点走出,从一个封闭的世界走向一个无限的宇宙。1616年宗教裁判所判定哥白尼学术为异端邪说。

 


哥白尼


意大利科学家伽利略(Galileo Galilei,1564~1642)研究了斜面、惯性和抛物线运动。在已有的望远镜的基础上,制成了放大30倍的望远镜,指向天空,搜寻天上世界,发现了月球的山脉,木星的卫星,太阳的黑子,金星的形状,银河由星星组成,验证了哥白尼学说。


1632年伽利略出版《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》,1633年伽利略被宗教裁判所判定为“最可疑的异教徒”,终身监禁并被迫在大庭广众下认罪。七十岁的伽利略已是半盲,作为囚徒,又写出了一本科学杰作《关于两种科学的对话》,披露了两项重要发现:受力悬臂的数学分析及自由落体运动,后者推翻了亚里士多德的“越重的物体下落得越快”的二千年定论,现代科学开始。

 

伽利略逝世同年,牛顿(Isaac Newton,1642~1727)出生。在剑桥大学他先是研究光学,获得了对光和颜色本质的认识。1687年发表《自然哲学的数学原理》,阐述了万有引力和三大运动定律,展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律,为太阳中心学说提供了强有力的理论支持。他奠定了此后三个世纪里物理学和天文学的基础。借助牛顿定律正确算出彗星回归的天文学家埃德蒙·哈雷(Edmond Halley, 1656-1742)在牛顿的《自然哲学的数学原理》前言里用诗句赞道:“在理性光芒的照耀下,愚昧无知的乌云,终将被科学驱散。”



牛顿证明了科学原理的真实性,证明了世界是按人类能够发现的机理运行的。把科学应用于社会的舆论开始出现,人们期待科学造福人类。视科学为有用知识的弗朗西斯·培根对此作了理论提升。甚至牛顿在论述流体力学时也轻描淡写了一句“我想这个命题或许在造船时有用”。

 

但是,也仅此而已。科学主要是作为知识储存在书本里。


16和17世纪的欧洲,在科学革命的同时并未发生技术革命或工业革命。印刷机、大炮、炮舰一类的发明未借助科学。除了绘图学,没有任何一项科学的成果在近代早期的经济、医学、军事领域产生过较大的影响。即使是伽利略的抛物线研究,显然在大炮和弹道学方面会有潜在价值,可事实上,在伽利略之前,欧洲的大炮已有三百年的历史,在没有任何科学或理论的情况下,凭着实践经验,大炮技术已发展得相当完备了,炮兵学校有全套教程,包括射程表等技术指南。



毋宁说是炮兵技术影响了伽利略的抛物线研究(将实践提升到理论),而不是伽利略的科学影响了当时的炮兵技术。再如航海技术中最大的“经度难题”,也不是靠科学解决。由于无法测量船只所在的经度,欧洲人的海上活动受到限制,只能沿着海岸航行。包括伽利略在内的很多天文学家尝试过解决办法,未能成功。


1714年,英国国会以2万英镑悬赏“确定轮船经度的方法”,要求是仪器在海上航行每日误差不超过2.8秒。1716年法国政府也推出类似巨额奖金。最后的解决,不是科学,而是技艺。


英国钟表匠哈里森(John Harrison,1693~1776)先后做出4个海上计时仪,其3号钟使用双金属条感应温度,弥补温度变化(今天依然在用),装上平衡齿轮(滚动轴承和螺旋仪的前身)防止晃动,抵消船上的颠簸和晃荡,比任何陆地上的钟表都精准,每日误差不到2秒,45天的航行结束,准确地预测了船只的位置。符合领奖条件,但英国国会拒绝履约。



哈里森的海上时钟I型


哈里森继续改进,4号钟用发条替代钟锤,进行了两次从英格兰到西印度群岛的航海实验,3个多月误差不超过5秒。这成就相当于将航天探测器降落在海王星上,降落点误差只有几英尺。国会还想耍赖。但航海界认定4号钟比皇家天文台的航海图优越得多。哈里森83岁生日那天得到了奖金。

 

17世纪是实验科学兴起和传播的时期。吉尔伯特(Gilber,1544~1603)用磁体作实验,伽利略让不同球体在斜面滚下,托里拆利(Evangelista Torricelli,1608~1647)用装有水银的管子发现了空气压力原理,帕斯卡(Blaise Pascal ,1623年~1662)把气压计带上山顶研究空气的海洋,哈维(William Harvey,1578~1657)解剖过无数尸体和活体以了解心脏的作用,胡克(Robert Hooke,1635~1703)通过测试弹簧获得胡克定律,牛顿让光束通过透镜和棱镜研究光的组成。实验成为检验理论或猜想的一种方便且必须的工具。


科学家依靠仪器,同一时代的科学更多地靠技术帮助,却很少给技术以帮助。以望远镜为例。天文学家一直在使用技术上不断改进的望远镜,得出许多惊人的发现。第一架望远镜是荷兰眼镜匠汉斯·利伯希(Hans Lippershey,1570 ~1619)发明的。高倍望远镜光束穿过透镜后会产生色散、球面像差和畸变。解决方案还来自技术领域,依靠玻璃制造工艺解决的,用几种折射率不同的玻璃互相补偿制成复合透镜,这已经是1730年以后的事情。

