2.思维范式

宇宙万物初生，人类对世间充满疑惑。在历史的开端，人类用神话故事解释未知：中华大地上盘古开天辟地，女娲造人；希腊神话中有大地女神盖亚，普罗米修斯盗取火种带来文明，基督教相信伊甸园的亚当、夏娃是人类起源，上帝于巴别塔分隔不同语言与种族；玛雅文明有玉米神，人类诞生于鲜血和玉米面团——如宇宙新生时的混沌，人类文明历史的开端是神性与人性交织、未知与已知相融。早期的神学为人们提供了精神依托，其理论体系统治了人类数千年。

时间向前推进。经历混沌的数百年，人类一步一个脚印地探寻着真理。无数的实验与推算累积，科学的轮廓日益明晰，科学逐渐从神学和哲学中剥离出来，成为一门独立的学科。终于，日心说打碎神学，苹果砸出牛顿万有引力定律，现代科学浮出历史水面。科学的出现把教皇推下了神坛，以神为中心转为以人为中心。自此，科学、哲学和宗教冲突不断，甚至一度对立。

进入20世纪，科学与哲学的关系越来越模糊。在现代社会，科学似乎是至高无上的主宰。但科学不论怎样繁荣生长，亦有难以突破的天花板。科学为人类提供系统、合理的方法论，但它无法涵盖人类文明的整体，人类仍然需要哲学。科学从哲学中分离出来，又在数个世纪后与之相互联结，科学与哲学的界限愈发模糊。

在科学发展的过程中，科学史上的先驱在从事科学研究时形成了独特的思维逻辑，即科学的思维范式。亚里士多德的世界观历经曲折，终于在中世纪之后对学术和文化产生了深远的影响，也在广泛研究和讨论中受到了挑战和修正。直到17世纪牛顿世界观的建立，科学研究进入了一个全新的纪元。

从亚里士多德世界观到牛顿世界观的转变，体现了科学思维范式的发展和演变。美国科学史家库恩在其著作《科学革命的结构》中指出：“范式是科学哲学的基本观点，也就是研究者用来寻找意义的理念模式……”[8]科学需要通用的“理念模式”来指导科学研究的方法及思维方式。因此，了解科学的思维范式可以帮助我们认识科学的本质、科学的合理性、科学的方法论、科学的逻辑结构及科学发展的规律。下面我们将从科学哲学开始，系统地介绍科学是如何从哲学中分化出来、科学的思维范式是如何演变的。

科学哲学

现代科学哲学是20世纪兴起的一个哲学分支，关注科学的基础、方法和含义，主要研究科学的本质、科学理论的结构、科学解释、科学检验、科学观察与理论的关系、科学理论的选择等。

关于科学的哲学思考至少在亚里士多德时代就已发端，而20世纪的逻辑实证主义为科学哲学奠定了数理逻辑的基础。此后就有了可以对哲学论断进行客观评价的标准。

人类思考世界所产生的思想和观点，被称为哲学。世界包括自然世界、人类社会和人本身。那么，相应地，哲学也包括自然哲学、社会哲学以及人生哲学。这种把一个系统分成几个子系统的思维方式被称为还原论思维方法，它诞生于亚里士多德时期，成熟于笛卡儿时期。

所谓自然哲学，就是指人类思考我们所面对的自然界而形成的哲学思想。它包括自然界和人的关系、人造自然和原生自然的关系、自然界的最基本规律等。很显然，广义的自然哲学，包含了自然科学。也就是说，自然科学是自然哲学的重要组成部分。这当中不少理论都奠定了今时今日物理学的基石。不少近代的名人，如英国科学家牛顿、德国哲学家黑格尔都曾撰写过自然哲学方面的著作。

