文 | 张双南（中国科学院高能物理研究所研究员）

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●中国的古代“科学”和李约瑟难题

中国古代四大发明是科学吗？

在谈到中国古代的造纸术、指南针、火药和活字印刷术这四大发明的时候，通常都说是四大科学发明或者四大科技发明。实际上，这四大发明尽管非常伟大，是中国对人类文明的重要贡献，但是它们都不是科学，而只是技术。由于我们的祖先没有刨根问底地去研究这些技术背后的规律，因此不但没有发展成为化学、电磁学、地球物理、自动化等科学学科，就连当时先进的技术在后来也逐渐被西方超越。

英国著名科学史家李约瑟

北京大学的饶毅教授最近做客第 54 期“文汇讲堂”时，引用了一个美国科学家对于中国古代没有研究科学的后果的评论（2012 年 6 月 8 日《文汇报》），这说明美国人很清楚中国为什么落后，当然也很清楚他们的发展方向。

里面有段话是这样说的：1883 年，美国科学家罗兰在美国《科学》杂志上撰文，有几句话非常刺激。他说，“我时常被问及，科学与应用科学究竟何者对世界更重要。为了应用科学，科学本身必须存在，如停止科学的进步，只留意其应用，我们很快就会退化成中国人那样，多少代人以来他们都没有什么进步，因为他们只满足于应用，却从未追问过原理，这些原理就构成了纯科学。中国人知道火药应用已经若干世纪，如果正确探索其原理，就会在获得众多应用的同时发展出化学，甚至物理学。因为没有寻根问底，中国人已远远落后于世界的进步。我们现在只将这个所有民族中最古老、人口最多的民族当成野蛮人。当其他国家在竞赛中领先时，我们国家（美国）会满足于袖手旁观吗？难道我们总是匍匐在尘土中去捡富人餐桌上掉下的面包屑，并因为有更多的面包屑而认为自己比他人更富裕吗？不要忘记，面包是所有面包屑的来源。”

李约瑟难题

事实上，中国古代的天文观测也比西方发达，但却在人类认识宇宙的七次飞跃中都无所作为。在理论方面，中国古代的天文发展成了占星术，但是没有发展成为现代意义上的天文学；在技术方面，中国古代的天文主要是服务于农业，但是没有产生现代科学。因此就有了著名的李约瑟难题，并被引申为如下形式：“中国古代的文化和技术都远远比西方发达，但是为什么没有产生现代科学？”

对李约瑟难题的研究直到今天都一直很多，对此，我也有一些个人看法。

两小儿“辩日”（国画）。日近日远，两小儿辩日，让先哲孔子也为之困惑。

我曾经听过一个“两小儿辩日”的故事：孔子东游，见两小儿辩斗，问其故。一儿曰：“我以日始出时去人近，而日中时远也。”一儿以日初出远，而日中时近也。一儿曰：“日初出大如车盖，及日中则如盘盂，此不为远者小而近者大乎？ ”一儿曰：“日初出沧沧凉凉，及其日中如探汤，此不为近者热而远者凉乎？”孔子不能决也。两小儿笑曰：“孰为汝多知乎？”

到底是早晨还是中午太阳距离我们近，肯定只有一个答案，但是这个故事没有得到这个答案就结束了，而且这个答案中国人始终也没有得到。至于故事里面谈到的现象，本来是严肃的地球大气科学、光学、测量学等科学问题，但是两千多年以来，在中国一直没有作为科学问题进行研究，反而作为孔子的笑料。这就是一个典型的以诡辩代替刨根问底，以赢得辩论代替追求真理的例子。

杞人忧天（国画）

“杞人忧天”的寓言故事在中国则是更加深入人心，已经成为了脍炙人口的成语：杞国有人忧天地崩坠，身亡所寄，废寝食者。又有忧彼之所忧者，因往晓之，曰：“天，积气耳，亡处亡气。若屈伸呼吸，终日在天中行止，奈何忧崩坠乎？ ”其人曰：“天果积气，日、月、星宿，不当坠耶？” 晓之者曰：“日、月、星宿，亦积气中之有光耀者，只使坠，亦不能有所中伤。”其人曰：“奈地坏何？ ”晓之者曰：“地，积块耳，充塞四虚，无处无块。若躇步龇蹈，终日在地上行止，奈何忧其坏？”其人舍然大喜，晓之者亦舍然大喜。

