来源： 大学与学科   原创 吴国盛

摘要

现代科学是在分化与统一的双重变奏中发展的。现代科学诞生的大背景是中世纪后期希腊文明与基督教文明的融合。文艺复兴时期数学传统与工匠传统的结合，为新物理学开辟了道路。19世纪，注重探索性实验的培根科学被整合到牛顿力学的数学体系之中，完成了物理科学的大统一。今天我们拥有的仍然是一个分裂的世界观，时间性世界观与非时间性世界观仍然有待整合。

关键词

现代科学；科学统一；科学史

作者简介

吴国盛，清华大学科学史系教授、系主任。

现代科学有两大相互关联的目标，一是提供一套理解世界的世界观，二是实现改造世界的技术能力。这两个目标是相互关联的，因为越是融贯的世界理解，越是能够产生出其不意的世界改造能力，这本来就是现代科学的魔力之所在；反之，转化成的技术能力越强大，科学的世界观就越令人信服。科学的世界观迅速取代形形色色的流传了数千年的神话世界观和宗教世界观，最终靠的是它难以拒绝的技术能力。

现代科学的两个目标形成了发展过程中分化与聚合的变奏和张力。一个目标要求的是分化、分科，因为我们面临的外部世界的问题都是具体的，解决问题的方法因而也是具体的，只有通过分科化、专门化，现代科学才能极大地增强自己解决问题的能力和效率。另一个目标要求的是统一和聚合。任何理解都要求无例外的普遍性，一种合理的世界解释必须是无远弗届，放之四海而皆准，因此科学必须不断刷新和修复自己的理论基础，以整合不断出现的新现象、新领域。当然，每一次整合理论的出现，又都会开辟新领域，解决更多的旧问题。

今天，科学门类众多、越来越专业化，整合、统一的呼声也越来越高。本文将回顾现代科学的统一化历程中的几个片段，为未来的整合提供参考。

中世纪晚期：两希文明的统一

希腊科学是现代科学的源头，现代科学起源于希腊科学的复兴。但是，现代科学并不是希腊科学的简单翻版和复制，而是更新换代的升级版。在这个更新换代的升级过程中，基督教文明发挥了关键作用。换而言之，现代科学是希腊文明与基督教文明整合统一的结果。

希腊科学又可称为理性科学，其第一要义是发现了“自然”，即发现了任何事物的“自己”性。承认事物有其自身，有其自身的发展逻辑，而不是处在与他者持续动态的关联之中以致丧失“自我”，这是理性主义的基本哲学原则。基于此种理性主义，希腊人发展了哲学（概念的逻辑运演）和科学（数学的逻辑运演）学科。自然哲学、纯粹数学（算术、几何）、应用数学（天文学、音乐学、机械学、光学）构成了希腊高端科学的家族谱系。基于自然的发现的理性科学主张本质主义的世界观和还原论的方法论：世界本质上由某些基本要素（或始基或四元素或原子等）所构成，构成的方式是理性的（逻辑的或数学的），科学的目标就在于将形形色色的表面现象以某种理性的方式还原到这些基本要素。

希腊理性科学着眼于对世界之统一性的理解，而完全忽视了对世界的改造。这不是因为他们在技术上无能，而是因为理性科学本身的内在要求。理性着眼于自然，即着眼于事物“自身”，因此“自然”拥有某种坚硬的、不以人的意志为转移的内在逻辑，因此，“自然”只能被“追随”和“理解”，不可能被人来“改造”。这就是为什么希腊科学注重“理解”世界而完全忽视“改造”世界的根本原因。

基督教在三个方面改造了在12世纪开始复兴的希腊科学。

其一是改变了“自然”观念。希腊人的“自然”是高高在上、为人力所不能及的，但是基督教的“自然”作为上帝的“造物”，已经部分丧失了其“自主性”。当然，接受了希腊理性主义的托马斯主义（为经院哲学的代表人物托马斯·阿奎那所创立）可以认为，上帝是按照理性的方式来创造自然界的，因此自然本身已经禀有了理性结构。但是，与托马斯主义相对立的唯名论者则高扬上帝意志绝对自由的思想，主张创世行为是绝对自由的，因而不受任何理性规则约束，如此创造出来的自然并不“先天”地符合理性。这样一来，人们理解自然的方式，就不能只像希腊人那样单纯地诉诸理性，而是要直接去观察自然，甚至像上帝那样去摆弄和干预自然，以从中获得对自然物之存在的理解。于是，经验主义作为现代科学方法论的另一支与理性主义并驾齐驱。经验主义并不是一种人类本能的凭经验办事的习惯，而是一种哲学原则，而这一哲学原则来自基督教全能上帝的绝对自由意志。