释义2.1：自然哲学

自然哲学是指含有形而上学观点的对自然的解释。

在古代，哲学与科学的分界并不是很明显。那时候，自然科学包含在自然哲学里面，通常与自然哲学并无区分。譬如牛顿最著名的著作就叫作《自然哲学的数学原理》。

而现在，人们通常将哲学与科学区分开来，将它们看作两门不同的学问。这是科学门类日益繁多、研究分工日益细化的必然结果。在这种情况下，自然哲学通常是指关于自然以及人与自然之间关系的一般规律的思想。具体的自然规律及其中的量化关系，通常被称为自然科学。此处需要强调的是，自然哲学与自然科学本无根本区别。所谓的一般规律与具体规律，也没有绝对的划分标准。对于像宇宙大爆炸、弦理论这样的科学，我们就无法给予它们清晰的界定。我们只能说，关于宇宙大爆炸和弦理论的一些观点，可以说是属于自然哲学，但如果我们具体设计了大爆炸和弦理论的预测模型，并且计算出了有关的数量关系，那么这些大概就属于自然科学了。把这里的观点再延伸一下，科学的所有基本假设都是自然哲学的内容，具体的系统模型和求解方法则是自然科学的内容。因此，所有的科学都是建立在哲学之上的。

对哲学问题的回答本质上是个选择问题，没有对错的概念；而对科学问题的回答就有对与错，判定对错的方法是实验观测或逻辑推理。逻辑推理的依据是对哲学问题的答案的选择。任何一个科学理论都是建立在多个公理的基础之上的。对科学问题的检验离不开对哲学问题的回答。因此，对哲学问题的回答会影响科学理论的建立。图2.4对比了哲学问题与科学问题。

根据哲学中的理性主义，我们大多数或所有具有哲学特征的信念都是先于经验就能得到的，即先验的，比如逻辑或一般已经验证过的知识。如果你先验地知道某个事实，那么你就独立于或先于对该事实的任何一种经验性的、基于感官或感知的观察而知道它。例如，我们先验地知道所有偶数都正好能被“2”整除，我们不需要进行科学实验来了解这一事实。

哲学的理性主义使得科学和哲学产生了差异，并慢慢从哲学中分离出来：（1）科学是关于经验知识的，哲学通常是关于先验知识的；（2）科学是关于偶然真理[9]的，哲学通常是关于必然真理[10]的；（3）科学是关于描述性陈述的，哲学往往是关于规范性和评价性陈述的；（4）科学是关于物质的研究，哲学往往还包含精神世界。

这种哲学与科学的差异在哲学的本体论、认识论及方法论上可以得到验证。

三个基本方向

本体论、认识论和方法论既是哲学研究的三个基本方向，也是哲学领域的三个层次。本体论是认识论的基础，认识论是本体论的发展与应用；同样，认识论是方法论的基石，而方法论则是认识论的发展与应用。

本体论

自17世纪开始，德国哲学家莱布尼茨开始广泛使用“本体论”一词。19世纪70年代，日本学者西周将它汉译为理体学。此后又出现了实体学、本根论、实有论、存有论等中文译名。本体论是与存在和现实相关的哲学分支，换句话说，它涉及现实或真理的本质。有关哲学特殊主题领域的本体论问题有“人是什么”“上帝存在吗”。在自然科学领域，则有“什么是物质”“什么是时空”“存在涌现的属性吗”等问题。

本体论的建立为哲学奠定了基础条件，哲学的主客体关系、思维与存在的关系，以及由这些关系而衍生出的一系列哲学范畴都无法脱离本体论的建立，本体论更是哲学认识论和方法论的逻辑必然。各种本体论学说使得哲学内涵更为深刻，其深层的哲学意义表现在为人类建立起了意义世界，人类的终极关怀、精神家园、超越本性都与本体论内在地联系在一起。本体论者经常尝试确定类别或最高类别是什么，以及它们如何形成一个类别系统，该系统提供所有实体包含的类别。

人类本身就是世间万物的一种，并不是独立于万物的一种特殊的存在，所以人类必须服从某种“客观的”包括因果关系在内的自然规律，才能在现实的世界中生存下去。本体论强调，人在现实世界中必须符合某种不以人的意志为转移的“客观规律”。因此，人的思想与行为具有“被规定”的特征。

