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科學(xué)研究方法



自然科學(xué)方法論實(shí)質(zhì)上是哲學(xué)上的方法論原理在各門具體的自然科學(xué)中的應(yīng)用。作為科學(xué)，它本身又構(gòu)成了一門軟科學(xué)，它是為各門具體自然科學(xué)提供方法、原則、手段、途徑的最一般的科學(xué)。自然科學(xué)作為一種高級(jí)復(fù)雜的知識(shí)形態(tài)和認(rèn)識(shí)形式，是在人類已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，利用正確的思維方法、研究手段和一定的實(shí)踐活動(dòng)而獲得的，它是人類智慧和創(chuàng)造性勞動(dòng)的結(jié)晶。因此，在科學(xué)研究、科學(xué)發(fā)明和發(fā)現(xiàn)的過程中，是否擁有正確的科學(xué)研究方法，是能否對(duì)科學(xué)事業(yè)作出貢獻(xiàn)的關(guān)鍵。正確的科學(xué)方法可以使研究者根據(jù)科學(xué)發(fā)展的客觀規(guī)律，確定正確的研究方向；可以為研究者提供研究的具體方法；可以為科學(xué)的新發(fā)現(xiàn)、新發(fā)明提供啟示和借鑒。因此現(xiàn)代科學(xué)研究中尤其需要注重科學(xué)方法論的研究和利用，這也就是我們要強(qiáng)調(diào)指出的一個(gè)問題。

一、科學(xué)實(shí)驗(yàn)法

科學(xué)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)踐和社會(huì)實(shí)踐并稱為人類的三大實(shí)踐活動(dòng)。實(shí)踐不僅是理論的源泉，而且也是檢驗(yàn)理論正確與否的惟一標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)就是自然科學(xué)理論的源泉和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。特別是現(xiàn)代自然科學(xué)研究中，任何新的發(fā)現(xiàn)、新的發(fā)明、新的理論的提出都必須以能夠重現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，否則就不能被他人所接受，甚至連發(fā)表學(xué)術(shù)論文的可能性都會(huì)被取締。即便是一個(gè)純粹的理論研究者，他也必須對(duì)他所關(guān)注的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，甚至實(shí)驗(yàn)過程有相當(dāng)深入的了解才行。因此，可以說，科學(xué)實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)發(fā)展中極為重要的活動(dòng)和研究方法。

(一)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的種類

科學(xué)實(shí)驗(yàn)有兩種含義：一是指探索性實(shí)驗(yàn)，即探索自然規(guī)律與創(chuàng)造發(fā)明或發(fā)現(xiàn)新東西的實(shí)驗(yàn)，這類實(shí)驗(yàn)往往是前人或他人從未做過或還未完成的研究工作所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)；二是指人們?yōu)榱藢W(xué)習(xí)、掌握或教授他人已有科學(xué)技術(shù)知識(shí)所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，如學(xué)校中安排的實(shí)驗(yàn)課中的實(shí)驗(yàn)等。實(shí)際上兩類實(shí)驗(yàn)是沒有嚴(yán)格界限的，因?yàn)橛袝r(shí)重復(fù)他人的實(shí)驗(yàn)，也可能會(huì)發(fā)現(xiàn)新問題，從而通過解決新問題而實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新。但是探索性實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新目的明確，因此科技創(chuàng)新主要由這類實(shí)驗(yàn)獲得。

從另一個(gè)角度，又可把科學(xué)實(shí)驗(yàn)分為以下類型。

定性實(shí)驗(yàn)：判定研究對(duì)象是否具有某種成分、性質(zhì)或性能；結(jié)構(gòu)是否存在；它的功效、技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平是否達(dá)到一定等級(jí)的實(shí)驗(yàn)。一般說來，定性實(shí)驗(yàn)要判定的是“有” 或“沒有”、“是”或“不是”的，從實(shí)驗(yàn)中給出研究對(duì)象的一般性質(zhì)及其他事物之間的聯(lián)系等初步知識(shí)。定性實(shí)驗(yàn)多用于某項(xiàng)探索性實(shí)驗(yàn)的初期階段，把注意力主要集中在了解事物本質(zhì)特性的方面，它是定量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)和前奏。

定量實(shí)驗(yàn)：研究事物的數(shù)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)側(cè)重于研究事物的數(shù)值，并求出某些因素之間的數(shù)量關(guān)系，甚至要給出相應(yīng)的計(jì)算公式。這種實(shí)驗(yàn)主要是采用物理測(cè)量方法進(jìn)行的，因此可以說，測(cè)量是定量實(shí)驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)。定量實(shí)驗(yàn)一般為定性實(shí)驗(yàn)的后續(xù)，是為了對(duì)事物性質(zhì)進(jìn)行深入研究所應(yīng)該采取的手段。事物的變化總是遵循由量變到質(zhì)變，定量實(shí)驗(yàn)也往往用于尋找由量變到質(zhì)變關(guān)節(jié)點(diǎn)，即尋找度的問題。

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)：為掌握或檢驗(yàn)前人或他人的已有成果而重復(fù)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)或驗(yàn)證某種理論假說所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)也是把研究的具體問題向更深層次或更廣泛的方面發(fā)展的重要探索環(huán)節(jié)。

結(jié)構(gòu)及成分分析實(shí)驗(yàn)：它是測(cè)定物質(zhì)的化學(xué)組分或化合物的原子或原子團(tuán)的空間結(jié)構(gòu)的一種實(shí)驗(yàn)。實(shí)際上成分分析實(shí)驗(yàn)在醫(yī)學(xué)上也經(jīng)常采用，如血、尿、大便的常規(guī)化驗(yàn)分析和特種化驗(yàn)分析等。而結(jié)構(gòu)分析則常用于有機(jī)物的同分異構(gòu)現(xiàn)象的分析。

對(duì)照比較實(shí)驗(yàn)：指把所要研究的對(duì)象分成兩個(gè)或兩個(gè)以上的相似組群。其中一個(gè)組群是已經(jīng)確定其結(jié)果的事物，作為對(duì)照比較的標(biāo)準(zhǔn)，稱為“對(duì)照組”，讓其自然發(fā)展。另一組群是未知其奧秘的事物，作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，稱為實(shí)驗(yàn)組，通過一定的實(shí)驗(yàn)步驟，判定研究對(duì)象是否具有某種性質(zhì)。這類實(shí)驗(yàn)在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究中是經(jīng)常采用的，如實(shí)驗(yàn)?zāi)撤N新的醫(yī)療方案或藥物及營(yíng)養(yǎng)晶的作用等。

相對(duì)比較實(shí)驗(yàn)：為了尋求兩種或兩種以上研究對(duì)象之間的異同、特性等而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。即把兩種或兩種以上的實(shí)驗(yàn)單元同時(shí)進(jìn)行，并作相對(duì)比較。這種方法在農(nóng)作物雜交育種過程中經(jīng)常采用，通過對(duì)比，選擇出優(yōu)良品種。

析因?qū)嶒?yàn)：是指為了由已知的結(jié)果去尋求其產(chǎn)生結(jié)果的原因而設(shè)計(jì)和進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)的目的是由果索因，若果可能是多因的，一般用排除法處理，一個(gè)一個(gè)因素去排除或確定。若果可能是雙因的，則可以用比較實(shí)驗(yàn)去確定。這就與謀殺案的偵破類似，把懷疑對(duì)象一個(gè)一個(gè)地排除后，逐漸縮小懷疑對(duì)象的范圍，最終找到謀殺者或主犯，即產(chǎn)生結(jié)果的真正原因或主要原因。

