理论？工具？谁是推进科学进步的抓手

2023-08-17 11:21 由光明日报发表于 #教育

8月1日出版的第15期《求是》杂志发表了重要文章《加强基础研究实现高水平科技自立自强》，强调加强基础研究，是实现高水平科技自立自强的迫切要求，是建设世界科技强国的必由之路。

在基础研究中，一直有一个问题：理论和工具，究竟哪一个是推进科学进步的抓手？这个问题，对于政策的制定非常重要。

当科学在常规时期发展到一定阶段后就会进入发展的“平台期”，从外部看就是科学只有横向扩张，缺少纵向突破，此时人们所感觉到的就是科学发展出现了严重停滞。这种情况全世界概莫能外。2023年初，《自然》杂志发表文章《颠覆性的论文和专利正在变得稀少》，作者米歇尔·帕克等人通过检索4500万篇论文和390万项专利，得到了这个结论。

为了越过科学发展平台期，各国科技管理部门都会出台相应的激励政策。然而，要使政策真正发挥效力，对于科学所属类型必须有一个准确的了解，否则就会无的放矢。因此，我们面临两个亟须解决的基础性问题，其一，当代科学发展处于哪个阶段？其二，推进科学发展的政策抓手是理论还是工具？这是制定高质量科技政策的认知基础。

当下的科学是处于科学革命阶段还是常规科学时期？当科学革命发生时，不论接受与否，科学界以及整个社会都处于极度的震惊与亢奋之中；一旦越过这段时期，就再也感受不到刚开始时的那种强烈的冲击感，这个时候看似平淡，却恰恰是科学快速发展时期。回顾科学史，可以很好地说明这种情况，比如20世纪初的物理学革命，从量子力学到相对论，人们的思想观念受到多年剧烈冲击后，最后看似一切都回归平静，但恰恰是经过这30年的积累（1900—1930年代），带来了科技与整个社会发生翻天覆地的变化，科学由此进入科学史家库恩所谓的“常规科学”时期，这个时期科学在新范式指引下快速发展。从这个意义上说，常规科学时期看似波澜不惊，但却恰恰是科学进步最快的时期。经由20世纪初科学革命后确立的范式时至今日并没有遇到真正严重的挑战，由此，可以明确地说，当下的科学仍处于常规科学时期，它的使命就是在老范式下解决更多的难题，这个时期科学仍在快速发展，只不过这种发展细节常人觉察不到而已，看似停滞，实则仍充满生机与快速扩张，正所谓深水静流。

如果科学总体上处于常规发展阶段，那么推进科学发展的抓手应该从哪里切入？

学术界有两种观点，其一，理论优先。即通过提出新理论来推进科学发展，这一派的代表人物是科学哲学家卡尔·波普尔，以他著名的科学发展四阶段模型为代表，即科学通过一个被确认的问题开始，通过理论的无数次试错，由此推进科学发展。从宏观层面上看，是一个个具体问题被解决了，由此彰显了科学的进步，这些进步都是世人可见的；在微观层面则是无数理论之间进行试错、证伪而不断更替的过程，它反映了科学共同体对于问题本质认识的逐渐深入，这些变化寻常百姓是看不到的，也理解不了。这种观点很有解释力，也能较好地反映科学的动态发展特征。

其二，工具优先。近年来，以美国科学哲学家约翰·比克尔为代表的学者们提出一种新的科学发展模式，即以神经科学为代表的科学不再遵循“理论中心主义”，代之以“工具为中心”，他们认为关键性技术的革新推动科学前进。

这两派的观点在解释科学进步时都有其合理性，但各方为捍卫自己的观点又都走向了极端。科学史的研究已经证明，理论与工具对于科学发展都起着重要作用。但哪一个更重要？在做科技决策时应该从哪个路径切入？进行选择的理论根据是什么？遗憾的是，两派都没有给出明确的选择标准。

我们知道，任何时代、任何地区的科学的发展都是在学科发展不均衡的背景下展开的，这种不均衡包括两个维度：理论完备与否和工具完备与否。根据这两对指标，可以划分出四种科学发展形态：理论不完备与工具不完备型、理论完备与工具不完备型、理论完备与工具完备型（理想型）以及理论不完备与工具完备型。理论完备与工具完备的理想型是很少见到的，仅具有理论意义；理论不完备与工具不完备型，通常是萌芽学科，处于知识发展的起步阶段，即波普尔所说的“科学的沼泽”时期，不少学者均认为此时需要科学天才的出现来破局，因而这一阶段唯一可做的就是任其自行发展，不必过多干预。大多情况下我们遭遇到的科学发展形态是后两种类型，即理论不完备与工具完备型和理论完备与工具不完备型。那么针对这两种科学发展类型，又该如何选择与制定相应政策呢？

对于理论完备而工具不完备类型的科学，最经典的案例出现在第一次科学革命时期，哥白尼与牛顿都发展了比较完备的理论，此时理论完备而工具不完备，需要开发工具去验证那些理论是否正确，所以牛顿之后，物理学的发展在仪器（工具）实践层面有了很大的发展。再比如，爱因斯坦在1916年提出广义相对论并预言引力波的存在，在近百年时间里物理仪器有了长足的发展，直到2015年科学家利用LIGO才发现了引力波。从这个意义上说，理论发展对于科学的推动作用更大，这类学科有一个共同特点，那就是学科条理化程度比较高，适合采用理论优先的发展模式。由于理论是人创造出来，因此，这种类型的科学主要是通过支持“人”来获得发展。

理论不完备与工具完备类型的学科，是工具优先论的主要地盘，它们的特点就是理论发展不充分，仍处于前科学时期，这时工具就具有了理论“裁判官”的作用，通过完备的工具对各种不同的理论进行检验以此推动学科的发展。

至此，可以得到一个明确的结论：理论完备而工具不完备类型的科学，应该继续推进理论的发展，形成在理论层面的比较优势；对于理论不完备与工具完备类型的科学领域，可以放手去开发工具，形成工具性能的比较优势。

客观地说，理论与仪器（工具）对于科技发展都是不可或缺的，但是，在资源稀缺与比较优势的硬性约束下，很多时候鱼和熊掌真的不可兼得。以往的决策常常“各打五十大板”，看似均衡，实则低效，让理论和工具都始终无法形成比较优势。在这种背景下，应有针对性地做出差异化的决策。

笔者认为，就中国而言，更要认真辨析理论与工具的抓手问题，对不同类型的研究采取不同策略，以求达到效益最大化。政府层面应更重视理论迭代优势,这也是资源硬性约束下的最佳切入点。工具（仪器）部分则可以推向市场，只要保障创新能得到应有的收益回报，创新自然会涌现。应审慎评估当下纷纷上马的各类大科学工程、重大科研设施建设的热潮；对理论基础较好的科研领域加大扶持力度，保证理论持续产出，那种一刀切的豪赌做法既不科学也不经济。

（作者：李侠、李双，分别系上海交通大学科学史与科学文化研究院教授，博士生）