其二是改变了“人”的地位和角色。在希腊文化中，人类的地位整体低于神族：人是会死的，而神是不死的；神可以拥有智慧，而人只能“爱”智慧（philosophia，哲学）、“追求”智慧。基督教的创世观念把人抬到了“万物之灵长”的地位，因为“人”分享了上帝的自由意志，而且被上帝赋予了掌管世间万事万物的职责。中世纪晚期的唯名论走向极端之后，上帝被认为是完全非理性的、完全不可理喻的，从而使得连得救这样的人生首要任务都是不确定的，这造就了基督教内部的某种危机。在这场危机之中，“人”被推出来拯救这场危机：必须凭借人自身的意志来实现人的价值。这就是文艺复兴“人文主义”运动的思想根源。人的天职更多的是运用自己的“意志”，“改造世界”于是成为新时代的主题。现代科学从而被赋予了新的使命：不仅要理解世界而且要改造世界。

其三是改变了“自由”的观念。在希腊文化中，“自由”就是获得对世界的“认识”，希腊人的自由本质上是“理性自由”。基督教的“自由”本质上是“意志自由”。由理性自由所驱使的人的使命是“认识世界”，而意志自由所驱使的人的使命则是“改造世界”。

从12世纪开始一直到16世纪的中世纪晚期，是希腊文明在欧洲复兴以及与基督教文明相整合的过程。通过大学这个特殊的整合平台，两希文明完成了其虽不稳定但意义深远的联姻。在此背景下诞生的现代科学同时秉承了理性科学和意志科学的双重气质，既要认识世界又要改造世界，既承认世界的内在数学结构，又承认唯有通过实验的方法才能认识这样的结构。

文艺复兴时期：数学传统与工匠传统的统一

托马斯·阿奎那（Thomas Aquinas, 1225—1274）把亚里士多德学说与基督教教义相结合，把希腊理性精神引入基督教神学之中，创立了有鲜明理性特色的经院哲学。随着1323年阿奎那被教皇约翰二十二世封圣，托马斯主义就成了基督教世界的正统哲学，亚里士多德的思想因而被基督教世界全盘接受，独享“哲学家”（the Philosopher）称号，成了耶稣诞生之前人类最有智慧、最博学者，凭人类理智所能达到的知识巅峰。但是，亚里士多德的自然哲学与现代数理科学完全不同。

物理学（physics）来自希腊文，意思是研究“自然”（physis）的学问，与“自然哲学”同义。在希腊人的观念中，“自然”乃是“自己性”“本性”，因此，自然哲学天生就是“定性”的学问。在亚里士多德的物理学中，范畴的逻辑建构起主导作用，而数学基本不起作用。从13世纪到16世纪这三百余年间，在欧洲占统治地位的物理学是亚里士多德的“定性”物理学，而不是现代人非常熟悉的“数学”物理学。在亚里士多德的思想体系中，数学与物理学属于两个完全不同的学科。数学研究永恒不变但可感的对象，物理学研究变化且可感的对象。数学因为研究的对象仍然属于可感对象，在某种意义上就受制于物理世界的逻辑。相反，物理学并不依赖数学。以运动学为例，亚里士多德的运动学的核心范畴是潜能与现实（potentiality and reality）、自然位置（natural place）、自然运动与受迫运动（natural motion and violent motion），而不是时间、距离、速度、加速度这些我们熟悉的现代物理学概念。

数学物理学起源于文艺复兴时期数学传统与工匠传统的结合。

自希腊以来的数学传统存在于纯粹数学（算术、几何）和混合数学（天文学、和声学、光学、机械学/力学）几个学科之中，目标都是建立类似于欧几里得几何学那样的演绎体系。希腊科学传统旨在理解世界而非改造世界，所以与工匠传统相隔绝、老死不相往来。中世纪晚期商业、军事和航海上的大发展，促成了数学传统与工匠传统的结合。

