主题：226-张夏硕：为什么应当关心科学史？ -- 万年看客

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我特意为这次演讲选了一个耸人听闻的题目，但是这不是一句反问或者仅仅为了博人眼球，而是过去二十多年我作为一名科学史教师与从业者每天都要面对的严肃问题。最近几年我为英国皇家科学院以及其他类似组织工作的时候，公众、其他教育者以及科学从业者们都会充满质疑地询问我们：科学史究竟有什么用处。我们的处境与我们的姐妹学科即科学哲学有异曲同工之妙。伟大的科学家理查德.费曼曾经说过，科学哲学对于科学家的用处就好像鸟类分类学对于鸟类本身的用处一样。如果按照这个比喻，那么恐怕科学史就像是痴迷于已经绝种的古代鸟类的古生物学。在科学这样以不断进步为己任的事业当中，为什么有人需要了解历史？为什么需要了解过去的科学？毕竟过去的科学至多也只是当今科学进步的劣等近似，最糟糕的情况下则是一系列死胡同，谢天谢地我们的科学家前辈们从这些死胡同当中逃了出来。

为了充分体会这一看法，我们应当提醒自己，当科学教科书或者大众媒体提到科学史的时候往往只是将其作为严肃科学内容的配菜：英勇的科学家克服了种种困难；悲剧的科学家受制于人类的极限以及环境；幸运的科学家通过研究偶然事件得到重大发现；奇怪的科学家进行奇怪的试验或者提出异想天开的理论——许多此类故事其实都是传说，尽管并不像更著名的标志性科学传说那样粗略：牛顿如何被苹果砸到头上之后发现了万有引力。其实还有一个更精彩的故事，说万有引力最早是由一位东南亚科学家早在牛顿之前很久发现的。当时他躺在一颗榴莲树下。不幸的是他没能活着将自己的新发现告诉任何人。

我相信大家都听说过科学家面对此类故事的时候火冒三丈又无可奈何，有可能你自己也讲过类似的故事。当然，谴责此类故事是理所应当之举，但是在谴责的同时我们也往往忽略了重要的方面：我们学习以及教授历史是为了取得什么目的？流行历史当中的英雄主义故事或者古怪趣闻在正确的环境下的确具有积极的功能，它们可以激励学生们投身科学，或者引发人们对于科学过程的热情，就像鱼钩一样能让人们投身于更加严肃的科学事业。

当我们扫清传说的时候也应该询问我们用什么来替代传说以及为什么要这么做。我们应当扪心自问，不仅询问好的历史是什么，更应该问历史有什么好处。我并不是说我们这些科学家不应该费心费力教育人们牛顿被苹果砸头的故事没有历史依据——我们很应该这么做。我们应当提醒人们，万有引力定律经历了漫长的酝酿过程，这一过程不仅发生在牛顿本人的脑海中，还发生在他的前辈以及同代人的脑海中。牛顿真正的贡献不在于率先提出了万有引力的概念，而是率先以准确的数学概括了这一概念并且运用这一概念来解释重要的天体与地球运行现象，此外他在物理学的成就还与他在炼金术与神学方面的著作密不可分，等等。但是我们也应当询问，假设人们确实了解了这一切来龙去脉，那又有什么好处？

三十年前，约翰.海尔布隆督促他的科学史同事们更多地关注他所谓的“应用科学史”，侧重于利用科学史来促进一般教育、科学教育与科学政策，我们这些历史学家必须突破“正确地看待过去”的冲动。今天我姑且不谈是否真的存在“未经沾染的历史真相”这种东西，更不用说是否存在针对此类真相的独特且最佳的解读。我的主张如下：在我们谴责其他人漫不经心地扭曲科学史真相的时候，我们本身也可能落入了另一个陷阱。这一步行差踏错开始于毫无错误的观察结果：我们想要对抗的许多错误都源自我们想要将过去纳入由当今的假设与关切所定义的框架当中。用赫伯特.巴特菲尔德的话来说就是“在研究历史的同时还用一只眼睛盯着现在，这是所有历史谬误与诡辩的根源，其中最简单的一条错误就是年代错乱。”他认为要想取得“对于历史的真正理解”，就要“用另一个时代的人们的眼光来看待历史，而不是我们自己的眼光”。他这话说的没有问题，但是如果我们沿着这条建议一直走下去，可能就会落入我所讨论的另一个陷阱。我们必须牢记我们这些历史学家毫无选择地置身于当下，无论我们如何尖叫反抗。哪怕历史都是过去的事，但是历史著作却要写给当今的活人看。避免当代主义的同时，历史学家往往拒绝考虑当前的情况，因此又陷入了无我客观主义的幻觉。如果我们不考虑自己当前的处境，那也就无法决定我们的目的。理解过去固然是好事，但是理解过去的用意必须是作用于当前。我们必须明确阐述，错误地理解过去会怎样伤害我们，正确地理解过去又会怎样帮助我们。在今天讲座的接下来部分我注重谈一下这个问题。借用激进的美国教育家尼尔.波兹曼的话说：“我们必须质问过去可以怎样改善未来。”