判決性實(shí)驗(yàn)：指為驗(yàn)證科學(xué)假設(shè)、科學(xué)理論和設(shè)計(jì)方案等是否正確而設(shè)計(jì)的一種實(shí)驗(yàn)，其目的在于作出最后判決。如真空中的自由落體實(shí)驗(yàn)就是對(duì)亞里士多德錯(cuò)誤的落體原理(重物體比輕物體下落得快)的判決性實(shí)驗(yàn)。

此外，科學(xué)實(shí)驗(yàn)的分類中還包括中間實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)、工藝實(shí)驗(yàn)、模型實(shí)驗(yàn)等類型，這些主要與工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)。

(二)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的意義和作用

1．科學(xué)實(shí)驗(yàn)在自然科學(xué)中的一般性作用

人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的不斷深化過程，實(shí)際是由人類科技創(chuàng)新(或稱為知識(shí)創(chuàng)新)的長(zhǎng)河構(gòu)成的�？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)是獲取新的、第一手科研資料的重要和有力的手段。大量的、新的、精確的和系統(tǒng)的科技信息資料，往往是通過科學(xué)試驗(yàn)而獲得的。例如，“發(fā)明大王”愛迪生，在研制電燈的過程中，他連續(xù)13個(gè)月進(jìn)行了兩千多次實(shí)驗(yàn)，試用了1600多種材料，才發(fā)現(xiàn)了白金比較合適。但因白金昂貴，不宜普及，于是他又實(shí)驗(yàn)了6 000多種材料，最后才發(fā)現(xiàn)炭化了的竹絲做燈絲效果最好。這說明，科學(xué)實(shí)驗(yàn)是探索自然界奧秘和創(chuàng)造發(fā)明的必由之路。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)還是檢驗(yàn)科學(xué)理論和科學(xué)假說正確與否的惟一標(biāo)準(zhǔn)。例如，科學(xué)已發(fā)現(xiàn)宇宙間存在四種相互作用力，它們之間有沒有內(nèi)在聯(lián)系呢?愛因斯坦提出“統(tǒng)一場(chǎng)論”，并且從 1925年開始研究到1955年去世為止，一直沒有得到結(jié)果，因此許多專家懷疑“統(tǒng)一場(chǎng)”的存在。但美國(guó)物理學(xué)家溫伯格和巴基斯坦物理學(xué)家薩拉姆由規(guī)范場(chǎng)理論給出了弱相互作用和電磁相互作用的統(tǒng)一場(chǎng)，并得到了實(shí)驗(yàn)證明而被公認(rèn)。這表明理論正確的標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證，而不是權(quán)威。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)技術(shù)的生命，是推動(dòng)自然科學(xué)技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)有力手段，自然界的奧秘是由科學(xué)實(shí)驗(yàn)不斷揭示的，這一過程將永遠(yuǎn)不會(huì)完結(jié)。

2．科學(xué)實(shí)驗(yàn)在自然科學(xué)中的特殊作用

自然界的事物和自然現(xiàn)象千姿百態(tài)，變化萬千，既千差萬別，又千絲萬縷的相互聯(lián)系著，這就構(gòu)成錯(cuò)綜復(fù)雜的自然界。因此在探索自然規(guī)律時(shí)，往往會(huì)因?yàn)楦鞣N因素糾纏在一起而難以分辨�？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)特殊作用之一是：它可以人為地控制研究對(duì)象，使研究對(duì)象達(dá)到簡(jiǎn)化和純化的作用。例如，在真空中所做的自由落體實(shí)驗(yàn)，羽毛與鐵塊同時(shí)落下，其中就排除了空氣阻力的干擾，從而使研究對(duì)象大大的簡(jiǎn)化丁。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)可以憑借人類已經(jīng)掌握的各種技術(shù)手段，創(chuàng)造出地球自然條件下不存在的各種極端條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如超高溫、超高壓、超低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)、超真空等條件下的實(shí)驗(yàn)。從這些實(shí)驗(yàn)中可以探索物質(zhì)變化的特殊規(guī)律或制備特殊材料，也可以發(fā)生特殊的化學(xué)反應(yīng)。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)具有靈活性，可以選取典型材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，如選取超純材料、超微粒(納米)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。生物學(xué)中用果蠅的染色體研究遺傳問題同樣體現(xiàn)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的靈活性。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)還具有模擬研究對(duì)象的作用，如用小白鼠進(jìn)行的病理研究等�？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)可以為生產(chǎn)實(shí)踐提供新理論、新技術(shù)、新方法、新材料、新工藝等。一般新的工業(yè)產(chǎn)品在批量生產(chǎn)前都是在實(shí)驗(yàn)室中通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)制成的，晶體管的生產(chǎn)就是如此。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)就是自然科學(xué)研究中的實(shí)踐活動(dòng)，尊重科學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，就是堅(jiān)持唯物主義觀點(diǎn)，無視實(shí)驗(yàn)事實(shí)，或在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中弄虛作假，都是唯心主義的作法，最終必然碰壁。任何自然科學(xué)理論都必須以豐富的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的真實(shí)信息為基礎(chǔ)，經(jīng)過分析、歸納，從而抽象出理論和假說來。一個(gè)科學(xué)工作者必須腳踏實(shí)地，這個(gè)實(shí)地就是科學(xué)實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果，因此，唯物主義思想是每一個(gè)自然科學(xué)工作者都應(yīng)該具備的基本素質(zhì)之一。

二、數(shù)學(xué)方法

數(shù)學(xué)方法有兩個(gè)不同的概念，在方法論全書中的數(shù)學(xué)方法指研究和發(fā)展數(shù)學(xué)時(shí)的思想方法，而這里所要闡述的數(shù)學(xué)方法則是在自然科學(xué)研究中經(jīng)常采用的一種思想方法，其內(nèi)涵是；它是科學(xué)抽象的一種思維方法，其根本特點(diǎn)在于撇開研究對(duì)象的其他一切特性，只抽取出各種量、量的變化及各量之間的關(guān)系，也就是在符合客觀的前提下，使科學(xué)概念或原理符號(hào)化、公式化，利用數(shù)學(xué)語言（即數(shù)學(xué)工具）對(duì)符合進(jìn)行邏輯推導(dǎo)、運(yùn)算、演算和量的分析，以形成對(duì)研究對(duì)象的數(shù)學(xué)解釋和預(yù)測(cè)，從而從量的方面揭示研究對(duì)象的規(guī)律性。這種特殊的抽象方法，稱為數(shù)學(xué)方法。

(二)運(yùn)用數(shù)學(xué)方法的基本過程

在科學(xué)研究中，經(jīng)常需要進(jìn)行科學(xué)抽象，并通過科學(xué)抽象，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法去定量揭示研究對(duì)象的規(guī)律性，其基本過程是：(1)先將研究的原型抽象成理想化的物理模型，也就是轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念； (2)在此基礎(chǔ)上，對(duì)理想化的物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)科學(xué)抽象(科學(xué)抽象的一種形式)，使研究對(duì)象的有關(guān)科學(xué)概念采用符號(hào)形式的量化，達(dá)到初步建立起數(shù)學(xué)模型，即形成理想化了的數(shù)學(xué)方程式或具體的計(jì)算公式；(3)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證，即將其略加修正后運(yùn)用到原型中去，對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)解釋，看其近似的程度如何：近似程度高，說明這是一個(gè)較好的數(shù)學(xué)模型，反之，則是一個(gè)較差的數(shù)學(xué)模型，需要重新提煉數(shù)學(xué)模型。這一基本過程可用簡(jiǎn)圖表示如下：


