一、问题的提出
人们对科学技术史研究的兴趣，往往是由科学技术史本身向人们提出的严肃而富有挑战性的问题引起的。今天，任何稍具有科学史常识而又不带偏见的人，都会承认这样一个事实：在历史上长达千余年的时期内，中国科学技术曾处于世界领先地位，并对整个人类文明作出了许多有决定性影响的贡献；但在近三、四百年中，西方科学技术飞速发展，远远超过了中国。这个历史事实迫使人们要思考：近代中国科学技术落后的原因究竟是什么？
著名科学史家李约瑟就曾明确指出，无论是在以前的千余年，还是近五百年来，中国的科学技术“事实上一点没有退步”，“一直在稳缓地前进”；而西方在经历了“几乎没有任何科技上的建树”的黑暗中世纪之后，“文艺复兴来了，发生了科学大革命”。这样，问题就巧妙地转变为：“为什么这种科学的大振兴或大革命，不在中国或印度发生，而是在西方发生”?1
为了证明提出这一论点的正确性，李约瑟“非常谨慎”地画了一张中西科学技术发展对照的示意图，见图l。2
这张图给我们一个启示：把中西科学技术发展作些数量化的分析，对我们从历史发展全过程和总趋势上讨论科学史上的某些重要理论问题，将可能提供有说服力的解释。
为了从整体上把握中西方在科学技术发展中所体现的不同特点，为了显示中西方科学技术各自在不同历史时期发展情况的差异，我们的研究主要从以下两个方面入手：第一，统计了从公元前6世纪到19世纪末这两千五百年时间内的近两千项科学技术成果，分为科学理论、科学实验和技术三部分，根据各项成果在学科范围内的地位及其对社会影响程度的大小，制定不同的计分标准，作出中国和西方的科学技术水平累加增长曲线（图2、图3，其中○——○表示总和，●——●表示理论，●……●表示实验，○……○表示技术，以下各图同此示侧，图中曲线是取对数值绘出的）3。第二，以不同的时间尺度，对中西方在不同的历史时期里科学技术成果的净增长（绝对增长）作出统计（图4、图9）。下面，我们将依次对这些曲线做具体分析讨论。
二、两组曲线的启示
图2、图34中最上面一条曲线分别代表中西方科学技术总发展趋势。我们可以分四个阶段来对照这两条曲线。
第一阶段，公元前4世纪前后（西方是希腊文化时期，中国是战国时期），中西方处于大致相同的水平。第二阶段，公元4－11世纪，中国的曲线呈平缓上升的趋势，而西方的曲线则出现一个大跌荡。第三阶段，12—15世纪，中国的曲线依然平缓上升，西方则经过大翻译、文艺复兴等而蕴育着科学技术革命的风暴，曲线虽仍居于中国之下，但明显可见它是在上升且趋于逼近。第四阶段，16－19世纪，从整个趋势看来中国仍然是平缓前进，而西方则发生了科学技术革命，曲线高度超过中国（在图2中始于D点），并以迅猛的势头陡直上升。
由此，我们可以从图2、图3中看出中西方科学技术发展的一个显著不同的特点：中国科学技术的发展是连续稳步的缓慢增长过程；而西方则是中间有个大跌荡，15、16世纪后呈加速发展的过程。
我们继续对照图2、图3，马上会注意到另一个更为明显的特点，即中国和西方的科学理论、实验、技术三条曲线的关系也是大不相同的。图2显示中国的三条曲线相互分离，其中技术线与理论、实验线间的分离尤为突出，技术线远远高于理论线和实验线。这种相互分离的关系贯彻始终，三者似乎是各自独立地发展着。再从中国科学技术成果的总分中算一算，技术成果的积累计分高达80％，理论成果积分占13％，而实验成果积分仅占7％。这表明，中国古代科学技术水平主要是以技术水平来体现的。这一特点在图2中表现为技术线与总分线极为接近而又平行。
西方的三条曲线分布则不是这样。古希腊时期科学理论水平比实验与技术都高。经过6至10世纪大跌荡后，大翻译运动又恢复了理论领先地位，到13－14世纪，技术一跃居上。16世纪后，实验曲线急剧上升，理论、实验和技术三条曲线趋于一致，整个科学技术呈你追我赶加速发展的局面。
人们自然会问，为什么中国的理论、实验、技术三条曲线是离散的，平行的？它和中国科学技术水平两千年来缓慢上升以及近代趋于饱和有没有关系？西方16世纪后加速发展的原因又是什么？我们认为，从统计曲线的宏观分析出发，特别是从分析西方科学技术在16世纪后加速的原因开始，可以找到解决为什么近代科学没有在中国最先产生这一历史之谜的钥匙。
三、近代科学技术的循环加速机制
我们来看西方科学技术净增长变化曲线(图4E)。由于西方科学技术净增长计分值在不同的历史时期相差悬殊，我们不得不把它们画为四个图(图4A，B，C，D)。图4确实证明西方自16世纪以，科学技术出现了亘古未有的加速增长。我们发现，如果仅仅从科学技术内部来分析，这种加速发展是因为科学理论、实验和技术三者之间逐步确立了一种相互依赖、相互促进的循环。
第一个循环加速过程是理论－实验－理论。我们知道，科学理论和实验的发展有两条线索。一条是它们各自内部的继承发展，即理论科学家在前人理论成果的基础上发展新理论，实验科学家继承和改造、创新实验仪器和方法。如果仅仅只有一条理论和试验分离的发展线索，整个科学发展速度必定是缓慢的。而在近代科学中，理论对试验起着指导和设计作用，试验则对理论起着鉴别作用。这两种效应使试验从盲从走向自觉、严格；也使理论从含混趋于清晰、严密。它们构成了一个强有力的循环。图5 是一个实例，它证明了这种循环加速机制对建立近代电磁理论的作用。从1820年奥斯特发现磁针被电流偏转，到赫兹证实电磁波的存在，在不到70年的短短时间里，就揭示了电磁现象的本质，开掘了电磁学的巨大宝库。可以想象，如果仅仅只有理论和试验独立的发展（图5中虚线），没有理论与试验之间的循环(图5中实线)，这样快的进展是不可能的。
科学史上，不少人把自伽利略开始的近代科学革命称为“实验科学”的建立和发展。这个说法强调了实验在科学中的重要地位，但是，在这个意义上使用“实验科学”一词并不很确切。我们认为，近代科学的建立是由于科学结构内部形成了理论—实验—理论这一循环加速机制。有了这种机制，从事理论研究和实验研究的科学家们从各自的局限中摆脱出来，结合为一体。科学家在继承前人理论成果的基础上提出新的学说，这种新理论为实验提供了设计方案和方向，新的实验结果对理论进行审定鉴别，否定其错误，强化和明确其正确的因素，使假说得以成长为理论，同时实验也由粗放简单趋于精密复杂。
促使西方近代科学技术加速发展的第二个循环是：技术—科学（包括理论和实验）—技术。这里，我们以工业革命的核心技术—蒸汽机的发明和使用为例来进行讨论（图6）。李约瑟有一个著名的论断：蒸汽机等于水排加上风箱。确实，从技术发展本身环节来说，水排解决了往复运动和圆周运动转换问题，而风箱的阀门是蒸汽机必备的技术设备。我们知道，水排和风箱均是我国古代最先发明的，但在中国，水排和风箱并没有诞生蒸汽机。蒸汽机的发明需要技术本身的改造和进步，而这种改造和进步却要仰仗技术—科学—技术的循环。
要利用蒸汽动力作功，最先必定是利用低压蒸汽，即制造大气机。而大气机的研制必须基于有关真空的理论和实验。17世纪时西方对真空的理论研究，使人们认识到，如果使蒸汽冷凝来获得真空，那么就能利用大气压来做功。法国人巴本根据菜布尼兹的提议，于1690年制成第一台大气机。1698年，美国矿山技师塞维利也利用真空原理制成能在矿井中抽水的蒸汽泵。1712年，纽康门终于制成较完备的大气机。如果仅仅有矿井抽水技术内部的发展，而没有真空理论的研究，那末纽康门大气机是不可能出现的。众所周知，瓦特对大气机所做的革命性的改进，是发明了冷凝器，而这项发明则是利用了科学对潜热研究的理论成果。瓦特蒸汽机出现以后，又促进了科学家们对热机效率的研究，科学家卡诺提出了相当于热力学第二定律的卡诺循环，奠定了一般热机理论。这一理论成果以及后来的热力学理论，又成为一般热机如蒸汽轮机、内燃机等的设计基础。
在这一过程中，我们可以明显地看到科学研究为新技术开辟道路，新技术的兴起又向科学研究提出新课题（包括理论和实验），同时，新技术所代表的生产水平和能力也为科学研究提供新的实验材料和仪器，促使更完备的理论和实验成果诞生。这些科学研究的新成果又反过来促进新技术的开发，新的实验产品和仪器也不断地社会化成为技术产品和工具。如此循环不已，相互促进，便形成了强大的加速发展机制。翻开近代科学技术史，在化学工业、无线电工业、计算机工业、原子能、激光、空间技术等等领域，无一不经历了这样的循环加速过程。而且20世纪以后，这种循环加速的周期大大缩短了。
这两种循环加速机制可以综合表示为图7，科学理论、实验和技术三足鼎立，形成互相独立又互相促进的结构，这是科学技术加速发展的内在条件。表1和表2又给出了西方和中国各个时期理论、实验和技术三者各占总分的百分比。从中明显可见，西方16世纪科学发展的加速和这三项数值的趋近一致这一点是密切相关的。而中国古代并没有形成三足鼎立的结构，实验的比重一直很低，出现循环加速是不可能的。西方科学技术正是在形成三足鼎立结构、出现循环加速之后才在总体上急速超过中国的(图2中的D点)。
这种具有循环加速机制的科学技术结构的建立，一方面需要合适的社会条件，另一方面，除了理论、实验和技术三足鼎立外，其每个子系统内部也应有合理的结构。下面我们首先分析循环加速机制对内部结构有哪些要求。
四、近代科学技术的结构
要形成循环加速的科学技术结构，科学理论必须是建立在构造性自然观的基础之上。构造性自然观有两重含义，第一是指必须从结构的角度来把握自然现象，第二是指理论必须是逻辑构造型的。
所谓逻辑构造型理论，是指一个科学理论体系内的各种论断不是各自独立的，这些论断可以归为几个最基本的假设和公理，又可据此运用形式逻辑做出一系列推断，这些推断不能互相矛盾。这样，整个理论体系形成了整体有序的结构。
我们知道，为了构成理论与实验之间的循环，科学理论必须对实验有指导和设计的作用，这就需要从结构的角度来把握自然现象。亚里士多德的物理学认为天上物体的运动是完美的，取圆周形态的，地上物体的运动不能与之相比。在这种理论规范之下，力学实验就不能有效地进行。从伽利略到牛顿逐渐明确了无论是天体、苹果、木球，不论它们处于世界的位置多么不同，它们都遵循相同的力学规律。在研究自然界中与力学有关的现象时，我们只要抽取物质的质量、空间位置和速度、加速度等这些变量来构造模型就够了，事物的第二“性质”与力学规律无关。实验室中得到的变量之间关系完全可以运用到天体运行之中。这就是从结构角度把握自然现象。任何实验对象都是复杂的，科学家在实验过程中会碰到数不清的变量，而且正如世界上没有两片树叶是相同的，也没有两个实验是绝对一样的。只有用结构观点把握实验对象，才能在实体具有的丰富众多的质的规定性中把主要变量和次要变量加以区分选择，实验条件的控制和实验的重复才有明确的标准。
同样，实验对理论的鉴别作用越强，理论与实验之间的循环也越有利。这一方面要求理论的各论断必须建立在严密的逻辑推理之上，更重要的是理论必须满足构造性要求。我们举一个著名的例子来说明。亚里士多德物理学中有两个论断，其一是越重的物体下落得越快；其二是，由于有动力因的存在，当轻的物体（下落得慢）和重的物体（下落得快）在一起时，那么落得慢的将阻碍落得快的物体。显然，这是人们从实践经验中归纳出来的两个全称判断。在亚里士多德的体系中，它们独立存在着，在一千年的时间里没有被证伪。而到伽利略时代，科学家则开始把这两个论断之间用某种构造结合起来考察了。即设想把一个重的物体和轻的物体用绳子联在一起，据第一个论断，它们的总重量增加了应该落得更快；据第二个论断，轻的阻碍重的下落，下落速度应在轻重两物单独下落之间。这是一个悖论！那末，其中必有一个错了。这个例子表明，对构造性理论体系，实验的鉴别作用大大加强了。在亚里士多德的理论体系中，日常经验是不能对这些论断证伪的，而在构造性理论体系中却可以。构造性与逻辑性是有关的，但不是一回事。人们常常把这个例子看作理想实验鉴别和逻辑检验。实际上，亚里士多德是精于逻辑的。他只是没有把他的理论搞成构造型体系。构造性自然观最早出现在欧几里得几何学之中。从伽利略开始，科学家才把欧几里得几何中逻辑构造型模式普遍用于建立科学理论，这样，实验对理论的鉴别作用就大大加强了。
特别是在笛卡儿那里，这种构造性自然观被赋予了二元论的形式，加速了构造自然观的传播。笛卡儿在他的名著《指导思想的原则》一书中，明确地把欧几里得几何学的构造方法推广到所有科学理论的建立和鉴别中去。在建立科学理论时，可以先提出假设，由假设推出某些结论，如果结论与实验符合，则假设为真，反之，假设就要修改。这种理论构造和鉴别的基本原则，至今还为科学家们所遵循。
总之，构造性自然观有两个明显的特点：第一、它具有可证伪性；第二、它具有预见性。这两个特点把它与实验紧密结合在一起，先由实验归纳出某些结论，科学家提出理论来解释它们，并预言其他结论，这些结论又可以由实验来鉴别，这样就保证了理论—实验—理论的反复循环。
近代科学技术的循环加速机制对实验的要求是：科学实验必须是受控实验（这里所指的实验是包括观察在内的广义的实验）。
所谓受控实验，是指实验应在严格控制条件下进行，而不是以在不可控的偶然因素起重要作用时的观察或测试结果为据。只要控制条件足够严格，任何人在任何地方用同样的条件和方法做同一实验，实验结果都能以稳定的几率再现。