认识论

认识论是与知识有关的哲学分支。认识论者研究知识的性质、起源和范围，认识论的正当性，信念的合理性以及各种相关问题。认识论关系到我们如何获取知识，关系到我们怎样了解某些东西以及获取知识的不同方法。在认识论中，我们问诸如“你知道什么”和“你怎么知道的”之类的问题。诸如“我们如何将正确的想法与错误的想法区分开”“我们怎么知道是真的”这样的问题也可以在这个领域提出。认识论还处理现实与研究者之间的关系，即研究者如何获得知识。如图2.5所示，知识又分为先验知识和后验知识，两者的区分在不同哲学家看来存在争议，大致定义如下。

释义2.2：先验知识与后验知识

先验知识是指不需要通过经验而是通过感官获得或证实的知识。

后验知识是指需要通过经验而获得或证实的知识，也就是说后验知识是经验性的。

理性主义者认为，认识论存在先验综合知识；而经验主义者认为所有的知识在一定程度上都是外界经验的体现，并不存在先验综合知识。数学和逻辑这两门学科经常被认为是有先验地位的，它们所探讨的主要是抽象的、形式上的对象。

康德的认识论是一种以“经验科学知识”建立边界的哲学体系，是建立主体间的、可重复的、可使用经验方法来检验的科学知识的最有效的基础参照系。不过它产生了主体与客体的二分问题。为了解决这个问题，胡塞尔现象学出现了，在这种学说中，作为“物自体或自在之物”的客体被消解掉，变成了纯粹的心理现象。从这个角度上看，人自身和那些所谓的客体都是某个被假设为“独立存在的心灵”，这是一种主观认识，而不是客观认识。

世间万物都是人心灵中的感性能力与知性能力相互配合、主观建构出来的现象，这种现象仅仅源于人类，而不一定是其他动物对于外部世界的逻辑虚构。在人之外的、那些具有不同神经系统的动物面前，世界呈现出来的现象或者样式，有可能是完全不同的。因此，所谓的客观世界，在人看来并不是一种“实存”，而是源于人类特有的神经系统和理性能力对于外部世界的一种逻辑虚构，即客观世界中各种现象的出现是偶然的，而它们之间的关系是混沌的、不确定的，它们之间的那些关系所构成的规律，服从的是“人类的理性规律”，而不是“客观世界中的事物本身具有的确定的规律”。因此，世间万物的规律具有“被人的理性规定”的特征。从这个层次上看，认识论哲学相对于本体论哲学来说，是一种180度的颠倒。

方法论

正式来说，方法论研究的是“上下文框架”，是一种基于观点、信念和价值观的连贯和合乎逻辑的方案，从而指导研究人员做出选择。它引导人们应当用什么样的方式、方法来观察事物和处理问题。概括地说，世界观主要解决“世界是什么”的问题，方法论主要解决“怎么办”的问题。

释义2.3：方法论

方法论是一种以解决问题为目标的理论体系或系统，通常涉及对问题阶段、任务、工具、方法技巧的论述。方法论会对一系列具体的方法进行分析研究、系统总结，并最终提出具有一般性的原则。[11]

方法论也是一个哲学概念。人们关于“世界是什么、怎么样”的根本观点是世界观。以这种世界观作为指导去认识和改造世界，就形成了方法论。方法论是普遍适用于各门具体社会科学并起指导作用的范畴、原则、理论、方法和手段的总和。历史唯物主义著作中经常提到方法论这个概念。

《方法论》是笛卡儿在1637年出版的著名哲学论著，对西方人的思维方式、思想观念和科学研究方法有极大的影响。有人曾说，欧洲人在某种意义上都是笛卡儿主义者，就是指的他们受方法论的影响，而不是指笛卡儿的二元论哲学。