數(shù)學(xué)方法又稱數(shù)學(xué)建模法，之所以其第一步要抽象為物理模型，這是因?yàn)閿?shù)學(xué)方法是一種定量分析方法，而自然科學(xué)中的量絕大多數(shù)都是物理量，因此數(shù)學(xué)模型實(shí)質(zhì)表達(dá)的是各物理量之間的相互關(guān)系，而且這種關(guān)系需要表達(dá)成數(shù)學(xué)方程式或計(jì)算公式。而驗(yàn)證過程則通常為研究對(duì)象中各種物理量的測(cè)定(通過實(shí)驗(yàn))過程。因此，數(shù)學(xué)建模過程的第一步又常稱為物理建模，換言之，就是說沒有物理建模就難以進(jìn)行數(shù)學(xué)建模；但是，若只有物理建模，就難以形成理論性的方程式或計(jì)算公式，就難以達(dá)到定量分析研究的目的。

(二)數(shù)學(xué)方法的特點(diǎn)

l.高度的抽象性：各門自然科學(xué)乃至社會(huì)科學(xué)雖然都是抽象的科學(xué)，都具有抽象性，可是數(shù)學(xué)的抽象程度更高，因?yàn)樵跀?shù)學(xué)中已經(jīng)沒有了事物的其它特征，僅存在數(shù)和符號(hào)，它只表明符號(hào)之間的數(shù)量關(guān)系和運(yùn)算關(guān)系等。也只有這樣才能定量地揭示出研究對(duì)象的規(guī)律性。

2.高度的精確性：這是因?yàn)榭梢酝ㄟ^數(shù)學(xué)模型進(jìn)行精確的計(jì)算，而且只有精確(即近似程度高)的數(shù)學(xué)模型才是人們最終所需要的數(shù)學(xué)模型。

3．嚴(yán)密的邏輯性：這是因數(shù)學(xué)本身就是一門邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)，同時(shí)運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決和研究自然規(guī)律時(shí)，一般總是在已掌握大量的、充分和必要的數(shù)據(jù)(即實(shí)驗(yàn)信息) 的基礎(chǔ)上，并首先運(yùn)用邏輯推理方法建立物理模型之后才去建立數(shù)學(xué)模型的，因此數(shù)學(xué)模型中必然會(huì)包含更加嚴(yán)密的邏輯性。

4．充滿辯證特征：因?yàn)樵跀?shù)學(xué)模型中的量往往是一個(gè)符號(hào)，如F＝ma就代表了牛頓第二定律，這其中的三個(gè)量的大小既是可以變化的，又是相互關(guān)聯(lián)的。因此數(shù)學(xué)模型本來就體現(xiàn)了辯證關(guān)系的兩大主要特征：變化特征和聯(lián)系特征。

5．具有應(yīng)用的廣泛性：華羅庚教授曾指出：“宇宙之大，粒子之微，火箭之速，化工之巧，地球之變，生物之謎，日用之繁，無處不用數(shù)學(xué)”。這是因?yàn)槭郎先f物的變化無不由運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，無不遵從由量變到質(zhì)變的規(guī)律性，因此只有通過定量研究才能更深刻揭示自然規(guī)律，才能更準(zhǔn)確的把握住量變到質(zhì)變的關(guān)鍵——度的問題。

6．隨機(jī)性：隨機(jī)性是指偶然性中有必然性，實(shí)驗(yàn)信息是偶然的，通過數(shù)學(xué)建模，從多個(gè)偶然數(shù)據(jù)(分立的)中往往可以給出必然的結(jié)果(量之間連續(xù)變化的關(guān)系)，即規(guī)律性的結(jié)論。

(三)數(shù)學(xué)方法的種類

1．自然事物和現(xiàn)象的分類

數(shù)學(xué)方法及數(shù)學(xué)建模的應(yīng)用依賴于自然事物和現(xiàn)象的性質(zhì)，而自然事物和現(xiàn)象的種類繁多，數(shù)量是無限的。在大干世界中，無法找到兩個(gè)完全一樣的東西，這是指再相仿的東西之間也必然會(huì)有差別。因此定量研究事物規(guī)律性時(shí)，數(shù)學(xué)模型不可能是針對(duì)某一個(gè)別事物而建立的，而總是針對(duì)同一類事物和現(xiàn)象所具有的共同規(guī)律性而建立的。這就要求：根據(jù)數(shù)學(xué)建模的需要，按一定的因素把事物進(jìn)行分類，以便更方便地運(yùn)用數(shù)學(xué)方法。概括起來，自然界中多種多樣的事物和現(xiàn)象一般可分為四大類：第一類是有確定因果關(guān)系的，稱為必然性的自然事物和自然現(xiàn)象；第二類是沒有確定因果關(guān)系的，稱為隨機(jī)的自然事物和現(xiàn)象；第三類是界限不明白，稱為模糊的自然事物和自然現(xiàn)象；第四類是突變的自然事物和自然現(xiàn)象。必然事物和現(xiàn)象就如同種豆得豆、種瓜得瓜一樣，因果關(guān)系完全確定。而隨機(jī)事物和現(xiàn)象就如同氣體分子的相互碰撞一樣，其中某兩個(gè)分子是否很快會(huì)發(fā)生碰撞，沒有必然性，但氣體分子間確實(shí)經(jīng)常發(fā)生碰撞，所以可以說分子間發(fā)生碰撞是必然的，但某兩個(gè)分子的碰撞卻是隨機(jī)的。對(duì)模糊的事物和自然現(xiàn)象的理解，也可以用一個(gè)實(shí)例說明。許多國(guó)界都是以河流的主河道中線劃分的，中線究竟在哪里，只能是一個(gè)模糊的界限，無法嚴(yán)格劃分。因?yàn)楹铀卸嗟臅r(shí)候，也有少的時(shí)候，洞水在流動(dòng)，波浪在不斷地拍打著河岸，因此不可能進(jìn)行絕對(duì)精確的測(cè)量，所以其界限是模糊的。地震的突然發(fā)生、橋梁的突然斷裂折墜等則屬于突然性事物和現(xiàn)象。

2．?dāng)?shù)學(xué)方法的分類

按照自然事物和現(xiàn)象的類型，根據(jù)理論計(jì)算和解決實(shí)際問題的需要，人們創(chuàng)立了許多種數(shù)學(xué)方法，概括起來主要有以下幾種：常量數(shù)學(xué)方法：古今初等數(shù)學(xué)所運(yùn)用的方法，便是常量數(shù)學(xué)方法，主要有算術(shù)法、代數(shù)法、幾何法和三角函數(shù)法。常量數(shù)學(xué)方法被用于定量揭示和描述客觀事物在發(fā)展過程中處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的數(shù)量關(guān)系和空間形式(或結(jié)構(gòu))的規(guī)律性。變量數(shù)學(xué)方法：它是定量揭示和描述客觀事物運(yùn)動(dòng)、變化、發(fā)展過程中的各量變化與量變之間的關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法。其中最基本的是解析幾何法和微積分法。解析幾何法由數(shù)學(xué)家迪卡爾創(chuàng)立，是用代數(shù)方法研究幾何圖形特征的一種方法。微積分(通常稱為高等數(shù)學(xué))方法是牛頓和萊布尼茨創(chuàng)立的。這種方法主要應(yīng)用于求某種變化率 (如物體運(yùn)行速率、化學(xué)反應(yīng)速率等)；求曲線(曲面)切線(切平面)；求函數(shù)極值；求解振動(dòng)方程和場(chǎng)方程等問題。

