1、科學-文明向度視角下科學史評價及教學研究以天體音樂與候氣為例摘 要：文章介紹候氣學說和天體音樂各自的起源、發(fā)展、結果以及在各自文明范圍內所得到的評價。基于科學發(fā)現(xiàn)的元理論框架 將候氣學說與天體音樂和以太學說分別做了比較。以科學-文明向度的科學史視角分析了其評價對教學現(xiàn)狀產生的影響，并由此重置 了候氣學說在科學史體系中應有的地位。關鍵詞：科學史教學;候氣；天體音樂；科學史的向度;元理論Abstract: HouQi theory and celestial music were introduced. Based on the meta -theoretical framework of sci

2、entific discovery, HouQi theory is compared with celestial music and ether theory. From the perspective of scientific history of science -civilization dimension, this paper analyses the causes of the current situation of its evaluation, and thus resets the proper position of HouQi theory in the syst

3、em of scientific history.Keywords： Teaching of History of science; HouQi, celestial music, dimension of history of science, metatheory作者多年來在青島大學進行的科學通史教學和研究 過程中，發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象，即對古代中國和西方學 術體系中相同或類似的觀念的現(xiàn)代評價常有明顯差異，其 中典型的就是候氣學說與天體音樂。圍繞著對中國古代候 氣實驗的真?zhèn)魏偷匚?，學術界一直爭論不休。一方認為，不 僅候氣觀測成功的歷史記載均為偽造，而且候氣所依據的 學說也屬偽科學（$-%另

4、一方則認為，候氣觀測在科學史上 的地位完全可以與相對論的主要實驗基礎一邁克爾遜- 莫雷實驗相提并論網。對候氣學說的評價為何如此截然對 立？本文試圖給出一個可能的回答,在此基礎上對候氣學 說的歷史地位給出更合理的評價，并在科學史教學的內容 和講授中做出相應的修補。一、中國古代候氣學說簡介中國古人發(fā)現(xiàn)，一定形狀和大小的樂器所發(fā)出的音律 是相同的，因此，古代的長度體積重量的定義都來自于樂 律中的黃鐘。實踐中則是先給出谷物（黍粒）基準的長度定 義和標準長度，然后按照這個標準長度再去決定黃鐘律管 的長度，即以尺定律。由于黍的大小和排列方式的不確定 性導致這一定義在操作上有很大的不確定性和難度，因此 導致

5、尺的標準長度歷朝歷代一直在發(fā)生變化。元氣宇宙論是中國古代的主流學說，元氣與天體運動 之間被認為有緊密的聯(lián)系。由于音樂樂律和常見的天文現(xiàn) 象中都存在著簡單的周期現(xiàn)象，而中國古代天人合一，天 地呼應的觀念特別濃厚，這暗示樂律和天象兩者間可能存 在聯(lián)系，這一觀念被稱為“律歷一體叩。因此，如果能用被 人們認為永恒不變的天地元氣之聲來首先給律一個絕對 標準，那么就可以以律定尺,從而在任何情況下給出一個 與天地一樣永恒不變的標準長度（那么如何探測到元氣在 不同節(jié)律所發(fā)出的風聲的節(jié)律變化呢？人們從日常的聲學 共振現(xiàn)象得到啟示，如果律管的本征頻率與元氣的頻率相 同，就會發(fā)生共振，而律管是通過吹氣發(fā)聲的，為了探

6、測到 這種共振所產生的元氣流動，在律管中裝入了蘆葦灰以為 探測之用（中國古人對天地元氣之間的這種聯(lián)系所進行的 長期探索性實驗就是候氣實驗。從漢代到清朝康熙初年的一千多年間,雖然屢有候氣 成功的記錄,但是候氣最終被官方徹底廢除了。在這一期 間經歷過激烈的爭論和大量的實驗，沈括、郭守敬、朱載堉 等都進行過理論探討或實驗，但是他們都得到了零結果（ 對此，古代學者們的態(tài)度迥然不同，有的繼續(xù)堅持候氣理 論的有效性，將失敗的原因歸結為器材或方法有問題，有 的則認定氣并不存在或認為氣的運動不可能以這種方式 被檢測到，有的則直指欽天監(jiān)一直在弄虛作假。二、西方古代天體音樂概念及其作用無獨有偶,與古代中國的“律歷