笛卡儿在《谈谈方法》中指出，研究问题的方法分四个步骤：

（1）永远不接受任何自己不清楚的真理，就是说要尽量避免鲁莽和偏见，只能接受根据自己的判断非常清楚和确定、没有任何值得怀疑的地方的真理。就是说，只要没有经过自己切身体会的问题，不管有什么权威的结论，都可以怀疑。这就是著名的“怀疑一切”理论。例如亚里士多德曾下结论说，女人比男人少两颗牙齿。但事实并非如此。

（2）可以将要研究的复杂问题，尽量分解为多个比较简单的小问题，一个一个地分开解决。

（3）将这些小问题从简单到复杂排列，先从容易解决的问题着手。

（4）将所有问题解决后，再综合起来检验，看是否将问题完全彻底解决了。

在哲学史上，人们曾用不同的术语来表述认识论。德语中的认识论一词是erkenntnis theorie，曾由康德主义者K. L.莱因霍尔德在他的《人类想象力新论》（1789年）和《哲学认识的基础》（1791年）中使用过；1862年，E.泽勒在他的《论认识论的任务和意义》一书中采用了这个术语，以后它便流行起来了。英语中的theory of knowledge一词，是德语erkenntnis theorie一词的英译；epistemology一词则由苏格兰哲学家J. F.费利尔在《形而上学原理》（1854年）一书中首先使用，他把哲学区分为本体论和认识论两个部分。

认识论也被称为知识论。认识论的任务是揭示认识的本质及其发生、发展的一般规律，力求使人们的认识成为符合客观实际的认识。

笛卡儿的还原论方法是导出哲学基本问题的基础，但对于生命体可能并不适用。因此，关于哲学的基本问题，我们还需要重新思考。

人与世界的关系，显然不是那种严格的相互对等的关系。人总是以主动的行为影响着世界，以追求人与世界的和谐统一，使世界的存在状况更适合人的生存。总的来说，人与世界的关系集中表现为人认识世界和人改造世界两个方面。

本体论的相对性决定了认识论的二维性，认识论的二维性又决定了方法论的多样性；而本体论的相对性、认识论的二维性和方法论的多样性，共同为人类的认识奠定了新的哲学基础，提供了新的发展框架。因此，本体论、认识论和方法论，只有当它们共同作为哲学的一个有机认识体时，才具有它们各自存在的价值和认识意义。本体论、认识论和方法论的认识意义是，它们作为认识工具必须彼此相匹配，进而从各个方面来提高人类的认识效率。

思维范式的演变

人类探索世界经历了思维范式的演变：最早采用的是整体论，只见森林，不见树木；随后发展了还原论，强调了树木，但忽略了森林；最新发展的系统论，强调既见树木，也要见森林。

整体论

整体论有着深刻的哲学渊源，亚里士多德“整体大于部分之和”或“整体不等于部分之和”的观点可以通俗地解释整体论的含义。整体论是一个非常古老的思维范式，在很长一段时间内，我们对“整体”和“部分”的概念和范畴都没有一个清晰的界定。因此，当时人们对于这种思维范式的认知是充满歧义和误解的。之后，科学哲学家内格尔在他的著作《科学的结构》一书中从空间、时间、集合、性质、模式、过程、对象、系统等方面理清了“整体”和“部分”的概念，并且界定了两者的关系。

十六七世纪以来，随着科学的不断发展，特别是牛顿力学体系的建立，科学的研究方法越来越强调使用严谨的实验方法，更加侧重于定量的研究方式。还原论的鼻祖笛卡儿创造了新的科学思维范式，主张将复杂问题分解为几部分，通过研究部分来理解整体。还原论作为和整体论对立的思维范式出现了。

还原论

笛卡儿提出了“把一个复杂问题分解为几个简单问题的叠加”的还原论思维范式。这一思维范式极大地推动了科学与技术的发展，基于牛顿的《自然哲学的数学原理》而诞生的科学体系由此发展出了数学、化学、天文学、物理学以及其他分支学科。

释义2.4：还原论

还原论是一种哲学思想，认为可以通过化解、拆解成各部分的方法来对复杂的系统、事物、现象加以理解和描述。[12]