实验只有是受控的，才可能在它的基础上建立明晰的构造型理论。我们可以设想，如果伽利略不是用小球在斜面上运动做实验，而是象传闻的那样在比萨斜塔做自由落体实验的话，那末他是不可能得到自由落体运动定律的。因为当时没有足够准确的钟，而自由落体运动太快就测不出它们是否同时着地，再加上不可排除的空气阻力等影响，使得在比萨斜塔上做实验就不是完全受控的。而小球在斜面上运动在当时条件下就是受控的了（小球运动速度可用斜面倾角调节，时间用滴漏来测量）。
实验只有成为受控的，才能被广泛地重复，才能从偶然误差和错误中解放出来，使得理论—实验—理论这一循环有可能在整个社会中进行。中国古代科学家对实验做得很认真，观察也很精确，象磁偏角的发现就是例子。但是受控实验结构一直没有确立起来，这使得很多实验不能重复，甚至和迷信、方术混在一起不能分离。如元代大科学家郭守敬曾试图按照《后汉书》和《隋书))上的记载，做“候气密室”的实验。据载，这种装置每当交节气的时候，与之相应的管子里的灰就会飞散出来。无论郭守敬怎样绞尽脑汁，他仍然不能重复这一实验。显然，古书上的这一实验记载即便不说是无稽之谈，至少也可以说它是非受控实验。
受控实验的第一个条件是尽可能使用仪器来控制实验过程，并用仪器来反映实验过程所涉及的变量与变量之间的关系。只有这样，实验成果才能社会化，特别是转化为技术，加入到与理论、技术的循环加速过程中去。我们简单地回顾一下近代科学各学科建立的顺序，就可以发现，它们是和这些学科引进受控实验特别是系统使用仪器的顺序联系在一起的。无疑，最早和人类生产实践活动紧密相关的实验是测量土地。测量是最简单而最易掌握的受控实验，因此，几何学成为最早建立的自成严密体系的学科。与力学联系的受控实验和仪器则复杂得多了，它主要是在16世纪以后发展起来的。以后，磁学、生理学、化学、电学等等学科的相继确立，都是和相应的与仪器相关的受控实验联系在一起的。自16、17世纪以后，西方对仪器的崇尚，很典型地反映了科学家对受控实验的重视。天平、温度计、气压计、真空泵、望远镜及显微镜等就是在这时相继出现和不断改进的。牛顿被吸收为英国皇家学会会员，最初不是因为他那伟大的理论，而是由于他成功地设计了一台反射望远镜。
受控实验的第二个要求是实验必须和构造性自然观结合，也就是说实验和理论结合，仪器和原理结合。只有这样，科学家才能设计某一特定的受控实验来验证特定的理论，并将其原理用来设计技术设备。而中国古代科学理论和实验之间，这种联系一直没有明确地建立起来。我国古代曾有一些非常杰出的实验。如《淮南万毕术》中有个实验：将沸水倒入很薄的铜瓮之中而不灌满，很快将瓮密封投入井中，大气压力加上水压就会将铜瓮压破，产生爆炸5，这或许是世界上最早的真空实验。但由于没有相应的构造性理论，它是不能向技术转化的。这样中国古代虽有真空实验，但却产生不出制造蒸汽机的设计。到头来只是以水排和风箱为西方制造蒸汽机奠定技术基础。这一现象相当普遍。甚至，我国历史上许多杰出的实验只有一般记述，对实验原理和方法都没有明确的记载。张衡制造的世界上第一台地震仪，无疑是建立在实验基础上的。但因没有留下相应的原理和制作方法，以至于郭守敬这样的实验大师企图仿制都不能成功。这样在古代，它当然不能成为一种普遍运用的技术设备。
受控实验结构的全面建立需要学者传统和工匠传统的结合。因为一般提出理论、完成非实用目的实验是学者的工作，但制造仪器和将仪器转化为技术工具则只有靠工匠来完成。翻开科学史，我们可以发现西方受控实验结构的建立，几乎都是由工匠和学者的结合完成的。工匠出身的工程师达塔格里亚和斯台文研究弹道和自由落体，学者伽利略则综合他们的研究发现自由落体定律。眼镜商汉斯·立帕席发明望远镜，开普勒立即研究其光学机制，再经伽利略改造设计了新的望远镜，接着又立即由工匠们投入生产。匠人罗伯特·诺曼发现磁偏角，学者吉尔伯特则构想出磁针指北的机制，并写出《磁力论》。无疑，工匠传统与学者传统的结合是科学与技术之间循环加速的重要保证。
近代科学技术的循环加速结构对技术的要求是：它必须是一个开放性的技术系统。
所谓开放性，是指技术本身能从掌握技术的个人手中游离出来，从它生产的具体产品（目的物）中游离出来。也就是说，技术不再是某个狭窄、专门行业的技艺了，而成为一种普遍的社会生产力。古代大多数技术都不是这样，技艺和掌握它的匠人不可分离，生产技术和它所生产的具体产品不可分离。这样，不仅科学和技术之间互相循环加速是不可能的，而且一种技术从一个部门转移到另一个部门也极为困难。
开放性技术体系的形成，要有两个前提，第一，要求技术的改进和转移必须具有强大的经济动力，也就是说，有赖于资本主义经济结构的产生和发展。在封建社会中，技术的产物可以是商品，但技术本身却不是商品。技术成为商品只有在资本主义经济结构中才能做到。一方面工匠自身成为雇佣劳动力，他们的技能和人一起转化为商品；另一方面，技术被还原成一般等价物，可以纯粹用它的经济效益来衡量。这样，技术部门之间的狭隘的壁垒被打穿了。第二，技术必须和人类的一般自然观相结合，被赋予某种普遍的观念。构造性自然观和受控实验的确立，使技术具有科学的灵魂，使技术从一般技艺和狭隘分工中相对解放出来，从而可以实现科学和技术之间的转化，实现部门行业间的转移。
我们在图4C中可以看到一个有趣的规律，西方科学理论和实验的加速发展在16、17世纪就开始了。但这一时期，技术水平增长并不明显。技术水平的加速发展是18世纪开始的。为什么？它很明确地反映出开放性技术体系建立的两个前提，第一是16、17世纪资本主义经济结构的形成，第二是合理的科学理论结构和实验结构的建立。循环加速机制首先在科学理论和实验之间发生。当近代科学基本成熟时，技术才能接受一般自然观的支配，科学和技术之间循环加速导致了整个科技水平的起飞。在这两个条件具备之前，开放性技术体系是建立不起来的。
综上所述，我们可以把近代科学技术结构表示如下（图8）：即科学理论结构是构造性自然观，实验必须是受控实验，而技术结构则必须是开放性的。这三个子系统相互作用，具有循环加速的机制，整个近代科学技术就是在这样一种结构中加速发展起来的。
科学技术是人类有组织地认识和改造自然的活动。在近代科学技术结构形成之前，人类这方面的能力是有限的，发展速度也较缓慢。科学技术系统内部的，即科学、实验、技术三者之间的相互联系和作用，都比较弱。在人类六千年的文明史上，科学技术的循环加速结构只是近四百年来才形成和确立起来的。一旦这种结构确立了，科学理论、实验和技术就组成一个不可分割的整体，也只有这样，循环加速的机制才能发动，才能极大地放大人类认识和改造自然的能力。20世纪后，我们更加看清了这一点。
五、中国古代科学技术的特点
中国传统科学技术结构如何？它为什么不具备循环加速机制呢？我们先分析中国传统的技术结构。众所周知，指南针、造纸、火药和活字印刷四大发明，是中华民族奉献给世界并改变了整个人类历史进程的伟大技术成果。饶有兴味的是，这些闪烁着中华民族智慧光彩的瑰宝，不仅反映和代表了我国古代技术的水平和最高成就，而且它们也恰好展现了中国传统技术结构的重大特点以及和古代社会结构的内在联系。
一个社会的技术结构取决于社会结构以及它对技术的需求，四大发明是满足于什么样的社会需求呢？十分明显，它们与农业和手工业等直接满足吃穿住所需要的创造发明不同，是为社会在广阔地域上组成强大、统一的国家机构服务的。纸张、指南针和印刷术作为社会通讯(交通)工具自不待言，火药虽然来自金丹术，而在唐以后能成为一种技术，主要还是由于大一统国家的需要。有明确文字记载者，宋代开始把火药用于武器制造，北宋初年就曾用火器镇压李顺、王小波起义军。控制论的创建人维纳有句名言：“社会通讯是社会这个建筑物得以粘合在一起的混凝土”6。四大发明便集中表明了中国古代技术的发达，是与中国封建社会以大一统的组织形态存在这一点密切相关的。我们知道，欧洲本土在中世纪时，碎裂为几百个甚至上千个细小的部分。它们是一些相互联系甚弱的相对独立的经济文化单位。与此形成鲜明对照的是，中国封建社会自秦始皇履至尊而制六合以后，统一的中央集权的封建大国始终是社会结构的主导形式。强大、统一的行政控制，内部经济商业贸易的密切交流，统一的文化和信仰，这一切都需要有发达的通讯技术(交通运输和文化交流、传播的工具等)、强大的军事力量、“敬授民时”的历法、土地丈量技术、绘制地图的技术，乃至体现皇权威严的皇宫建筑等等，我们把这些统称为“大一统”技术。如果把中国古代的技术成果按农业、“大一统”技术、手工业和医药技术加以分类统计，同样采用前面所述的计分标准，可以算出各类技术在整个技术构成中所占的百分比7，见下表。
表3的统计数字表明，与大一统社会结构相联系的技术成果所占的百分比，多在30％以上；分裂时期则在13％以下。
传统技术的另一重要组成部分“手工业”是否也和“大一统”社会形态有关呢？一个社会的手工业技
术水平取决于商品经济发达的程度。我们知道，由于中国封建社会的特殊结构，大一统的封建官僚政府对经济的调节作用，使得中国封建社会经济结构和西欧封建社会具有不同形态。中国封建地主经济结构对商品经济的容纳程度远大于西方领主经济结构，而发达的商品经济必然刺激手工业的进步，于是，中国古代的手工业水平远高于西方也是当然的了。表3中历代手工业多占技术总分的30—50％。这样，在统一时期，手工业和“大一统”技术的加合计分就占了整个技术总分的70一80％，它们决定了整个社会的技术水平。因此，我们可以把中国传统技术结构称为“大一统型”的。它的发达完全是由大一统的社会组织形态和相应的地主经济所决定的。图9所示的中国科学技术净增长曲线表明，一个王朝的技术增长和它的中央集权程度以及商品经济发达程度直接相关，图9中出现了北宋时期的最高峰，就是一个极好的例证。在宋代，不仅大一统的官僚政治形态臻于完善，而且地主经济和商品经济也非常发达。当时国家征收的商业税的年收入就曾达二千二百万缗，约占总岁收的1／78。当时20万人口的城市多达6个，临安则是30余万户、百余万人的商业消费大城市。又据《宋史·食货志》，当时“各路缴纳税绢达34l万匹”。相反，魏晋南北朝时期，封建国家陷于分裂状态，地主经济衰落，商品经济普遍萧条，图9中显示这一时期技术净增长水平也最低。唐朝开元年间的统一和商品经济发达是众所周知的，与此对应的技术净增长线也很高，而到安史之乱以后商品经济衰落下去时，技术净增长线便跟着下降。五代的情况也是这样。
大一统型技术虽然发达，但它不是开放性技术体系，而是中国封建社会特殊结构的产物。只能在封建地主经济结构所限定的框架中发展。对于一个个具体的行业，如纺织、瓷器、冶金、造船等等，其技术水平可以很高，不仅为中世纪的西方所望尘莫及，而且有些至今也令人叹为观止。两千多年前，贵族王侯就在使用表面镀铬氧化物的防锈利剑，贵族夫人就身穿用提花机织出的精美的绒圈锦花纱的绵袍。而优质瓷器的制作，则必须掌握控制超高温的复杂技术。对于一个个匠人来说，他们的技术更是具有传奇般的色彩，鲁班、扁鹊、华佗不仅是伟大的发明家，也是历代匠人医士可望而不可及的崇拜偶像。
但这种技术再高超，它和社会结构的关系决定了它不能向开放性技术体系转化，比如，中国的瓷器制造技术很发达，但玻璃制造技术就较落后。控制窑内温度和氧化还原时间，只被限制作为制造瓷器的方法。大一统技术是在大一统政治文化组织形态促进下形成的，官僚行政控制网在技术体系中起了重要作用，但就技术本身来说却是封闭的。技术被长期封闭在一个个具体的行业中，靠自身经验积累发展着，很难对其它部门产生革命性的影响。此外，技术还与操作技术的人不可分割，它必须由每一个企图掌握这项技术的工匠，不断地制造某一产品才能获得。它的继承性往往是由父子“秘传”、行会师授或官营垄断的。中国古代关于“得心应手”和“庖丁解牛”的寓言故事，不仅表现出一种高超的技艺，而且反映了这种技艺的封闭性。正因为这样，中国历史上技术失传的例子比比皆是，而且是令人吃惊的。特别值得注意的是，大一统技术发展必然和大一统王朝的稳定性联系在一起，王朝的崩溃就是对技术体系的一次大破坏。图9表明，中国传统技术水平发展随着王朝周期性崩溃而呈现周期性振荡，这对于技术水平的积累和时间空间上的转移构成巨大障碍。这样，技术就深深陷在了中国封建社会的桎梏之中。一个突出的例子是纺织机械。早在宋代，我国就发明了32锭畜力和水力大纺机，其产量是小纺车的30—50倍。据记载：大纺车“昼夜纺织百斤，不劳而毕，可代女工兼倍省” 9。西方一直到工业革命前才出现类似的纺织机械，但它是工业革命一系列技术转移和发展中的一环。而中国却不是这样，随着大一统王朝的崩溃，商品经济受到摧残，这些发达的技术也会受到致命打击。显然，在大一统技术结构中，技术—科学(包括理论和实验)—技术的循环加速机制是不可能出现的。
如果说中国古代技术发达的特点主要是由封建社会大一统的政治结构和地主经济结构所决定，那末中国古代科学理论和实验的特点则主要是由文化结构带来的。众所周知，任何古代科学理论都是和哲学观点紧密相联系的。中国封建社会自秦以后形成了一种以儒家学说为正统，道家学说为补充的意识形态结构。在古代哲学中儒家思想居于统治地位。儒家哲学在它的创始人孔子那里，就开始变为一个以伦理道德为核心的体系，这对中国古代科学理论的影响是巨大的。从积极方面来看，它使得有独立人格和意志的上帝在中国古代科学理论中找不到插足之地。古代理论的产生往往与人们的直接经验和直观感受相联系（当然也不乏天才的想象力和推理），这就使中国古代科学理论往往带有经验论的唯物论倾向。它是中国古代科学理论比神学自然观统治的中世纪西欧更为先进的原因。我们不仅有以墨子、张衡、刘徽、祖冲之、一行、沈括、郭守敬、李时珍、宋应星等为代表的闻名于世界的大科学家；而且从总体上看，将图2与图3加以对比，可知中国的理论水平在中世纪相当长一段历史时期里高于西方同期理论水平。