必然性數(shù)學(xué)方法：這種方法應(yīng)用于必然性自然事物和現(xiàn)象。描述必然性自然事物和現(xiàn)象的數(shù)學(xué)工具，一般是方程式或方程組。其中主要有：代數(shù)方程、函數(shù)方程、常微分方程、偏微分方程和差分方程等。利用方程可以從已知數(shù)據(jù)，在遵循推理規(guī)律和規(guī)則的條件下，推算出未知數(shù)據(jù)，如這種方法可以根據(jù)熱力學(xué)方程計(jì)算出煉鋼爐各部分的溫度分布。因而可通過理論計(jì)算，確定和選取煉鋼爐的最佳設(shè)計(jì)方案。

隨機(jī)性數(shù)學(xué)方法：指定量研究、揭示和描述隨機(jī)事物和隨機(jī)現(xiàn)象領(lǐng)域的規(guī)律性的一種數(shù)學(xué)方法。它主要含概率論方法和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。

突變的數(shù)學(xué)方法：指定量研究只揭示和描述突變事物和突變現(xiàn)象規(guī)律性的一種數(shù)學(xué)方法。它是20世紀(jì)70年代由法國(guó)數(shù)學(xué)家托姆創(chuàng)立的。托姆用嚴(yán)密的邏輯和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，證明在不超過四個(gè)控制因素的條件下，存在著七種不連續(xù)過程的突變類型，它們分別是：折轉(zhuǎn)型，尖角型，燕尾型，蝴蝶型，雙曲臍點(diǎn)型，橢圓臍點(diǎn)型，拋物臍點(diǎn)型。這些突變數(shù)學(xué)方法和突變理論，對(duì)于解決地質(zhì)學(xué)研究領(lǐng)域中的復(fù)雜生突變事件(如地震預(yù)測(cè))和現(xiàn)象十分有用。有專家預(yù)言：突變的數(shù)學(xué)方法，可能成為解決地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域復(fù)雜問題的一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具。

模糊性數(shù)學(xué)方法：指用定量方法去研究、揭示和描述模糊事物和模糊現(xiàn)象和規(guī)律性的一種數(shù)學(xué)方法。自然界存在著大量模糊事物、模糊現(xiàn)象和模糊信息，無法用精確數(shù)學(xué)方法處理。模糊數(shù)學(xué)方法的創(chuàng)立，才使人類找到了處理該類問題的有效方法，人們稱這種方法的效果是“模糊中見光明”。“模糊數(shù)學(xué)”并非數(shù)學(xué)的模糊，這種數(shù)學(xué)本身仍是邏輯嚴(yán)密的精確數(shù)學(xué)，只是因用于處理模糊事物而得名。

公理化方法：指從初始科學(xué)概念和一些不證自明的數(shù)學(xué)公理出發(fā)遵循邏輯思維規(guī)律和推理規(guī)則，運(yùn)用正確邏輯推理形式，對(duì)一些相關(guān)問題進(jìn)行處理，從而建立起數(shù)學(xué)模型的一種特殊方法。公理化方法由古希臘數(shù)學(xué)家歐幾里得首創(chuàng)，并構(gòu)成了歐氏幾何學(xué)理論體系，公理化方法的核心是研究如何把一種科學(xué)理論公理化，進(jìn)而建成一個(gè)公理化理論體系。這種體系中首先建立公理，即把某學(xué)科中一些初始科學(xué)概念公理化，然后由公理推演出定理及其他，從而構(gòu)成一個(gè)公理化理論體系。

(四)提煉數(shù)學(xué)模型的一般步驟

所謂提煉數(shù)學(xué)模型，就是運(yùn)用科學(xué)抽象法，把復(fù)雜的研究對(duì)象轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，經(jīng)合理簡(jiǎn)化后，建立起揭示研究對(duì)象定量的規(guī)律性的數(shù)學(xué)關(guān)系式(或方程式)。這既是數(shù)學(xué)方法中最關(guān)鍵的一步，也是最困難的一步。提煉數(shù)學(xué)模型，一般采用以下六個(gè)步驟完成：

第一步：根據(jù)研究對(duì)象的特點(diǎn)，確定研究對(duì)象屬哪類自然事物或自然現(xiàn)象，從而確定使用何種數(shù)學(xué)方法與建立何種數(shù)學(xué)模型。即首先確定對(duì)象與應(yīng)該使用的數(shù)學(xué)模型的類別歸屬問題，是屬于“必然”類，還是“隨機(jī)”類；是“突變”類，還是“模糊”類。

第二步：確定幾個(gè)基本量和基本的科學(xué)概念，用以反映研究對(duì)象的狀態(tài)。這需要根據(jù)已有的科學(xué)理論或假說及實(shí)驗(yàn)信息資料的分析確定。例如在力學(xué)系統(tǒng)的研究中，首先確定的摹本物理量是質(zhì)主(m)、速度(v)、加速度(α)、時(shí)間(t)、位矢(r)等。必須注意確定的基本量不能過多，，否則未知數(shù)過多，難以簡(jiǎn)化成可能數(shù)學(xué)模型，因此必須詵擇出實(shí)質(zhì)性、關(guān)鍵性物理量才行。

第三步：抓住主要矛盾進(jìn)行科學(xué)抽象�，F(xiàn)實(shí)研究對(duì)象是復(fù)雜的，多種因素混在一起，因此，必須變復(fù)雜的研究對(duì)象為簡(jiǎn)單和理想化的研究對(duì)象，做到這一點(diǎn)相當(dāng)困難，關(guān)鍵是分清主次。如何分清主次只能具體問題具體分析，但也有兩條基本原則：一是所建數(shù)學(xué)模型一定是可能的，至少可給出近似解；二是近似解的誤差不能超過實(shí)際問題所允許的誤差范圍。

第四步：對(duì)簡(jiǎn)化后的基本量進(jìn)行標(biāo)定，給出它們的科學(xué)內(nèi)涵。即標(biāo)明哪些是常量，哪些是已知量，哪些是待求量，哪些是矢量，哪些是標(biāo)量，這些量的物理含義是什么?

第五步：按數(shù)學(xué)模型求出結(jié)果。

第六步：驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型。驗(yàn)證時(shí)可根據(jù)情況對(duì)模型進(jìn)行修正，使其符合程度更高，當(dāng)然這以求原模型與實(shí)際情況基本相符為原則。

(五)數(shù)學(xué)方法在科學(xué)中的作用

1．?dāng)?shù)學(xué)方法是現(xiàn)代科研中的主要研究方法之一

數(shù)學(xué)方法是各門自然科學(xué)都需要的一種定量研究方法，尤其在當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，計(jì)算機(jī)已得到廣泛應(yīng)用，即使一個(gè)極其復(fù)雜的偏微分方程的求解問題也同樣可以通過離散化手段進(jìn)行數(shù)字求解。如航磁法、地震法探礦的數(shù)據(jù)處理問題就異常復(fù)雜，其數(shù)學(xué)模型就是一個(gè)偏微分波動(dòng)(場(chǎng))方程。當(dāng)然此類問題都需要在超大型專門計(jì)算機(jī)構(gòu)進(jìn)行的。正因?yàn)槿绱耍S多過去無法進(jìn)行定量研究的問題，現(xiàn)在一般都可以通過數(shù)學(xué)建模進(jìn)行定量研究。當(dāng)然，研究中的關(guān)鍵就是如何建模的問題了。同時(shí)，只有通過定量研究才能更深刻、更準(zhǔn)確地揭示自然事物和自然現(xiàn)象內(nèi)在的規(guī)律性。否則，一切科學(xué)理論的建立和理論研究的精確化就難以實(shí)現(xiàn)。