生于比萨的数学家斐波那契（Leonardo Fibonacci，1170—1250）首先把阿拉伯数字和代数引入欧洲。他曾经跟随父亲到北非的阿拉伯帝国经商。文艺复兴时期的另一位数学家、意大利的帕乔利（Luca Pacioli，1445—1517）进一步简化了代数的符号表达。帕乔利也是一位商人，被公认是复式簿记之父，而复式簿记制度创造了现代“企业”和“资本”的概念，被认为是资本主义理性精神的标志。

军事技术革命是中世纪晚期的重要历史事件，直接引发了以城堡和骑士为基础的封建制度的瓦解，可以提供巨大财力和社会动员力的集权型民族国家走上历史舞台。英格兰、苏格兰、法国、瑞士、意大利、德意志、荷兰、丹麦、瑞典、挪威、西班牙、葡萄牙等大国之间的军事争斗，贯穿了现代早期的欧洲历史。在中世纪晚期和现代早期的军事征战中，军事装备（armaments）一时成为显学，军事装备工程师成为各国君王争相聘请的人才。12世纪20年代，圣维克多的休（Hugh of St. Victor, 1096—1141）在罗马传统的自由七艺（逻辑、文法、修辞、算术、几何、音乐、天文）之外，又提出了机械七艺，包括纺织、军事装备、贸易、农业、狩猎、医药和戏剧。其中的军事装备这门学问，在文艺复兴时期与自由七艺中的数学四艺相结合，成了推动现代科学发展的重要部门。

作为机械之艺的军事装备不仅包括修筑城墙和防御工事、制造和改进进攻性武器，也包括设计民用建筑（桥梁、运河、水渠）和日用机械，还包括雕塑、绘画这些现代被称之为造型艺术的特殊技能。军事装备家是那个年代最活跃的学者型工匠或工匠型学者，他们中最著名的是列奥纳多·达·芬奇（Leonardo da Vinci, 1452—1519）。今天我们称达·芬奇是贯通科学与艺术的全才，这是一个时代错位的评价，因为那个时代的科学与艺术还没有清晰地区分开来。其实在他的时代，他有非常明确的职业定位，即军事装备家。

军事装备家促进了综合几何学的发展。首先是发明了透视法。建筑设计师们在绘图和看图的过程中，发明了透视画法。意大利建筑师布鲁内莱斯基（Filippo Brunelleschi，1377—1446）被认为是这种几何画法的最早系统表述者。透视法的发明，改变了欧洲绘画艺术的发展方向，造就了文艺复兴时期绘画、雕塑等造型艺术的辉煌灿烂，也造就了现代艺术作为一门特殊人类文化形式的独立。由于引入了大量的数学这种自由之艺，造型艺术被从军事装备这种机械之艺中提升出来，成了新时代的自由之艺——现代艺术家一致认为，艺术是自由的真正寄托。画家和雕像家也从传统的“工匠”，变成了“艺术家”。

透视法也促成了几何光学的发展，而几何光学为望远镜的合法性提供辩护，从而使伽利略望远镜中的发现成为推动哥白尼革命以及牛顿革命的巨大杠杆。

军事装备家在研究火炮瞄准问题时，一方面学习古代的三角学，以作为精确测距的手段，另一方面也研究作为弹道问题的抛物运动问题，促进了运动学的变革。伽利略《两门新科学的对话》中的第一门科学是运动学，这门运动科学并不是亚里士多德物理学里包含的运动学，而是一门崭新的数学化的运动科学，是现代数学物理学的先驱和成功示范者。伽利略最早把自由落体运动以及抛物体的运动表示成关于时间和空间的数学形式，为牛顿“自然哲学的数学原理”开辟了道路。伽利略本人虽然先后是比萨大学和帕多瓦大学的数学教授，但是他关注的问题却来自威尼斯的造船厂和兵工厂。

与军事活动一样，中世纪晚期的大航海事业也促成了数学传统与工匠传统的结合。航海活动中包含着多样而复杂的数学技术：除了通过使用磁罗盘、平面图和测深线以记录航向、估测航速，从而计算航船的方位外，利用天文学测量航船所处地球纬度也是一个常用的方法。大航海运动极大地推动了天文学知识的传播和天文学理论的发展。大航海的前哨葡萄牙宫廷聘用了许多数学家负责绘制地图和星图，1582年西班牙的马德里则创办了专业的数学学院，专门教授海员们天文学、地理学。