首先请允许我系统性地阐述一下科学史能带来怎样的好处。首先我要区分科学史在科学内部能够带来哪些好处，在科学以外又能带来哪些好处。许多科学史学家都不喜欢这种内外区分，我在这里使用这种区分也只是为了方便。我这里对内外区分的定义仿照了达德利.夏皮尔的定义，大家可以去看看他的著作。今天我们更侧重于研究科学的外部性。在科学史领域内部，我们倾向于将科学视作社会文化结构的一部分；在科学史研究圈子外部，人们倾向于将科学视为技术与经济发展的驱动力，而不是仅仅因其自身价值而值得开展的事业。所以我们希望更好地了解科学史，从而协助我们更好地利用与控制科学，并且在经济与体制层面更好地支持科学。但是为了查缺补漏，我这里的重点主要放在内部功能方面，也就是研究科学的过去能否帮助我们改进今天的科学知识。这的确不是大多数科学史从业者首要关心的话题，不过我们确实具有利用科学史来改进科学教育的可敬传统。科学史知识可以在很多方面促进科学知识本身。为了在内部功能的领域内更好地表述这一点，我这里想区分正统功能与补充性功能。在正统功能这一边，科学历史知识能让我们更好地理解我们当前已经掌握的科学知识。对于初学者来说一下子掌握太多知识可能会晕头转向，但是对于那些能够应付些许复杂性的人们来说，了解一下我们怎样知道了今天所知道的知识可以为现有的科学知识增加一层深度，可以让我们更细致地理解科学概念，更有底气地主张科学结果。否则的话我们可能只能被动地将科学当做金科玉律。我个人的历史研究都指向了这个方向。我的两本作品其实都是从非常简单的科学问题入手。

科学史也能教授我们关于科学方法的知识。如今的科学史学家们都不喜欢讨论科学方法，但是我认为我们应该这么做。彼得.梅达瓦——他也是我们今天要纪念的三位伟人之一——曾经表示，如今这个时代的基本科学训练极其不充分：“如果你询问一名科学家，他认为科学方法是什么，那么他的表述方式恐怕既庄严又闪烁其词。庄严是因为他感到他应当表达自己的观点，闪烁其词是因为他要隐藏自己并没有任何观点的事实。”如果我们认为目前科学运作良好，那么我们就要保证它继续运作良好。所以科学家才需要接受科学方法的训练。各个专门学科的参与者当然可以通过从业来学习，但这一点还不足够。采取历史视角很有用，可以防止人们一味沉迷于个人的狭窄专业领域。对于非专家来说同样重要的是，他们可以通过回顾科学知识相对比较简单的时代的历史来了解科学方法，用不着非得掌握现当代科学高度复杂的技术细节。这一点也与科学史的外部功能相关，因为丝毫不了解科学方法的人也不可能合理地指导科学决策。

