中国科学落后西方之缘由

吴大猷 

编者按： 

    吴大猷先生(1907－2000年)出生于广州，1931年赴美，入密歇根大学物理系，1933年获博士学位。1934年吴太猷先生从美国学成回国后，开始其半个世纪的教学和研究生涯，对中国物理学的研究和教育事业做出了卓越贡献，培育了多位优秀物理学家，其中有我们熟悉的马仕俊、郭永怀、黄昆、杨振宁、李政道等。1997年，吴太猷先生在台湾大学等校开设讲座，主题为20世纪上半叶中国物理学的发展。海峡两岸学者根据该讲座录音整理出版了《早期中国物理发展之回忆》一书。2007年是吴大猷先生诞辰100周年，本刊特节选该书中的部分内容，谨此纪念。  

几百年来中国科技落后西方的直接原因大家都知道。大家怪儒家思想。儒家思想是从孔子之后形成的，但变成主流，还是在汉武帝董仲舒的时候，那时废百家，才真正把儒家变成一种主流。两千多年以来，影响当然很大。

    第二个直接原因是，几百年来我们采用科举取士。从孔子那个朝代起，就开始训练学生讲“君子”。“君子”的意思是“完人”，就是要去辅佐帝王治理国家。从那时起，念书就跟做官不能分了。多少年来因为中国没有商业、工业，只有农业，因此，若想真正发达、出头，唯一的方法就是靠做官。科举取士就是用考试的方法，把你念书的范围定义好了，整个中华民族求学的目标变成了民族思维的一种方式。这也就是影响中国科学发展的直接原因，这个影响当然是很强烈的。

    多少年来我常想，为什么我们古代在科学上这么薄弱? 1960年代前后有一个英国人，中国名字叫李约瑟，他写了一套非常庞大的讲中国科学与文明的书。他把中国的历史、科学和技术方面，分成一册一册的，对各个方面都有很详细的叙述。

    李约瑟在第一册里列举了中国历代许多发明，它们超前西方有一两百年，甚至十几个世纪，比西方进步的时间还要早许多。好像只是在欧洲文艺复兴以后，西方所有的科学忽然间有了一个很新的发展。有一个表附在李约瑟的书后，有陶瓷、青铜、航海术，还有很多机械式的工具，如水车、风车、多种的抽水机、火药、纸张等，这些都比西方要早一两百年，甚至好几百年。

    李约瑟本人是一位生物化学家，是一个相当注重科学的人，所以他用文字很小心。他的文章给我一个印象，就是中国的科技，包括那时的许多发明，都是技术性的。但是，很多中国人看见这些东西就会产生一种自尊心，觉得我们以前的文明比西方进步、超前，落后西方也不过是最近三四百年，四五百年的事情。为什么最近几百年我们比西方落后?李约瑟的结论当然也并不很吸引人，他也说不出来。给人的印象是，他一再地强调儒家思想对中国科学的发展不利。反过来，他以为道家对科学的发展还比较好一点。还有一个最直接、最简单的原因就是科举取士，这个影响是很大的，因为有机会受教育的人的念书方向和范围都被限制住了。一大套书对中国的影响很大。

    但是我自以为这个问题并不是这样简单。1960年代，李约瑟的书陆陆续续出来，我看了若干本，同时也参与翻译了关于物理发展的那一册。这本书让我心里觉得很不舒服，因为它让很多中国人有一种错误的印象。特别是他讲，我们的科学后来落后西方这样远，大致上是因为科举取士和儒家念书的方向、范围的影响。这是对的，可是，我认为还有一种更深的原因。我对于这个问题并没有很细心地去想，真正去研究，也从来没有人写过这样的文章。

    去年有机会看见何炳棣先生，他在讲中国历史，讲中国历代重大的、思想方面的贡献。最近他还讲中国农业的发展。很多年前，很多人(包括中国人和外国的专家)对于中国的农业有许多错误的理论。何炳棣先生去年在香港中文大学《21世纪》双月刊第33、34两期里有一篇文章：《华夏人本主义文化：渊源、特征和意义》。