与航海相关联的还有造船业，而造船业促成了材料科学的发展。伽利略在《两门新科学的对话》中研究的第二门新科学是材料力学。在与威尼斯兵工厂的技师和学者们的讨论中，伽利略发现，任何物体（无论是自然物还是人工物）的尺寸都不能无限增大，通常在增大到一定程度时，自身的重量就会把自己压垮。他说，一只小狗也许可以驮起三只同它一样大的狗，但一匹马却连一匹同样大的马也驮不起来。空心梁可以大大提高材料强度而无需增加重量，因此可以而且应该在技术上得到广泛应用。

19世纪：培根科学与数理科学的统一

科学史家库恩在他的《必要的张力》中提出“数学科学”与“实验科学”两大传统在现代物理学发展中形成的张力。他认为，现代物理学中有些内容在古代世界就已经有专业的研究成果出现，这特别体现在天文学、光学和静力学三个学科。这三个学科与几何学、和声学一起，构成物理科学在古代发展的“数学传统”。这五门数学物理学科，在伊斯兰世界有所发展，在16、17世纪科学革命时期发生观念革命，形成了现代科学中的数学传统。库恩认为，欧拉、拉普拉斯和高斯的工作主题，与开普勒、笛卡尔、牛顿几乎一样，与欧几里得、阿基米德和托勒密等人也高度相似，在他们之间发生的变化只是“思想革命”，而不是出现了全新的科学类型。

但是，科学革命时期发展出来了一种新的不同于“数学传统”的科学传统，那就是库恩所谓的“培根传统”。这种传统的显著特点当然是实验，但是，与古已有之的实验相比，新的实验传统不是去证明或证实某个已知的命题，而是探索未知的情况。由于新实验都或多或少遵从培根所制定的研究纲领，库恩称之为“培根科学”或“培根传统”。库恩认为，培根科学对于数理科学的观念革命可能意义不大，但它开拓了许多新的科学领域。培根科学的实践者多数是来自各行各业的业余爱好者。

数理科学传统在牛顿那里达到了巅峰，而18世纪看起来只是牛顿科学的推广和普及。但是，培根科学却一直在积蓄力量，直到19世纪大放光彩。培根科学的典型学科包括电学、磁学、热学、化学。

磁学在现代早期由英国皇家御医吉尔伯特（William Gilbert, 1540—1603）开创。在他的《论磁》一书中，他列举了许多新实验和新现象，比如通过降低铁的温度使之获得磁性；提出了一些有价值的概念，比如地球是一个大磁体。但是，他在书中的许多解释是不正确的，比如认为地球自转是因为它的磁性，认为地球上任何地方的磁偏角都是相同的，等等。一直到奥斯特（Hans Christian Ørsted,1777—1851）发现了电流的磁效应，磁学研究始终处在经验层面，在黑暗中不得要领地摸索。

电的吸引和排斥自古皆知，波义耳、牛顿和马德堡的盖里克都有电吸引和排斥的实验描述，但没有发现规律性的东西。英国人格雷（Stephen Gray，1666—1736）区分了导电体和非导电体。法国人杜费（Charles Francois de Cisternay DuFay，1698—1739）发现所有物体都可以带电，传统上“带电体”和“不带电体”的区分是没有根据的，他还区分了玻璃电和树脂电。1745年左右，摩擦起电机广为流行。1746年荷兰莱顿的物理学家马森布洛克（Pieter Von Musschenbrock, 1692—1761）发明了莱顿瓶以存储电。摩擦起电机和莱顿瓶的发明，使得群众性的电学实验掀起了高潮。美国的富兰克林（Benjamin Franklin，1706—1790）证明闪电也是一种电，统一了天电和地电。

18世纪下半叶电学最伟大的成就是卡文迪许（Henry Cavendish, 1731—1810）和库仑（Charles-Augustin de Coulomb，1736—1806）的静电测量，这是培根科学中最早的定量化和数学化成就。此外，伽伐尼（Luigi Galvani, 1737—1798）的蛙腿实验引发了对流电的研究热潮。伏打（Alessandro Volta, 1745—1827）发明的电堆对于流电研究的意义恰如莱顿瓶之于静电研究。尽管有这些伟大的发现和发明，但就电的本性问题，一直争议不休。

