纯科学与全科型知识结构

汪涛

本文是纯科学理论第一次的专门阐述，重点讨论了判断是否科学的“测量标准”问题。不久以后，这篇文章将被全球科学界公认为是人类第三次科学革命真正开始的标志性文献。

从屠呦呦获诺奖说起

写这篇文章本来是起因于国庆节前，因看过贾雷德·戴蒙德《枪炮、病菌与钢铁》一书，借读书心得阐述我的纯科学理论。但屠呦呦获诺奖之后中国人的反应，极为充分地体现了科学素养严重的普遍缺乏。人们普遍关注的是如下对科学并无助益的表面问题：

为什么是屠呦呦一个人获奖？

青蒿素与中医的关系？

为什么屠呦呦没当成院士？

毛泽东是否应该得诺贝尔医学奖？

......

因此，本文借此机会用来普及真正的科学观念正当其时。静下心来，认真提升一下科学素养，这才是中国人当前最需要做的事情。望读者能意识到，因本文涉及的科学专业领域和知识面较宽，尤其需要一定的测量学知识，看完并理解全文对很多读者来说可能会有些困难。但希望读者能坚持看完，因为不久以后，您正在看到的这篇文章将被全球科学界公认为是人类第三次科学革命真正开始的标志性文献。

在屠呦呦突破性地获得科学类诺奖时，中国人应当清醒地意识到：中国好声音赛场上的获胜者是值得祝贺的，但人们更应关注并尊重坐在评奖席上拥有判断能力的导师，尽管这个比喻从地位高低上说可能不一定完全恰当。中国人之所以对来自国外的评价如此过度倚重，只是因为自身太缺乏对科学的深刻判断力。中国科技真正立于世界领先地位的标志并不仅仅是获得了多少个诺奖，而是能大批出现像特斯拉那样可以拒绝诺贝尔物理学奖的真正牛人。因为这样的人拥有对科学真正的判断力，并且能够看清诺奖只是诺贝尔创立的一个科学游戏，尽管是非常令人尊敬的游戏。

不要去讨论屠呦呦获诺奖是否公平的问题，因为诺贝尔奖本身的游戏规则根本就不是完全以公平为原则而设立的。这样说丝毫不影响屠呦呦个人获奖从科学上“三个第一”的完全合理性和科学公正性。现在的诺奖规则已经是极大改变了诺贝尔的初衷才稍显公平一点。按照诺贝尔本人的意思，不仅获奖者只能是个人，而且只能有一个人。不仅根本就没有奥运会“银牌、铜牌”的概念，连奥斯卡奖“提名”的概念也没有，要么只能是1，要么只能是0。人们只是谈论诺贝尔是一位伟大的发明家，但更应清楚他立下诺奖遗嘱的时候主要是一位伟大的商人。他设这个奖的规则体现出的原则显然只是关注效率。尽管他家财极丰，但以他一人之力不可能去照顾全球科学发展的公平性问题。至于“设立这个奖的目的是什么？”“体现的是什么样的效率？”等问题不是本文主题，作者将在后续文章中详细讨论。

有幸得到我中学同学，北京大学罗新教授隆重推荐贾雷德·戴蒙德《枪炮、病菌与钢铁》（下文简称“本书”），自2015年9月18日18：43开始读，中间除开工作生活时间，至2015年9月22日0：40不漏一个章节地看完全书，不仅深受启发，而且发现可以作为我纯科学理论阐述的良好切入口，他在该书末尾留下的问题，尤其是关于历史学科的科学化问题，我发现自己采用纯科学理论已经可以充分地解决，因此做该读书心得。整个心得分为两部分，第一部分是以此书以及历史学科为引子初步阐述我自己的纯科学理论，第二部分是对该书所有章节有针对性的详细读书心得。

贾雷德·戴蒙德在本书的第14页提到汤因比的十二卷本《历史研究》以及他的研究方法——在世界范围内对人类社会进行比较，我把这称为“历史理论”研究方法。之所以叫这个名称，原因如下：