    看了这篇文章后，我若干年前心里所想而并不是真正很有自信、很强的想法变成了一种清楚的想法。我感觉到我的想法、方向大致上是不错的。后来我写了一篇文章请何炳棣先生指正。他看了我的文章后，完全同意、支持我的分析。所以，我在写完那篇文章之后，请何先生看过并补充了几点，然后印了出来。

    何先生的这篇文章不是直接讲中国科学的发展或是不发展，他的着重点是讲中国的人本主义。这一直是我以前在心里的一个很模糊的想法，但没能把它清楚地说出来。何先生指出，华夏文化并不是以孔子为起首，而是早在殷商之前，也就是五千年以前，在我们民族发源地“黄河河套”那个很肥沃的区域开始发展起来的。那些泥土吸收植物腐烂的养分，非常肥沃。平常你可能种了一年之后需休息二三年才能再种，因为养分、肥料没有了，除非自己再加肥料。但在我们河套那个地方，根本不需要隔一年或两年再种。

    农业在许多靠小河流的岸边开始发展，有很多部落，每一个地方都有宗族，关系很密切。每一个宗族生长在那个地方，死了以后就葬在那个地方，所以，就发展出了一个很强的宗亲制度。可以说，这是很强的人本文化中人的关系。对于处理敬拜祖先方面，也建立起一个很强的制度。讲到中国祭祀天地的习惯，说老实话，那并不是中国人对于神的崇拜。祭祀天地的主要原因还是为了人，归根到底还是希望能够藉由祈祷天地的

仪式与崇拜，带给子孙利益与好处。

    中国在周朝时，就有各种大件的器皿——青铜器，用来祭祀天地，并由此发展出许多制度。周朝的周公“制礼作乐”，称为“周礼”，这在后来变成了孔子儒家思想的一个非常重要的部分，也就是中国所谓的“礼”。这个“礼”是中国很重要的制度。所谓的“人本主义”是远在儒家之前产生的。说来说去，儒家思想是在周朝——春秋战国时期建立的，那个时候比刚才所说的五千年还要晚二三千年。

    西方是讲“神本主义”，中国则是讲“人本主义”，这两者可以对照着来看。自孔子以后，讲人本主义变成讲伦理，因为儒家思想完全是照人本主义思想发展下来的。中华民族讲究的都是人本，思想上不大讲究抽象的思辨，对某些问题也没有兴趣。

    在中国发展的文化或思想里面，中华民族并没有强烈的宗教观念和思想，任何其他宗教来到中国后都变形了。例如，佛教传到中国后，变成了许多种形式，变成跟人有若干关系。假如一个家庭里面有丧事，就要请人来念经等，因此，都变成跟人有关。

    人本文化加上孔子的儒家思想，使所有人的，以致整个民族的基本思想都变成思考一些比较实用性、务实性的问题。我们为着祭拜天地等，就发展出青铜。早年，有一些外国专家认为青铜不是中国独立发展出来的，而是从亚洲西部传到中国的。何炳棣先生研究了苏联各个地方的人所收藏的关于青铜的大量资料，最后得出结论：中国的青铜跟西亚发展出来的不一样。我们青铜上铸的模、花纹，以及青铜的成分、结构等都跟西方的不同。换句话说，中国的青铜是独立发展出来的。青铜的制作代表着高度的技术和知识。

    由于我们对天象做过很多观测，所以很早就有日历。我们的日历不是太阳历，而是阴历，因为我们是用月球来测量的。这是跟农业密切相关的日历。虽然我们有这种综合性的观测、记录的能力，但我们几乎没有人像西方人一样研究日、月和地球等宇宙的结构。

    另外，在欧洲的希腊，公元前300年就出现了欧氏几何，它不是一个人完成的。欧氏把几何变成结构问题。他根据若干基本观念、定义和公设，完全用逻辑的方法建立起了一个欧氏几何系统。