以个人经验（包括社会的和心理的诸方面）合理外推，是儒家认识世界的模式。这种模式也就给自然科学理论带来了直观和思辨的特点，特别是儒家伦理中心主义使科学理论趋于保守和缺乏清晰性，无论是董仲舒、朱熹，还是王充、沈括，他们大多以人的行为和感受外推而解释自然现象（比如，王充就以“元气呼吸，随日盛衰”来解释潮汐周期）。这就出现了一种颇为奇特的现象：在那些用日常经验和直观外推能解释的科学领域，中国科学理论都有过精彩的论述，如对流星、陨石、化石、虹的解释等等。但一旦越出直观外推所能把握的领域，中国古代科学理论就显得含混不清。儒家的有机自然观和伦理中心主义长期使科学理论摆脱不了稚气。即便是已经踩着近代科学门槛的方以智，在《物理小识》中仍然在宣讲什么“夫声气风力实传心光，受命如响，神不可测”。在这种思想支配下，人们很难把自然界当作科学的客观对象来研究。理气之争与善恶相随，天地日月之论与君臣等级相伴，世界是万物交感的世界，学问家的任务在于建立起包括自然现象在内的给出伦理说明的理论体系。在封建宗法制的中国社会里，政治和伦理是紧密结合成一体的。科学理论伦理化的倾向，就使得科学理论的争论和政治斗争纠缠不清，大一统政权愈是强大巩固，科学理论的发展愈是要受到政治的强控制，一旦它不能满足统治阶级的政治需要，前进的道路就有可能被阻塞。伦理中心主义的巨大保守性对构造性自然观的建立是极为不利的。这一点突出地表现在中国学者对理论的评价中。直到清代，著名学者阮元在谈到西方天文学时还说，西方天文学为了解释天体运动不匀速的原因，先后提出过本轮匀速说，日心地动说和椭圆面积说，他叹道：“其法屡变”、“吾不知其伊于何底也”，他认为，“天道渊微，非人力所能窥测”，理论应该“言其所当然，而不复强求其所以然，此古人立言之慎也”，只有这样，理论才能“终古无弊”。10当西方科学家已自觉地运用理论—实验—理论的循环过程，反复修改自己的理论使科学加速发展的时候，我国科学家仍在寻求“终古无弊”、“不复强求其所以然”的解释，慎于立言，追求着与封建伦理相和谐的万古不变的思辨体系。
另一个突出的例子是朱熹。朱熹对化石成因有正确认识，又用鞭炮来解释雷鸣，用下雨使日光散射来解释虹，用“星有堕地，其光烛天，而散者变为石”来解释陨石。确实，在当时能达到这种认识已是非常难能可贵的了。但是，作为理论大师的朱熹并没有构造性自然观，他的一些观点常常是自相矛盾的。比如，在朱熹的宇宙模型里，天在白天时自左向右旋转，夜间又自右向左旋转。同时，朱熹还同意张载的天地均左旋而有迟速不同的见解。他甚至还用张载的这个学说来解释七曜运转和制定历法。11作为一个大哲学家，居然可以容忍自己的理论模型中有互相矛盾、互相对立的学说同时并存，这的确是令人十分吃惊的，也是任何一个构造型理论体系中不能允许的。这种特点，在我国古代不少科学理论中都存在。
中国古代科学理论另一个基本特点是技术化倾向。一方面是技术发达，另一方面是儒家理论模式的经验性和直观特点，这使得中国古代科学理论中关于技术经验的总结很丰富。表4的统计表明，主要是记录、总结技术经验的著述在历代理论成果积分中多占20％左右。在宋朝的技术高峰之后，经元至明，到了对中国古代技术进行全面总结的时期，《本草纲目》、《农政全书》、《天工开物》就是在医药、农、工三大领域中最高水平的总结。但是，儒家要求对自然界的认识为伦理学说服务，其积极入世的现实主义精神使它并不绝对排斥某些为现实生活服务的理论和技术，而不为现实生活服务的理论与技术则被斥之为“屠龙之术”。这就造成理论的技术化倾向，对于独立于技术之外的纯粹理论结构形成很不利。于是乎，天文学附属于历法，数学偏重于解题和运算技巧，生物学知识几乎完全存在于农学与医学之中。历法经常随着需要而修改，而且越改越趋于精确，到元代授时历出现，已达到第谷·布拉埃的水平。但天文学理论几乎是停滞的。表4表明，中国古代科学理论的这种技术化倾向，自宋至明越演越烈，这对构造自然观的建立是巨大障碍。
科学史家常常感慨，为什么在数学相当发达古代中国，没有产生解析几何？确实，中国古代代数学十分发达，并从张衡、裴秀那里就几乎已具备了类似笛卡儿的坐标系表示法。按理说，由两者结合产生解析几何并不困难。而实际上，即使到明清时期，圆锥曲线和解析几何相继传入中国后，中国数学家仍然按照旧的套路计算曲线长度和它们所围的面积、体积。正如有的科学史研究者分析指出的那样：从数学内部的因素来说，中国不仅在中古代，甚至在明末清初的一段时间内也不可能产生解析几何学12。理论技术化倾向显然是一个重要原因，所以中国传统数学尽管有高超玄妙的运算技巧，但它始终没有形成一个完整的构造型的理论体系。
由于中国古代科学理论的这些特点，那些不以实用为目的而是为了证明科学理论的实验，在中国古代科学技术中就只有被放在一个可有可无的位置上了。尤其是宋明理学产生以后更是这样。
一个极端的例子是明代理学家王阳明的“格竹子”。当时读书人以格物、致知、穷理为使命。据说，王阳明在一位钱姓朋友坐在亭子里格竹子三昼夜病倒后，他自己又去静观七天，仍一无所获有关竹子的道理，他感慨道：“天下之物如何格得？”于是，他便劝人们把眼光放在自己的内心上来，“其格物之功只能在身心上做”。这似乎是一个笑话，但真正却是一个历史的大悲剧。
当王阳明先生静坐格竹子的时候，我们想想世界正在发出什么样的变化？与王阳明(1472—1528)同时在世的达·芬奇(1452－1519)，一面在画着蒙娜丽莎的迷人微笑，一面在解剖死尸、制作各种新巧的机械。并且，他还以大师的语言宣称：“科学如果不是从实验中产生，并以一种清晰实验结束，便是毫无用处的，充满谬误的。”这不只是他一个人的声音，而是一个科学新时代的先驱者们的声音。大体与此同时，麦哲伦率领的船队完成了最早的环球航行，帕拉塞斯冲破了炼金术的牢笼而成为医化学的开山鼻祖，费希尔测定了地球的大小，而哥白尼和维萨留斯则在准备以《天体运行论》和《人体结构》的伟大著述推出近代科学黎明期的曙光。
综上所述，中国古代科学技术结构的特点，可以用它和社会结构的关系来说明。中国封建社会大一统政治形态和商品经济相对发达的地主经济决定了它的技术结构是大一统型的。理论和实验结构则与以儒家为正统、道家为补充的文化结构相适应（图10）。
由于大一统技术发达，中国成为造纸、指南针、火药和活字印刷技术的发源地，具有无神论、经验论倾向的理论比起欧洲中世纪神学自然观较为先进，但是科学实验、理论、技术三者基本上是互相隔裂的，它们之间不能形成互相促进的循环加速机制。这样它们只能各自独立地缓慢地进步着，甚至有趋于饱和的倾向。因此，自16世纪以后，在西方科学技术革命兴起时中国日益落后于西方。
六、原始科学结构及其社会化
我们虽然从科学技术结构的特点和是否产生循环加速机制来说明中国科学于17世纪落后于西方的原因，但疑问还继续存在。
就中世纪科学技术结构而论，西欧比中国更为落后，那末，为什么近代科学技术结构能在西方以基督教神学自然观和经院哲学为文化背景的社会中建立起来，而不能由中国的传统科学技术结构转化而来呢？当然，这和西欧16世纪后封建社会瓦解和资本主义社会的建立直接相关，中国封建社会基本结构的长期停滞使得与其相适应的科学技术结构也长期停滞在古老而幼稚的形态中。但是，科学技术结构毕竟与社会结构是不同的，近代科学技术结构的确立一方面需要一定的社会条件，但还需要其本身内部的动力。因为科学技术是人类认识自然和改造自然的活动。近代科学技术结构的成长包含着一套正确合理的认识自然、改造自然的方法以及相应的科学研究和技术的组织形态的发展。仅仅有经济和政治的动力，还不足以说明它的形成。在近代科学技术结构三个子系统中，开放性技术体系的确立与政治经济的关系最为密切。要弄清为什么中国没有建立开放性技术体系，首先就必须探讨中国封建社会长期延续的原因（这个问题更为广泛，我们在此不深入展开讨论）。而即使回答了这个问题，也还是不能解释近代科学技术结构何以不能最先在中国确立。我们已在第四节指出，开放性技术体系的确立，除了资本主义政治和经济结构外，还要有构造性自然观与受控实验系统为基础。我们打开科学技术史，可以发现，就科学结构而言，它们甚至比资本主义社会结构确立还早一些。更进一步说它本身就是摧毁西欧封建制度而为资本主义制度开路的有力武器。为了更深刻地理解中国科学技术在17世纪以后落后的原因，我们必须去研究科学结构和社会结构的相互作用，并在这种相互作用中来把握科学结构演化的规律，为此，我们把讨论的重点放在近代科学结构确立的过程上。
从整体上分析，可以把近代科学结构形成的过程分为两个阶段加以考察。第一阶段，人类首先在某一个特殊领域，一个最容易发现这些正确认识自然原则的科学中发现了这些原则。第二步，这些原则在一定的社会条件下不断扩大其影响，为社会上大多数科学家所接受。近代科学结构的形成好象晶体的成长一样，它必须首先形成一个类似于晶体的东西，也就是说必须在一个最容易进行受控实验和确立构造性自然观的领域中建立一种类似于近代科学结构的体系。我们将其称为原始科学结构。其之所以是原始的，因为和近代科学结构相似的规范虽然在这一学科中确定，但它没有上升到一般原则，并且和具体学科的内容还不曾分离，它的影响只局限在很窄的一个领域以及与这一领域有直接关系的学科。原始科学结构在合适的社会条件下，不断成长，不断扩张到越来越广阔的科学研究范围，最后形成科学结构，我们称其为原始科学结构的社会化过程。研究为什么西欧在16世纪后能确立近代科学结构，就是去剖析原始科学结构的形成过程及其社会化的条件。
古代科学理论一般是宗教或自然哲学的一部分，实验限于个别人的肉眼观察或简单仪器的使用，技术虽然存在于生产实践之中，但在大多数领域中，科学理论、实验和技术三者是互相隔裂的。原始科学结构只可能最先产生于一开始就不能把理论、实验和技术之间关系截然分割的特殊部门中。显然几何学是第一个具备这种条件的领域。在几何学中，相应的实验就是测量，空间测量无疑是一切科学实验中最容易成为受控实验的，当古人发明第一根尺，用拉紧绳子作为直线时，几何实验就开始客观化和量化了。有了测量仪器，对于同一段距离，同一个正方形，同一个角度，不同人测量都得到同样的并且可以亿万次重复的结果。而且，测量也是人类最早将实验与技术结合起来的领域。技术和科学不同，它因纯粹政治、经济等实用目的而发展起来，所以，它是社会化的。古埃及尼罗河的定期泛滥而淹没地界，使得土地测量成为一种最早社会化具有经济目的的技术活动，这种技术具有相当大的开放性（在其可能达到的领域中），它不可能被严格地禁锢在某些特殊的测量对象之中。所以就几何学而论，它相应的实验结构和技术结构是容易建立起类似近代科学技术结构中的规范的。理论结构又如何呢？科学史告诉我们，欧几里得几何学正好是第一个逻辑构造型的理论体系。几何理论中的没有大小的点，没有宽窄的线，没有厚度的面，这些抽象和定义，的确成功地忽略了物体众多的第二性质，而从空间结构的角度来把握研究对象。在今天看来，差不多一切古代科学知识体系都消失了，唯有欧氏几何学是一个例外，我们关于现实空间结构的知识并没有超出欧氏几何的范围，这恰恰表明，欧氏几何体系是在科学史上第一个建立起满足近代科学技术结构规范的体系。
在几何学的实验和技术结构中建立起类似于近代科学技术结构的规范是比较容易的，古代巴比伦、埃及、印度和中国都几乎独立地迈出了这一步。而建立构造性理论体系则比较困难。只有古代希腊人大致达到了这一点。图11表示欧氏几何理论体系建立的几个主要步骤。首先，古埃及发达的测量技术以及完备的测量工具为它奠定了基础。相传爱奥尼亚哲学家米利都的泰勒斯到埃及游历回来后，就想到可以根据土地测量的经验规则，建立起一门关于空间形式的理想科学13。接着毕达哥拉斯学派发现了勾股定理，并按照某种逻辑顺利地把已知定理排列起来，赋予理论体系以某种结构性要素。从公元前320年欧德谟所著几何学史的残篇中我们可以看到，这种理论结构又是怎样逐步完善起来的。在理性主义的古希腊哲学背景之中，亚里士多德发现了形式逻辑，它一方面是受到了正在形成的几何理论体系的影响，另一方面，形式逻辑的发现无疑把逻辑和构造结合起来，以至于欧几里得最后能赋于几何学以一种明确的逻辑构造型理论体系。