从任何科学领域的一般构成来看，所有科学的学科都包含两大部分内容：一是对研究对象观察和测量，即获取研究对象测量数据，归纳相应的因果联系；二是以科学的逻辑和数学工具建立研究对象的科学理论以及逻辑推论。

一切数学和逻辑学都是完全相通的，一切测量学也都是完全相通的。因此，我们可以获得一种高度统一的方法，来理解整个科学的大量不同分支学科。

对任何的学科，如X学，都可分成两个部分：

X学测量体系，它遵从测量学原则和方法

X学理论体系，它遵从数学和逻辑学原则和方法

例如：

物理学：

物理学测量体系

物理学理论体系

化学：

化学测量体系

化学理论体系

经济学：

经济学测量体系

经济学理论体系

发展经济学：

发展经济学测量体系

发展经济学理论体系

天文学：

天文学测量体系

天文学理论体系

演化生物学：

演化生物学测量体系

演化生物学理论体系

医学：

医学测量体系

医学理论体系

生理学：

生理学测量体系

生理学理论体系

历史学：

历史学测量体系

历史学理论体系

......

过去科学界存在一个很大的对“受控实验”地位的误解。伽利略在物理学领域引入了受控实验方法，并获得巨大成功，他因此被公认为近代科学之父，受控实验方法也因此在科学界拥有极高的地位，并且整个科学界都将自己的学科建立在实验方法基础上作为是否有资格被称为科学的标准。但这种科学的“实验标准”不仅太过严苛，会把大量有效的科学活动排除在外，而且即使在物理学领域内部也是有相当大偏差的。很显然，牛顿力学以及相对论等的发展过程中，天文测量起到了巨大的作用。第谷所作的大量天文测量是开普勒三定律，以及后来牛顿力学建立的重要基础。无论侠义相对论还是广义相对论，其验证都大量采用了天文测量方法。但所有这些天文测量严格说并不是完全意义上的受控实验。雷蒙德在本书最后谈到历史学的科学化问题时，讨论了历史学科采用实验方法的困难，并且将天文学与历史等学科都归为这类领域。这些分析是非常正确的，只是远远不够深入和全面。要把这个问题彻底讲清楚，必须把测量、实验和科学的关系彻底讲透。本文限于篇幅暂不能完全展开，只能部分论及。

首先我要提出一个全新的论点，这个论点无疑是我在全球科学界的首创：

是否将自己的学科完全建立在数学和测量方法上，是判断其能否被称为科学的标准。

数学对科学的地位早就是一致公认的，有待讨论的只是测量的地位。因此我把这个论点称为科学的“测量标准”。这个标准无论是对理解过去和现在的科学，还是未来科学如何更好地发展都是最为关键的问题。它比实验标准更宽，可容纳一切研究领域，同时又可将一切非科学有效排除在外。这个全新的判断科学的测量标准，是我所建立的纯科学理论核心内容之一。

受控实验的确是科学活动中最为严格的测量活动。它具有很多优点：

有助于提高测量精确度。

极大提升测量效率。

降低测量成本。

有助发现和精确解释因果关系。

......

但是，受控实验远远不是科学测量活动的全部，甚至不是测量数据科学性最高的测量活动，这一点可能是出乎很多人，包括很多职业科学家意外的。例如，水坝、地震、地质的模型仿真是受控实验，它拥有受控实验的所有优点，但其测量结果的科学地位却不如对以上研究对象的直接测量结果。受控实验甚至还不一定是精确度最高的测量活动，这一点同样是出乎很多人意外的。一般情况下，精确度最高的测量数据的确是受控实验提供的，但很多自然测量的数据精确度却长期高于受控实验，甚至一些对自然过程的测量曾作为整个科学界的最高计量基准。

