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邓文中:科学与工程——兼论二元论、三元论与四元论

企业新闻 / 2021-09-19 01:21

本文摘要:2007年《工程哲学》专著出书,标志着中国工程哲学研究的起步。十几年来,《工程哲学(第二版)》《工程演化论》《工程方法论》相继出书,《工程知识论》今年内也将问世。 桥梁工程建设哲学思维与实践的三个案例也被纳入工程哲学、方法论与知识论三本专著的“案例篇中”。中国工程哲学研究立论于科学、技术、工程的“三元论”、“工程是现实生产力”和“工程是技术要素与非技术要素集成的综合社会实践运动”等基本看法。

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2007年《工程哲学》专著出书,标志着中国工程哲学研究的起步。十几年来,《工程哲学(第二版)》《工程演化论》《工程方法论》相继出书,《工程知识论》今年内也将问世。

桥梁工程建设哲学思维与实践的三个案例也被纳入工程哲学、方法论与知识论三本专著的“案例篇中”。中国工程哲学研究立论于科学、技术、工程的“三元论”、“工程是现实生产力”和“工程是技术要素与非技术要素集成的综合社会实践运动”等基本看法。在全球最大规模基础设施建设的支撑之上,在工程哲学理论指导之下,中国的哲学学者和工程师携手,理论与实践相联合,促进了中国工程哲学的生长。

本期刊登邓文中先生和李乔教授谈科学、技术与工程的文章,以期推动交通工程哲学研究与实践的不停深化。——凤懋润科学与工程的界说世界上所有的事情可以归纳为两类:“天的事情”和“人的事情”。“天”包罗整个宇宙,地球是宇宙的一部门,所以地球的事情也是天的事情。

另外一个说法:天就是大自然,所以,研究“天”就是研究大自然。研究天的学术是“科学”。

所谓研究天,或者研究大自然的目的,是要发现大自然的真相。大自然的真相是和这个宇宙与生俱来、永恒稳定的,例如牛顿发现的“万有引力”,是实实在在的事实。既然自然定律是永恒稳定的,科学家就不行能更改他们发现的工具。所以,科学家对他们所发现的工具是好是坏没有责任。

科学没有“好与欠好”,只有“对与差池!”科学的基础是已经被公认的事实。科学家用已经确认了的事实,来证实他新发现的真相。

因为真相是稳定的,科学家发现的真相必须是可以重复验证的,在同样的情况下每一个验证的效果都应该是一致的。就是说,能够被重复验证的科学发现是对的,否则就是差池的。不属于天的事情就都是人的事情。

研究和执行属于人的事情的学术是“艺术”。艺术可以分为两类:纯艺术和应用艺术。纯艺术包罗音乐、绘画、镌刻,等等;应用艺术包罗工程、经济、政治,等等。纯艺术的目的是美的追求,应用艺术的目的是改善人类的生活情况。

艺术的基础不是事实,而是履历。艺术没有对差池,只有好欠好。

例如毕加索的画,王羲之的字;古往今来,几多画家画了玫瑰,可是每张都不相同,没有谁对谁差池的划分;但喜欢它的人说它好,不喜欢它的人可以说它欠好。应用艺术是有被使用目的的艺术。例如“政治”是治国的艺术,工程是制作的艺术,金融是经济的艺术。

所有的应用艺术都有一个目的,能到达设定目的的艺术事情就是好,没有到达目的的艺术事情就是欠好。工程是一种艺术。“工程”有广义和狭义两种界说:每一个有目的的行动都可以说成是工程,例如 “希望工程”是援建希望小学和资助贫困学生的事情,这是广义工程;又例如“扶贫工程”是资助贫困人群脱贫的事情,也是广义的工程。以此类推,所有的艺术事情都可以称为广义的工程。

美国的科学院、工程院和医学院是分立的,可是,三个院都属于National Academy(可以译成“国家学院”)。中国把医学归纳在工程院,所以只有两个院,我以为这是更好的摆设。医学不是科学,和工程一样,医学的基础不是真相,而是履历。如果一小我私家病了,没有任何一个医生能百分之一百的保证一定可以把人治好。