我希望到目前为止我所说的一切对你来说都是理所当然，只是提醒了一下你早就知道的事实。在讲座的其余部分，我会更侧重于不寻常的有争议观点。我要介绍一下科学史的所谓辅助性功能，也就是在科学本身无法提供新知识的地方为人们提供新知识。这话听上去有些疯狂，但是我想试图说服大家相信这是合乎情理的尝试，而且这也更符合我一贯的理念：科学史与科学哲学可以被视为补充性质的科学。正统功能与补充功能之间的界限漫长、变动且相互渗透，不过你要是不小心撞上去的话，或许感觉和突然撞上一堵墙也差不了许多。在补充性功能的分类下我又分了三个子类。首先，我发现历史对于哲学家来说是最有效的批判工具。学习历史可以打开人的心智，让人们考虑新的可能性。做到这一点又有两种方式。意大利历史学家兼哲学家 贝奈戴托.克罗齐曾经说过，“只有历史评价能够让精神摆脱来自过去的压力。”正如我之前所说，理解科学家如何相信今天的正统，有助于我们理解目前的科学正统，但同时也可能揭示我们视作必然事实的理论实际上源自过去的决策，原本可能走向另一个方向。这就是克罗齐所谓的“解放”。

对于这一功能的杰出阐释来自詹姆斯.库欣（James T. Cushing）的作品《量子力学：历史偶然性与哥本哈根霸权》。这本书表明，量子力学的哥本哈根诠释之所以成为正统是基于一系列历史偶然，以及一连串关键事件的发生。在这本书问世十年前，约翰.海尔布隆就曾经详细解释过其中的一个关键方面：碰巧有一群物理学家在尼尔.波尔身边，他们非常想说服所有人接受他们的全息世界理论。波尔将这帮人称作“最早的哥本哈根精神传教士”。值得注意的是，我之所以了解到克罗切的以上言论，正是通过托马斯.库恩的《关于量子物理历史的介绍与档案》。在站稳脚跟的哥本哈根正统面前，就连爱因斯坦的关切也没什么力量，人们尽管可以主张爱因斯坦仅仅在哲学上提出抗议，而没有提出任何替代性的量子力学物理理论。但是戴维.玻姆明明提出了另一套量子物理理论，结果却遭到了忽视。我在这里并不是以爱因斯坦粉丝的身份说话，尽管我毕生当中确实是他的粉丝。话说回来，爱因斯坦的相对论取得压倒一切的地位也是个高度偶然的事件，继续坚持麦克斯韦、加尔文、洛伦兹与庞加莱等等著名物理学家一贯主张的以太理论也完全合理。

通过理解当前科学现状的偶然性基础，对于过去的研究可以扩张我们概念空间。我们说事实比虚构更奇怪，实际的科学历史也比我们的想象更加奇怪，因为我们的想象通常受到我们当前局势的严重限制，更何况历史上有过很多非常离谱的科学家。我们的格言来自小说家L.P.哈特利的《送信人》的开篇：“过去是异国他乡，那里做事的方式不一样。”了解历史就像旅游一样能够开拓视野。我们这些研究历史科学文本的人经常一拍膝盖大叫道：“没错！人们确实可以这么想！尽管我以前从没这么想过。”

我这里举几个例子。1800年，威廉.赫歇尔在太阳光当中发现了红外线辐射。但是他并不认为自己发现了红外线，实际上他以为自己分离了光线与热质，利用的工具则是自己的棱镜。他以为自己将热质从光谱的红色光一侧排斥了出去。当时以及之后很长一段时间里，很多人都认为热质可以以极高的速度到处穿梭，这就是他们对于辐射的理解。拉乌尔-皮埃尔.皮克泰在日内瓦做了一个很有趣的实验，将放在两面凹面镜相对摆放，一面镜子的焦点上放一个发热物体，另一面镜子的焦点上放一个温度计，可以发现温度计的温度立刻上升。他们又用冷的物体来做测试，例如在一面凹面镜的焦点放一个冰块，另一面凹面镜上的温度计读数也会立刻降温。因此人们认为冷也可以通过射线形式发射、折射与聚焦。这一观点的大力支持者之一就包括皇家科学院的创始人之一朗姆福特伯爵。

除了开拓我们的心智之外，我还认为过去的科学体系本身也自有价值。这就涉及了科学史的另一项功能，也就是重新发现一度遗失的科学知识。库恩曾经提出过一项著名的主张：每当科学革命发生时，有些立足于旧范式的知识很有可能遗失。他认为这所谓的库恩损耗是科学进展的正常进程。但我认为历史学家理应思考并且认识到我们可以从过去获得怎样的知识。如果燃素化学与拉瓦西的氧气与热质化学曾经让这些体系的实践者们坚实地理解自然，那么今天我们依然可以在这些知识依然起效的领域利用它们来理解相关现象。正统科学家们正是用这种方式来对待体面的旧物理理论，例如今天他们依然将几何光学与牛顿力学教授给每一位物理学学生。如此体谅的态度不妨扩展到某些正统科学已经排斥的理论上。