    反观我们中国，也有一些关于几何问题的片段记录，例如，毕达哥拉斯(Pythagoras)定理，一个直角三角形，三边各为a，b，c，其中c为斜边，则c²＝a²+b²，这个是直角三角形的毕达哥拉斯定理。这个当然也是最早在希腊发现的。但是，也有人说中国人发现这个定理和它的证明比希腊还要早。在代数方面，我们也有一些片段的记录，专门解某类实际的问题。但我们并没有像欧氏一样，把它变成一个逻辑的系统，从若干公设和观念出发，利用逻辑方法推导出许多定理。我们没有这样的传统。虽然我们仅举代数或几何为例，但这代表一个人的思维方法。

    我们再讲西方近代科学的要点是什么。墨子生于孔子之后，比孔子的时代晚了二三百年。那时，儒家思想并不是主流。墨子在他的《墨经》里清楚地讲到所谓的“原理”。例如，一把秤就是一种测量的工具，在《墨经》里面，就清清楚楚地叙述了杠杆的原理。这就是所谓的静力学，静力平衡的一种原理。

    那时还没有用玻璃做成的透镜，但已经有镜子了。平面镜当然简单，那时还有洼面镜，还有稍微凸起来的镜子，即反射镜。《墨经》里很清楚地说到这种洼镜，可以说记载得几乎完全正确。这是几何光学的现象。《墨经》甚至还提到有一个小洞的“照相机”那样的现象，现在叫做针孔照相机。在墨子那么早的时候，远在西方文明之前，对于若干种应用性的科学问题，都有很清楚的描写。这也代表我们整个民族的思维并不是深受儒家思想的影响。在春秋那个时候，百花齐放，儒家思想并不是主流。所以，我们接受的并不完全是儒家思想。

    可以说，我们民族本身对于应用性的东西智慧很高，但我们常常不想某些方面的问题。虽然《墨经》对几何光学有很完整的叙述，但从来没有问有关光本质的问题。当然，这个问题的研究在西方是一千多年以后的事情，是在牛顿的时候。在西方不单研究光的现象和定义等，还研究光的本质。尽管我们有能力利用天象的观测导出日历、年历的系统，但没有去讨论宇宙结构方面的问题。所以，我以为我们民族的思想、思维有问题，跟西方是不一样的。

    我们只在应用方面有很清楚的思索。我们不问某些其他类的问题，如关于杠杆的原理、静力学平衡的基本原理等。尤其是，我们从来没有像牛顿那样思考力学的视野是什么，在静力学之外，让力学能够建立起一个更宽广的视野。

    关于这一点，我们回到另一个主题上。李约瑟指出的几十样我们以前的发明，当然比西方早几百年。这些东西，我们最近给它新创了一个名词，叫做“科技”。事实上应该是指“科学与技术”。即使我们在听过李约瑟给我们的良好评价，并且大为得意之后，我们的科学、科技与国外的水准相比，还是差很多。

    我想指出来的是，整个中华民族的思维落后不单是一天两天的事，不单是因为科举取士。很基本的原因是，我们民族的人本思想偏向应用性。人本主义的一切出发点都是跟人有关系。若是跟人没有直接关系的，我们就没有多少兴趣。这些原因跟我们科技发展的方向有密切的关系。因此，我们要辨明“应用性的技术”和“纯粹的科学”之间的差别。

    看得出来，我们以前超前西方的都是属于技术性的东西，而不是所谓科学性的东西。所以，我们落后西方的不是这几百年来的技术。追溯起来，在我们的思想里面从来就缺乏一些思维的方式，这就是为什么西方可以建立起一个纯粹逻辑式的系统的几何学，而我们却没有。我们的发明主要是在解决若干具体的问题，可惜的是，我们没能够建立起一些系统。譬如说，再让思维深广一点，根据逻辑而不直接从应用上出发。因此，这是我们民族思维上的一个缺失。

    现在，我要稍微用一些时间，讲一讲技术跟纯粹科学这两者之间有什么不同之处?我们不要在文字上来争论，而是最好用具体的例子来说明什么是科学?什么是技术?然后看看我们整个民族基本的思维方式到底偏在什么地方?