19世纪电学的突破性进展之一是电进入了化学领域，开创了电化学。1800年尼科尔森（William Nicholson, 1753—1815）完成了电解水实验，并且发现电池的一极有氢气析出，另一极有氧气析出。戴维（Humphry Davy, 1779—1829）发现电解水之后得到氢的体积是氧的两倍，并且用电分解了强碱、钾碱和纯碱，发现了钠和钾。

突破性进展之二是电学与磁学合流。1819年，奥斯特发现了电流的磁效应，安培（Andre-Marie Ampere, 1775—1836）发现了电流与电流之间的相互作用。1831年，法拉第（Michael Faraday, 1791—1867）发现了电磁感应。从此，电学和磁学获得了统一。麦克斯韦（James Clerk Maxwell, 1831—1879）于1873年发表《电磁通论》，建立了麦克斯韦方程组来描述电磁现象。这是培根科学与数学科学相融合的伟大成就。麦克斯韦提出了电磁波的概念，并且认为光的本质就是电磁波。1888年，赫兹（Heinrich Rudolf Hertz, 1857—1894）在实验室里检测到电磁波。从此，电磁学与光学获得了综合和统一。

现代热学起源于伽利略1593年发明的温度计。18世纪阿蒙顿（Amontons Grillaume，1663—1705）、华伦海（Garbriel Daniel Fahrenheit，1686—1736）、摄尔修斯（Anders Celsius, 1701—1744）对温度计进一步优化，并且最终确立了今日使用的温标。18世纪蒸汽动力的使用和改进推动了热学的研究，英国物理学家布莱克（Joseph Black, 1728—1799）提出了潜热概念，以解释水结冰时放热、蒸发时吸热等潜热效应。在现代早期原子论复兴和微粒哲学流行的背景下，热长期以来被认为是一种物质，被称为“热质”（Caloric，今天人们熟悉的热量单位“卡路里”即来自这一术语）。19世纪初通过伦福德伯爵（Count Rumford, 1753—1814）的工作确立了“热之唯动说”，认为热的本质不是一种物质，而是物质的运动，是大量微粒运动的宏观表现。19世纪上半叶，傅里叶（Joseph Fourier, 1768—1830）的热传导理论，查理（Jacques Charles, 1746—1823）、盖-吕萨克（Joseph Gay-Lussac, 1778—1850）的气体定律，是培根科学数学化的突出典型。迈尔（Robert Mayer, 1814—1878）、焦耳（James Joule, 1818—1889）和赫尔姆霍茨（Hermann von Helmholtz, 1821—1894）提出的热力学第一定律，开尔文勋爵（Lord Kelvin, 1824—1907）和克劳修斯（Rudolf Clausius, 1822—1888）提出的第二定律，以及克劳修斯、麦克斯韦和玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann, 1844—1906）建立的分子运动论，实现了作为培根科学的热学与作为数理科学的牛顿力学的融合。

从16、17世纪开始与炼金术渐行渐远的化学，一开始也是培根科学，通过动手实验，在各个没有关联的领域中发现新现象、完善实验器具，发展诸如蒸馏、煅烧、提纯等新的实验方法，制备硫酸、硝酸、盐酸、王水、锑化物、硫化物等化合物。初生的化学一开始没有取得独立的地位，从属于医学、药学、采矿业等。赫尔蒙特（Jan Baptista van Helmont, 1577—1644）提出了“气体”概念，创立了气体化学，并且推崇天平，把定量实验的思想引入了化学研究之中。化学在17世纪逐步获得独立的学科地位之后，虽然新发现不断，但对于物质以及化合的本质，言人人殊。