气、日、月、星宿和地为什么不塌，都是严肃的地球大气科学、天文学、力学和地球科学等科学问题，但是两千多年以来在中国仅仅作为嘲笑“不切实际”之人的笑料而广为流传，并没有作为科学问题进行研究。这是一个以自圆其说代替刨根问底，以实用主义代替追求真理的例子。

想一想，在我们身边是不是还在不断地发生着类似上面这两个寓言故事的事情：以诡辩或者自圆其说代替刨根问底，以赢得辩论，或者以实用主义代替追求真理？出现这种现象的原因在于中国的传统思想和实用倾向对中国人的思维造成了根深蒂固的影响，是科学没有产生在中国，以及中国传统文化中严重缺乏科学精神的主要原因。

中国并不缺乏思想家，也不缺乏对整个宇宙的思考。但是中国传统文化强调的是人和自然、人和宇宙的关系，并不重视探索统治自然和宇宙的规律，更不重视研究可以实证的规律。中国的传统思想家满足于形成一套可以自洽的思想体系，而不重视思想体系对自然现象的解释、应用，以及预言新现象。因此这些思想体系不能、也没有被发展成为真正的科学理论。所以中国传统文化中缺少基本的科学理念，也就是任何现象都受基本规律的制约。

古人绘制的地球北半球星空——敦煌星图局部

毋庸置疑，中国古代的技术曾经领先世界，对整个人类文明做出过辉煌的贡献。中国古代的农学、药学、天文学、数学等都曾经世界领先，但是在这些方面强调的是实用性，都是在总结经验的基础上产生一些实用的知识，而没有对这些知识做出进一步的理性和系统的整理和抽象概括，不曾探索内在规律成为系统的科学理论。

因此中国古代科学发展落后，或者中国古代没有产生科学理论的一个重要原因，在于中国古代的技术极端强调实用性。但是实用性眼光不够远大，设定的发展空间极小，一旦现实不提出直接的需求，它就没有了发展的动力。这一点和西方所开创的科学体系完全不同：不以实用为目的，为追求规律而追求规律，这就为科学的发展开辟了无限的空间，形成了一次又一次的科学革命，而科学革命最终（可能是几十年甚至上百年之后）带来了一次又一次的技术革命，这在天文学以及现代科学与技术的发展历史中都得到了清楚和生动的展示。

中国古人对于宇宙诞生的理解——盘古开天辟地

但是中国在历次科学或者技术革命中都无所作为，甚至是受害者。尽管清朝时中国的  GDP 已经世界第一，但是仍然没有避免大清王朝的衰亡，并直接导致了中国近代史上一个多世纪的半封建半殖民地社会。没有刨根问底的惨痛教训，我们永远不能忘记！

现在中国的科学落后于发达国家，造成这种现状的原因是多方面的，但是我们前面讨论的中国社会普遍缺乏科学精神应该是一个关键原因，而整个社会的状况则和教育密不可分。任何一个社会在某方面的状况总是由该方面的最杰出人才所代表的。

比如众所周知，美国现在是国际上科学和技术创新都最先进的国家，技术创新的代表人物就是家喻户晓的盖茨和乔布斯，而很多诺贝尔奖获得者都是科学创新的代表人物（当然很多诺贝尔奖也授予了具有重大意义的技术创新，比如光纤通信、CCD、全息、综合孔径、激光等重大技术）。中国在科学方面的落后就表现在没有科学大师，而这必然是学校的教育出了问题，因此就有了钱学森之问：为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？

事实上，中国的教育还是出现过短暂的辉煌的：条件极差的西南联大曾培养出了两个诺贝尔奖获得者和一批国际级的科学大师。但是后来的以北京大学和清华大学为代表的中国髙等教育培养出了什么大师？再回头看看，改革开放前尽管经济落后，中国还是出了一批国际水平的科学成果并成就了 “两弹一星”的伟业，但是改革开放以后有什么重大科学创新和重大技术成果？

详细解答“钱学森之问”是非常困难的话题，但是有一点很值得我们思考：在西南联大时代以及经济落后的改革开放前，急功近利和实用主义不是社会的主旋律。相反，不可否认的是，那是理想主义的时代，是激情燃烧的岁月，但是那样的时代已经一去不复返了，我们不愿意而且也不会再回到那样的时代了。所以我们必须探讨在现今，中国如何能够继续发展，如何再次领先世界。