而且,每一个病例都是唯一的、不行复制的。所有药物在被允许使用之前,都必须经由严格的试验。试验得出的结论,只是履历,不是真相。所以,医学不是科学,而是艺术。

其实,医生为病人诊治的时候,他是在举行一项工程,这项工程的目的是要把病人治好。他有差别的药物和器械,如何使用这些药物和器械治病,是一种艺术!原则上,他的事情方式和要制作一座桥梁的工程师没有太大区别。

差别于医学,生物学是科学。生物学的目的是要发现世界上种种生物的特性,例如基因的排列,世代之间的遗传,植物叶绿素的光互助用等等,这些都是事实,所以生物学是科学。固然,宇宙里另有许多许多事实没有被发现,所以,天的事情中另有许多的谜团,等着我们去解答。广义的工程太广泛,这里我们只讨论狭义的工程;而且我们把要讨论的狭义工程限制为“制作工程”,例如交通工程、桥梁工程、污水工程,等等。

这些工程都是大家日常接触到的工程,它们的内容就不需解释了。科学与工程的划分科学和工程是两件差别的事情,科学和工程的事情方法也完全差别。因为工程的产物是服务于人的,所以,每一项工程都有很明确的目的,对工程的产物有奇特的要求,工程必须到达这些目的,否则就是失败。

例如制作一座桥梁工程,完工后这一座桥必须切合设计的要求,而且,每一项工程都应该在预先约定的时间内完成。科学家的研究多数没有准确的目的,也没有时间的限制。虽然科学家有时候也会定一个目的,但我们不行能要求科学家在一定的时间内发现我们希望发现的工具,而且,很可能我们想发现的工具基础就不存在。

例如,现在许多科学家在寻找宇宙中的“暗物质”,因为凭据盘算,把现在已发现的星球加起来,天体里应该有约莫95%的质量还没有找到,大家假设这些还没找到的质量是一种“暗物质”和“暗能量”,但暗物质究竟是什么工具?存在那里?大家都还不知道。在科学研究历程中,也很可能找到的是完全意外的真相,反而没有发现原来想发现的工具。

今天,许多科学的发现对工程做出了孝敬。例如质料科学推动了制作工程的进步,生物科学的发现加速了医药的研发,等等。可是,科学是自成一体的,科学家并不思量他们的发现是否有用。科学的目的只是把真相找出来,科学结果的用途是由工程师转化出来的。

例如著名的质能方程:E=mc2,是科学家爱因斯坦发现的真相。既是工程师凭据它生长出核能发电,也是工程师凭据它来制造原子弹。工程与技术的界说在西方学界,工程(Engineering)和技术(Technology)的界说是相当混淆的。譬如在德国有两类大学,工科大学和文科大学。

工科大学都叫做Technische Universitt,直译应该是“技术大学”,但结业生都叫做“文凭工程师”(Diplom Ingenieur)。美国著名的麻省理工学院原名是Massachusetts Institute of Technology, 简称MIT。

Technology 直译应该是技术,不是工程,所以MIT应该被翻译为“麻省技术学院”而不是“麻省理工学院”。另有同样著名的加州理工(California Institute of Technology, 简称CalTech) 也一样。在法国巴黎,著名的综合理工大学原名是cole Polytechnique,直译也应该是“综合技术大学”。就是说,至少在这些大学建立的时候,工程和技术曾被认为是相通的。

所以,那时候西方哲学只有科学和技术之分;工程被认为是技术的一部门。当西方哲学家对科学和技术发生兴趣时,就兴起了科学哲学和技术哲学的研究,而且提出了“二元论”;二元是“科学”与“技术”。可是,奇怪的是,西欧和中国一样,在国家层面都只有科学院和工程院,没有技术院。

如果有,技术院也不是和工程院同一个档次的。这或许表现,在西方哲学家的心中,凭据从前的认知,技术包罗了工程;凭据今天的认知,工程包罗了 技术。

二元论与三元论“二元论”源于西方哲学,已经有一段时间了。近年中国哲学家,特别是陈昌曙教授和李伯聪教授等提倡“三元论”。

三元论认为“技术”不是工程,所以应该把技术和工程离开,成为“科学,工程和技术”三元。固然,工程和技术的关系是十分密切的;没有技术,工程不行能完成;没有工程,技术没有用处!例如,制作一座预应力混凝土大桥是一项工程;制作大桥有差别的技术:有支架现浇的施工技术,有现浇悬臂施工的技术,有预制悬臂拼装的技术,有整跨拼装的技术,等等。工程师的责任之一是如何选择其中一种对该项工程最适当的技术,这个选择自己是艺术!这里,工程是主动的,是支配方;技术是被动的,是被支配方。发现或者研发一项新技术的历程也是一项工程。