波义耳（Robert Boyle, 1627—1691）用微粒论来解释林林总总的化学物质和化合现象。不同的物质仍然用不同的物性来解释，微粒哲学并没有转化为统一的原子理论。18世纪，燃烧问题突现出来，燃素说盛行一时。斯塔尔（Georg Ernst Stahl, 1660—1734）构造了一个完整的燃素理论，统一了燃烧现象、生锈现象和呼吸现象。燃素理论认为，可燃烧的物质中含有燃素，燃烧过程是一种脱燃素的过程，但是，这难以解释有机物燃烧之后重量变轻，而无机物煅烧之后重量变重这种矛盾现象。斯塔尔本人似乎认为，燃烧过程是化学过程，而重量问题是物理问题，化学与物理似乎是两种不相干的领域，因此燃素说并不存在矛盾。到18世纪中叶，人们发现越来越多的化合物质都同时服从同样的物理和化学定律，燃素说的内在矛盾就变得不能回避。

气体化学在18世纪取得了长足的发展。英国人黑尔斯（Stephen Hales, 1677—1761）发明了水面集气法，收集了许多不同的气体。提出潜热概念的布莱克发现了“固定空气”（二氧化碳），发现了气体可以参与化学反应。静电学研究大师卡文迪许（Henry Carvedish,1731—1810）制得了氢气和氧气。瑞典的药剂师舍勒（Carl Wilhelm Scheele, 1742—1786）和英国牧师普里斯特列（Joseph Priestley, 1733—1804）也独立地制得了氧气。他们都发现这种气体有助于燃烧，对动物的呼吸很有好处，但由于他们都相信燃素说，故而把氧气称作“脱燃素空气”。1778年，法国化学家拉瓦锡（Antoine Laurent Lavoisier, 1743—1794）通过大量实验发现了空气其实由“纯净空气”（氧化）和不纯净空气（氮）混合而成。1779年，他把纯净空气命名为“氧气”（oxygine，希腊语“可构成酸类”）。1783年，拉瓦锡发现水由易燃空气（氢气）和氧气化合而成。1789年，拉瓦锡出版《化学基础论》，建立了氧化理论，推翻了燃素说，加上他此前建立的化学命名法，使化学完成了一次革命性的大综合。但是，拉瓦锡把光和热仍然看成是元素，相信热质说，认为氧气是氧元素和热质的化合物。

拉瓦锡的工作被早期的科学史家认为是一场堪比牛顿革命的化学革命，他的《化学基础论》堪称化学中的《自然哲学的数学原理》。近几十年，有的化学史家认为拉瓦锡并没有真的让化学走上科学发展的康庄大道，关键问题是化学与物理学之间的统一性仍然没有建立起来。18世纪人们认识到某些物质易于化合、有些物质不易于化合，提出了亲和力（affinity）的概念以解释这种现象。“亲和力”概念的存在表明了化学与物理之间的鸿沟仍然存在。到了19世纪，定量研究在化学中结出了硕果。首先是定比定律的发现，把各种亲和力都还原到了定比定律。道尔顿（John Dalton, 1766—1844）于1803年创立了化学原子论，用原子理论解释定比定律和倍比定律，消除了亲和力概念，把各式化学物质和化合过程还原到原子层面。化学原子论填平了化学与物理学之间的鸿沟，完成了化学与物理学的统一。

法拉第-麦克斯韦的电磁理论、焦耳-克劳修斯-玻尔兹曼的热力学与分子运动理论、道尔顿的化学原子论，代表了19世纪培根科学与数理科学的真正融合。在这些理论中，原本带有很强经验特征的培根科学陆续被数学化，原先互不相干的领域被统一归属于相同的理论解释范围中。

现代世界图景的分裂局面

继19世纪电磁学统一了电学、磁学和光学，相对论又统一了牛顿力学和麦克斯韦电磁学。但是，物理学发展并没有停止。继19世纪出现了热力学之后，20世纪又出现了量子力学。热力学和量子力学部分与已经统一了的牛顿-爱因斯坦力学相协调，但也有自己无法还原的独特性。热力学把宏观的热现象还原到微观的分子运动，并把分子运动按照牛顿力学来描述。但是，微观层面上大量粒子的牛顿运动却产生了在宏观层面上的热力学第二定律。量子力学的概率确定性更是令爱因斯坦终生耿耿于怀，不肯承认量子力学的理论完备性。

不仅物理学自身内部存在着分裂，在物理科学与生命科学之间亦存在着深刻的分裂。现代生命科学有两大研究传统，一个是实验生理学传统，一个是自然志（Natural History）传统，这两大传统所建立的世界图景也是完全不同的。