 


世界上第一架望远镜


18世纪初,牛顿、伽利略等科学巨人引领的科学革命正归于沉寂,欧洲仍然是一片农业社会景象。90%的人住在乡村,从事农业。即使城市居民,能够见到的制成品,要么是农田的产物,要么是能工巧匠的制品。资源不过是木材、风力、水力而已。

 

18世纪六十年代,瓦特(James Watt,1736~1819)在纽科门(Thomas Newcomen,1663~1729)发明的基础上改良蒸汽机,引发工业革命。蒸汽机带动新能源(煤)的开采和使用(此前动力和热力来源,包括炼铁,主要靠燃烧木材)。尽管11世纪中国的铁匠就发明了用煤做燃料的熔炼方法,英国到1709年由亚伯拉罕·达比(Abraham Darby ,1676~1717 )发明了焦炭才不再依靠森林提供燃料。


炼铁局面改观,世界进入一个新的铁器和机器时代。英国发明家理查德·特里维西克(Richard Trevithick,1771~1833)的高压蒸汽机用于铁路,1814年第一台蒸汽机车出现,1830年迎来铁路时代。1886年,德国工程师卡尔·本茨(Karl Friedrich Benz,1844~1929)制造出世界上第一辆汽车。这一系列技术革命引起了从手工劳动向动力机器和工厂化生产的重大飞跃。

 


18世纪之前,人不知工厂为何物。工业革命后出现的工厂发展出高度集中的规模生产,标准化部件的制造制度(源于英国,在美国得到更广泛应用)被亨利·福特(Henry Ford,1863~1947)在汽车工业中发展成生产流水线,极大提高生产力。

 

构成18世纪工业革命基础的所有技术,依然是工程师、技师、工匠做出来的,几乎没有或根本没有科学理论的贡献。后人想当然以为科学革命推动了工业革命的技术进步。如爱丁堡大学的一个名叫罗比森(John Robison)的教授就杜撰了一些故事,什么纽科门曾得到大科学家胡克的指导,瓦特受到布莱克(Joseph Black,1728~1799)潜热理论的启发等等。此类故事层出不穷,历史证明全是虚构。


那时的科学活动,仍沿袭亚里士多德传统,追求智识和精神上的满足,不考虑理论的应用,或者说不会付诸应用。技术行家们也未吸取科学的营养,如同古罗马的工程师,追求实用,对理论不感兴趣。知其然不一定要知其所以然,科学与技术各行其道,一直延续到19世纪。

 

1821年,英国科学家迈克尔·法拉第(Michael Faraday,1791~1867年)发现了电磁感应现象,奠定了电磁学的基础;总结了电解定律,构成了电化学的基础。


1870年,麦克斯韦(James Clerk Maxwell ,1831~1879)在法拉第的基础上总结出电磁理论方程(麦克斯韦方程),统一了电、磁、光学原理。法拉第之前,夜幕降临,世界就沉入黑暗。法拉第被称为点亮世界的人。



福特


从火到电,人类走了十万年。爱因斯坦(Albert Einstein,1879~1955)书房墙壁上,悬挂着法拉第、麦克斯韦、牛顿三人的相片。


19世纪,科学渐趋成熟。除了电学理论,化学、热力学等领域也取得重大进展,形成了物理和化学的基础定律。电动力带来第二次工业革命。与历史不同的是,此次革命是以物理学和物质科学为基础。科学不再是纯理论,而是以实验为基础,对机械、物质进行科学研究的基础上发展起来的。机械、物质成了人们赖以理解自然力和领悟出科学定律的模型,进而又利用这些定律设计更为精良的技术和工艺。科学和技术终于开始携手,相互促进。

 

20世纪以后,科学与技术的联合使社会出现革命性进步,技术创新永无休止且越来越密集,重塑了人类的生活方式,创造了一种快捷而高效的文化。人脑借助电脑发现和思考,互联网将地球裹入囊中,机器人进入生产流水线,人工智能深度学习能力超过人类,新材料纳米管已经上路,3D打印出航空发动机,生命遗传密码破解,宇宙和物质奥秘渐次揭开,基因技术要改造生命和物种,人类快速穿越信息时代、移动互联网时代、智能制造时代⋯⋯

 

但技术与科学仍属不同的源流,会各按自己的规律独立发展。很多科学家仍会沿袭希腊先哲的纯理论传统,很多技术也仍会在实践中先于科学,开辟新天地。人类越来越依赖技术,或曰技术越来越支配人类。这是喜是忧,或许会是科学和技术要面对的终极难题。

 

 

参考文献:

Genius,IWC Media Limited, 2008

James E. McClellan III, Harold Dorn:Science and Technology in World History: An Introduction,Johns Hopkins University Press,2008

 L.S.斯塔夫里阿诺斯(L.S Savrianos) 著,吴象婴、梁赤民译:全球通史(A Global History),上海社会科学院出版社,1992


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