    拿电磁这方面来讲，相信我们能够知道并且很清楚地区分技术与科学。1830年代，安培(A. Ampere)发现了安培定律，一个电流，会产生一个磁场。头一次发现，原来电流会跟磁场有关系。电跟磁在起首根本是不相关的东西。法拉第接着就发现了磁场跟电流的关系，即法拉第电磁感应定律。这些实验是科学性的，因为当初他在做这个实验的时候，并不知道会有什么结果。可以说，“发现”这种东西是一种探索，我们称之为“科学的研究”。后来，等到19世纪中叶，麦克斯韦(J．C．Maxwell)用这些定律加上他数学的天才，把电和磁这两个概念结合起来，引入“电磁场”的概念。这些都可以说是学术性的研究，我们郑重地把它叫做“科学研究”。等到19世纪末，有人根据安培定律和法拉第电磁感应定律，构想做个有用的东西，后来就做成了马达，同时，还做了发电机。这些发展是建立在已有的基本知识的基础上，当初没有什么特别的目的，但后来有个具体的目标，用基本的知识来对某个问题做实际的应用。接着就做一些东西，后来就变成所谓的马达——安培定律的应用；发电机——法拉第电磁感应定律的应用。

    从这两个科学探讨的例子就可以知道，科学的探讨当初可能毫无目标，等到有了清楚的目标之后，知道要做什么东西，这部分就完全是技术性的问题了。

    再讲核能发电。1930年代后没有多久就有人研究核物理，那时根本没有人想到后来会有原子弹和核能发电，那时研究核物理可以说纯粹是求知的探讨，不管理论也好，实验也好，只是纯粹的研究。我们说这个代表着科学的性质，科学的探索，原动力、目标完全是求知，就好像在一个没有边界的空间里面探索，可能什么也看不见，但还是继续在那个地方探索。这种探索代表求知的欲望，我们又叫这个为“纯粹科学”。

    等到后来发现了越来越多关于原子核物理的事实之后，用这些已知的现象来发展原子弹，就有了具体目标。利用已知原理、事实，针对某个具体目标做研究，这就是技术性问题。第二次世界大战之后，因为原子弹的威力强大，人们就想把原子核里面的能量释放出来，并控制它，作为发电之用。后来慢慢地变成大规模的核能发电厂，这就是技术性问题。

    现在大致有一个共识。譬如说，研究金属的晶体内部物理的性质，这是纯粹物理的研究，这就是我们所说的科学的研究；等到你发现有某些特殊性质的半导体，就属于技术性的范围了。

    半导体现在已变成一种很重要的发现，由此发展出了电子计算机等，影响了整个人类的生活。在对半导体的基本现象和知识有了了解以后，人们又开始对应用性问题进行研究，这个就变成技术性问题了。当初在实验室研究晶体的物理性质时，纯粹只是知识的探知，那个时候我们说是科学。

    在鸦片战争之后，同治、光绪若干年间，我们有自强运动。我们开始自己建立钢铁厂、造船厂，有火车、轮船、枪炮、电报等，向西方学这些东西，接受所谓的物质文明。当我们看见外国的船在长江上飞快地行驶，我们以为很能了解西方的文明。但事实上，我们往往只是看见人家呈现出来的一个科学的表面，科学结出的成果就是技术工程的成就。然而，我们很少有人能深入一点地知道，这些都只是一种结果而已，真正的科学是代表一种新的思维方式。在自强运动的时候，我们虽然买了外国的战船，建立了北洋、南洋海军，但跟日本打仗时，一开炮就全军覆没了。这就是因为我们只学了人家一些表面技术，而没有把人家物质文明中重要的精华吸收过来。由于这件事发生在没有多少年之前，所以更值得我们注意。