在科学理论方面，这一收复计划或许很难得到接受。我们很难反对当代的专家与诺贝尔奖得主的信心。他们主张旧理论遭到排斥的理由十分充分，因此活该被遗忘。在这样的背景下，试验工作尤为重要，因为当我们面对面直面这些现象的时候，我们更容易独立做出个人判断。我举几个例子。比方说看似表明冷也会辐射与反射的实验得到了两位完全理智的美国物理学家詹姆斯.伊万斯（James Evans）与布莱恩.波普（Brian Popp）的重复完成，他们的论文发表在《美国物理学期刊》上。直到我上次去查看为止，这篇论文还没有被其他人引用过，唯独我写历史学论文时引用过这篇论文。许多科学史学家都注意到，浪漫文学巨擘歌德曾经提出过迷人的色光理论，与牛顿光学打擂台。后来还有很多科学史学家与科学哲学家更进一步，试图重复歌德的各种光学实验，并且取得了一系列非常有趣的成果。

我本人最早尝试重复此类被遗忘的试验是在2004年夏天的伦敦大学学院，令我着迷的实验题目是煮水。我证实了许多源自十八十九世纪、听上去不太可信的主张，例如正常大气压下的蒸馏水的沸点与煮沸时的表现会随着容器材质、加热速度以及水里溶解气体的变化而产生显著差异。我就不展示我所有的煮水视频了，想必很多人都看过，有些人还看过不止一遍。在我的在线论文上可以看到更多细节。我确实忍不住播放一个在长颈瓶中煮水的视频片段。现在长颈瓶里的水已经开始咕嘟冒泡，但是只会偶尔爆破性地冒出一个非常大的泡泡，而水温已经超过了100℃。画面上这个长颈瓶毫无动静、偶尔冒泡，其中的水温则是104℃。

煮水的确是非常有教育意义的试验。提升了我对于失落科学现象的敏感度。在下一个案例当中，我开始研究迷人的早期电化学历史。我想花一点时间感谢我的化学家同事允许我在他们的实验室里乱搞……画面上这位是十八世纪末到十九世纪初的伦敦化学家威廉.海德.沃拉斯顿，时任剑桥大学化学教授的兄弟。1801年，他在皇家科学院发表论文宣称：“如果一块锌与一块银各有一端浸入同一个容器，其中盛有用大量水稀释的硫酸或者盐酸，锌就会溶解并且通过分解水来释放氢气。银不会与酸反应，因此不能分解水。但是一旦锌与银接触，银的表面也会产生氢气。可以用任何其他与酸反应并且分解水的金属来替代锌，另一侧也可以用任何不会与酸反应的任何金属代替银。”银有点贵，所以我用的是铜。我重复了沃拉斯顿的试验。锌丝首先插进盐酸，锌开始溶解并且放出氢气；铜线插进去，什么也没有发生。沃拉斯顿的小实验只需将两根线接触在一起，然后气泡就开始从铜线上冒了出来。铜线并没有溶解，但是不知为什么还是冒泡了。

如果你完全不理解发生了什么，我可以解释一下。沃拉斯顿提出这个实验的时候，化学界正在兴奋地辩论伏打电池的原理，一年之前伏打电池刚刚公之于众。沃拉斯顿实验的构相与伏打电池一致，都是两种不同的金属中间插入电解质。根据沃拉斯顿论文的观点——我略微用现代语言转述一下——他认为他的实验表明化学反应发生在锌与酸之间，释放出了他所谓的电流质；银或者铜不会与酸反应，就将过量的电流质导入了液体当中。他认为电分解了酸中的水，产生了氢气气泡，水中的氧则氧化了金属。翻译成现代术语，沃拉斯顿的解释认为电子通过锌与酸的反应得到释放，然后有一部分电子被传输到铜线上，又通过铜线释放出来。这些电子与氢离子结合，于是释放出了氢气。