馬克思曾指出：“一種科學(xué)只有當(dāng)它達(dá)到了能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)時(shí)，才算真正發(fā)展了”。這正如我國(guó)數(shù)千年的傳統(tǒng)中藥，因其藥效及有效成分沒能達(dá)到定量研究的程度，因而其發(fā)展遲緩。當(dāng)今世界各主要國(guó)家都在對(duì)中國(guó)的中藥進(jìn)行定量分析研究，某些中藥已被它國(guó)制成精品并擁有專利權(quán)向我國(guó)傾銷，這充分體現(xiàn)了定量研究的重要意義。

2．?dāng)?shù)學(xué)方法為多門科研提供了簡(jiǎn)明精確的定量分析和理論計(jì)算方法

數(shù)學(xué)語言(方程式或計(jì)算公式)是最簡(jiǎn)明和最精確的形式化語言，只有這種語言才能給出定量分析的理論和計(jì)算方法，通過理論計(jì)算給出的信息，可以給人們提供某種預(yù)測(cè)、某種預(yù)言。這種預(yù)示性的信息，既可能帶來某種發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和創(chuàng)造，也可能導(dǎo)致極大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，從而使人們格外地感受到它的分量。

3．?dāng)?shù)學(xué)方法為多門科學(xué)研究提供邏輯推理、辯證思維和抽象思維的方法

數(shù)學(xué)作為自然科學(xué)研究的可靠工具，是因?yàn)樗睦碚擉w系是經(jīng)過嚴(yán)密邏輯推證得到的，因此它也為科學(xué)研究提供了眾多邏輯推理方法；同時(shí)數(shù)學(xué)也是一種辯證思維和抽象思維的語言，因此也同樣為科學(xué)研究提供了辯證思維和抽象思維的方法。

三、系統(tǒng)科學(xué)方法

系統(tǒng)科學(xué)是關(guān)于系統(tǒng)及其演化規(guī)律的科學(xué)。盡管這門學(xué)科自20世紀(jì)上半葉才產(chǎn)生，但由于其具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已成為一個(gè)包括眾多分支的科學(xué)領(lǐng)域。它包括有：一般系統(tǒng)論、控制論、信息論、系統(tǒng)工程、大系統(tǒng)理論、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、博弈論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、超循環(huán)理論、一般生命系統(tǒng)論、社會(huì)系統(tǒng)論、泛系分析、灰色系統(tǒng)理論等分支。這些分支，各自研究不同的系統(tǒng)。自然界本身就是一個(gè)無限大、無限復(fù)雜的系統(tǒng)，在自然界中包括著許許多多不同的系統(tǒng)，系統(tǒng)是一種普遍存在。一切事物和過程都可以看作組織性程度不同的系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)科學(xué)的原理具有一般性和較高的普遍性。利用系統(tǒng)科學(xué)的原理，研究各種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及其進(jìn)化的規(guī)律，稱為系統(tǒng)科學(xué)方法，它已得到各研究領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，目前尤其在生物學(xué)領(lǐng)域(生態(tài)系統(tǒng))和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域(經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng))中的應(yīng)用最為引人注目。系統(tǒng)科學(xué)研究有兩個(gè)基本特點(diǎn)：其一是它與工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、企業(yè)管理、環(huán)境科學(xué)等聯(lián)系密切，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性；其二是它的理論基礎(chǔ)不僅是系統(tǒng)論，而且還依賴于各有關(guān)的專門學(xué)科，與現(xiàn)代一些數(shù)學(xué)分支學(xué)科有密切關(guān)系。正因?yàn)槿绱�，人們認(rèn)為系統(tǒng)科學(xué)方法一般指研究系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。因此，我們下面將僅就上述意義上系統(tǒng)科學(xué)方法作簡(jiǎn)要論述。

(一)系統(tǒng)科學(xué)方法的特點(diǎn)和原則

所謂系統(tǒng)科學(xué)方法，是指用系統(tǒng)科學(xué)的理論和觀點(diǎn)，把研究對(duì)象放在系統(tǒng)的形式中，從整體和全局出發(fā)，從系統(tǒng)與要素、要素與要素、結(jié)構(gòu)與功能以及系統(tǒng)與環(huán)境的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)素中，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行考察、分析和研究，以得到最優(yōu)化的處理與解決問題的一種科學(xué)研究方法。系統(tǒng)科學(xué)方法