    当讲到科学的发展时，我们不能只讲表面的东西，还必须要更深入些。当然，我们在技术方面也还是要赶过人家，在工业的发展上，不能没有一个水准。但是，你若只是口口声声地说：“我们要跟外国做技术的转移，从国外输入技术。”这种样子，只是买外国的仪器回来做模仿性研究罢了。什么时候我们才能够真正了解，怎么样在科学的根本上下功夫呢?假如我们永远只在技术的阶层输入技术，我们就永远无法自己发展并有所突破。

    再稍微举例。中国的化学永远停留在炼丹或点金术那些范围，科学是我们所欠缺的。我一再强调，初中所教的化学一定要浅显易懂，一定要把基本的东西教给学生，让人可以欣赏到一个科学完整的发展，是怎么样建立起化学系统的。

    当初，有人在做实验时发现氧和氮两种气体会起化学作用，变成化合物。接着又发现，在同样的压力下，氧的气体体积跟氮的气体体积的比例永远是1：1或2：1。这个比例有两个实验定律：定比定律，体积有一定的比例；还有一个是倍比定律。从这些定律，就可以得出什么叫原子量，什么叫分子量。这些概念就是从这些实验结果得来的。用这些定律就可以解释，为什么这两种气体的体积之比一定是1：1，而不是1：1．2。

    意大利科学家阿伏伽德罗(A．Avogadro)做了一个假设：“所有的气体在同样的温度与压力下，同样体积中原子数和分子数一样多。”这个就是所谓原子的概念。阿伏伽德罗做出这个假设后，立刻就解释了为什么这两种气体的化学变化比例一定是1：1。因为在每一个一定体积里的气体的原子数和分子数是一样多的。同时，他也发现如果比例不是1：1的话，多出的会找不到配对。以这个同样的道理，后来又知道，因为这两个元素结合起来，可能会变成几种不同的化合物，所以，有些比例是1：1，有些比例是2：1。

    说到这一类科学的探索，说有用处，亦没有什么用处。18世纪末，19世纪初，这些化学家用实验结果加上理论假设，做出了一些初步理论，用来解释这些实验得出来的结果。从这些结果，建立起了原子、分子的概念。那么，什么叫氧呢?它的分子量是32，原子量是16。现在很多教科书都会写出来，它告诉你什么叫一个摩尔，在一个摩尔里面，有6×10²³个分子。

    假如你要买一袋十公斤的水泥。现在老板不是告诉你，什么叫做十公斤的水泥，而是告诉你，一袋十公斤的水泥有多少粒水泥粒子!一个岂有此理的答案。因为这个数字很大，10²³上100万或减去100万还是一个很大的数字。这种教科书根本就是误人子弟，根本不懂得如何教学生去理解原子量、分子量是怎么来的，是什么意思。什么叫科学?由这些很简单的实验得出若干定律，建立原子量、分子量的概念，这些都是近代化学的初步基础，要从这一点出发才会有化学。假如这些概念不弄清楚的话，化学就是一笔糊涂账。我们中国的思维根本上缺少这些，没有人做这个实验，没有人考虑两种不同的元素混合起来，其体积的比例等问题。我们可能会觉得这些实验没有多大用处，不能解决一些自己的问题，反而觉得我们发明的那许多工具还有用得多。所以，换句话说，几千年来我们的研究都着重在所谓有用的东西上，缺少科学的思维，缺少一种完完全全求知的精神，即没有最初的动机。科学的原动力在于求知。

科学，代表着一种探索，它的动机是求知、求真，应该说是追求真理。我比较喜欢用“真理”这两个字，因为这两个字是绝对的求知。以追求真理为动机，来做没有限制的探索，这就好像是在一处没有边际的空间里探索，不一定会有结果。人类有很多很重要的发现，对文明产生了重大影响。但所有对文明有重大影响的发现，往往当初的研究可能没有什么意思、目的。譬如，原子核的实验到底有什么用处?那时也许是最纯粹的物理的研究。可是等到有人发现核的分裂，等到有人想到从这里可以做原子弹，这就变成一种应用性的问题了。虽然技术的研究方法和科学的研究方法没有什么不一样，但是，它主要的不同点就在于动机，研究的动机是不同的。

   

（原载《科学》2007.11）