重复这个实验让我提出了很多有趣的问题与后续实验，待会我再细说。在此之前还有一个简单的试验我要想跟大家展示一下。这个试验来自查尔斯.希尔维斯特（Charles Sylvester），你们想必从未听说过他，直到我偶尔碰上这篇论文之前我都没听说过他。这篇论文于1806年发表在《尼克尔森杂志》上。这个实验用一句话就可以概括：“将稀释硝酸银溶液涂在平板玻璃上，并且在玻璃中央放置一根锌线，过一段时间将会长出一棵美丽的银树，如同从锌线当中长出来的一样。”你难免心想：“哈哈，你说什么就是什么吧。”而我必须要尝试一下，反正这个实验不算很困难。我稍微修改了一下实验设计，将硝酸银溶液倒入一个透明的塑料信封，而不是涂在玻璃板上。一旦将铜线插入信封，立刻就会被银覆盖，因为硝酸更喜欢与铜而不是银结合。这是一个置换反应，甚至就连古代炼金术师都知道这个反应。真正的意外在于银树会不断生长，银上叠银，长出更多的美丽枝杈。希尔维斯特所说一颗美丽的白银之树在一个半小时内长了出来，过程的确令人着迷。如果你足够耐心观察，还可以看到细细的银针如何伸展。

像这种从积满尘土的故纸堆中重新挖掘出来的科学现象值得被我们记住与欣赏。它们或许看上去微不足道，但是这一价值判断或许是由当今的科学正统决定的。许多看上去同样微不足道的现象——例如亚历山大.弗莱明的培养皿——都曾经显著推动科学发展。说到从过往回收有价值的知识，我这里有几段来自过往历史学家的优美评论。我给大家读一段短的，来自德国罗马史学家巴托尔德.尼布尔：“如果有人能将被遗忘之物重新召唤出来，那感觉就像创造新事物一样欢乐。”这句话总结了我本人以及其他进行过重复试验的科学史学家们的体验。

现在我想谈一下科学史的第三功能，也就是扩展，或者说扩展被我们忽视的、从过去收复的知识。几乎所有被重新发现的知识都会提出新的问题，让人难免想要通过进一步试验展开调查，毕竟这就是试验科学的本质：实验科学不会止步，一个实验只会引起其他实验。因此重复了希尔维斯特的美丽试验之后，我开始自然而然地想知道这一切是怎么发生的？为什么银与铜的置换反应不会停在铜丝表面？毕竟，铜丝已经被银覆盖了，为什么更多更长的银针会在这层银上面继续生长？我不知道答案是什么。惰性金属——比方说我的实验里的铜，其实我选用铜也是为了呼应沃拉斯顿的试验——起了什么作用？沃拉斯顿认为惰性金属仅仅接受了由锌一侧的化学反应驱动的过剩电子流；伏打则反对沃拉斯顿的理论，他认为两种金属之间的接触才导致了电的流动。所以我略微修改了沃拉斯顿的实验：我将铜线换成了金线。显然可以看到同样的现象，但是效果要剧烈得多。金线上出现大量气泡，锌线上什么都没冒出来。按照沃拉斯顿的理论，全部电流是否都在锌线上产生？我相信是这样。但是如果让我按照伏打的理论用现代语言来解释这个现象，那么原理在于金能比铜更有效地从锌一侧剥夺电子。化学家在讨论电化学时一般不会讨论这个实验。物理学家能看出实验当中存在接触势能，但是他们不会讨论电池的原理。于是这个实验就掉落在了两个门类之间。

审视一下伏打的工作又向我揭示了另一个重要的问题来源。这个实验中用的是酸，而原始的伏打电池用的是盐水。盐水或者说氯化钠溶液的电化学性质令我非常着迷，尤其有趣的问题在于被释放进溶液的电子去了哪里。在酸溶液当中，电子会与周遭的质子或者说氢离子结合，生成不带电的氢原子。但是在氯化钠溶液当中没有足够的氢离子，那么电子去哪里了？为了让这个效果更易于观察，我决定做一个新实验。我将大量的电子打入了饱和盐水溶液，将一个小电池连上两根铜线电极，然后将电极插入饱和盐水，看看会怎么样？电池一旦通电，大量的氢气就从负极排放出来。这是有趣的谜题，因为饱和氯化钠溶液当中并没有足够的氢离子来容纳这么多电子。我能想到的唯一结论如下：大量电子的涌入导致电极附近的水分子直接分解，释放出了氢离子。面对这个现象，有些科学家认为我给出的理论非常可疑，其他人则认为这个解释天经地义，显然根本不需要讨论。夹在两组科学家之间的我就不发表意见了。与此同时，铜质的正电极溶解了。产生了橘黄色的沉淀物，这就是反应的最终产物。我们还可以看到橘黄色沉淀的最底层呈现蓝绿色。这个实验不仅将你进一步投入了复杂的基本电化学，而且还提出了新的问题：这些橘黄色物质究竟是什么？