还原论的思想在自然科学中有很大影响，其认为化学是以物理学为基础，生物学是以化学为基础，等等。[13]

系统论

系统的存在是客观事实，但人类对系统的认识却经历了漫长的岁月，对简单系统研究得较多，对复杂系统则研究得较少。直到20世纪30年代前后，一般系统论才逐渐形成。一般系统论来源于生物学中的机体论，是在研究复杂的生命系统中诞生的。20世纪40—60年代，英国工程师霍尔为解决大型复杂系统的规划、组织、管理问题提供了一种统一的思想方法，即硬系统方法论，又称为霍尔三维结构方法论。在当时，这种方法主要适用于运筹学、系统分析、系统工程及系统动力学的研究。1945年，美国生物学家贝塔朗菲发表文章《关于一般系统论》，阐明了一般系统论的思想，指出不论系统的具体种类、组成部分的性质和它们之间的关系如何，都存在着适用于综合系统或子系统的一般模式、原则和规律。从20世纪出现的系统论思维到21世纪强调的复杂系统理论，无一不指向经典力学中所采用的还原论思维的不足。

在面对复杂问题时，还原论与系统论有着不同的分析方式。图2.6对比了还原论与系统论的思维范式。在还原论的思维范式下，人们首先将复杂问题分解为多个简单问题，继而对这些简单问题进行排序，从简单的入手，逐一解决，最后，再综合起来对问题进行检验。而在系统论的思维范式下，人们更注重研究复杂问题各个部分之间的相互关系，并且会进一步研究其动态的变化。

图2.7显示了还原论思维与系统论思维的区别。从根本上说，系统论思维是一种帮助人们从相互联系的角度看待事物的思维方式，包括看到系统中的整体结构、模式和周期，而不是只看到系统中的所有部件。这种系统论思维方式也就是我们当下流行的元宇宙思维范式。

现在我们已经知道，叠加原理只适用于线性问题，而一般的复杂系统都是非线性的。为了处理复杂现象，很多人引入了许多与观测经验非常不一致的概念和基本假设，导致人们对很多传统的基本概念都产生了疑问。比如说，什么是物质？什么是能量？能量究竟是物质的一种属性还是与物质并列的独立存在？甚至连最基本的时间和空间概念都会让人们产生疑问。

经典的争论

在与哲学、宗教的交融中，科学也有其自身的优势。相比哲学与宗教，牛顿时代的研究对象是实在的、可测量的物体，质量是物质的基本属性。但在波动理论发展起来后，人们逐渐地淡化了物质粒子对于波的作用，而把波当作一种独立存在。到普朗克和爱因斯坦的时代，能量就成为与物质完全并列的独立存在。本节将对这一方面的问题做一些讨论，以此进一步展示科学的具体特性。

认清质量

科学的目的是研究物质的运动和变化规律。但到了20世纪，“什么是物质”似乎又成了困扰人们的一个问题。在经典物理学和普通化学中，物质是任何具有质量并以体积占据空间的东西。质量是衡量物体所含物质多少的物理量。一个物体的质量大小反映了这个物体抵抗运动的能力。在运动过程中，物体的质量不随速度而改变。

但自爱因斯坦的狭义相对论出现以后，质量和能量，甚至时间和空间的概念以及它们之间的关系就被极大地混淆了，许多教科书迄今为止都在教授与速度相关的质量或相对论关于质量的概念。[14] [15] [16]赫克特（2009年）详细探讨了爱因斯坦对质量概念的理解的演变过程，他的结论是爱因斯坦早期确实接受过与速度相关的质量的概念，但在1906年改变了主意，此后谨慎地完全避开这个概念。[17]基于这些参考文献，我们建议仍然采用经典力学中给出的质量的常规定义，质量具有以下六个重要性质：