例如,现浇悬臂施工法是制作大跨度预应力混凝土桥梁的技术,是Ulrich Finsterwalder发现的,是他的专利。这项技术首先被应用在他设计的德国的Balduinstein大桥上。因为应用在这座桥的乐成,这个施工方法的可行性得以被确认,成为一项被认可的技术。在这个例子中,制作这座大桥是一项工程,应用的技术是现浇悬臂施工法,Finsterwalder在这一项工程上是制作这座大桥的工程师,也是发现这个施工方法的人,他生长这个施工方法(技术)的历程是一项工程,之后这项技术被重复应用在许多其他大跨度预应力混凝土大桥工程上,就成为一项造桥的技术。

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现浇悬臂施工法:左图是早期挂篮设计图,右图是挂篮施工实况现在,大家对这三个元的分工定为“科学发现,工程制作,技术创新”。其中“科学发现,工程制作”应该很清楚;但技术的目的是否创新,似乎有需要商榷之处;至少在制作工程上,基本上所有的技术都是工程师为相识决一定的工程问题而研发出来的。在发现一项新技术的历程中,技术师的角色只是在辅助,而不是在主导。

之后,技术师可以对已经发现的技术加以改良,可是发现技术的人是工程师,不是技术师!只有工程师能知道一项工程需要什么,技术师只能协助。技术是实现工程的工具,但不是工程自己!上面Finsterwalder的悬臂施工法就是一个很好的例子。Finsterwalder是工程师,不是技术师。

四元论我们把技术和工程分立,原因是技术不是工程,而是完成工程的“工具”,那么我们应该如何看待科学与数学的关系呢?数学和一般科学差别,数学研究的不是宇宙中的真相,数学是人类发现的,数学家没有发现宇宙中的任何真相,数学是资助科学家解释和表达所发现的真相的工具。正如伽利略 (Galileo Galilei, 1564-1642) 所谓:“自然之书是用数学语言书写的!”例如力与质量和加速度的关系,F=ma,这个关系是宇宙的一个真相,但表达这个关系的工具是数学!这样看来,科学与数学的关系跟工程与技术的关系十分相似。如果我们从二元论中把技术和工程离开,获得三元论,我们就应该把数学从科学中分出来而形成四元论。

这样,四元就是“科学、数学、工程和技术”。近年美国提倡深化STEM科目的教育。

STEM是Science , Technology, Engineering, Mathematics的第一个字母,就是科学、技术、工程、数学的代表。科学、数学、工程、技术之间的关系总结上述的推论:“科学的目的是发现真相,数学是科学家推理和表达真相的工具,工程的目的是制作人类需要的事物,技术是工程师实现制作的工具。”在人类文明生长初期,科学与工程之间并没有一定的关系。

天文学家发现一些星星的运行,并没有工程师的资助。万里长城和金字塔制作时力学理论还没开始。

可是,今天的情况显然差别了。今天天文学家要发现远方的星星,必须依靠高强度细密的望远镜,或者天眼之类工具;制作这些工具是一项工程;这样一项工程必须获得高精度技术的支持,而观察的效果必须用数学推算和表达;这里,科学、数学、工程、技术,缺一不行!又例如制作一座大桥:大桥的设计必须凭据工程质料的特性和力学原理,在数学的协助下加以细密的盘算,然后由技术师依照设计得以实现。

这里,工程质料的特性和力学原理是科学,设计和治理是工程,盘算是数学,施工方法是技术。所以,科学、数学、工程、技术都必须具备!四元论是研究 “科学、数学、工程和技术”的哲学:科学的目的是发现,数学的目的是表达,工程的目的是制作,技术的目的是实现!本文刊载 /《桥梁》杂志 2019年 第3期 总第89期作者 / 邓文中作者系美国工程院院士、中国工程院外籍院士、林同棪国际工程咨询(中国)有限公司董事局主席。


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