7、一體”觀念相似，在古 希臘，以畢達哥拉斯為代表的學派也認為音樂和天體運動 之間有聯(lián)系。他的出發(fā)點則是萬物皆數(shù)。據傳說，他發(fā)現(xiàn)了 四度音程和五度音程、八度音程都是不同頻率間的簡單比 例關系。例如八度音程是1:2,五度音程是2:3,四度音程是 3:4，由此畢達哥拉斯認為，1、2、3、4是世界的基本數(shù)字，并 由此得出兩個結論：宇宙中的天體總數(shù)為10個，即金木水火土日月地， 恒星天，以及一個“對地”，以達到完美的程度。各天體到地球的距離成簡單的音程比例，天上高速 運動的天體也會發(fā)出聲音，即天體音樂，并遵守相應的音 程關系。此后柏拉圖等人發(fā)展了畢達哥拉斯的這一理念， 將其擴展到更寬更細的音程內。雖然后來

8、更精密的天文觀測發(fā)現(xiàn)各天體到地球的距 離的比值并不嚴格成立，但是這絲毫沒有阻礙西方學者們 在不同科學研究領域中尋找天空音樂。哥白尼，開普勒，伽 利略，牛頓，都承認自己受過“數(shù)字神秘主義”的極大影響。開普勒在其著作宇宙的和諧中，大量使用了音樂的 術語來描述天體運動的數(shù)據，他比較了行星近日點和遠日 點的運行速度，發(fā)現(xiàn)得到的比例精確吻合于完美多角形的 音樂比例。用這種方法，他發(fā)現(xiàn)全部五個行星都產生了幾乎 都精確地符合可以用完美的多角形表現(xiàn)的和諧的比例叫牛 頓在其原理一書對引力平方定律的注釋中，大段談到了 天體音樂的主題，他認為畢達哥拉斯時代就知道了引力的 平方反比關系,而且牛頓在光學中也試圖將白色光

9、分解 為不同色光的規(guī)律與音樂的音階聯(lián)系起來。音樂上的八度 關系也出現(xiàn)在化學上，如1866年，英國化學家紐蘭茲將自 己發(fā)現(xiàn)的化學元素周期律稱為“八度律19世紀末到20 世紀初，瑞典物理學家里德堡于1890年發(fā)現(xiàn)用于描述原 子光譜的規(guī)律的公式，丹麥物理學家玻爾于1913年提出 原子模型理論并計算原子內電子的能級躍遷，它們有與純 四度、大全音、純律大半音相同比例的系數(shù)，這被當時的很 多物理學家視為古希臘天體音樂概念在微觀領域的發(fā)展 和象征。例如,愛因斯坦就將玻爾的原子理論稱為“思想 領域中最高的音樂神韻”(the highest form of musicality of the sphere of

10、 thought)。從上面這些例子我們可以看到,天體音樂主要是作為 一種啟發(fā)性的形而上的理念和科學發(fā)展連續(xù)性的標志而 存在于西方科學共同體中。三、近年來關于候氣學說的爭論戴念祖在中國物理學史大系聲學史一書中，明確 稱“候氣之學是一種偽科學”。黃一農等在文獻中，稱，“從 現(xiàn)代知識界的角度來看，候氣一說純屬子虛，近人劉復即 嘗稱：按著物理上及氣象上的現(xiàn)象說，這種的方術是靠不 住的，李約瑟在其中國之科學與文明一書中，亦論此 曰:我們在這里所處理的，事實上并不是科學本身，而是 原始科學，或甚至是偽科學”乳但是,也有對候氣學說持肯定態(tài)度的學者，劉道遠不僅 記錄了鄭覲文的一個候氣實驗，并認為所觀察到的律管

11、飛 灰的正結果是由于日月地等天體的引力共振所導致的同，孫 小淳則將重點放在了候氣理論構建和預測的方法論上，認 為其符合科學理論構建的一般特征，不能用實驗的負結果 將其簡單地斥之為“偽科學”，正如不能將“以太地心 說”，“燃素說”等簡單地斥為偽科學一樣叫王玉民則認為應 該將候氣學說放在中國古代學術體系這個大背景中而不能 用現(xiàn)代科學的體系框架將其割裂和評價氣總結這些相互對立的觀點，可以看到爭論的主要問題 有：候氣是不是偽科學？能否在現(xiàn)代科學和科學哲學框 架內對此進行評判？候氣過程中是否有造假行為？并由此斷定候氣是一 種偽科學？我們在下面的三節(jié)中，先依次回答這兩個問題，然后 嘗試從科學-文明的視角對