实验生理学传统一部分来自医学实践、种植业和畜牧业实践，一部分属于培根科学，最终汇入物理-化学的数理科学主流之中。16、17世纪的解剖学实践产生了哈维（William Harvey, 1578—1657）的血液循环理论，列文虎克（Antoni van Leeuwenhoek, 1632—1723）利用单式显微镜这种新的科学仪器发现了细胞、精子，以及霉菌和细菌等微生物，马尔比基（Marcello Malpighi, 1628—1694）发现了毛细血管；18世纪，发明了水面集气法的英国生理学家黑尔斯建立了植物营养理论，化学家普里斯特列和拉瓦锡都参与研究空气与植物生长和动物呼吸的关系。19世纪，随着细胞学说的建立，实验生理学传统形成了统一的生命科学基础理论；德国化学家李比希（Justus von Liebig, 1803—1873）关于农业化学和生物化学的研究，法国生理学家伯纳尔（Claude Bernard, 1813—1878）发现肝脏的糖原合成功能、胰液在消化中的作用，以及一系列基于化学理解的人体生理学研究，巴斯德（Louis Pasteur, 1822—1895）的微生物学和免疫学研究，使实验生理学传统汇入了化学传统之中。1895年设置的五个诺贝尔奖项分别是物理学奖、化学奖、生理学或医学奖、文学奖、和平奖，其中的“生理学或医学奖”与物理学、化学并列而为三大科学奖，标志着生命科学中的实验生理学传统进入了现代数理实验科学的主流中。

自然志传统既不同于数理传统，也不同于实验传统，它的目标更多在于观察、记录、分类，是一种偏向事物具体性、个别性的知识类型，与偏向事物普遍性、一般性的自然哲学传统恰成对照。古代的自然志，既包括现代人熟悉的动物志、植物志、矿物志，也包括天文志、地理志、人类志。现代自然志受地理大发现和印刷术发明的激励，带着殖民主义者的扩张动机走向世界，又与矿业、制药业等应用行业相交叉。16世纪出现了植物志家阿尔德罗万迪（Ulisse Aldrovandi, 1522—1605）和动物志家格斯纳（Conrad von Gesner, 1516—1565），17世纪出现了约翰·雷（John Ray, 1627—1705），18世纪出现了林奈（Carl von Linne, 1707—1778）和布丰（Georges-Louis Buffon, 1707—1788）。林奈创立了双命名法和物种分类法，布丰出版了鸿篇巨制《自然志》，是18世纪自然志的双璧。19世纪达尔文的进化论是自然志传统的最伟大成就。20世纪，遗传学与进化论的合流史称“新的综合”，是近三百年来现代生命科学的一种大综合。

物理科学与生命科学的分歧主要体现在物理科学与生命科学中的自然志传统之间。被誉为“20世纪达尔文”的迈尔（Ernst Mayr, 1907—2005）认为，达尔文进化论显示了物理世界图景的不完善性，进化论引入的概念如变异、多样性、概率、不确定性、目的性、历史性等，是传统的物理世界图景所轻视的。他认为，生命是最为复杂和最为高级的物质形式，一个统一的科学应该以“生命”为研究中心才有可能建立起来，相反，以物理学为核心的科学必定是不统一的。

哈佛大学的天体物理学家大卫·雷泽尔（David Raymond Layzer, 1925—2019）在《创世论》（Cosmogenesis: the Growth of Order in the Universe, 1990）中提出了四种原则上不相容的世界图景（见图1）。按所描述的自然过程是否是时间性的可分出两类，其中由量子物理学所表述的微观世界是无时间性的，这是第一种图景。在有时间性的自然过程中，按向低熵发展还是高熵发展又可分出两类，其中由热力学第二定律所表述的热力学过程是熵增的，这是第二种图景。在有时间性而且是熵减的过程中，还可以按是否可预测再分出两类：由现代宇宙学（相对论宇宙学）所表述的宇宙演化过程，属于有时间性的、熵减的且可预测的自然过程，是为第三种图景；由进化生物学所表述的生命世界的发展道路，属于有时间性的、熵减的且不可预测的自然过程，这是第四种图景。存在科学（Science of Being）和演化科学（Science of Becoming）并立，是当代理论自然科学的一种基本格局，对它们的整合将是未来科学的主要问题。

文章来源：《大学与学科》2021年第四期