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基督徒是發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)的中堅(jiān)力量　　
按照《圣經(jīng)》的教導(dǎo)，上帝是宇宙萬物的創(chuàng)造者、護(hù)持者，人是神按自己的形像造的�；酵较嘈牛蛏褓x予的理性，人有能力接受神的啟示去認(rèn)識(shí)宇宙，進(jìn)而認(rèn)識(shí)神、榮耀神；同時(shí)，神要人治理環(huán)境、管理各種魚類、飛禽、走獸（見〈創(chuàng)世記〉第一章）。只有對(duì)所要管理的對(duì)象有深入的了解，才能當(dāng)好神的管家。為了認(rèn)識(shí)、榮耀神，為了不負(fù)神的重托，一大批虔誠(chéng)的基督徒以極大的熱忱獻(xiàn)身于自然科學(xué)，取得舉世矚目的成就，成為各現(xiàn)代學(xué)科的奠基人�，F(xiàn)代科學(xué)發(fā)展初期，英國(guó)社會(huì)的基督徒約占總?cè)丝诘陌俜种�，而在英�?guó)早期皇家學(xué)會(huì)中，基督徒的比例卻高達(dá)百分之九十！
　　牛頓是這一大批基督徒科學(xué)家的杰出代表。這位英國(guó)科學(xué)家二十七歲即出任劍橋大學(xué)教授，發(fā)明微積分法，確定運(yùn)動(dòng)三定律，發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，在光學(xué)和天文學(xué)也有頗多建樹。后被推為皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，并被加封為爵士。他是舉世聞名的科學(xué)家，又是虔誠(chéng)的基督徒。牛頓的父母是虔誠(chéng)的清教徒。但他出生前三個(gè)月，父親病逝。面對(duì)這個(gè)瀕于死亡的早產(chǎn)兒，他母親向上帝禱告：“萬軍之耶和華啊，你若垂聽婢女的苦情，眷念不忘婢女，賜我一個(gè)兒子，我必使他終身歸于耶和華”(撒上一11)。所以牛頓從小敬畏神。牛頓成長(zhǎng)過程中留下的最早記錄，就是他在課堂筆記的空白處記下的禱告。牛頓常常到花園禱告與默想；蘋果掉在地上，使他想到了萬有引力。紐約大學(xué)歷史系教授曼紐(Manuel)說：“近代科學(xué)源自牛頓對(duì)上帝的默想”6。牛頓身為杰出的科學(xué)家，又常常公開表示自己的信仰，加上不擅交際，故遭到許多無端攻擊�！爱�(dāng)時(shí)宗教分子攻擊他有一流的科學(xué)，卻有三流的神學(xué)；科學(xué)分子攻擊他有一流的神學(xué)，卻有三流的科學(xué)；政治分子攻擊他的科學(xué)、神學(xué)、人際關(guān)系都屬三流；有人看他孝順母親又終身未婚，就中傷他心理不健全，現(xiàn)今還有人說牛頓有戀母情結(jié)；有人看他對(duì)學(xué)生好，就說他有同性戀”。這些攻擊使牛頓幾乎發(fā)瘋，也造成了他漫長(zhǎng)的信仰動(dòng)搖期(169 8-1707)。直到英王任命他為英國(guó)皇家協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，攻擊才消失。牛頓于一七二七年謝世，他晚年寫道：“不管任何環(huán)境，要守住耶穌基督救贖的真理和最大的誡命──愛人如己”。
   波蘭天文學(xué)家兼數(shù)學(xué)家哥白尼經(jīng)二十幾年研究，發(fā)表《天體運(yùn)行》（DeRevolutionibus Orbium Coelestium）巨著，首先提出日心學(xué)，奠定了現(xiàn)代天文學(xué)的基礎(chǔ)。哥白尼不僅是偉大的科學(xué)家，而且早年學(xué)習(xí)神學(xué)和醫(yī)學(xué)，一生懸壺行醫(yī)，后又擔(dān)任牧職傳道。支持證實(shí)哥白尼的日心說的天文學(xué)家伽利略和凱普勒也都虔信神。伽利略雖遭到天主教教廷的迫害，他本人仍相信《圣經(jīng)》，相信〈日心說〉與《圣經(jīng)》并不矛盾。凱普勒是基督徒，曾在神學(xué)院進(jìn)修兩年。當(dāng)凱普勒經(jīng)過長(zhǎng)期努力、終于發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)行三大定律后，他將榮耀歸給神：“我感謝你，造物主和上帝，因?yàn)槟阋言谀愕膭?chuàng)造中給了我這份喜樂，我在你手作成的工中喜樂。現(xiàn)在，我已完成我蒙召應(yīng)作的工作。在其中我已盡用了你賦予我心智的一切才能。以我狹窄的心智對(duì)你無限豐盛的理解，我將向那些將要讀到我的話語的人彰顯你的工作的偉大” 。
　　電解原理發(fā)明人法拉第虔信《圣經(jīng)》，并是倫敦一教堂的兼職傳道人，每周講道多次，遺留至今的講章有一百五十篇之多。他臨終時(shí)，別人問他在想什么，他說：“我心靈很平靜。”并引用《圣經(jīng)》說：“因?yàn)橹牢宜诺氖钦l，也深信他能保全我所交付他的，直到那日”（提后一12）。對(duì)熱力學(xué)第二定律的發(fā)現(xiàn)作出重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家卡爾文（William Thomas Kelvin），也是虔誠(chéng)的基督徒。一次，有個(gè)學(xué)生問他一生中最大的發(fā)現(xiàn)是什么，他沒有說是第二定律，卻說：“在我生平的發(fā)現(xiàn)中，最有價(jià)值的，是認(rèn)識(shí)了主耶穌基督”。
   化學(xué)家波義耳（Robert Boyle）在他的科學(xué)論文中再三強(qiáng)調(diào)，科學(xué)研究的整體目標(biāo)，是要顯示《圣經(jīng)》和自然規(guī)律的合理性及和諧性。他本人研讀原文《圣經(jīng)》，對(duì)基督教護(hù)教學(xué)甚有研究。在美國(guó)發(fā)行的第一本印地安語《圣經(jīng)》是由他資助出版的。波義耳二十八歲后前往牛津，他與有“清教徒之父”之稱的巴克斯特(Richard Baxter)建立了深厚友誼。針對(duì)當(dāng)時(shí)有人以為對(duì)神虔誠(chéng)就必須反對(duì)科學(xué)的謬誤，他們宣稱：“人得救的條件不是要反對(duì)什么，而是接受上帝白白的恩典。只要你肯，仍然可以在科學(xué)里愛上帝、敬拜上帝�！痹诓x耳的牛津科學(xué)陣營(yíng)里逐漸聚集了一批杰出的基督徒科學(xué)家，并由此形成了“英國(guó)皇家科學(xué)會(huì)” 11。
　　瑞典博物學(xué)家林奈氏（Karl Von Linnaeus）對(duì)現(xiàn)代植物學(xué)的發(fā)展有極大貢獻(xiàn)，尤以植物分類法聞名。他將自然界分為動(dòng)物、植物、礦物三大類，再細(xì)分為綱、目、科、屬、種，成為現(xiàn)代自然分類法的基礎(chǔ)。林奈氏一生敬畏上帝。據(jù)說某日他外出散步，偶見一艷麗奪目的花朵，深感上帝創(chuàng)造的奇妙、偉大，便立即跪下，感謝造物主的恩典。
   法國(guó)化學(xué)家巴斯德（Louis Pasteur）是世界公認(rèn)的微生物學(xué)的創(chuàng)始者。他發(fā)明消毒法，對(duì)人類醫(yī)療衛(wèi)生貢獻(xiàn)極大。又在防治瘟蠶病、促進(jìn)法國(guó)蠶絲業(yè)的發(fā)展立下豐功。他對(duì)上帝和福音都有堅(jiān)強(qiáng)的信心。他說過，“如果承認(rèn)上帝的存在，這一個(gè)信心實(shí)比一切宗教的神跡更為超奇，不可思議。如果我們有了這種信心，這種悟性，那便不能不對(duì)上帝下跪，肅然敬拜了�！彼Ｔ趯�(shí)驗(yàn)室里，一面工作，一面禱告。在巴斯德的時(shí)代，有人認(rèn)為生命可以由物質(zhì)產(chǎn)生，即“自然發(fā)生論”。出于他對(duì)神的信仰，他不相信物質(zhì)可以產(chǎn)生生命，相信只有神才是生命法則的作者。經(jīng)潛心研究，他發(fā)明了消毒法，證明了物質(zhì)不能產(chǎn)生生命。年老時(shí)，他回母校講演時(shí)說，他一生面對(duì)極大反對(duì)、卻能節(jié)節(jié)勝利的兩個(gè)原因是：“信心，相信神的啟示……信心是一條繩子，維系你周圍所發(fā)生的事情，與你內(nèi)心的呼召，成為一個(gè)和諧的關(guān)系。熱心(enthusiasm)，這是最好的字，由En及Theo合成：En是里面，Theo是神。真正持久的熱心是因?yàn)樯系圩≡谖业男睦铩?12。