在几何学中形成原始科学结构方面，古代中国所走过的道路和古希腊是不同的。我们知道，就测量技术和测量仪器的发明而言，中国和西方一样早，被认为是中华民族最古老的神祗的女娲和伏羲是手中握着规和矩的。春秋战国时诸子百家的哲学起到了类似古希腊哲学对原始科学结构的孕育作用。春秋战国时期的名辩思潮包含有初步的形式逻辑萌芽；《考工记》中出现了角度概念；中医已形成了自己独特的理论体系；天文学思想也有很大发展。确实，中国在春秋战国时代，原始科学结构正在形成。李约瑟曾把《墨经》中有关的几何定义和定理与欧氏几何原本作了对比，发现欧氏书中的许多定义和定理和《墨经》中的表述一模一样14。《墨经》几乎是一本尚未完成的中国式几何原本。但不幸的是，中国几何学中构造性理论体系尚未确立就夭折了（图12），一方面，《墨经》并没有完成原始科学结构的建造，更重要的是，随着百家争鸣时代的结束，中国建立了大一统封建王朝，号称显学的墨家衰亡了，《墨经》从此被埋没在历史的尘埃之中，而几何学的知识被纳入到更为实用的天文学体系里与测量技术中去了，独尊儒术后带来的理论技术化倾向无疑加强了这一结合。其结果是，中国的数学理论模式几乎是以天文学和计算数学为中心而形成的。对后世科学理论建立起到示范作用的不是《墨经》，而是《周髀算经》。显而易见，就原始科学结构形成而言，天文学远比几何学不利，古代天文学中实验受控程度远低于几何学，在几何理论体系本身不完备的条件下，由于天文历法的实用要求会促使整个数学（包括几何）朝着算术化的方向发展，其结果愈加不利于几何学中构造性理论体系的成熟。
对比一下中国和古希腊数学与天文学的发展，我们可以发现一个重要差别，古希腊的天文学主要是在几何学影响和哺育之下发展起来的，而中国则反过来是天文历法影响着数学的发展。在科学史上它表现为希腊科学是几何式的而中国则以代数算术见长。就古代科学内容本身的发展而论，这种差别不会带来太大的损害。实际上，古希腊大多数几何学成就，中国古代数学家都用自己独特的方法（主要是算术和代数的方法，如出入相补法）推出来了。但是对于原始科学结构的建立来说，其含义就大不相同了。
为什么古希腊以欧氏几何体系为代表的原始科学结构的出现是这样重要呢？就人类整个科学知识内容来说，几何学只是沧海一粟，欧氏几何理论体系的意义并不在于人类在几何学中所掌握的知识本身，而在于明确了一种建立科学理论的模式。西方很多科学史家都看到了欧氏几何体系对近代科学理论发展的作用，认为中国的几何知识的单薄是近代科学没有在中国出现的原因，但他们大多只看到了几何学的内容对天文学和力学的贡献，李约瑟对此提出了中肯的批评。实际上，欧氏几何体系的作用在于它集中地代表了原始科学结构的理论雏形。我们在后面将指出，它为近代科学结构（主要指构造性自然观）的建立起到了某种模板的作用。而这种模板在科学史上只能最先在几何中建立，而不能在别的学科中建立。医学由于其对象过于复杂使得实验很难受控，天文学理论由于本身的特点决定了只有当原始科学结构在几何学中形成后才能在其中建立类似几何的理论体系（古希腊正是如此）。否则，它会长期停滞在历法算术和混沌的原始宇宙模型之中。化学、生物学等由于它们在古代理论、实验、技术三个系统的分裂和不完备，形成原始科学结构更为困难。历史表明，中国科学理论中的技术化倾向、春秋战国后期社会结构的巨大变化和墨家学说的流产，使得原始科学结构的确立失去了历史的机会，它对以后科学技术发展的影响是巨大的。
七、社会化的途径：示范作用
用我国古代一个著名的寓言可以很形象地说明原始科学结构所起的作用。据说伯乐写了一本怎样找千里马的书《相马经》。伯乐的儿子根据这本书去找千里马，结果找回来一只癞蛤蟆，他认为癞蛤蟆完全符合书上所说的特征，搞得伯乐哭笑不得。我们可以设想，如果伯乐的儿子不是仅仅根据《相马经》去找千里马，而是牵着伯乐找到的一匹千里马，对照着这匹马去找千里马，那么至少他不会找一个癞蛤蟆回来。这里，第一匹千里马就是一个示范。在科学研究各个领域里去建立正确的认识结构，正象许许多多人独立去发现千里马那样困难。但是一旦出了一个伯乐，他找到一匹千里马，并研究了它的结构特征，根据这匹千里马的示范去找别的千里马就容易得多了。原始科学结构对近代科学结构建立所起的作用，正是它确定了一种示范。
我们知道，近代科学结构是很复杂的，从系统组织原理来讲，根据一种已有的模式（虽说比较简陋）去构造一个模式相同的体系，是比较容易的。如果没有样板，要建立两个复杂而结构相同的体系则不可思议。关于在科学发展中示范所起的独特作用，库恩曾作了很有说服力的研究。库恩把科学的发展看作“范式”的演变。“范式”有三种含义，首先它是一种处理问题的规范；其次它是一个科学共同体共同遵守的准则；第三，也是最重要的，它给出一个具体的范例，为科学家研究作示范。实际上，原始科学结构所起的作用正是这种广义的结构上的示范作用，换句话说，它就是近代科学结构的模板。
欧几里得几何体系在其形成过程中和形成后对科学理论成长中的巨大影响很值得注意。它在历史上先后出了近1000种版本，科学理论的传播总是以它的翻译居先的。实际上，如果我们去分析古希腊罗马文明所达到的科学成就，就会发现其中最发达最具有现代意义的部分都是在它的示范作用下取得的，它们共同形成了原始科学结构对后世科学家进行示范。对近代力学和天文学起到奠基作用的圆锥曲线研究（它是微积分和解析几何的基础）实际是欧几里得理论体系的直接延伸。阿波罗尼的圆锥曲线论中487个命题，均由几何原本10个公论导出15。伽里略对近代物理学划时代的贡献可以说是阿基米德方法和道路的发扬光大。而阿基米德则完全是以欧氏几何为示范来构造他的静力学理论的。乔治·伽莫夫的《物理学发展史》中，生动地说明了阿基米德怎样用不证自明的力学假定推出著名的杠杆原理和浮力定理（正如欧氏几何从公理推出定理那样）16。托勒密在建立他的天文学体系时不仅系统地引用了几何学成果，而且在理论构造上也以欧氏体系为示范，他改进并发展了三角学，执意要把他的工作建立在“算术和几何的无可争论的方法”之上。他强调了构造理论必须遵守的原则：“在解释现象的时候，采用一种能够把各种事实统一起来的最简单的假说，乃是一条正路。”他所强调的原则正是原始科学结构所要求的构造型逻辑体系。由于天文学实验本身的局限，使得托勒密天文学理论不可能象欧氏几何本身那样直接成为近代科学的一部分，但是如果托勒密天文体系中不以欧氏几何为示范来建立，它就不可能具有相当的逻辑构造型框架，这样，哥白尼革命也就会困难得多。几何光学的进展是原始科学结构示范作用的另一个例子。光学实验是人类最早进行的实验，但从这些实验中得到类似于近代科学结论的多数属于古希腊科学家。欧几里得本人无疑是利用它的几何理论规范来构造光学理论的。正是他提出光沿直线传播，并把它作为光学的最基本公理，没有这种示范，是无法发现反射定律的。希罗进一步指出：“光的反射线的路径是最短的路径。”而托勒密则利用几何规范对光学进行了更为透彻的研究，他不仅给出了凹面镜成像的数学定律，而且还研究了折射，发现光线从一种媒质进入另一种媒质时，入射角与折射角成正比。这些结论和现代几何光学结论几乎完全吻合。
如果不存在原始科学结构的示范作用，古代科学理论将会怎样发展呢？这方面中国古代天文学的发展给出了极好的例子。中国天文学观察之精确在世界古代科学史上是屈指可数的，阐述宇宙结构的天文理论也很早，如在殷周之际就产生了盖天说，汉代又出现了“浑天”和“宣夜”两种宇宙模型。宣夜说和浑天说从哲学上看是相当先进的。按理说，它们应该成为天文学理论向近代科学逼近的良好发端。但是由于缺乏原始科学结构示范作用，中国天文学理论一直没有形成类似近代科学理论结构那样的体系。我们可以把与托勒密几乎同时代的中国大天文学家张衡的理论与地心说作一个比较。我们知道，在肉眼观察看来，太阳、月亮众星都在绕地球运转，因此，从认识次序来说，天文学理论中首先确定地心说模型是很自然的。张衡在前人研究的基础上，系统地发挥了浑天说，他在《灵宪》中说：“几文耀丽乎天，其动者七，日月五星是也。周旋右回，天道者贵顺也，近天则迟，远天则速，行则屈，屈则留回，留回则逆，逆则迟，迫于天也”。这明显表明，张衡认为日月五星绕地球转动，其视运动速度取决于该天体离大地的远近。有人根据张衡的假说画了一张图(图13)17。它与托勒密地心说是十分相似的。但是张衡并没有明确提出托勒密那样的地心说理论模型。令人惊奇不已的是张衡制造的浑象几乎就是一个物化了的托勒密地心说模型。从浑象到地心说只有一步之差，但中国天文学家从来没有打算迈出这一步。为什么呢？一方面，这要归之中国科学理论的技术化倾向。另一个更为重要的原因是：缺乏原始科学结构的示范作用。托勒密为了用欧氏几何体系的示范来建立天文学理论，他必须首先选择能在天文理论中作为公理的假说，他自然会把圆周运动看作是最基本的，然后用圆周运动的均轮和本轮建立了他的地心说。张衡虽然理解日月星辰在作圆周运动，但由于没有原始科学结构逻辑构造型理论的框架的示范，圆不会被认为是基本的。中国天文学家的主要兴趣在于抽取行星运动的代数特征，即周期大小来建立天文理论。这样，天文学变成了对天体视运动周期取公倍数和公约数的算术运算。虽然从天文观察和计算来说，中国古代天文学家可以和西方一样准确，甚至更为准确，但作为理论结构，古希腊天文学比中国更接近于近代科学。
在关于地球形状的认识上，原始科学结构示范作用的意义更为显著。如果把古希腊科学中对地球认识的知识系统进行分析，欧氏几何构成了它的理论结构，测量仪器和方法构成了受控实验结构。而大地测量（航海等）可以看作相应的技术活动。这三者在其所限定的范围内完全构成了与近代科学结构一样的体系，那么理论、实验、技术之间的循环加速机制肯定可以推动这方面科学知识不断进步，从而得到大地形状的基本正确的认识。科学史的事实证明了这一点。古希腊几何学家中很多人不仅是天文学家，而且是地理学家。他们在对大地形状认识上一直遥遥领先。公元前3世纪，塞莫斯的阿利斯塔就利用几何方法计算月球与地球的大小，巧妙地指出太阳与地球直径之比一定大于19:3，小于43:6。这个数太小，但错误不在于计算方法，而在于实验数据。实际上只要有正确的科学技术结构，错误是可以通过不断改进而逼近真理的。事实上，在希帕克那里，计算相当准了，他算出地球到月球的距离是地球直径的33.2/3，月球直径是地球的1/3。这两个值和实际数值30.2与0.27很接近。而埃拉托色尼达到的成果更为惊人，他认为地球是椭圆形的，还估算了处于同一子午线两个地方希恩和麦罗的纬度和距离，算出地球大小为24000英里，地球到太阳距离是9200万英里，这两个值几乎和现在算的数值完全一样。托勒密不仅对经纬度作了正确的观察，发明了制造地图的坐标方法，还综合了大量资料，画出了一幅相当现代化的古代世界地图。我们无须为这些古代科学成就感到吃惊，因为原始科学结构已在这一领域中发挥示范作用。
中国古代对大地形状的认识和古希腊构成了明显的对照，就大地测量的技术和仪器而言，中国比西方更为先进，张衡和裴秀发明了绘制地图的网格方法。唐政府曾组织过世界中古史上最大规模的大地测量。一行创制了一种简便的仪器“复矩”，得到“大率三百五十一里八十步，而极差一度”的科学结论。它相当准确，相对误差只有19％18。元朝的耶律楚材已明确提出“里差”概念，提出了一个相当精确的经验公式，苏天爵又进一步提出了地方时的概念。如果仅仅从测量精度和技术来看，中国古代天文学家完全可以计算出地球大小的。但是中国古代连大地是球形的观点都没有明确提出来过。落后的盖天说到清代仍有人信奉。中国天文学家在理解日食和月食时可以明确指出它是太阳被月亮掩没或月球被地球掩没所致，但这些结论孤立存在着，没有和大地形状理论构造性结合起来。由于理论结构中缺乏原始科学结构的示范，所以尽管从唐朝一直到清朝大规模的大地测量一直在进行，科学知识体系却并没有加速其进化。
中国古代科学发展中是不是不存在示范作用呢？实际上，科学的发展是不能没有示范的，差别在于是什么样的示范。从《周髀算经》开始的天文学和代数算术结合的传统以及理论技术化倾向本身是一种示范。儒家的直观合理外推的思想方法和伦理中心主义一直是强大的示范。中国儒家思想“述而不作”模式的示范作用，突出表现在中国古代科学家大多是用“注经”的方式写著作，而不象古希腊科学家按欧氏几何为模板构造自己的理论。
八、示范作用的极限：原始科学结构社会化的障碍
我们在讨论原始科学结构通过示范作用不断扩大使其社会化过程时，一直没有分析示范作用的重要前提，这就是科学对社会的影响。示范作用是指科学家用在某一领域中已明确的模式去搞新的研究，但有多少人在科学研究中运用这种模板，却取决于科学对社会的影响。今天，科学技术对社会的巨大冲击只是近代科学结构建立的结果，由于近代科学技术的循环加速效应使科技成果如滚滚不绝的江水那样汹涌澎湃地奔泻出来，充斥到人类生活一切领域，才使人们普遍认识到科学的意义。而在近代科学结构建立以前，社会上绝大多数人甚至根本不知道科学，科学的示范好象阳春白雪，它的声音在古代世界是如此微弱，在历史大合唱中，附和者寥寥。特别是原始科学结构，它只是深藏在众多的思想体系、学派及专门知识贝类中的一颗珍珠，虽然它有极为珍贵的价值，但它外面包围着一个坚硬的难以被人理解的专业性外壳，只有极少人才能识别它，其社会化过程是障碍重重的。
古代科学体系（包括原始科学结构）示范作用第一个巨大障碍是科学本身的专门性和复杂性带来的。技术虽然也是专门的、复杂的，但古代技术由于存在着相当的社会需求而社会化了。一般说来，古代社会对科学的需求比技术的需求小得多，特别是对于纯粹科学。中国大一统帝国对天文学的需求使中国天文学家比世界各国有更高的社会地位。但即使在中国，天文历算毕竟太复杂了，很多知识分子钻研一辈子都没有最后搞懂。张衡在《应闲》中感叹道：有人担心我搞这套东西没有用，我还恨不能把这套东西教给别人呢？另一个著名的例子是郭守敬创造了授时历，可以说达到了中国古代天文学的顶峰，但他的方法到了明朝居然连官方天文学家都难以理解。用屠龙之术来比喻古代纯粹科学在人们心目中的地位是很恰当的。它不仅很难学，而且看来不大有用，这样，它的示范作用自然很弱，社会化是很难的。实际上，东汉就有人把张衡的学问看做屠龙之术。