我想让大家再看一个不同的试验。铜线溶解试验虽然很迷人，但是铜线溶解却并不是我的本来用意，因为这一现象使得我一开始的问题更加复杂了：电子输入氯化钠溶液时发生了什么？我想用化学惰性的电极来避免连带伤害，可供我选择的材料包括金、铂或者石墨。简而言之，我做这个试验用的是石墨负极与金正极。电压2伏特，没有反应；2.2福特，负极上开始出现气泡——如果你了解电化学的话，负极上一定正在发生某种反应，可是究竟是什么反应？到了3伏特，黄金正极开始溶解在盐水里；3.5伏特时反应更加剧烈；4.2伏特时黄金不再溶解了，电极表面开始产生某种气体，闻起来有点像游泳池的味道。这说明我们很可能正在产生氯气，必须停止试验。

当我一无所知地踏入早期电化学实验历史的时候，我原本并没有打算用两节电池把黄金溶解在盐水里。我还做过一个失败的镀金试验，时间关系我就不说了，此时你们很多人想必会质疑我否还在研究历史。这一切现在难道不就是科学吗？而且还是过于基本过于奇怪的科学。对我来说无所谓。我认为并非所有历史研究的功能都是为历史本身服务。这些问题存在于科学历史与哲学领域，因为今天的人们——尤其是科学家——并未处理这些问题。这反映了我所谓的补充性科学的意义。

我希望我已经充分表明，科学历史可能起到改进科学知识本身的内在功能，尤其可以扮演辅助性角色，复原并扩展正统科学遗忘的知识。现在我想再看一下整体图景，从而总结本次讲座的主旨。科学史的外在功能——我这里没有谈到多少——与其内在功能密不可分。如果我们认为科学可以为社会造福，那么了解哪些特质能起到这一效果可以帮助我们维持科学体制，并且持续收获社会与经济收益。另一方面，如果认为没有得到充分支持的科学会发展不良，或者某些支持科学发展的实务方式与文化共鸣会导致负面的社会效果，那么学习科学史可以提供批判意识，收复与扩展科学知识，从而帮助我们将事态恢复正轨。对于那些并不承认内在外在区分的人们来说，我这里指出的平行关系就像一套连续体，这样的看法对我来说也无所谓。我非常高兴地看到，历史学家保罗.福曼（Paul Forman）劝说科学历史学家们去拥抱“自行决定科学益处何在的责任，，通过我们的历史学研究来增进此类裨益”；不仅如此，我们还应当摆脱“在智识层面对科学卑躬屈膝”的心态。对于我们今天纪念的另一位伟人J.D.伯纳姆以及我提到的多位科学史学家来说，像这样对待科学史的积极政治观念同样很重要。

另一层平行关系是科学历史与其他类型的历史之间的关系。显而易见，这一平行关系实际上是连续体。既然科学无疑是人类社会与文化的一部分，所以科学史从整体上来说与研究任何其他人类生活方面的历史并无区别。毕竟，我的许多追效对象——例如克罗切与尼布尔——并不是科学史学家。这一连续体的重要性在于。在研究科学史的时候我们应当强调过去对于现在来说具有怎样的重要性，无论是在智识还是社会方面。

最后我想再讲讲我在开头的论点之一。我注意到历史往往用来激发人们的好奇心并且激励人们投身科学，可是这一动机却经常鼓励人们扭曲与过度简化科学史。我希望我今天的评论能够说服你们相信，好奇心、科学抱负与正确地表现科学史并非互不兼容。谢谢大家。