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●中国如何再次领先世界

李约瑟难题和钱学森之问的逆问题

关于李约瑟难题和钱学森之问，我们认识到中国社会普遍缺乏科学精神应该是一个关键的因素，而要改变一个庞大的、有着极长历史的社会思维模式和价值观是非常困难的，也是要经过极长周期的。但是我们也可以提出李约瑟难题和钱学森之问的逆问题：中国需要先进的科学吗？中国需要大批的科学大师吗？

中国航天事业的开创者——钱学森

恐怕大部分人都会回答“需要”。但是在一个普遍缺乏科学精神的社会，这个回答没有太大的意义。实际上，批评中国社会普遍缺乏科学精神肯定是不受欢迎的，我们有时甚至把所有好的或者有道理的东西都说成是“科学的”，所有不好的或者没有道理的东西都说成是“不科学的”，这在科学的发源地欧洲和科学最发达的美国都是不可想象的， 导致“科学”这两个字失去了其本来的意义。

试问，中国社会上有多少人能够回答出“科学的目的、精神、方法”中哪怕一条或者一条中的一个内容？根据我的经验，这个比例恐怕是惊人地小，而且即使受过髙等教育或者从事科学研究的髙层次人才也不一定都说得清楚什么是科学。有一次在我做完相关的主题演讲之后，有一位“科学普及”专业的研究生发言，认为我的演讲是反科学的，对于科普工作极为不利。我在和他沟通之后才知道，他对于什么是科学几乎完全说不清楚，而说出来的几乎都是错误的。这就是中国社会普遍缺乏科学精神的一个真实反映。

但是，从唐朝开始几乎没有科学的中国照样独领风骚上千年，而科学大师极少的中国照样成就了“两弹一星”和最近 20 年的经济奇迹。同样，我们也应该清醒地看到，没有科学的盛极一时的大清王朝最终输给了科学发达的西方列强，而科学落后的现代中国的社会和经济发展也遇到了很大的挑战。因此我们需要问这样的问题：科学研究仍然比较落后、科学大师仍然稀少的现代中国，能够再次独领风骚吗？

中国第一颗上天的卫星——“东方红一号”

中国的三阶段创新路线图

分析欧、美、日的科学和技术，以及诺贝尔奖的授奖情况可以发现，大部分原理性的科学突破来自于科学的发源地欧洲，而大部分具有应用价值的科学发现来自于美国。因此普遍地讲，欧洲人深刻地理解什么是科学，但是美国人更加理解科学的应用价值。但是大部分好的髙科技产品则来自于日本，很显然日本人最理解如何制造好的产品。因此，若能结合欧、美、日的共同优势，中国必然能够再次领先世界。在这个问题上应该没有争议，有争议部分、也是我们需要认真研究的是发展的路线和方向。

目前中国科学界有较多的人认为，中国应该加大科学研究的投入，从而实现“科学落后——科学强大——技术强大——国力强大”的三步跳，也就是通过先进的科学带动先进的技术，而技术强大就会带领和支撑经济的发展和国力的强大。这听起来很有道理，因为科学是技术的源头，似乎科学先进一定立刻会带来技术先进。但是日本的成功并不支持这样的观点。日本的科学的确是比中国先进，尽管最近几十年和欧美的差距在逐渐缩小，但是还是比欧美落后，不过这似乎并没有妨碍日本的高科技产品整体上比欧美先进。

可以设想一下，如果中国能够具有日本研发和生产高科技产品的能力，那么中国会是什么样？但是正如前述饶毅教授的报告中所指出的，日本在科学方面相对美国的落后，导致了在有些高科技领域受制于人。我认为，这是中国需要在今后长期发展的过程中逐步解决的问题，而不是一步登天赶超欧美。

目前中国社会的现实就是普遍缺乏科学精神，急功近利和实用倾向是很多人的现实心态。我认为在这种情况下盲目高速增加对科学研究的投入不是最佳的选择，不但不会使中国的科学水平迅速赶超欧美，而且有可能在科学的大量投入没有产生期望产出的情况下，为长期发展带来严重的后果。