例如，长度米和时间单位秒都曾以对地球参数的测量为基础。1791年，最早的长度单位“米”在法国被定义为通过巴黎天文台的地球子午线长度的四千万分之一，以此为基础用金属铂制成的截面为4mm×25.3mm的第一根米原器属于受控实验的测量标准，但它却是从属于前面非受控实验的测量标准。后来发现两者之间有0.2毫米的偏差，才决定改用这个保存在巴黎档案内的米原器（因此它也被称为“档案米”）为米的标准，此时该受控实验的标准变为计量标准。后以此米原器为基准制作了膨胀系数更小的铂铱合金米尺，并选取其中第6号作为新的国际米原器标准。这一标准在1889年被国际计量委员会批准。

1927年，第一次采用非实物的镉红线辐射定义长度米，1米＝1553164.13Cd红线波长。

1960年，在第十一届国际计量大会上，把米的定义又改为：米的长度等于氪(86Kr)原子的2P10到5d5能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍。

1983年10月，第十七届国际计量大会通过了使用至今米的新定义：米是光在真空中1／299792458秒的时间间隔内所经路程的长度。除第一个米的定义外，后面对米的定义都是受控实验方式获得。使用至今的以光速和时间为基础的长度米定义，其精确度在根本上是取决于时间计量基准和对光速测量的精确度。

最早时间秒的定义为平太阳秒，它等于一个平太阳日的1/86400，这个也是以测量为基础的计量基准。太阳连续两次经过中午的时间间隔，称为“真太阳日”，一年中真太阳日的平均就称为“平太阳日”。即使到今天，实际作为时间计量基准，属于受控实验的铯133原子时钟精度，在长期稳定度上依然赶不上自然界脉冲星的自转频率稳定度。因此计量学界也一直在进行用脉冲星作为辅助时钟以校准原子钟计量基准的工作，而这个却是以测量为基础的计量标淮，而不是受控实验。2013年，美国国家标准和技术研究所(NIST)实验室里，科学家采用稀土元素镱在接近绝对温度零度条件下，以光晶格方法制作的时钟精度已经达到10的负18次方，运行138亿年误差不超过1秒，精度也远超过以往最稳定的原子钟。不过目前这个最新成果还存在很多有待解决的技术问题，并未完全实用化。

由于时间计量基准是所有物理量中精确度最高的。这也就是说，目前人类科学所实际使用的计量基准，尽管采用了大量受控实验，但最高精确度依然是以对自然界脉冲星自转频率测量为基础获得的，尽管并不排除未来有可能转向以受控实验，如以镱时钟等为基础的时间计量标准。由以上科学发展实际过程可见，简单以为只有达到受控实验的地步才算科学的观念是完全错误的。

一个完整的测量系统可分为自变量（原因）要素，环境要素和因变量（结果）要素三个部分。所谓受控实验，事实上是人工控制自变量要素和环境要素。按照可控性的不同，可将一般测量系统分为以下四种类型：

1. 环境受控，自变量受控

例：一般物理和化学严格的实验室里所进行的实验。

2. 环境受控，自变量不受控

例：在特殊实验室中寻找和接收天外高能射线的测量；天文台的观测等。其实这类测量中环境也不是完全受控的。例如会影响测量过程的天气因素就不是一个可控因素。这里的“受控”只是观测站本身实验环境的受控。

3. 环境不受控，自变量受控

一般新产品测试都属于这一类。例如，新式飞机的试飞测试等。相比之下，风洞的测量就属于完全受控的实验。还有很多自然环境下的测量也属于这类。如新型水稻种子的大田实验。在这些测量过程中，自变量是完全人工控制的，但天气等环境因素就很难人工控制。

4. 环境不受控，自变量不受控

例：寻找化石，对龙卷风、闪电、地震等自然现象研究的测量等。

前三种测量，都可以称为受控实验，但只有第1种测量是最完全和最严格意义上的受控实验。第2、3两种测量过程的受控性越来越低。可控制的因素不同，它们体现出来的实验方法优点的情况就会有所不同。

例如，自变量不受控的实验，如在实验室捕捉外太空的高能射线，就可能不再具有测量效率的优势。能否捕捉得到和捕捉到什么，虽然可以有相应理论的指导以提升捕捉到的几率，但一定程度上还是得看运气。