我们前面曾提出古希腊科学成就绝大多数是在原始科学结构示范作用下取得的，但我们必须看到，这种示范作用的极限正是古希腊科学的天然界限。其创造精神虽然出类拔萃，却是处于古代愚昧和迷信的海洋之中的。当罗马士兵把正在专心研究几何图形的阿基米德砍倒在地时，压根儿没有意识到科学是怎么回事。希腊科学的成就只是古希腊文明花园中的花朵，它被迷信和愚昧的荆棘包围着，它的种子也不可能传到更广大的地区中去。
科学结构社会化的第二个巨大障碍是科学结论与直观相冲突，特别是它的成长必然和古代文化背景（社会结构）相冲突。在绝大多数人的心目中，科学的命题是难以置信的，甚至是有辱神明的。古希腊科学家根据原始科学结构示范算出大地是圆的，但对于大多数人，并不相信这种结论。因为这和人们大地是平直的直观印象相矛盾。所以即使在古希腊罗马，关于大地原始模型如T型图、轮型图仍然在流行。中国古代浑天说的传播也遇到类似困难。《晋书》中有这样一段话：“此则仪象之论，其来远矣，绵代相传，史官禁密，学者不睹，故宣、盖沸腾。”这段话一语道破了中国官方天文学家在传播浑天说时所感到的苦恼。他们认为由于天文仪器保密，社会上一般学者得不到，不能进行天文观察，所以盖天说盛行。实际上，根本原因在于：浑天说虽比盖天说符合实验观察，但却比盖天说离直观更远，它的传播就来得困难些。天文理论尚且如此，其它科学理论传播特别是方法上的示范遇到的障碍更是可想而知了。
科学不仅常常和直观相矛盾，而且和人们的宗教信仰、价值观念、思想方法相抵触。亚历山大的女数学家希帕蒂亚被狂热的基督徒在街上抓住撕得粉碎，在基督徒的心目中一个不按神的意志来思索的数学家和女巫、异教徒是大同小异的。教廷谴责科学家是“科学之树欺骗了生命之树”。罗吉尔·培根的科学精神被教廷看作大逆不道。所以在一种普遍与科学相抵触的社会观念中，一个敢于用原始科学结构作为示范来指导研究的科学家，一定比鲁迅所说第一个吃螃蟹的人还要勇敢。他必须在普遍的不理解和敌视中坚持科学精神。由于原始科学结构发展到一定程度就会和一般文化背景相抵触，我们就不难理解古希腊科学衰落的原因了。在古希腊、罗马奴隶社会中，原始科学结构的示范作用主要是欧几里得几何学公理体系。它只是在一个小范围内发挥示范作用，主要限于科学理论结构，对于受控实验示范就几乎不存在了。因为它和奴隶制社会结构相冲突，做试验被认为是不光彩的。象阿基米德这样的实验大师都为自己制造仪器感到羞耻。柏拉图甚至指责两个希腊人制造装置来解决几何问题是在“污染思想”。我们知道，古希腊科学理论虽然发达，但学者和工匠之间的鸿沟是不可逾越的。科学是生长在奴隶主和自由民花园中的花朵，而技术则掌握在会说话的工具—奴隶手中。尽管那时也有亚历山大里亚工程学派，并制造出虹吸器、测温器，甚至有原始的蒸汽机，但一般说来，奴隶主知识分子对技术是蔑视的。罗马一个皇帝曾拒绝用机器搬运放到地上的神殿大柱，因为那会使搬运工失去工作。这样一来，虽然在几何学中建立的原始科学结构中在某种程度上包含了受控实验和开放性技术（它们是在成千上万年实践中积累起来的），但在奴隶社会结构中几乎不能发挥任何示范作用。图4A表明，古希腊时期科学技术水平中主要是科学理论，实验与技术增长远比理论为低，其原因正在于此。而且这种示范作用必然很快就发展到它的极限，古希腊科学发展也必然渐渐陷于停滞状态。图4A中，理论与实验净增长渐渐趋于减少正是说明了这一点。很多科学史家用罗马人重视技术而轻视科学来解释古希腊科学在罗马全盛时代居然停滞之谜。实际上当托勒密用欧氏几何理论的示范完成他那划时代的《至大论》和光学实验后，原始科学结构已完全占领与它有直接关系的一切科学领域，示范已到极限状态，古代科学家几乎已经没有什么可做的了。
罗马帝国衰落之际，基督教兴起，整个古代西方社会文化背景发生了根本性变化。奴隶主自由民的古代宗教以及相应的理性主义精神消失了。对上帝的虔诚代替了哲学家对自然和人生的思索，封建制度代替了奴隶制度，对于社会来说，这是一个进步。但古希腊科学之花得以生长的土壤也随着古代社会解体而流失了。皮之不存，毛将焉附？当亚历山大图书馆被烈火焚烧、柏拉图学园被下令关闭的时候，本身已经奄奄一息的科学之花也就枯萎了。无辜的希帕蒂亚被基督教徒所杀可以看作古希腊原始科学结构示范作用结束的象征，因为希帕蒂亚的主要贡献之一就是和她父亲一起注释欧氏《几何原本》。当基督徒把一卷又一卷的记载着古希腊科学成果的羊皮纸刮得干干净净而重新用来书写圣经时，这无疑被认为是废物利用。能够理解古希腊科学规范的人（虽然是极少一部分人）已经死去了，能够容忍这一小批人生存和活动的社会制度和价值观念已经变化了。匠人们在荒芜已久的四通八达的罗马官道上建筑起哥特式教堂，另一种社会结构在社会激变中兴起。我们并不能谴责历史，因为原始科学结构在古希腊罗马的社会化程度实在太小了，人类社会在进步中必定要遗忘一些东西，如果这些东西包含着不引人注目的古代科学，这又有什么可奇怪的呢？
原始科学结构示范作用的第三个大障碍是缺乏必要的通讯交流手段。思想和社会化需要通过出版和印刷，跨地域的科学交流需要发达的通讯渠道。据说，回教徒征伐埃及，焚毁亚历山大图书馆时，在长达六个月的时期内，焚烧成卷羊皮纸居然成为亚历山大浴室之热源19。书写一部圣经就要用几百张羊皮，可以想象，在这样一种通讯交流工具的背景上，科学示范的扩大几乎是不可能的。用纸草和羊皮纸书写的手稿只能供极少一部分特权人物使用。
理解了科学社会化过程中必然会碰到的三大障碍，我们就能用这些障碍的大小来估计科学在历史上某一文化背景社会化的程度。不同的社会结构所允许其相应的科学社会化规模是不同的。科学的成长必然随着社会结构的改变而变化。两千年来，中国社会结构和文化背景没有出现过从古希腊罗马到基督教文明这样大起大落的变化，所以科学的发展一直是连续的，没有大跌荡，但是任何一种示范都有自己的极限。不仅是原始科学结构如此，中国古代以《周髀算经》为代表的天文—代数理论示范，也有自己的极限。为什么自元朝以后，中国自身的天文学和数学发展日益趋于停滞状态？实际上到郭守敬时，在这种示范下能做到的一切都已经做完了。授时历已经改造得如此精确，在古老模式指导下的天文观察仪器已做得这样完善，理论技术化要求天文学的目的就是为了大一统帝国服务，这种要求几乎已经完全满足了，后世天文学家在这种示范下已没有什么可做的了。明朝实际上一直在沿用授时历，没有做什么改进。表5给出中国式天文学—数学成就在各朝理论中的比例，我们可以明显看到示范作用日趋缩小。明朝如果不算西方天文学成果对中国的冲击，中国传统天文学成就几乎微乎其微。在杜绝外来影响和社会结构不变的条件下，这种极限是难以突破的。
九、科学在文明中的扩张：基督教经院哲学和大一统技术所起的作用
如果不是某种特别的社会因素克服了原始科学结构示范作用所遇到的三大障碍，那么近代科学结构的确立几乎是不可思议的。在这方面，基督教的经院哲学和中国的“大一统”技术起了重要的作用。基督教把古希腊科学结论纳入教义有助于克服科学专业性的障碍。而中国的大一统技术传到西方则赋予了原始科学结构社会化所必须的通讯交流工具。
科学史家常常不厌其烦地强调文艺复兴对近代科学结构建立的作用，这当然不错，但是科学史上一个十分重要的阶段常常被人们忽略，这就是文艺复兴前二百年经院哲学的高度繁荣。历史表明，没有这一阶段，近代科学结构的建立是不可思议的，因为它标志着原始科学结构被纳入基督教体系。人们一提起中世纪基督教文明中的科学，就会想到亚里士多德的学说，会说托勒密的本轮如何如何，实际上，西欧知道亚里士多德和托勒密是12世纪以后的事情。从公元7世纪基督教占统治地位到11世纪这漫长的四百年中，古希腊科学几乎被遗忘，西欧科学知识几乎回到了希腊科学出现之前的那种蒙昧状态。这种倒退给历史学家留下了“黑暗的中世纪”可怕的印象。但正是在这四百年中，历史慢慢地奠定着一个可以容纳更高科学水平的社会基础。
首先，基督教作为对奴隶制的否定，它至少在教义上填平了把处于奴隶主地位的学者和作为奴隶的工匠之间在上帝面前的鸿沟，从而便准备了原始科学结构中受控实验结构有可能发挥示范作用的社会条件。基督教宣称在上帝面前人人平等，我们姑且不论其不现实性的一面，从另一方面看，耶稣的养父约瑟是木匠，阿波斯特尔斯的君主是渔夫之类圣经典故的说教，在一定程度上有利于填平学者与工匠之间的鸿沟，基督教把手工劳动看作阅读虔诚的著作使自己接近上帝的精神生活的一部分。正如小林恩·怀特所指出的，中世纪“修道士是第一批人数很多的指甲下有污垢的知识分子”20。匠人和学者的鸿沟一旦在宗教上首先被填平，那么随着技术的进步和积累，日复一日，年复一年，不断扩大的匠人队伍和学者队伍就开始自然交汇了，自然这需要漫长的时间。当然，仅仅凭以劳动作为锻炼意志来接近上帝的修士是不足以建立受控实验结构的。但是一旦中世纪学者在禁欲主义的长袍下发现了美丽的肉体，他们的兴趣从天堂转入到现世，那末这种潜在的潮流马上会汹涌澎湃地奔泻出来。文艺复兴之所以会迅速完成受控实验结构的建立，其秘密正在于此。
其次，基督教占统治地位后的西欧正在缔结一种文化交流、生产水平比古希腊罗马更广泛的社会共同体。基督教义无疑比罗马自由民的尚武精神能把更多的人组织起来。8世纪发明的重轮犁和三圃轮作制使得农业能养活更多的人口，从中国传来的新轭马法和马蹄铁普遍应用，导致农业技术和交通运输的革命，促使了小村庄的衰落和都市生活式的大农业村落的兴起。确实，到11世纪就原始科学结构示范的社会土壤说来，基督教文明比古希腊罗马文明更为肥沃了。一个明显的例子是11世纪后大学的兴起。第一所大学是11世纪末在意大利建立的博洛尼亚大学，接着，法国的巴黎大学，英国的牛津大学，意大利的萨勒诺大学和巴勒摩大学，西班牙的萨拉曼加大学，德国的海德堡大学，法国的奥尔良大学，英国的剑桥大学相继成立21。这些大学大多是由教堂学校转变而来，其中以巴黎大学最著名，学生来自四面八方，数以千计22。1200年左右的大学、教堂和修道院如繁星一样，密密麻麻地散布在整个基督教文明之中。
如果我们把原始科学结构的建立比喻成生长在古希腊罗马贫瘠土地上难以进一步长大的一朵小花，那末11世纪的西欧则是一块肥沃的土地，它只是缺乏原始科学结构的种子而已。然而历史上文明接触的狂风迟早会把种子带来的，所需要的仅仅是机会。古希腊罗马文明衰亡后，大量古代科学成果被阿拉伯科学吸收了，虽然11世纪之前，阿拉伯文化和基督教文化不断进行接触，但只有11世纪西欧基督教文化内部具备了接受原始科学结构的条件后，科学史上极为重要的大翻译运动才开始兴起。翻译工作在与阿拉伯文化接触最多的西班牙最为活跃。大翻译高潮持续了一个世纪，到13世纪初，亚里士多德全集被发现。把古希腊系统的科学知识加以消化使它能包容到基督教文化体系中去的主要功绩要归之于托马斯·阿奎那。他依照亚里士多德的逻辑学和神学权威对基督教理论进行全面的改造，摈弃了古希腊思想中和基督教不相容的部分。阿奎那的工作做得如此细致，以至于把亚里士多德学说改造得连细节都与神学相符合，他还接受了托勒密的天文体系，把它当作一个工作假说23。自阿奎那以后，西欧的经院哲学趋于全盛时代。
如果仅仅以科学内容的传播来说，阿奎那的工作并不值得格外称赞，他没有真正理解古希腊的原始科学结构，他甚至把古希腊科学给阉割了，在其中加进神学的胡说、偏见和迷信。但是如果没有阿奎那奠定的经院哲学，近代科学结构建立几乎是不可能的。为什么呢？如果不把古希腊科学和基督教义结合，原始科学结构和基督教文明是不适应的，它不可能在中世纪后期起到广泛的示范作用。大翻译运动造成了一种历史性的结果：原始科学结构的珍珠被嵌入了一个更大的可以让其进一步成长的基督教文化珍珠贝中了。亚里士多德学说、托勒密体系和盖伦的医学成为基督教自然观的一部分。哪里有基督教，哪里就会传授学习这些学说。本来科学是专门化的，是难懂的，但现在却成了人们必须接受和研究的教义。宗教吸收了科学成果，使宗教一时变得强大了，但它也把科学的种子传遍了它们能及的每一个角落，如果仅仅靠古代科学本身的力量，是决难做到的。宗教虽然暂时阉割了科学，但是也使原始科学结构的示范作用有可能克服它的专业性障碍。科学的种子广泛地撒播到更远的地方，使它有一天能发芽、成长、开花结果。我们知道，到1200年左右，亚里士多德的各种著作都已经家喻户晓了，若作为思想家的亚里士多德能知道他那在古代颇为深奥的、只为少数门徒接受的学说会这么快地社会化，一定会目瞪口呆！
文化的接触不仅促进了大翻译运动，它也帮助克服了原始科学结构示范作用的另一个障碍—通讯工具的缺乏。阿拉伯人把中国古代大一统技术的结晶—四大发明带到了西方，从而克服了原始科学技术结构示范作用所碰到的通讯交流障碍。如果没有造纸技术，那么亚里士多德和托勒密学说靠羊皮纸来传播，其范围是可想而知的。活字印刷的贡献更是巨大。大约1450年，活字印刷术传到欧洲，到1474年，数学、天文学以及占星学等方面的书籍就以印刷品形式出现了。特别值得提出的是，活字印刷术很快就被用来印欧氏几何原本。Johannes campanus（13世纪）所译的几何原本拉丁文版，第一版于1482年出现于威尼斯，接着阿波罗尼的Conic Sections前四册，巴伯斯的著作，土奥费多斯的Arithmetica以及其它科学作品均以印刷品形式纷纷出世24。从活字印刷在西方出现到欧氏几何的活字印刷版发行只有短短的32年，可见印刷术对原始科学结构示范作用的贡献。