因此我认为大力和优先发展科学不是中国现阶段的主要任务，而符合科学发展观的中国三阶段创新之路、也就是中国的三阶段创新路线图应该是：“经济实力——技术实力——科技实力——科学实力”， 其基本战略就是尽快摆脱“山寨”经济（这里的“山寨”没有贬义，仅仅是一个通俗的说法，在这里泛指引进外资生产线，代工、贴牌或者冒牌的生产活动），循序渐进地向日、美、欧学习，这样必然会使得中国再次并且长期领先世界。

中国科技创新发展的三步跳

不可否认，中国最近 10 年~20 年的“山寨”经济是中国经济高速发展的一个重要原因，但是这样的经济模式是不能持续发展的。不过，由于有了这个阶段的原始积累，中国已经具备了向日本学习“产品创新”的经济实力，这可以使得中国经济进入“持续发展”的阶段，中国也就具备了类似日本今天的技术实力。到那时，中国的经济规模和整体实力才能够和日、 欧、美平起平坐。我认为中国需要至少20 年~30 年 的时间才能完成这个阶段的转变。

另一个阶段，就是在强大的技术实力的支撑下向美国学习“技术创新”，从源头上掌握和控制产品创新，这又可以回过来促进和提髙产品创新的能力，整个经济将进入良性循环的“可持续发展阶段”。完成这个阶段的转变将是十分艰难的，如果能够在本世纪后半叶实现将是十分了不起的成就，中国将在经济、技术和军事等方面成为世界第一，开始中国在世界独领风骚的新时代。

最后一个阶段，则是向欧洲学习什么是科学和如何开展科学研究，这个时候中国已经达到了国富民强的程度，具备强大的技术创新能力，急功近利和实用倾向的社会影响逐渐削弱，也就是说中国这个时候具备了全面发展科学的经济条件。如果科学精神能够深入到整个社会的思维模式，也就是追求科学规律的理想主义有可能会普遍地得到认可和实践，那么中国完全可以在科学方面也成为世界第一，从源头上控制技术创新，进入整个社会和经济的“长期可持续发展阶段”。这样就可以保证中国不但能够在世界独领风骚，而且可以长期持续地保持领先地位。

当然上面的三个阶段的划分在时间上不是绝对前后的关系，而应该是三个阶段同时进行，但是国家应该制定明确的发展战略，在不同时期发展的重点有所不同，以保证资源的最佳使用和社会的逐渐进步。尽管我们希望中国最终能成为世界上科学研究领先的国家，但是这需要极长的过程。

大跃进的模式不但不能搞生产和建设，实际上更加不能发展科学，因为科学的发展不仅仅需要物质的条件，更需要适合科学发展的价值观和社会文化，价值观和社会文化的形成则需要在一定的物质基础的条件下的长时期的沉淀。

在一定程度上，把科学说成是象牙塔里面的智力游戏是有一定道理的，穷人一般情况下玩不起，暴发户也不会毫无功利性地玩这个。只有中国社会切实意识到急功近利和实用主义的局限性，能够自觉、有效地抵制其危害性的时候，才会有科学大发展的文化基础。

目前科学研究的一个趋势就是建设耗资巨大的“大科学工程”。但是我非常担心在中国社会普遍缺乏科学精神、而急功近利和极端实用主义的影响日益严重的情况下，对大科学工程的巨额投入如果不能同时带来技术的进步（也就是产生有用的回报），会引起社会和政府对大规模科学投入的负面看法，这样就会长期阻碍科学在中国的发展。作为科学家，我们不仅仅要为我们现在的领域、单位、甚至课题组的发展负责，也要有社会责任，更要从战略上考虑科学在中国的长远发展。

因此在中国的社会现实情况下，我认为目前对科学的投入应该重视对技术的带动作用（尽管产生的科学成果不一定有直接的应用价值，或者现在还不能看到应用价值），能够对中国现阶段的经济发展有重要作用，并达到短期内就回报社会的目的；同时获得的科学成果可以弘扬科学精神，并达到长期回报社会的目的；最终，在科学研究过程中产生的杰出科学家可以发挥出榜样的力量，以达到长期支撑科学的发展的目的。这样做就能够起到“一箭三雕”的作用。当然，在这个发展过程中，始终开展并逐步加强科学教育是非常关键的。

回答李约瑟难题和钱学森之问的逆问题

现在我们可以回答李约瑟难题和钱学森之问的逆问题了：“中国需要先进的科学吗？中国需要大批的科学大师吗？”