• 质量是物质数量的量度。

• 复合物体的质量等于构成它的物体的质量（质量守恒定律）。

• 孤立体系的质量是守恒的，它不随时间变化（质量守恒定律）。

• 物体的质量在从一个坐标系到另一个坐标系的转换过程中不发生变化。

• 物体的质量是衡量其惯性的尺度。

• 物体的质量是它们彼此引力的来源。

在参考文献中，第四个性质还专门强调了惯性系。由于真正的惯性系是不存在的，我们把这个要求取消了。

质量、温度、体积、密度、速度、加速度、动量和能量等是物质的属性，如图2.8所示。

具体物体可以被视为一种能量储存器，它可以包含多种类型的能量，如原子能Eo、势能Ep、动能Ek、电能Ee、磁能Eb等。[18]对于一个给定的物体，在运动过程中，一种类型的能量可以转换为另一种类型的能量，如动能和势能的转换、电能和磁能的转换。

在运动过程中，能量的交换本质上是物质的交换，热是另外一种物质动能的表现形式。因此，热交换也一定涉及物质的交换，很多情况下通过以太（看不见的粒子的集合）来显现。能量是个状态量，但功只是一个过程量，热本质上也是一个过程量，但如果把热定义为系统内分子动能的总和、温度的函数，在这种情况下，我们也可以把热理解为状态变量。主动力[19]给某个物体做功可以增加这个物体的总能量，但可以没有质量交换。两个粒子碰撞时可以只交换动能，不交换物质。在任何化学反应或物理变化过程中，系统都应该遵循三个守恒定律，即质量、动量和能量守恒定律。利用这三个守恒定律就可以计算物理系统中粒子的轨迹。数学家艾米·诺特证明了物理上的任何一个守恒定律都对应了数学上的某种对称性。

释义2.5：诺特定理

力学体系的每一个连续的对称变换，都有一个守恒量与之对应。对称变换是指力学体系在某种变换下不变。

因此，我们对物质的理解是，任何物质都有质量、体积、密度，它可以有位置，它会在内部或外部力的作用下运动。能量只是物质的一种属性，类似于质量、动量等。质量对坐标系的改变来说是个不变量。我们认为光子及其他一切被称为粒子的东西都具有质量，目前相对论中假设的光子零质量是由引入洛伦兹变换引起的，而洛伦兹变换是由对以太做了不合理假定所导出的。现在仍然有很多人在研究光子的质量问题。[20]

以太悖论

物质是否无限可分，这是一个哲学问题。我们的回答是，物质可以被不断地分割，直至变成无法被观测的微小粒子。我们把显微镜都观测不到的粒子的集合称为以太。我们生活的空间中充满以太，如图2.9所示。如果我们把人类能够观测的最小粒子称为基本粒子，那么基本粒子是动态的，随着观测技术的进步而不断变小。但不管技术如何先进，人类能够观测的粒子总是具有有限的体积和质量，这个属性不会改变，就像不管望远镜技术如何先进，用它所观测到的星球的数量都是有限的，这个属性也不会改变。科学总体上是研究有限系统的运行规律，而无法研究无限系统。

过去的电磁波理论就是建立在以太波的基础上的。在洛伦兹的电子论出现以前，经典力学里，以太之于光波（或更确切地说是电磁波，因为光波也是电磁波的一种），就像水之于水波，空气之于声波，都被认为是相邻介质之间因力学作用形成了波，这些波都是物理上存在的，可以用数学的形式予以描述（波动力学）。

但洛伦兹把以太和有质量的物质做了严格的区分，除了假定以太绝对静止这个属性以外，他拒绝对以太的力学性质再做任何假设。这样，原本在麦克斯韦电磁理论中集万千宠爱于一身的以太，到洛伦兹眼里就变成了完全静止的没有任何力学性质的“纯背景墙”。爱因斯坦后来诙谐地说，“洛伦兹留给以太的唯一力学性质就是不动性。狭义相对论带给以太概念的全部变革，就是取消了以太最后的这个力学性质，即不动性”。由于洛伦兹和爱因斯坦把以太概念从本体论中彻底取消，再加上原来的本体论中就缺生命体本质这一块，最后本体论完全消失，认识论经过量子力学的破坏也变得不再重要，很多人因此认为哲学不是科学所必需的基础。以太的消灭过程及其引发的问题如图2.10所示。从这个过程中我们可以清楚地看到，把以太从科学的本体论中删除是非常主观的，完全没有任何实验基础。以太本来是量子波的基础，“杀死”以太导致量子力学中的波函数就纯粹是一个数学波，而不是对物理现象的描述，这也改变了数学的属性。量子力学也就完全没有本体论与之对应了。