12、候氣學說進行評價(四、天體音樂與候氣學說的元理論分析文獻11的作者指出，“元科學理論是指在自然哲學或 科學的學科或學科分支領域上、在長時段意義上對科學探 索實踐起組織和引導作用的種種形而上學學說，具體地 說,是指科學家關于其研究對象的本體論承諾及相關方法 論構架。它們往往以成對形式出現(xiàn)于自然哲學或科學發(fā)展 的早期階段，并在此后科學發(fā)展過程中以升級或綜合的形 式不斷豐富、發(fā)展。”因此應該用“元科學理論、理論和實驗 三元互動框架理解科學探索和發(fā)展的過程,強調科學探索 的系統(tǒng)性。即使是在理論缺位的情形下，科學實驗探索的 系統(tǒng)性也并沒有因之解體-在元理論的組織和引導作用 下，科學實驗依然保持為彼此關聯(lián)

13、的、有活力的系統(tǒng)?！蔽覀冎?在開普勒-伽利略-牛頓革命之前,是不存 在近代意義上的完備的科學理論的。因此無論是天體音樂 還是候氣學說，它們都只能以元科學理論的身份參與科學 探索過程，并在此基礎上給出可對元理論自身進行一定程 度的檢驗的推論。首先，我們來對比一下天體音樂和候氣學說的假定和 推論：從上面的對比中我們可以看出，將“候氣學說”及其實 驗斥為“偽科學”有失于輕率，因為幾乎同時期的天體音樂 理論，不僅認為天體也會發(fā)聲并給出了音程與距離的關 系，而且在沒有任何觀測證據的前提下推測出應該存在一 個看不見的天體，,對地”，將數(shù)字神秘主義發(fā)揮到了極端。其次,從科學發(fā)現(xiàn)的方法論來看,類比是經常使用

14、的 方法。元氣宇宙論中天體的周期運動被視為宇宙元氣的律 動，而律管發(fā)聲則來自律管內氣體的振動,如果不同樂器 之間存在共振現(xiàn)象，那么律管是否能與元氣的律動共振, 從而通過檢驗這種振動并進而確定元氣的存在呢？我們用 這一思路來對照兩千年后關于電磁波傳播的以太學說的 思考邏輯。由于機械波的傳播需要媒介，因此當光的波動說尤其 是電磁波理論建立后，人們也認為需要有一種媒介來傳播 光，古希臘物質理論中的以太便充當了這個角色,這一觀 點中包含著這樣的假定和推論：任何波的傳播都需要媒介。因此，電磁波的傳播媒介可能是電磁以太。因此，人們有必要通過實驗來檢驗以太是否存在，正 如利用候氣實驗來檢驗元氣是否存在一樣,

15、這兩者遵循著宇宙觀物理現(xiàn)象源頭推論實驗&應用歷史進路歷史地位評價天體音樂宇宙完美和諧， 天球幾何圖式樂音(簡單比例天體數(shù)目， 夭體發(fā)聲規(guī)律宇宙模型精確化宏觀微觀規(guī)律科學思想靈感源頭候氣學說天地統(tǒng)一， 充滿元氣聲音共振陰陽元氣引 發(fā)律管共振候氣度量衡天文人事偽科學？表1天體音樂與候氣學說的對比完全一致的推理路徑。在方法論意義上，兩者的科學性是 完全一致的，如果硬要將其中一個斥為偽科學，那么必然 也要將另一個斥為偽科學。從歷史實踐來看,邁克爾遜-莫雷實驗(MME)的零結 果促成了洛倫茲變換公式的發(fā)現(xiàn)，為相對論的建立提供了 實驗基礎。但候氣的零結果卻沒有起到類似效果,即不足 以否定天地元氣及其運動的

16、存在，這顯示了候氣與MME 兩者在科學發(fā)現(xiàn)過程中的不同階段所體現(xiàn)出的差異，即候 氣是元理論與實驗的互動，而MME則是理論與實驗的互 動。后一互動對理論對象有強得多的約束和反饋。候氣實 驗的結果無論正負都不會對其理論源頭產生明顯的影響， 這正是元理論與實驗之間的關系的一個明顯不同于近現(xiàn) 代科學的特點。這樣，將候氣學說與同時期的天球音樂學說以及后世 的以太學說對比之后便可以看到，在科學方法論以及可操 作性上，候氣學說遠遠超過天球音樂而與牛頓時代的光學 研究一尤其是光的微粒說和波動說的爭論幾乎相當。五、候氣實驗造假不等于候氣是偽科學在文獻3 中，作者敘述了從東漢到明朝在候氣過程中 的種種造假手段，指