   法國(guó)另一位著名的科學(xué)家巴斯噶（Blaise Pascal）英年早逝，離世時(shí)僅三十九歲。他十六歲時(shí)就完成了有關(guān)投影幾何的名著，并先后發(fā)明計(jì)算器、晴雨表和水壓機(jī)等，為曠世天才。然而，科學(xué)上的重大成就卻無法滿足他靈性的需求，他甚感痛苦，遂研讀《圣經(jīng)》。一天晚上正讀到〈約翰福音〉第十七章時(shí)，神忽然向他顯現(xiàn)，當(dāng)年領(lǐng)以色列出埃及的偉大先知摩西所見的荊棘中的火焰，充滿整個(gè)房間，同時(shí)上聞主聲：“亞伯拉罕的上帝，以撒的上帝，雅各的上帝，非哲人之上帝，非學(xué)者之上帝。”使之頓時(shí)開悟，單靠科學(xué)、哲學(xué)，不能通神。面對(duì)真神后，他大獲平安、喜樂。他將神的啟示筆錄、繕正，縫于襟內(nèi)，終其一生，未告訴任何人。直到他去世時(shí)才被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)珍藏于巴黎國(guó)立圖書館。巴斯噶悟道之后，盡棄驕淫之氣，謙卑自律，判若兩人。后著《沉思集》（Ponsees），為主證道，膾炙人口。他在《沉思集》中寫道：「有兩種人會(huì)認(rèn)識(shí)上帝，一種是身處尊貴或卑微，內(nèi)中常存謙卑的心；第二種是，只要真理，不管反對(duì)的人。
   到目前為止，在人類歷史上，能先用數(shù)學(xué)推導(dǎo)物理現(xiàn)象的存在、爾后由后人證明其正確性的，只有四位：牛頓、哈彌爾頓(William Rowan Hamilton，曾推導(dǎo)出“光在雙軸晶體的折射會(huì)呈現(xiàn)圓錐狀”)、馬克斯威爾和愛因斯坦。前三位是虔誠(chéng)基督徒，第四位相信有上帝 。
　　當(dāng)科學(xué)再度向縱深發(fā)展時(shí)，復(fù)雜、浩瀚、精妙的宇宙，使不少人不得不再一次去思考、面對(duì)宇宙背后的設(shè)計(jì)者。這在天文物理學(xué)界尤為突出。加拿大天文學(xué)家Hugh Ross說：“我和很多研究宇宙特征的人談過話，也讀過許多有關(guān)的書籍和論文。其中，沒有一人否認(rèn)宇宙不多不少是為適合生命而斧鑿出來的。天文學(xué)家很自然地傾向獨(dú)立和抨擊一切信仰。只要有機(jī)會(huì)否定，他們就會(huì)把握。但宇宙的精雕和細(xì)琢，證據(jù)確鑿，到如今我還未聽過任何異議。 ”他列舉了許多天文學(xué)家有關(guān)的談話。
　　因發(fā)現(xiàn)宇宙背景輻射而獲諾貝爾獎(jiǎng)的物理學(xué)家彭西亞(Arno Penzias)說：“天文學(xué)帶領(lǐng)我們看到一件獨(dú)特的事件，那就是：一個(gè)從無有中被造出來的宇宙；這宇宙有精密的平衡，供應(yīng)著容許生命存在的條件；同時(shí)，這宇宙背后是有一個(gè)根本計(jì)劃，也可以說是一個(gè)超然的計(jì)劃�！�
　　宇宙學(xué)家羅夫曼(Tony Rothman)在一部著作的結(jié)論中寫道：“當(dāng)中世紀(jì)的神學(xué)家，用亞里士多德的觀點(diǎn)定睛仰望夜空時(shí)，他們看見是天使使宇宙和諧運(yùn)作。今天，現(xiàn)代宇宙學(xué)家則象愛因斯坦一樣，他們凝視著同樣的天空，卻看見上帝的作為透過大自然的常規(guī)表露出來，而非透過天使……當(dāng)我們面對(duì)宇宙的規(guī)律和美麗，以及自然奇妙的巧合時(shí)，我們很容易有一種沖動(dòng)，要用信心跨過科學(xué)進(jìn)到宗教去。我肯定很多物理學(xué)家曾這樣想過，我只希望他們會(huì)坦白承認(rèn)�！�
　　英國(guó)天文學(xué)家戴維斯(Paul Davies)逐漸從無神論轉(zhuǎn)而承認(rèn)：“物理學(xué)定律本身似乎已是非常高明設(shè)計(jì)的產(chǎn)品”；“對(duì)我來說，強(qiáng)有力的證據(jù)說明背后必有玄機(jī)……好像有人把大自然的數(shù)字精調(diào)來創(chuàng)造宇宙……這設(shè)計(jì)給人的印象實(shí)在是震撼性的�！�
　　原宣稱“宇宙就是一切”、毫不猶豫地反對(duì)基督教的英國(guó)天文物理學(xué)家荷爾(Fred Hoyle) 現(xiàn)也無奈地說：“一位超智慧者在玩弄著物理、化學(xué)及生物學(xué)�！碧煳奈锢韺W(xué)家基福(Robert Griffiths)則風(fēng)趣地說：“如果我們要找無神論者辯論，會(huì)到哲學(xué)系去，物理系派不上用場(chǎng)”。
　　天文學(xué)家凱普勒說：“我們天文學(xué)家們是至高無上之神在大自然方面的代理人。大自然提供我們研究的機(jī)會(huì)，并非讓我們自命不凡，而是為了榮耀神”25。 熱力學(xué)家凱爾文說： “人類承認(rèn)自己所知的有限，是科學(xué)最關(guān)鍵的原理”。
　　因用油滴實(shí)驗(yàn)證明電子的存在，和其所攜帶的電荷，而獲諾貝爾物理獎(jiǎng)的米立根（Millikan）說得更加清晰，“人的宗教性是與生俱來無法逃避的。因?yàn)橛钪娉^科學(xué)知識(shí)的范疇，非人類智慧所能窺測(cè)。這人類智慧不能窺測(cè)的范疇便是宗教的領(lǐng)域了�！祟愔腔塾邢�，不能完全明白宇宙終極的奧秘�！嬲默F(xiàn)代科學(xué)，應(yīng)當(dāng)服從上帝、學(xué)習(xí)謙卑”27。 霍頓博士形象地把科學(xué)與信仰（《大自然》與《圣經(jīng)》）喻為人的雙眼，“當(dāng)我們將神的兩種啟示，揉合一起來看事物，好像用兩只眼睛看見的立體感，新的深度和真實(shí)就出現(xiàn)了，新的屬靈境界也顯而易見了”28。科學(xué)能使人們從敬拜受造之物的迷信中醒悟過來，轉(zhuǎn)而敬拜創(chuàng)造天地萬物的造物之主。
　　有人說，科學(xué)的終點(diǎn)就是信仰的起點(diǎn)。此話富于哲理。美國(guó)國(guó)家航空及宇宙航行局（NASA）、太空研究院的創(chuàng)始人澤斯爵博士（Robert Jastrow），在《神與天文學(xué)家》(God and the Astronomers)一書中說過一段令人銘心刻骨的話：“對(duì)于一個(gè)靠理性的力量而生活的科學(xué)家而言，這個(gè)故事的結(jié)局像是個(gè)惡夢(mèng)。他一直在攀登無知之山，并且快要到達(dá)巔峰。當(dāng)他攀上最后一塊石頭時(shí)，他竟受到一群神學(xué)家的歡迎，他們已經(jīng)在那里恭候無數(shù)個(gè)世紀(jì)了”。
                       科學(xué)的局限性　　
    科學(xué)不是包治百病的靈丹妙藥。科學(xué)(尤其是實(shí)驗(yàn)科學(xué))的局限性有如下幾個(gè)方面。首先，科學(xué)研究的對(duì)象必須是可以重演的（reproducibility）、被動(dòng)的（manageability）和可以量度的（observability）。我們得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果必須可以不斷地重復(fù)。如果我們公布一個(gè)新發(fā)現(xiàn)，而他人無法在相同的條件下得到相同的結(jié)果，這個(gè)新發(fā)現(xiàn)是不會(huì)得到公認(rèn)的。但是，歷史上發(fā)生過的事件（如辛亥革命），個(gè)人一生中只發(fā)生過一次的經(jīng)歷（如初戀）和業(yè)已完成的事情（如生命的起源），都無法重演，因此不能用科學(xué)加以研究。