罗盘和火药对原始科学结构建立的贡献则是不言而喻，航海技术一直是西方科学传播有力的杠杆，而火药除了它是一种摧毁封建城堡的使社会成为一个更大的政治经济统一体的物质武器外，它同时使物理学家开始意识到抛物体研究对于火炮制造和使用的意义。抛物体研究则直接使原始科学结构的示范作用第一次完全脱离几何、静力学与光学而直接进入到动力学的领域。
总之，西方中世纪后期原始科学结构示范作用的增强完全是由于西方中世纪社会结构与大一统技术克服了其内在障碍的结果。理解了这一点，图4所示的西方两千年中科学技术水平净增长曲线就可以得到解释。
我们知道，西方科学技术水平净增长曲线（见图4）自古希腊罗马文明衰落后一直处于低水平，但在8—10世纪有一个技术峰，这是中国的造纸术传到西方引起的。而在12—13世纪，有一个理论水平的增长高峰，这是大翻译带来的。在14—15世纪又出现一个新的技术发展高峰。表6给出这一时期技术中“大一统”技术的比例。可见这是大一统技术在西方普及的结果。显然，只有经历过这三个高峰，西方才可能出现15—l7世纪标志着近代科学的新发展高峰。如果没有历史上的这三个发展高峰为基础，近代科学结构在西方出现是不可能的。这样，一个发人深省的问题自然摆在科学史家面前：近代科学结构是否能在一种孤立而单一的文化背景（或社会结构）中出现？回答是否定的。大一统型技术结构是和中国封建社会特殊的大一统形态相适应的，它只能生产在中国这样的社会结构之中，而原始科学结构示范的扩大同时又需要与基督教文化相适应的封建社会结构。近代科学结构建立的内在条件几乎包含着本质上的二律背反：它既需要欧洲中世纪后期的那种社会结构，又需要中国封建社会那种完全不同欧洲封建社会结构所提供的技术。这一切无非表明：科学是属于全人类的，原始科学结构本身的出现，它也是古埃及文明和古希腊文明融合的结果。它的成长也是一样，必须集中融合全人类一切民族所创造的文化精华才能发展。因此，哪一个地区哪一个民族能够开明地吸收这些精华，它就会成为原始科学结构社会化的发源地，如果这些条件都消失了，那么科学就会夭折或者转移。
阿拉伯科学同中国古文化的接触同样给原始科学结构在中国发挥示范作用的机会。据考证，至少在元朝，波斯语的托勒密《至大论》和欧氏几何原本已经被带到中国皇家图书馆之中了25。但是这一切并没有引起注意，它的示范作用也没有发挥。中国封建社会虽然具备发达的大一统技术，它可以提供使科学社会化的工具，但是其社会结构本身却是封闭性的。只要这种社会结构不改造，四大发明遭到的所谓“墙内开花，墙外结果”这种历史性悲剧是不可避免的。
十、否定性放大：科学社会化的特殊机制
我们发现，16世纪后原始科学结构迅速社会化最后导致近代科学结构建立是通过了一种颇为微妙的机制。这就是基督教早期对科学的吸收和后期的对立。经院哲学传播了原始科学结构的种子后，一系列放大程序就开动起来了。随着宗教的一天天衰落，这些种子就开始发芽成长了。对于科学的发展来说，最可怕的莫过于：“社会对它不感兴趣。”但这早期被人们对宗教的热诚所克服，而后来又被宗教和科学的斗争造成的社会影响所战胜。原始科学结构每壮大一步，都必然和教义相矛盾。它引起统一教会的反对，而这种反对立刻又引起了社会的注意，结果出现了这样的历史性进程：科学掀起了反对它自己的狂风暴雨，而狂风暴雨传播了科学的种子。宗教为了扩大自己的力量利用过科学成果，结果科学借助它的力量传播了自己的精神，教廷为了战胜不再服从神学的科学而把它付诸火刑，但人们却发现了科学的价值和力量，结果在这场人和神的战斗中，科学革命席卷了整个欧洲。
我们只须列举一些科学史上著名的事件就足以证明这一点。哥白尼学说本是很难懂的，它的方法直接是中世纪已扩大的原始科学结构群示范的结果。哥白尼在《天体运行》中声明这本书是为数学家所写的。我们可以设想，要不是托勒密地心说是宗教的教义，很难设想一本专业性很强的天文学专著会有这样大的社会影响。如果没有与宗教的对立，很难想象作为医生的哈维会向哥白尼的学说求教。而哈维发现血液循环却完全是接受了哥白尼学说示范的结果。他从天体作循环运动，太阳是宇宙的中心而认为血液也在作循环运动，心脏是人体的太阳。科学史家都承认，哈维能完成他那伟大的发现并不仅仅在于他严格而细心地实验（在哈维之前，许多人文主义者也做过人体解剖），而在于他第一次把构造主义数学方法和受控制实验结合起来。他是先从数学计算中肯定血液一定在作循环运动的。无疑，哈维的方法是原始科学结构示范的扩大（从几何到天文，从天文到力学、生理学）的结果。而哈维能接受这一示范的重要原因可能要归之于哥白尼学说与宗教对立造成的社会影响。实际上，哈维的工作并不是原始科学结构示范的终点，它又进一步引发了示范的放大作用。哈维推翻了作为教义的盖伦学说，这样它的影响大大超出了医学和生理学。当时整个欧洲都在议论哈维学说，甚至戏院舞台上都表现了有关血液循环的事件。
如无宗教和科学的对立造成示范的放大，示范的连锁反应是不会持续下去的。科学上的发现即使做出来了，也会由于它的高度专业性而被限定在特定学科之中。我们知道，早在15世纪，阿拉伯医学家就对盖伦学说提出批评。有一个叫伊本·阿尔·纳菲（Ib-nal-Nafis，公元1201—1288)的医生，从大马士革来开罗主持那西里医院，他就指出心脏的隔膜很硬，不象盖伦所设想的那样有细孔可以让血液通过，他认为血液必然要通过肺从右心室流到左心室。实际上他已经提出了小循环理论。但是，盖伦的学说并非伊斯兰教的教义，阿拉伯人无论对这种学说还是对与之相反的学说都是宽容的，既不格外重视，也不特别反对。结果，纳菲的学说没有产生什么影响，他的著作到本世纪才被人发现26。
在什么条件下，宗教和科学的对立会放大科学的影响？我们前面说过，原始科学结构的成长会和社会结构文化背景发生冲突，这会带来示范作用的极限。这不是自相矛盾吗？实际上，宗教和科学的对立只有发生在宗教自身的衰落时期，科学才能通过宗教这个反面教员而扩大示范作用。宗教处于全盛时期时，即使科学与宗教相对立，宗教也可以轻而易举地扼杀科学的传播。罗吉尔·培根就是例子。他差不多是阿奎那同时代的人。今天科学史家都把罗吉尔·培根看做近代实验科学的祖师爷，是他把火药最先介绍给欧洲人的。但正如丹皮尔所指出的，“他一生的悲剧，一半是内心的悲剧，一半是外在的悲剧。”他处于经院哲学全盛时代，虽然他比阿奎那更接近于近代科学，但在那个时代他和宗教的对立除了给他本人带来受迫害和社会的不理解外，并没有发生多少影响27。
而一旦宗教与科学的对立出现在宗教自身趋于衰落、旧社会结构趋于瓦解时期，情况就大不相同了。人们对腐朽的教会和僵化的教义的怀疑造成了旧文化背景的四分五裂，占正统地位的意识形态已不是铁板一块了，特别对于那些思想活跃的渴望创造的知识分子，它明显缺乏吸引力。整个社会的思想真空造成了科学乘虚传播的大好时机。一些人把中世纪经院哲学的衰落看作是科学与宗教斗争的结果，把科学兴起看作宗教衰落的终极原因，这实际上是本末倒置的。在一个以宗教占主导地位的社会结构中，科学的力量与宗教相比是太弱小了，它完全不能构成一种普遍的对宗教的怀疑。宗教的衰落是由社会结构自身的演变所决定的，它的动力主要是政治、经济和文化自身的因素。科学在宗教衰落中成长，这只是宗教衰落的结果之一，当然又能反过来加速其衰落。
在哥白尼迟疑不决地把《天体运行》付诸出版以前，波澜壮阔的宗教改革运动已经开始了，路德和茨温利的名字已传遍整个西方世界。宗教改革是宗教衰落的标志。从宗教改革的那些主要目标可以明显看到当时基督教义已与生动活泼的社会经济、政治和文化发展不相适应，特别是统一教会已经腐朽了。那些新教徒本身就代表了对旧有意识形态不满的社会力量，他们是容易被吸引到科学的营垒中去的。早在1873年法国植物学家阿尔方斯·德·堪多的科学史名著《科学与科学家的历史》中就对这一点作了精彩的分析。他统计了自1666年建立的巴黎科学院两个世纪中外国人当选为其成员的数目，指出法国之外的科学家选入巴黎科学院的新教徒比天主教多六倍以上28。分析一下在宗教衰落期宗教和科学的对立造成科学示范扩大的机制是很有意义的。由于人们对旧制度的不满，有识之士对僵化的旧思想体系的普遍怀疑，这种怀疑必然促使他们去研究被宗教所反对的学说究竟是什么，甚至仅仅凭着对僵化和腐朽的旧体系的反感而盲目接受新体系。我们把这种效应称为否定性放大。为什么叫否定性放大？因为绝大多数人并不是由于理解了科学的新学说正确而接受科学示范的，他们仅仅是由于科学作为对经院哲学的否定而接受科学的。
哥白尼学说的广泛传播本身就是否定性放大的结果。近年来，不少人对哥白尼学说传播的历史背景作了研究，特别是著名科学史家库恩。很多人都指出，如果仅仅凭和实验观察相符合而言，当时哥白尼学说并不比托勒密学说更正确，特别是在惯性定律和万有引力没有发现前哥白尼学说当时甚至和很多显而易见的直观现象相矛盾。实际上，社会上大多数信奉者是由于哥白尼学说和宗教的对立29。我们知道，新教徒特别反对中世纪世界观中的等级观念，这种等级观念在自然观上表现为宇宙间布满一连串等级不同的人和物，处于世界边缘的上帝是最高等级，地上的不完善的实体处于较低等级。而哥白尼学说至少是暗中否定了地上元素的等级，他把以前作为天体的特权象征的圆周运动也给与地球了。哥白尼的学生莱蒂克斯明确否定了高级天球统治低级天球的观念。这种学说无疑对新教徒富有吸引力。象吉伯特这样的大科学家就明确意识到哥白尼学说的传播和否定传统等级观念有内在的联系。无疑，哈维、开普勒、罗伯特、费拉德、范·赫尔蒙脱等都在这种否定性放大效应的社会潮流中改变了对日心说的态度。
其实，早在哥白尼日心说之前，托勒密和权威的亚里士多德学说已处于思想敏捷的学者的普遍的怀疑之中。这种情况在经院哲学占统治地位的时代中是没有过的。哥白尼的老师波伦亚大学教授马利亚·德·诺瓦腊批评托勒密体系太繁杂，不合于数学和谐原理。1536年，即在哥白尼著作出版前7年，Ramus在一篇著名的论文中说：“亚里士多德所教的一切皆伪。”30实际上，并不是亚里士多德学说中一切都是错的，在哥白尼、伽利略、牛顿一系列革命性突破之前，是没有任何根据得出这一结论的。Ramus只是在一种对经院哲学反感的否定性情绪下作出这一断言的。
实际上，作为伽利略本人也是在这种否定性放大气氛中完成自己不朽的发现的。我们知道，古希腊早就有望远镜，一直到13世纪，工匠们不断生产透镜以供远视的人用。但透镜从来没有作为观察仪器进入科学领域。经院哲学对用透镜观察存在着一种根深蒂固的错误观念：“以视觉为基础的，无权成为科学。”31透镜中的像是变形的，而且有色散，在其光学机制没有搞清楚之前，这种信条貌似有理。伽利略用望远镜来观察天体，并不能证明这一古老信条是错的。他至死都没有去研究望远镜为什么能“放大”的机制。实际上，伽利略从拿到望远镜起，就根本没有怀疑望远镜看到的东西是真的。因为他在感情上倾向于哥白尼学说，他要用望远镜来证实哥白尼学说。对于他来说，能证明哥白尼体系的就是真的。所以当他把望远镜指向夜空，发现太阳黑子、木星卫星和月亮上的山脉时，立即欣喜若狂地写下了这些话：“我惊呆了，我无限感谢上帝，他让我想方设法发现了这样伟大的、多少个世纪都不清楚的奇迹。”实际上，如果要搞清楚望远镜原理，证明它是真的之后才去使用，望远镜就根本不可能使用到科学研究中来。对于那些经院哲学信奉者，望远镜看到的东西没有任何意义，他们使用望远镜观察的目的是为了否定它。甚至连开普勒这样的大师都是为了“证伪”去用望远镜观察的。但开普勒毕竟是接受了原始科学结构示范的人物，他经过十天实验，才开始相信伽利略是对的。这促使他去研究望远镜机制，写了一本《屈光学》的书，奠定了几何光学的基础。这段历史告诉我们，科学的成长，特别是示范作用通过否定性放大需要一定的时机，这就是旧社会结构的瓦解，新社会结构在对旧结构的批判和否定中兴起。没有否定性放大的力量，科学结构的社会化是困难的。这样，我们得到了一个十分重要的结论：原始科学结构的大规模社会化只可能出现在社会结构面临转化之际。为什么这样讲呢？科学结构是依靠示范作用社会化的，而示范作用又取决于科学的社会影响。只有当社会结构中文化结构面临转化时，否定性放大机制才会扩大科学对社会的影响。而技术结构和经济结构直接相关，技术结构的转化需要政治和经济的直接推动。这样一来，整个近代科学技术结构的确立就需要一个特殊的历史时机，这就是文化结构、政治结构和经济结构一起转化，也就是整个社会结构的变化。近代科学技术结构正是在西方封建社会向资本主义社会转化过程中确立的。前面重点讨论了科学结构社会化的机制，这并不是说技术结构的变化不重要。之所以没有讨论它，一方面是因为开放性技术体系与资本主义经济结构的关系比较清楚，另一方面如前所述，只有在近代科学结构确立后，开放性技术体系才能确立。这就意味着，只要理解了近代科学结构建立的机制，加上对中国封建社会长期延续原因的探讨，二者综合起来就可以大体回答近代科学技术结构未首先在中国出现的原因了。