17、出，從漢到魏晉、到隋、再到北宋，后一 代總能發(fā)現(xiàn)前一代的候氣試驗的紙漏，總能提出某些修正 的事項?？梢钥隙ǎ魏我淮硕疾荒茏龀伤^的候氣試 驗,因為根本不存在所謂“氣”的物質。作者還指出，“針對 明代普遍懷疑和批判候氣的歷史，英國學者、科學史家李 約瑟以世界性目光審視后寫道：這個事實相當明顯地表 明，在明代對自然科學事件的批判態(tài)度的產生與歐洲科學 復興時期的著作中表現(xiàn)出來的懷疑論發(fā)展是并行的。”但從另一個角度來看，這反而說明，歷代的候氣實驗 在不斷地精進，其技巧、器材和方法在不斷地提高和更新。 正如我們在第四節(jié)所指出的，即便理論缺位，科學家們仍 然能夠在元理論的指導下，不斷地對實驗系統(tǒng)進行改

18、進。 這表現(xiàn)在，歷代的實驗者們在盡可能地排除了震動、氣溫 和濕度變化、氣流等外界影響后，的確沒有看到飛灰這一 理論預測的現(xiàn)象，因而產生了對“候氣說”的懷疑。也就是 說，正是由于一千多年來的連續(xù)不斷的候氣實驗的零結 果，才使得中國明代了產生與歐洲科學復興時期相匹敵的 對古代理論的批判與質疑的態(tài)度，從而為探索新的科學思 想和實驗方法奠定了基礎。雖然由于歷史的和方法論的原 因，中國明代未能出現(xiàn)近代科學，然而批判精神與懷疑論 的意識基礎的奠定，很大程度上是來自候氣實驗的負結 果，這一負結果恰恰是候氣實驗對科學發(fā)展的一大正面貢 獻。當然，在歷代候氣實驗中的確不乏有造假現(xiàn)象，然而從 邏輯上來說，這并不能說

19、候氣本身是偽科學，正如在現(xiàn)代 的科研領域中造假事件也屢有發(fā)生，然而從來沒有人說現(xiàn) 代科學是偽科學。六、科學-文明向度的視角在文獻13中，作者指出，科學史研究可在科學、哲學、 歷史、社會學等向度上進行,是因為必須承認這些學科或 知識類別之間存在著界劃，但不同學科或知識類別之間也 存在著不容忽視的聯(lián)系，以致薩頓那樣的學者堅信人類知 識在深層次上具有統(tǒng)一性。筆者進一步認為，這種統(tǒng)一性 不僅應該體現(xiàn)在歷史上的某些具體的知識上，也應該體現(xiàn) 在對這些相同或類似的知識的評價上。在文獻2中,作者稱，“科學家們顯得很冷靜，并未特 別去渲染它。僅僅在近幾十年個別音樂史或科學史論著將 它作為天體音樂的余緒偶爾提及它

20、而已?！比欢聦嵤? 在西方的科學史和科普著作中，古希臘的天體音樂概念經 常被視為新物理學理論和概念的源頭。在探尋物質結構底 層的最新理論一弦理論中,物質的基元被圖式化為一根 小小的弦，其振動頻率和模式決定了這些基元對外顯現(xiàn)的 物理性質。例如在布萊恩格林撰寫的弦論的科普著作宇 宙的琴弦(The Elegant Universe)中，第三篇第六章中有 這樣一段文字凹:“當人們考慮與宇宙有關的一些問題時, 音樂總是我們選擇的方向。從畢達哥拉斯古老的天球的 音樂到開普勒的自然的和諧，千百年來一直引導著我 們去追尋天體平和運行的天然樂音和亞原子粒子混沌的 喧囂。自超弦理論發(fā)現(xiàn)以來，音樂的世界成了驚人的

21、現(xiàn)實, 因為這個理論認為，微觀世界里到處是小小的弦,它們不 同的振動便合奏出宇宙演化的交響曲。根據超弦理論，變 化的微風吹遍了整個宇宙。”從字里行間人們就可以感受 到兩千多年前的畢達哥拉斯等古希臘先賢們的偉大理念 對近現(xiàn)代西方物理學家們的深刻影響。因此,可以說，即便 “天體音樂”這一古老的理念已經距離現(xiàn)代科學過于遙遠， 無法給科學以新的啟示，但是它作為科學發(fā)現(xiàn)過程中的非 理性因素仍然起到了重要的作用，這一點是毋庸置疑的。我們看到，同屬元理論層次的觀念，候氣學說被某些 中國學者視為偽科學，而天球音樂則被西方科學共同體視 為科學發(fā)展的源頭，作者認為，導致這一差異的主要原因 是用以成敗論英雄的心理來