   所謂被動(dòng)性是說，當(dāng)研究者改變一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件，被研究的對(duì)象一定要作出相關(guān)的反應(yīng)。這樣，人們才能發(fā)現(xiàn)各事物之間的聯(lián)系。如果，無論我們?nèi)绾胃淖儣l件，被研究對(duì)象或無動(dòng)于衷或亂變一通，研究工作就無法進(jìn)行。神不在我們的控制之中，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人，所以我們不能用科學(xué)方法去研究神。
   另外，被研究的對(duì)象一定可以量度，如長(zhǎng)度、大小、重量、強(qiáng)度等等。一次和一位朋友談到此點(diǎn)時(shí)，我說：“愛是無法用科學(xué)方法研究的，因?yàn)閻蹮o法量度�！彼⒓捶瘩g說：“ 愛是可以用科學(xué)方法研究的！據(jù)說科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人表現(xiàn)愛時(shí)，會(huì)發(fā)出一種波。”我說：“至今為止，我尚不知道愛可以用波來測(cè)量。即便真是如此，這恰好證明了我的論點(diǎn)：只有可量度的東西，科學(xué)才能研究�！睂�(duì)方聽后先是一楞，爾后啞然失笑。研究對(duì)象的限制，使科學(xué)研究不僅是有范圍的，而且范圍是狹窄的�？茖W(xué)研究得到的知識(shí)只是人類知識(shí)的一部分。
　　其次，科學(xué)研究的成果是中性的�？茖W(xué)成果，如化學(xué)物質(zhì)、細(xì)菌培養(yǎng)、原子能等，既可造福于人類，又可成為人類互相殘殺的武器。而且科學(xué)發(fā)展使生態(tài)破壞、環(huán)境污染、能源枯竭等問題日趨嚴(yán)重。
　　第三，科學(xué)研究對(duì)靈性世界鞭長(zhǎng)莫及。在第一章里已談到，和物質(zhì)世界一樣，靈性世界是一個(gè)客觀實(shí)體。靈界中有神，有靈界的受造物天使和部分天使墮落后變成的魔鬼撒但等邪靈。靈界存有的智慧遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人類的智慧�？茖W(xué)中有一條“鐵律”：證明、研究者，一定要大于或等于被證明、研究的對(duì)象。相對(duì)于靈界，人類既無量度標(biāo)準(zhǔn)可用，其智慧又遠(yuǎn)所不及，科學(xué)只有望洋興嘆。“神是個(gè)靈，所以拜他的必須用心靈和誠(chéng)實(shí)拜他”（約四24）。心靈和誠(chéng)實(shí)是認(rèn)識(shí)神的唯一途徑。
　　第四，科學(xué)無論如何發(fā)展，也無法解決人心和道德問題�？v觀人類歷史，科學(xué)事業(yè)一直在向前發(fā)展，近二、三百年尤為顯著。但是人的道德水準(zhǔn)并沒有隨科學(xué)發(fā)展而相應(yīng)地提高。相反，科學(xué)愈發(fā)達(dá)，人心愈詭詐，道德愈沉淪。
　　當(dāng)今的美國(guó)就是例子。難怪在美國(guó)太空事業(yè)取得輝煌成功時(shí)，當(dāng)時(shí)的美國(guó)總統(tǒng)尼克森在就職典禮和國(guó)情咨文中多次大聲疾呼：“我們固然在征服外太空方面需要更大的抱負(fù)，同樣地，我們也需要征服我們的內(nèi)太空--人類的內(nèi)在心靈�！蹦峥松鞘苋俗鹁吹摹⒏挥羞h(yuǎn)見的政治家。不幸的是，他因水門事件下臺(tái)，在內(nèi)太空征服戰(zhàn)中敗陣下來。然而，征服內(nèi)太空的必要性是隨時(shí)可見的。
　　第五，科學(xué)研究的結(jié)論并非總是客觀、可靠的，因它們必然為科學(xué)家的道德水準(zhǔn)和信仰體系所左右。由于各種私利的影響，科學(xué)界作假的事屢屢發(fā)生。雖然被揭露的僅是少數(shù)，但這類丑聞仍常常曝光，中外科學(xué)家皆不例外。更重要的是，從假設(shè)、實(shí)驗(yàn)方法到對(duì)數(shù)據(jù)的取舍、得出結(jié)論，無不受到科學(xué)家信仰、世界觀的影響，甚至扭曲，沒有人能夠超脫。達(dá)爾文提出進(jìn)化論和愛因斯坦的宇宙常數(shù)，是著名的例子（詳見第六章）。
　　　　理性與靈性
   人不僅有感性、理性，更有靈性。人是有靈的活物。神是個(gè)靈，我們要用心靈和誠(chéng)實(shí)去拜他。神是要用靈性去悟的。很可惜，人們常常不是用靈性提升理性，反而用理性壓抑靈性。有時(shí)，有人的心靈已悟到圣靈的啟示，要相信耶穌，但理性馬上潑冷水：“別頭腦發(fā)熱！想清楚了再說！”基督教信仰并不排斥理性，是包含理性、超越理性的。有人堅(jiān)持說，要弄清楚了才信，看見了才信。殊不知，在信仰問題上，邏輯恰恰相反：信了才能明白，信了才能看見！因?yàn)�，“屬血�(dú)獾娜瞬活I(lǐng)會(huì)神圣靈的事，反倒以為愚拙；并且不能知道，因?yàn)檫@些事惟有屬靈的人才能看透”(林前二14)。 “圣靈參透萬事，就是神深?yuàn)W的事也參透了。……除了神的靈，也沒有人知道神的事”(林前二10-11)。不信耶穌時(shí)，我們都是屬血?dú)獾摹！澳銈兗嚷犚娬胬淼牡�，就是那叫你們得救的福音，也信了基督，既然信他，就受了所�?yīng)許的圣靈為印記”(弗一13)。每個(gè)相信耶穌的人都因得到圣靈進(jìn)住，成為屬靈的人。許多基督徒都見證說，信耶穌后，過去很多無法弄清楚的問題都煙消云散了。一位理論物理學(xué)博士走過了超越理性的信仰路程后，他在一本書里談到一個(gè)生動(dòng)的例子。外太空有一種奇特的現(xiàn)象。人們?cè)谔沾锘仡^望，可以看到耀眼的太陽；如果轉(zhuǎn)頭向前看，不是片燦爛陽光，而是異常的黑暗。因?yàn)橥馓諞]有粒子，不能將陽光折射或漫射到人們眼里。但是，如果你相信外太空的黑暗里充滿了陽光，馬上就能看見：只須把手伸出船舷，手就閃閃發(fā)光。如果你什么也不做，非看見才相信黑暗中有光，那就永遠(yuǎn)看不見。

  “如何解釋很多一流的科學(xué)家一直信奉宗教？”我們要知道，科學(xué)研究是由科學(xué)家從事的，但科學(xué)家的一舉一動(dòng)并不等于科學(xué)。科學(xué)家也有自己的非科學(xué)的個(gè)人生活，科學(xué)家也是人，也有著人所具有的豐富情感和需求，也有弱點(diǎn)，也會(huì)脆弱，也不是僅憑自己的專業(yè)知識(shí)就可以解決生活、情感和思維中遇到的所有問題.值得注意的是，一流科學(xué)家絕大部分都不信奉宗教。在美國(guó)這樣一個(gè)基督教傳統(tǒng)深厚的國(guó)家，以美國(guó)科學(xué)院院士為代表的一流的科學(xué)家，竟只有大約百分之七的人信神（Nature 394, 313 (1998)）。
為什么不可以？ 當(dāng)然可以. 什么是科學(xué)?科學(xué)就是上帝所造的人觀察試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)上帝所造的物質(zhì)世界的規(guī)律.這實(shí)際上正是上帝的最初打算.所以上帝不但允許而且肯定是很樂意讓我們搞的.

10-01-26 | |

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評(píng)論讀取中....

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