否定性放大机制不是16、17世纪西欧所特有的，在任何一个社会中，当旧有结构瓦解之际，旧意识形态结构的危机必然给形形色色新思想传播造成有利时机。特别是人类的价值观的转化有一种反其道而行之的内在节奏，当一种原来被认为不可动摇的信仰失去生命力之际，在一个时期内人们在感情上会倾向于和原来相反的东西。当腐朽的宗教过分强调权威时，整个社会会出现“反权威”倾向。当旧理论死守迂腐的教条、禁欲主义完全扼杀人性而主张赎罪时，人们会主张人文主义的个性解放，甚至原谅情欲放任……。基督教对罗马帝国的否定借助过这种力量，而人文主义对基督教的否定也借助过这种力量。它是人类文明推陈出新、不断进步的精神力量。但是这种否定性放大是否一定造成近代科学结构的建立，这就要看条件了。否定性放大是缺乏明确方向的，人们在感情上一时倾向的东西并不一定是正确的东西。否定性放大可以推动众多的思想体系，甚至是病态的邪说发展起来的。在那历史上动荡激变的思潮中，常常是鱼龙混杂、沙泥俱下的。昙花一现的学说、浮云般掠过的人物，常常和真理、科学家混淆在一起。而真理要战胜谬误，科学要战胜迷信，必须还要具备如下三个条件。
第一个条件是原始科学结构的示范作用存在，正如没有科学的种子，仅仅有否定性放大的土壤，科学之花当然不会盛开，如果没有中世纪几百年来逐渐扩大的以几何、天文、光学和力学为核心的原始科学结构群的存在，否定性放大并不会推动科学的发展，这是不言而喻的。第二个条件是不存在其他足以与原始科学结构相抗衡的示范体系。这就要求旧社会结构瓦解时，在其中形成的新社会结构对科学的发展有着比旧结构更大的容量。如果新结构的文化背景和旧结构一样和科学规范是对立的，那么虽然在旧社会结构瓦解之时，否定性放大效应推动科学繁荣了一阵子，随着新社会结构稳定后，否定性放大作用消失了。由于新社会结构同样与近代科学结构相冲突，那么就会重新对科学的社会化进行遏制。确实，西方16世纪后兴起的人文主义思潮对科学结构的传播比基督教有更大的容量。所以当资本主义社会结构在西欧确立后，科学示范作用仍在扩大，比如科学共同体的形成，信仰自由，大学和商人以及资产阶级政府在科学中所起的作用，这一切都使否定性放大效应扩大了的科学示范继续下去，最后导致近代科学结构稳定的建立（这一切不是本文的主题）。第三个条件是社会结构转变时不出现毁灭性大动乱。科学在历史上并不象人们吃饭、穿衣、生存那样每时每刻不可缺少的活动。如果在社会秩序毁灭瓦解之时，最早的牺牲品往往就是地位脆弱的科学。我们前面谈到古希腊罗马文明在向基督教文明的转变时，古希腊科学成就被扫荡得干干净净，这和几百年中社会秩序大动乱是直接相关的。总之，通过这些条件我们可以深刻地认识到，为什么16世纪后近代科学结构能在西方得以确立的原因。
十一、互补陷阱
如果我们用原始科学结构社会化的条件对中国科学技术史作一宏观分析，可以发现，在16世纪之前至少有三个时期是具备了这些条件中某几个的。战国时期、东汉后期、南北朝后期中国社会结构都面临着转化。但是在这些时期中国封建社会结构决定了近代科学结构建立的完备条件都不可能具备，这就造成了中国古代科学结构长期停滞的局面。为什么富有科学精神的墨家学说会在秦汉之际消亡？为什么东汉中后期会出观仅次于北宋的科学技术发展的高峰？道家和儒家各自对科学发展起了什么样的作用？这些科学史上颇难理解的问题都可以通过条件分析加以说明。
战国时期，中国封建社会正面临着从等级君主制向超稳定系统的转化。占主导地位的意识形态“周礼”不可挽回地衰落了，中国处于百家争鸣的时代。《墨经》和《考工记》无疑是中国古代科学文献中最具有现代精神的。墨经中包含有类似欧氏几何的构造性理论要素。《考工记》》比后世任何一部技术著作都重视技术的一般自然观，重视从仪器和实验中抽取理论。比如提出角度作为几何学基本概念，并把它和测量仪器结合起来。在秦汉后两千年数学著作中很少有人这么重视的。《墨经》中的光学研究和杠杆原理虽然没有发展到托勒密和阿基米德原理那样完善的地步。但它的社会影响却比阿基米德来得大，墨家是显学，有数以千计的学者在研究它。图9所示的中国历代科学技术水平净增长统计曲线中，春秋战国理论水平的净增长是一个最高峰，这证明社会结构转化期对科学发展是有利的。墨家正是在社会结构的转化中成为显学。但是，当时并不具备原始科学结构社会化的条件。一方面，当时中国并没有完善成熟的原始科学结构种子；另一方面，“大一统”技术也没有具备。更重要的是当时存在着两个和墨家一样强大、甚至更为强大的竞争性示范体系。这就是儒家和道家。儒家一反墨家重功利倡兼爱的主张，对科学不那么感兴趣。道家虽然对自然充满了神秘的诗情画意，但却具备反技术和反科学社会化的倾向，特别是秦汉之后儒家依靠着它在新社会结构中独特的作用一跃成为正统，与其相对立的墨家连同其中的科学一起受到抑制，最后消亡了，其门徒越来越少，他们在人们的心目中的形象从科学家、贤者退化到游侠，甚至是鬼怪妖仙了。为什么墨家不是儒家的对手会在竞争中失败，这不是本文的论题。但有一点必须在这里提一下，这就是墨家具有反宗法观念，儒家则把宗法结构外推到国家，主张建立家庭与国家同构体。古代中国，宗法组织从来没有象西欧中世纪那样被高级宗教瓦解过，因此，墨家的失败是可以想见的。从这里可以看到，宗法家庭观念和科学的天然对立。关于中国的落后宗法关系对科学发展形成的障碍，一直未引起人们的足够注意。
战国时期科学失去了社会化的第一个时机之后，是不是再也没有机会了呢？历史对于科学来说是慷慨的。世界上没有永存的思想体系，任何一种固定的社会结构总有衰落的时候。它总会与潜在的生动活泼的社会生活发展相矛盾，否定性放大效应会重新开动起来的。为此，科学必须在某一个阶段内积蓄力量，并耐心地等待时机。到了东汉的中后期，曾三百年占统治地位的儒学明显出现了衰落的征象。儒学走进死胡同，整个社会图谶迷信流行，繁琐而虚伪的经学对知识分子的吸引力明显减弱了。西汉建立后曾一度消沉的诸子百家学派又开始复活了。历史学家把自东汉后期到魏晋初期看作一次小小的古代学术的复兴。在这段时间里，不少学者对法家、名家、道家发生了浓厚的兴趣，甚至墨家也受到了重视。中国封建社会结构又面临着某种变化。东汉中后期到魏晋前期，中国古代科学技术净增长是一个巨大的高峰（仅次于北宋）。我们知道四大发明之一的造纸技术最后成熟于东汉，中国科学史上罕见的全才人物张衡就是这一时代的代表。他的浑天仪、星图和地动仪几乎成为后世难以逾越的高峰。被日本科学史家誉为中国的欧氏几何原本的《九章算术》也成书于这一时代。表4的统计表明，东汉一反理论技术化的常态，其理论总分中技术总结只占6％，这是出奇的低。这一时期理论总分不算很高（这是缺乏原始科学结构示范所致），但实验总分之高却在历史上是少见的（见表2）。这是一个关键性的时刻，长期遏制科学社会化的汉代经学衰落了，如果那含有丰富科学思想的墨家可能迅速壮大起来，对科学结构的成长是很有利的，但是这种局面并没有出现，因此原始科学结构种子始终没有形成。东汉后期中国古代科学理论的发展是在自身独有的示范体系下成长的。东汉末年，墨家虽然又活跃了一阵子，但很快又消沉下去了。科学发展又一次陷入低潮。
第一个原因是社会结构在转化中出现了毁灭性大动乱。东汉灭亡后，中国封建社会结构发生了某种变化，伴随着这种变化是整个社会处于长达百年之久的动乱状态。历史学家承认，这一次动乱是中国历史上最大的一次。原来东汉五千万左右的人口到三国时几乎只剩下一千万左右。科学在动乱中所受到的浩劫当然可以想象。据《汉书·艺文志》记载，汉朝医经有七家，共二百一十六卷，医方十一家，共二百七十四卷，但经过动乱后，只有《内经》流传下来了，其余医书全都失传。今天我们只能在史书的传奇般的故事中知道有华佗、扁鹊神奇的医术。秦汉时期重要农书《汜胜之书》、《四民月令》等没有一部被完整地保存下来。医书和农书是古代社会化最广的科学著作，其命运尚且如此，其他著作更可想而知。张衡的数学名著《算罔论》也失传了。他制造的浑天仪原来放在东汉政府的灵台上，战乱开始后，一再迁移，西晋末年，又被迁到长安，公元418年，刘裕军队攻击长安，获得这架仪器，已经残缺不全，以后就不知下落了。至于地动仪，关于描述其完整结构的书也失传了。据说南北朝信都芳还在《器准》一书中绘图描述其制作方法。但今天人们根据现代科学分析做出其模型，在准确测定地震方法问题上，和《后汉书》的记载还有出入。实际上，这种社会结构毁灭性的瓦解以后曾周期性地出现。在社会周期性崩溃中，即使出现否定性放大效应，其成果都是难以巩固的。
第二个原因是东汉末年时墨家又一次碰到了比自己更强大的竞争对手，这就是道家思想。关于道家对科学的贡献，中外科学史家有不同的看法。李约瑟认为，道家比儒家更有利于科学发展。他认为“道不逃物”是科学态度。道家和儒家等级观念相对立，认为一切事物都是研究的对象。无论是“蚂蚁”“稻草”“砖瓦”甚至是“尿”中都有“道”。他还认为，道家的“无为”是不违反自然的意思而有利于近代科学的。如果李约瑟的观点是对的，那么在一个道家占主导地位的社会结构中，科学技术应发展得比较快一些。图9表明，在道家玄学相当兴盛的魏晋南北朝，科学技术净增长几乎处于最低水平。其中理论水平变化不明显，而技术水平和实验水平比起大一统时期都低得多。这说明我们不能仅仅凭某一意识形态中的某些特定的部分和现代科学内容接近的程度来评价它对科学发展的作用，而应该去分析它的结构和示范的作用。道家具有强烈的反社会化倾向，他们歧视技术比儒生走得更远，以至于反对技术应用于社会。科学实验的发展取决于学者对工艺的兴趣，取决于工匠知识向学者转移，特别是工匠与学者结合的程度。儒生虽然不可能和工匠结合，但是官僚机构需要大一统技术，很多儒生不得不成为大一统型技术的官方部门的管理者，所以儒生和工匠的接触还是会导致科学实验缓慢发展的。而道家的反技术态度和反社会化倾向无疑比儒家更不利于科学实验的发展。我们不能仅仅凭道家注重炼丹长生从事某些化学实验就在总体上认为道家有利于科学。
为什么道家比墨家思想在否定性放大效应中具有更大的竞争能力呢？关键在于儒家和道家之间形成了一种奇特的互补关系。也就是说，这两种意识形态在价值观、处世态度与社会观上相反，而在自然观上却有相通之处。儒家主张有为，道家主张无为，儒家主张大一统，道家主张小国寡民，但他们都持有机自然观。这种互补体系形成一种陷阱：使否定性放大作用的结果只在它们之间发生转移和振荡，有效地遏制了科学的示范。否定性放大是基于情绪上的反其道而行之的力量。由于道家与儒家互补，这种情绪上对儒家的否定无疑最有利于道家的成长。这就使得在否定性放大中道家的竞争性远远大于墨家。这样，在东汉末年，加上外来的佛教冲击和知识分子对朝政的普遍失望，就出现了“儒墨见鄙，而道家遂盛”的历史潮流。否定性放大效应促使人们更多地用道家来批判儒家，而不是用墨家来批判儒家。对于科学发展来说，结局往往是一种错误代替另一种错误。东汉的王充自认为是站在道家立场上批判汉代经学的。确实，他的《论衡》是一部伟大的唯物论著作，但是他在对图谶迷信的批判中居然把“浑天说”也否定了。王充反而去主张一种盖天说中落后的平天说，认为“天平正与地无异”（《谈天》），他说：“人望不过十里，天地合矣”，所以“视天若覆盆状”“视日若上下然，似若出入地中矣”（《说日》）。这种在否定中把脏水和孩子一起泼出去的现象一直存在于历史上儒道斗争之中。儒家对道家的批判也是一样。历代儒生、儒医对道士炼丹长生和方术的排斥极为激烈，当然里面有正确的成分。但是包含在其中的很多可贵成果也在这种批判中丧失了。
由于儒道互补体系的形成，当中国历史上第三次社会结构转化时期来临时，即南北朝后期和隋唐之初，否定性放大效应直接把儒家思想推向正统地位，而墨家在道家玄学的衰落之中连影子也没有出现。这样，随着中国封建社会发展到唐宋达到其鼎盛状态，虽然它也把为这种社会结构所限定的科学技术水平推向一个新高峰，但在这样一种社会背景中却不可能建立近代科学结构。
十二、伟大的尝试与社会化的壁垒
中国科学史上一个可能成为转折点的时期是明末清初，需要我们去认真研究。这是一个颇为特殊的时期，当时西方近代科学结构已在形成之中，并开始影响中国。如果说在这以前中国科学中原始科学结构没有成熟并不能发挥示范作用的话，那末到了明末，则已有原始科学结构的种子传到中国了。分析这段历史，可以为我们提供一个具有说服力的证明：近代科学结构必须有与其相适应的社会结构。否则，即使近代科学结构在外部形成并对其构成冲击，但是由于它没有扎根的土壤，其示范作用就不可能发挥，社会化会因不可抗拒的壁垒存在而中断。
在图9中，我们看到中国古代的理论峰只有两个，一个在战国，一个在明末。关于战国的理论峰，人们自然会把它与百家争鸣的时代联系起来，然而，在崇尚理学、一统专制的明代，科学精神是贫乏的，在这里却出现了少有的理论峰，不是令人费解吗？具体考察一下，明末的理论成果来自两个方面，一是明末对中国古代科学技术的大总结，如《本草纲目》、《天工开物》、《农政全书》等。另一方面是由于耶稣会传教土把西方科学传播到中国。前者标志着我国古代封建社会结构包容科学技术所达到的饱和极限，后者表明了西方原始科学结构的种子和正在形成之中的近代科学结构对中国构成了一次冲击。