22、看待對不同文明在科學發(fā)展 過程中的貢獻所致。眾所周知,西歐地區(qū)在繼承世界其它文明的科技成果 后最先跨入了近代科學的門檻，在此后的文明競爭中全面 勝出并領先至今。為何歐洲文明首先爆發(fā)科學革命，而曾 經領先的中國或伊斯蘭文明卻在科學方面停滯甚至衰退， 這是科學史界的經典問題，對此，不同的人有不同的答案（ 但是不管答案如何，這一現(xiàn)象的后果就是勝利者的光環(huán)同 樣也惠及了其文明的直系祖先網,而軸心時代的其它大型 文明的原始科學思想和貢獻則被相對地矮化，雖然在那個 時代不同文明的類似思想并無高下之分。因此，通過科學 史的科學-文明這一向度，對相似的元科學觀念在各自文 明歷史和體系中的地位和作用進行比較，是

23、可以對各大文 明的獨立的原創(chuàng)性思想在人類科學史中的貢獻和地位給 予更為公正的評價的。七、高?？茖W史教學存在的問題及其相應改進（一）科學史教學的師資問題科學史之父薩頓指出，科學史是溝通文理的橋梁，因 此近年來，包括上交、清華等國內很多高校普遍開始重視 科學史的研究與教學，并將其作為大學生通識教育的重要 內容。然而由于過去對科學史專業(yè)教育的重視程度的缺 乏，在目前大力推行科學史教學的狀況下，高校中從事科 學史教學的教師多半并未受過專業(yè)的科學史訓練。由于他 們在時間和精力等方面所受的限制，至少在其任課初期， 往往按照已有的科學通史的教學模板和知識框架與要點 進行教學工作，因而對科學史領域中已有的認識

24、和研究結 果多半采取拿來主義的態(tài)度，能滿足其基本的教學任務所 需即可，一般不會對這些結果背后所依托的歷史和哲學框 架進行深究。另外，兼職進行科學史教學工作的教師往往是理科背 景出身，他們雖然善于理解和把握科學史中的科學知識, 但是并不擅長于在文化-文明層面對這些知識進行定位和 評價，因而也難以在科學史的教學中把握和體現(xiàn)出來，反 而容易傾向于西方中心論的立場，這一點在講授科學史的 古代部分時尤其明顯。（二）大學與高中在教學上的銜接問題另一方面，隨著高中階段教學內容的豐富與靈活，大 學與高中在教學內容和方法上如何有機銜接，近年來成為 高校教學中一個比較突出的問題。在高中階段，教師和學生所熟悉的是新

25、課標所規(guī)定的 知識與技能，過程與方法，態(tài)度情感價值觀這三大課程目 標的教學。理論上而言，科學史或學科史教育，對剛剛踏入 大學校門的年輕學生，在達成這三個教學目標方面似乎具 有一定的優(yōu)勢，因為科學史教育所涉及的知識的難度并不 大，學習的過程和方法也容易入手，并且有更多的時機在 教學中向學生傳達正確的三觀，這也是很多高校往往將學 科史或科學史的教學安排在教學計劃的較早階段的原因。然而，筆者上面所指出的第一個問題使人不得不擔 憂，現(xiàn)在全國高校廣泛開展的對剛入大學校門三觀尚未成 熟的學生所進行的科學史教育，如同其它的歷史類學科教 育一樣，是否能夠通過對本國和本文明在人類科學發(fā)展史 中的公正而合理的定位

26、而對學生樹立正確的三觀有所裨 益，從而既有助于培養(yǎng)學生的愛國主義和民族情感，但又 不陷入盲目的大國主義;既認識到本文明在科學發(fā)展中的 失誤與不足,但又不陷入歷史虛無主義。根據作者的教學經驗，恰當合理地處理中國古代科技 貢獻在人類科技史中的定位，是解決這一問題的關鍵之 一。前面已經以古代中國的候氣學說和古代西方的天體音 樂的對比為案例，從科學-文明的視角對候氣學說進行了 重新評價和定位。希望這一做法能起到拋磚引玉的作用， 有更多的從事科學史教學的教師不僅能將本案例補充到 自己的科學史教學實踐中，而且能夠對那些未受到學界足 夠重視的中國古代科技思想和成果在這一視角上繼續(xù)進 行評價和定位，這就需要共同努力完成下面的這一工作。（三）建立中國科學發(fā)展史的連續(xù)統(tǒng)現(xiàn)代科學發(fā)源于西方，因而其科學發(fā)展史有比較明顯 的連續(xù)性，這一點似乎是世界其它文明所欠缺的。正如懷 特海指出的，“現(xiàn)代科學誕生于歐洲,但它的家卻是整個的 世界。在最近兩個世紀中，西方文化方式曾長