在2011年的谷歌时代精神大会上，斯蒂芬·霍金就说“哲学已死”。他认为哲学家“没有跟上科学的现代发展”，科学家“在我们寻求知识的过程中已经成为发现的火炬手”。他说，哲学问题可以由科学来回答，特别是新的科学理论，这些理论“引导我们对宇宙和我们在宇宙中的位置有一个全新的、完全不同的认识”。[21]

在放弃本体论后，科学家如果想要解释如物质的波粒二象性、光电效应、热和黑体辐射等，就需要引入一系列与我们日常生活经验完全相反的新概念，比如说质量可以转化为能量，真空中的光速是个常数，质量随着速度增加，长度和时间随着速度的增加而发生改变，等等。由此可见，采用不同基本假设而建立起来的相对论与量子力学产生了根本性的冲突，无法调和。要想建立万统论，必须从消除这些根源着手。

身心难题

首先，我们需要了解具体物体与抽象物体的定义。通过第1章关于科学的定义的讨论，我们知道科学的目的是认识世界和改造世界，而我们人类通过科学方法能够认识的世界始终是广袤宇宙中一个很有限的局部时空。人类永远无法认识整个宇宙，我们从系统论的角度强调了区分宇宙和世界两个概念的必要性。同时，我们还强调了区分具体物体（我们可以用眼睛看到，可以用实验测量）和抽象物体（我们无法用眼睛看到，无法用实验进行实际测量）的重要性。拉扎尔·梅安茨强调，如果一个人真的想理解概率论，并利用概率论的基本原理解决问题，那么理解具体物体和抽象物体之间的关系是必要的。阐明这种关系，尤其是认识到区分具体物体和抽象物体的必要性，是研究自然和社会各种学科分支的最重要原则之一。[22]简单来说，具体物体是由物质构成的，而抽象物体是对具体物体的抽象概括。

严格区分具体物体和抽象物体的一个好处就是可以很轻松地解决一个众所周知的哲学悖论：“究竟是先有鸡还是先有蛋？”这个问题通常被认为是无法解决的——事实上，如果我们假设先有鸡，那么一定有孵化它的蛋；如果先有蛋，也必然会有下这个蛋的鸡。这个问题给人的印象是无法找到解决方案。然而事实并非如此，这个明显的悖论是由对问题的模糊表述造成的，它没有区分具体物体和抽象物体。如果问题涉及具体的某只鸡或某个蛋，答案是明确且非常简单的：每只具体的鸡都有先于它孵化的具体的蛋；每个具体的蛋，也都有下这个蛋的鸡。在这个问题的传统表述中，人们通常隐含地假设它指的是抽象的鸡和抽象的蛋，这是毫无意义的，因此导致了一个悖论。事实上，抽象的鸡是过去一段时间和现在存在的所有具体的鸡的形象，也是未来将存在的鸡的形象。因此，一只抽象的鸡不能有一个明确的“时间”属性的“瞬时”值，它必然与“之前”和“之后”概念相关联。抽象的蛋也是如此。这种方法还可以用来解决另一个众所周知的悖论：宇宙与生命，谁先出现？这两个都是抽象的概念，无法赋予它们具体的值。

科学研究的对象是具体物体，包括无生命物体和有生命物体。但根据同时相对性公理，要定义具体物体，就必须同时定义抽象物体；要描述具体物体的运动变化规律，就必须要用很多抽象物体来描述具体物体的属性。是否具有质量是区分具体物体和抽象物体的一个最好的标准。