既然中国目前这个阶段的发展重点应该是向日本学习产品创新，所以我认为短时期内中国并不急迫需要先进的科学，至少暂时不需要全面先进的科学。但是能够保持长期持续发展并领先世界的中国最终需要全面先进的科学，因为唐、宋、明、清的时代一去不复返了，中国领先世界必须从“以夷制夷”发展到“以夷治夷”。

同样我也认为短时期内不需要大批的科学大师，但是最终全面先进的科学必然能够成就大批科学大师。因为西南联大和改革开放前的时代也一去不复返了，那个尽管物质贫匮、但充满理想主义色彩的激情燃烧的岁月在可以预见的未来不会回到中国了。未来中国的科学大发展必须是建立在国富民强的基础上。

从古希腊的宇宙观到哥白尼的日心说，人类认识宇宙的第一次飞跃经历了漫长的两千年。应该说，哥白尼日心说的提出并不能代表现代自然科学的诞生。现代自然科学是从伽利略开始的（尽管牛顿建立了现代自然科学的第一个理论体系），是伽利略把逻辑化、定量化和实证化同时引入了他的研究，伽利略可以说是现代自然科学研究的鼻祖。伽利略400年前发明的天文望远镜使得人类能够看清楚远处的宏观世界，从此人类的宇宙观快速地经历了六次新的飞跃。显微镜又使得人类能够把近处的微观世界看清楚。因此真正意义上的科学研究在欧洲已经有 400 多年的历史了，所以他们骨子里面理解什么是科学。

中国人接触科学的历史才 100 多年，真正自己动手做科学研究只有区区几十年，而也仅仅在最近一、二十年才开始成规模地做起来。因此中国社会普遍缺乏科学精神也是情有可原的。但是如果要使得大部分中国人理解什么是科学并且具有科学精神，我认为最重要的是要加强两个方面。

一方面是从正确的“科学”教育开始。我们大多数人接受的所谓“科学”教育实际上就是教我们已有的科学规律是什么，以及如何使用这些规律，而我们学不到这些科学规律是怎么得到的和应该怎么进一步发展，也就是缺乏科学精神和科学方法的教育。而过多地强调科学的有用性，又使得我们不知道科学的真正目的是什么。可以说我们只学到了科学知识，而不知道科学是什么。要改变这种教育现状需要大量的努力和漫长的过程，这肯定需要多代人的努力。

从本文可以看出，了解天文学的发展对于理解什么是科学至关重要，而这也许就是西方国家一直把入门天文学作为基础教育的重要内容的一个原因。而我国的天文教育则极为落后，大、中、小学天文教育的普及程度极差，这从在很多年里国内只有两所髙校有天文系，而至今有天文系的髙校还是屈指可数就可以看出来。而欧美的情况则是入门天文教学在中小学十分普及，而且几乎每一个大学都有天文系或者天文专业。

尽管中国经历了鸦片战争、五四运动、文化大革命以及改革开放，中国的传统思想和实用倾向对中国人的思维造成的根深蒂固的影响仍然没有得到显著改变，中国社会仍然严重缺乏科学精神，天文教育的极度缺乏肯定是一个原因，而且很可能是一个主要原因。

另一方面就是榜样的力量。早年回国的“三钱”、获得诺贝尔物理学奖的李政道和杨振宁、数学家华罗庚和陈景润等不但激发了几代人的理想主义并投入了科学研究，也正面地弘扬了科学精神。今天中国社会的科学家数量虽然极为庞大，但是缺乏取得国际领先科学成就的科学大师，尤其是极为缺乏在中国本土取得突出科学成就的榜样科学家。

我个人认为，在目前中国的情况下，与其让大批科学家为就业、为职称、为待遇而忙于通过一般水平的研究来制造论文，还不如让这些优秀人才和社会精英去为社会其它方面的发展做贡献，比如投入到“产品创新”或者“技术创新”， 也就是我们通常说的应用研究。我认为在中国大规模和全面发展科学的时代尚未到来，适度投入的有限的科学研究的资源应该主要用来创造条件让那些真正理解科学、热爱科学、具有科学精神，并志在发现科学规律的一些中国本土顶尖科学家“有所作为”，产生一些榜样科学家。

本文节选自“天文学与现代自然科学”，首发于《中国国家天文》杂志，《知识分子》获授权刊发，略有修订。