以利玛窦为先导的耶稣会传教士自16世纪八十年代起陆续来华，他们一方面用儒家经典解说天主教的教义，想使人们感到天主教可以“补儒易佛”，另一方面则介绍西方科学技术成就，吸引士大夫阶层中的企望改革之士的注意。历来自以为华夏乃世界中心的人们，当看到利玛窦刊刻的《万国舆图》时，顽固者摇头疑其为杜撰，开明者则已敏感地觉察到古老中华的闭塞与落后，他们也就切望要迅速了解和掌握西方的科学。令人惊异的是，徐光启这位先觉者一下子就抓到了西学的基础和关键—《几何原本》。他受到利玛窦的启示，认识到《几何原本》是“度数之宗，……此书未译，则他书俱不可得。”徐光启大呼此书举世无一人不当学，坚信“百年之后必人人习之”。他还阐明《几何原本》的基本理论和方法是整个科学技术的基础（“不用为用，众用所基”），以“度数旁通十事”指出了数学与天文、气象、测量、水利、音乐、军事工程、建筑、机械、医学等领域的重要关系。与徐光启齐名的李之藻则与人合译了介绍亚里士多德逻辑理论的《名理探》（即逻辑学），李之藻强调“欲通诸学先须知名理探”，逻辑“为百学之宗门”，这样，他们就把几何学与逻辑学摆到了科学之奠基石的地位。这一切证明，当时中国已经有一小部分知识分子是意识到了原始科学结构对科学发展的示范作用的。他们也力图发挥它的示范作用。
徐、李等人不仅仅是振臂而呼，而且是实干的翻译家、科学家和组织家。他们聚集了一支队伍，与传教士们合作著、译了一批介绍西方科学技术的著作，如《几何原本》、《同文算指》、《泰西水法》、《勾股义》、《圜容较义》、《西洋奇器图说》等等，掀起了我国历史上第一次学习和翻译西方科学技术著作的高潮。尽管介绍的内容并非都是西方的当代科学，但它已足以构成对中国传统科学技术的冲击。
徐光启也许是第一个意识到必须把近代科学精神与我国民族文化结合起来才能振兴中国科学事业的先驱者，他认为：“欲求超胜，必先会通”。一方面他以巨大的努力整理祖国的科学遗产，另一方面他又要用《几何原本》所包含的数学知识、基本科学原理和思想方法构筑中国未来的科学技术大厦。在主持修改历法的工作中，他提出的“基本五目”为“法原”（天文学基础理论和球面天文学原理）、“法数”（天文数据）、“法算”（天文计算所必需的三角学和几何知识）、“法器”（天文仪器）、“会通”（把中国传统历法与西洋历法融会贯通，根据中国实测编新历法）；在《农政全书》中，他收入了《泰西水法》；在军事方面，他一再强调用新法练兵（重视先进火器）；在手工业方面重视技术改革和先进技术的推广，提倡“聚众力”（即合股）建厂房。我们可以设想如果按徐光启所设想的那样，原始科学结构能不断在中国放大其示范作用，那么中国也许会和西方差不多同时建立近代科学结构的。然而，科学是社会中的科学，科学技术结构的种子只有撒在适宜萌发的土地上才会萌发。徐光启通过传教士之手取得了种子，但他的脚却踩在那种子难以萌发成长的土地上。
徐光启在译《几何原本》时就构想了以几何学为基础的大规模的科学发展“规划”。后来由李之藻上书建议皇帝“敕下礼部，亟开馆局”，“系有益世用者，渐次广译”。正象西方当年《几何原本》示范作用的第一个目标那样，徐、李等人也首先着眼于天文历法。明朝的大统历是承袭元朝的授时历，对日月蚀的预报早已不准了。明朝开国一百多年后就陆续有人建议改历，但礼部答说“古法未可轻变，请仍旧法”，甚至还常提出“祖制不可变”（朱元璋批准的明朝历法）来吓唬人，明朝法律规定民间不许学习和研究历法，而钦天监的天文官们已无人能掌握郭守敬等制订授时历时所依据的原理和方法，甚至南北两京观象台的天文仪器都摆错了位置。利玛窦凭借西洋书本上的知识即可预测日月蚀，钦天监的官员们却一筹莫展。当徐光启、李之藻等人打算用西法改历而发动宣传攻势时，又引起了守旧势力的反感。这些人采取顽固的排外立场，以为带来西方科学知识的传教士们会象白莲教那样活动而酿成农民起义，徐光启的计划受到了沉重打击。后来当批准徐光启主持修历工作时，这位七十岁的老人抱病组织队伍、拟定计划、参与实测，推荐李天经主持修历工作（未因徐去世而使工作中断），但在后来应该颁布新历时又受到反对派的百般刁难。到崇祯皇帝下决心颁布时，明王朝也就在这一年的春天灭亡了。与“皇运”紧密相关的修历工作尚且如此，又怎能指望充满了“蛮夷”气味的近代科学结构会顺利移植到中国呢？徐光启的努力是把近代科学结构引入中国的一次伟大的尝试。这一次尝试的失败的原因很典型地反映了近代科学结构在中国社会化所遇到的巨大障碍。其中互补陷阱无疑是一个重要方面，当时王阳明的主观唯心主义学说风靡一时，弟子遍及全国。很多儒生仅仅从儒学的另一互补结构禅宗中寻找出路。一个颇为典型的例子是当时惊动大江南北的具有市民文化倾向的进步思想家李贽，他早先是利玛窦的朋友，但后因对天主教态度问题而到处指责利玛窦，他对徐光启的科学思想根本不理解，晚年反而沉醉在禅宗佛学之中。这和西方人文主义思想家对科学的态度是大不相同的。当时西方科学是传教士传来的，文化背景的冲突无疑使很多儒生在否定基督教时也拒绝了其中渗入的科学种子。这就使得无论徐光启等先驱者怎样宣传近代科学，但其社会影响是很小的。西方科学只在一个很狭窄的上层官僚圈子中引起兴趣。而且，在官方科学中它也仅仅局限于天文历算、军械制造部门。我们知道，明中叶后，中国出现了一批优秀的民间科学家，如李时珍、宋应星、徐霞客等等。非常奇怪的是，这些人几乎不知道西洋科学的存在。
另一个原因是社会结构瓦解带来的大破坏。明末否定性放大效应虽不很显著，但是徐光启等一小部分意识到近代科学意义的进步知识分子的出现也可以说是明王朝危机导致否定性放大效应的结果。清王朝建立后，由于与又趋于稳定的中国文化背景相冲突，这种放大受到遏制。随着清朝太平盛世的来临，几乎再也没有出现过能理解近代科学结构意义的知识分子。一方面大多数顽固派拒绝接受西方科学。清初的很多学者接过“会通”的旗帜，开后来“考据”、“复古”之先河。可悲的是，即使是有些思想进步的知识分子，也只看到西方科学技术的内容，却排斥了近代科学结构。他们中很多人花毕生的精力去证明西方很多数学成果是中国古已有之，他们是想把西方科学知识纳入中国的示范体系。我们知道，科学知识如果不在近代科学结构中循环加速地进步，旧有的科学技术成果是会僵化过时的。实际上中国近代科学史的教训也正在于此。西方的解析几何、微积分、力学和级数论介绍到中国并不晚，中国制造蒸汽机、望远镜也不迟。但是学者们完全把近代科学结构给抛弃了。结果起示范作用的仍是中国的注经传统。实际上，真正的中西融合是应考虑近代科学结构和中国文化背景的融合，去建立一种适应近代科学结构迅速成长的中国式的新文化背景。就近代科学结构来说，它集中了全人类的精华，既不是西方的，也不是中国的。
综上所述，中国科学史上有四个可能促使科学发展的转折时期，但又都因缺少转化的条件而夭折，如果我们把这些具体原因一个一个孤立起来，它们没有一个能成为造成近代科学结构不能在中国建立的终极原因。但我们把这些原因综合起来就会发现科学发展和社会结构整体性的内在联系。只要中国封建社会结构不改变，促使近代科学建立的完备条件的同时出现就是不可思议的。
十三、结论
科学史研究可以分为内部论和外部论两大派，内部论强调科学发展的认识论逻辑，研究科学知识体系本身发展的必然道路。而外部论则强调科学发展的社会条件。本文中提出的假说则从整体上分析了科学技术发展中的内在认识论规律以及它们与社会结构的相互作用，把内部论与外部论综合起来。我们从近代科学技术发展的循环加速规律出发，提出近代科学结构，并且提出它只有从原始科学结构通过示范作用社会化而建立，这主要是内部论者强调的方面。而文化背景和社会结构的转化是通过一系列机制如否定性放大等等影响到原始科学结构社会化的，这是外部论者讨论的范围。我们的研究指出，没有这两者的综合整体研究，要真正理解中国17世纪科学技术落后于西方的原因是不可能的。
近代科学结构成长的历史表明，近代科学技术不是属于哪一个民族，哪一种文明的。它是全人类文化精华的产儿。但是，适合科学结构成长的条件却是随着文化不同而不同的。
近代科学结构之所以出现于西欧封建社会向资本主义社会转化之交，这只是当时全人类所创造的科学精华在那里会聚的结果。近代科学并不是资本主义所独有的，而且随着近代科学进一步发展，它在资本主义文明中也会趋于自己的极限。如果伟大的中华民族终于在痛苦的历史反省中认识了历史，在科学的研究中认识了科学，那末她就将可能接过现代科学的火炬走向繁荣发达的新起点。
注释
1、胡菊人：《李约瑟与中国科学》，文化生活出版社（香港）1978年，第41页。
2、胡菊人：《李约瑟与中国科学》，文化生活出版社（香港）1978年，第40页。原图题为“中西科学交流期与融合期的分类示意图”，图1是据此简化后绘制的。
3、每项成果的计分标准根据该成果在学科领域中的地位和对社会影响的大小来确定，划分为四个等级：在科学史上仅有记载者打1分；对本学科有较大影响者打10分；对科学技术的广泛领域有影响者打100分；对整个科技革命具有划时代贡献或对社会发展具有巨大影响者打1000分。处于中间状态的成果，酌情计为5、50、500。这种数量化方法是初步的，有待于进一步改进。我们认为，用科学对社会影响的数量级作为统计权重进行数量分析，对研究科学发展的规律及其和社会的关系是有益的，当然，计分标准难免带有主观性，但它不会妨碍宏观分析与统计规律的展示。
计分举例：
1000 《自然哲学数学原理》（理论），瓦特蒸气机（技术），发明活字印刷术（技术）；
500 哈维发现血液循环（理论，试验），拉瓦锡确立新燃烧理论（理论）；
100 林耐《自然体系》（理论），伏打电堆（试验）；
50 康德星云说（理论），张衡的侯风地动仪（试验）；
10 盖·吕萨克气体膨胀定律（理论），洪堡的高层大气气温递减定律（理论）；
1 制取铅白（试验），恩培多克勒关于发现耳蜗的记载（试验）。
4、曲线由科学技术成果计分累加取对数而得。公元5－6世纪，随着古希腊罗马文明的衰落，古希腊科学成果几乎被遗忘，图3 中5世纪作了累加中断处理，古希腊科学成果是大翻译后重新累加到西方增长曲线中去的。
5、刘安《淮南万毕术》，《南菁书院丛书》第三集第四种。
6、维纳：《人有人的用处》（陈步译），商务印书馆，1978年，第17页。
7、有些技术成果的计分是均分于两类之中进行统计的，如立法技术的计分分摊在农业与“大一统”技术中，火药分摊在“大一统”与手工业中。
8、《宋史》卷179《食货志下》，中华书局版第13册，第4349页。
9、王祯：农书，卷22，农业出版社，1963，第521页。
10、阮元：《畴人传》卷46，商务版，第三册，第610页。
11、张立文：《朱熹思想研究》，中国社会科学出版社，1981年版，第265页。
12、梅荣照：明代以后中国传统数学落后的原因，《中国科技史料》，科学普及出版社，1981年第4期，第15页。
13、W.C.丹皮尔：《科学史及其与哲学和宗教的关系》，商务印书馆（1975），第82页。
14、李约瑟：《中国科学技术史》，中译本第三卷，科学出版社，第203－212页。
15、Morris kline：《数学史－数学思想的发展》，九章出版社，1979年版，上册，第184页。
16、乔治·伽莫夫：《物理学发展史》，商务印书馆，1981年7月版，第7－16页。
17、陈久金：《张衡的天文学思想》，科学史文集，上海科学技术出版社，第6辑（1980）。
18、纽仲勋：《我国古代天文大地测量发展及取得成就原因初探》，1980年全国科学技术史会议论文。
19、Morris kline：《数学史－数学思想的发展》，九章出版社，1979年版，上册，第193页。
20、小林恩·怀特：《是什么加速了欧洲中世纪的技术发展》，译文载《科学与哲学》，自然辩证法通讯杂志社，1982年第1辑，第55页。
21、周一良、吴于廑主编：《世界通史》中古部分，人民出版社（1972），第210页。
22、G.F.穆尔：《基督教简史》，第183页。
23、W.C.丹皮尔：《科学史及其与哲学和宗教的关系》，商务印书馆（1975），第143页。
24、Morris kline：《数学史－数学思想的发展》，九章出版社，1979年版，上册，第233页。
25、薮内清编《宋元时代の科学技术史》，京都大学人文科学研究所（1967），第25－26页。
26、斯蒂芬·F·梅森：《自然科学史》，上海人民出版社（1980），第89－90页。
27、W.C.丹皮尔：《科学史及其与哲学和宗教的关系》，商务印书馆（1979），第145－150页。
28、斯蒂芬·F·梅森：《自然科学史》，上海人民出版社（1980），第162页。
29、本文的作者之一也对这个问题从认识论角度进行了分析，可参见金观涛、华国凡：“认识论中的信息和反馈”，《自然辩证法》，1982年第3期。
30、贝尔纳：《历史上的科学》，科学出版社（1981），第114页。
31、V.朗奇：《视觉科学发展中的复杂性、进展和设想：正在发生什么？》，《科学与哲学》，自然辩证法通讯杂志社，1982年第1期，第62页。
本文载于《科学传统与文化－中国近代科学落后的原因》陕西科学技术出版社，1983年版；《问题与方法集》上海人民出版社，1986年版。