科学理论的建立经历了复杂的过程。科学研究的归纳与演绎如图2.11所示。某位科学家基于有限的观察，通过逻辑归纳法提出了几个基本假设。基本假设难以证明真伪，因此，多数情况下不需要科学家提供证明。假设这些公理是完全正确或可靠的，科学家再采用逻辑演绎法推导出一些定理，用定理来解释人们已经观测到的其他现象，从而满足人类的好奇心。

但光有这个能力还不够，还要有一些能够预报未来的能力，指导我们应对今后的一些重大灾难，让人类过得更好。对于未来的预报是否正确，可以通过时间来证明。某个理论每正确预报一个重大事件，就会让人类对它更加相信。但如果某个现象与公理（或定理）不符，某个理论预报的事件不正确，公理推导定理的过程存在逻辑不一致，只要有一个问题出现，这个理论就算被证伪了。所以，科学方法的证伪是充分的，证真是必要但不充分的。

人类文明发展到今天，除了观测，还无法仅通过理论方法就能确认未来的预报一定正确。尽管科学的精神是追求真理，但科学方法无法证明真理，只能揭示某个发展规律或证明谬误。任何一个发展规律都有具体的适用范围。把科学揭示的规律无限推广且当作真理，这是一种信仰而不是科学，是与科学精神相违背的。

不同科学家观察同一现象会给出不同的归纳结果。即使都是经过科学训练的科学家，让他们观察同一个现象，各人采用逻辑归纳法所得出的结论实际上是不一样的，而且有时差别可以非常大。在此给出一个形象的例子，如图2.12所示，它来自电影《动物世界》中讲的苏格兰黑山羊的故事。天文学家、物理学家和数学家走在苏格兰高原上，碰巧看到一只黑色的山羊。“啊，”天文学家说，“原来苏格兰的山羊是黑色的。”“得了吧，仅凭一次观察你可不能这么说，”物理学家说，“你只能说那只黑色的山羊是在苏格兰发现的。”“也不对，”数学家道，“由这次观察你只能说：在这一时刻，从我们观察的角度看过去，这只山羊有一侧表面上是黑色的。”

这似乎是一个黑山羊版的盲人摸象的故事。每个人都提及了某种哲学推理，但他们都未能规避纰漏。爱较真的人仍然可以继续反驳，即使按照数学家对这只羊的限定，也就是这只羊至少有一面看起来是黑色的，仍然不是滴水不漏。谁能保证看似黝黑发亮的羊毛当中没有白色和灰色的杂毛呢？再或者，它们看起来是黑的，就是黑色的吗？色彩不过是人眼构造所能看见的电磁波造成的。色彩具有客观属性吗？更终极的问题是，如此概括分析这只羊，目的又是什么？天文学家眼里的羊，物理学家眼里的羊，数学家眼里的羊，哲学家眼里的羊，动物学家眼里的羊，牧羊人眼里的羊，它们究竟是不是同一只羊？

现代科学采用外观和逻辑推理两种方法来认识世界，东方哲学中还有一种内观方法，内观方法究竟是否存在，目前还存在争议。确保逻辑归纳的正确性是一件非常复杂的事情，需要遵循正确性与精确性平衡公理。从总体上说，公理的描述隐含了科学家的哲学信仰。因此，所有的科学都是建立在哲学基础上的，而且科学的诞生也源于哲学的分化，所以说哲学是一切科学之母是合适的，认为哲学已经不重要，甚至哲学已死的观点是不符合实际情况的。通过哲学思维发现问题的能力尤其重要。现代科学面临的最大问题就是哲学基础不牢，人们对于哲学的本体论、认识论和方法论的回答不同。不同的回答可以创造出不同的科学理论，最典型的就是微观世界的理论，以玻尔和海森伯为首的正统量子力学[23]和以德布罗意和大卫·玻姆为首的玻姆力学[24]同时存在着。