如果环境不受控，实验精度也会受影响。如在大田实验新型农作物种子，实验当年的天气状况不同，对实验结果就会产生不同影响，从而会影响到测量数据的精确度。

上面第4种只能称为测量，不能称为受控实验。但它却是最广泛的科学研究活动。为什么非受控实验的测量可以作为科学基础的严格证明这里不作展开。但科学研究，并且是最为科学界所普遍接受的活动里大量和广泛地采用非受控实验的测量，已经在事实上充分和无可质疑地证明了这一点。

受控实验的确在一般情况下提供了科学测量最高的水准，并且是必不可少的科学测量活动，但它并不是科学的普遍标准。

科学实验活动只是科学测量活动的子集。

根据以上分析，以科学的“测量标准”取代“实验标准”具有最为普遍的意义。一旦如此，就可以很容易地将一切不同学科按照完全统一的模版来看待。船舶领域的拖模实验，航空领域的风洞实验，水利工程的模型仿真，高能物理的粒子加速器，天文观测，历史考古，地理测绘，人口统计，医学测量，化学质谱分析，微波功率计量……所有这些看似天壤之别的差异，其实都不过是相同模版里填充的不同材料而已。它们应用到的原理、方法甚至科学术语都应当是一样的：真值，数学期望，平均值，随机分布（也叫高斯分布），均方差，随机误差，系统误差，置信度，回归分析，相关分析，归纳法……

过去曾认为归纳法是一种逻辑方法，事实上归纳是建立测量的对象与理论的数学之间联系的一种方法，因此它本质上与回归分析、相关分析等更为接近，更适合作为一种测量方法而存在。如果完全将归纳法看作一种逻辑方法，会带来很多困难，这正是休谟问题等归纳法难题以及“判决性实验”难题的根源所在。

今天人们普遍认为：科学发展已经越来越深入，分科越来越细，甚至于认为“科学”的“科”字就是分科的意思，如果没有深入的分科就不是科学。因此要想做出有价值的成就，只能深入到某一个极为专业的分支学科中去成为“专家”。各个专业之间似乎是相关性很小的，每个分支学科成了一个个相当程度上互相隔绝的领域。这样一来，像文艺复兴时代通晓当时整个人类文明成就的博物学家、大师级人物已经不可能出现了。这种看法不无道理，但如果因此而绝对化将会带来很多问题。科学的分科研究要想有效进行并不是绝对的，而是有一个前提条件：这就是相应学科内理论和测量这两个体系的相关研究对象必须具有一一对应和完全同一的关系。这在抽象的因果联系因素都属于同一的领域时，效果是很好的，如物理、化学等领域。但随着科学研究领域越来越进入多因多果的复杂领域，测量体系的对象范围很可能远远小于理论体系的研究范围。也就是这个领域的主要理论问题的解决，很可能都必须要有其他学科领域的知识支撑才能获得，甚至绝大多数的知识需要来自于其他学科领域。这样一来，分科方法就会出现很大的问题，甚至会使大量必要的理论研究不可能进行下去。不仅整个社会科学领域都不同程度地存在这种问题，即使很多自然科学领域也是如此。

历史学科正是这样的典型。历史测量体系是获得各个时空的历史数据，这包括考古、发掘、考证等工作。历史理论体系是对获得的这些考古发掘和考证的历史数据进行因果联系的分析，总结出规律性的结论。“比较历史学”也是这种研究中的一类。不同的历史学家会偏好或其专业方向偏向不同的工作内容，或者两者兼而有之。绝大多数历史学家更多偏向于前一个工作，这类研究者只需要具备比较狭窄的专业型知识结构即可。以后面的历史理论工作为主要方向的历史学家则不多，因为这个工作的难度非常高。事实上，影响人类社会历史的因素涉及到整个人类文明的成就，包括所有科学知识、各种生产技术、环境变化、艺术、政治、社会组织、宗教、军事、经济等等全都会对人类发展历史产生不同角度和不同程度的影响。要想有效从事历史理论的研究者，其知识结构必须达到通晓相应历史阶段整个人类文明成就的“全科型”的程度。因此我们可看到，采用这种研究方法有所成就的历史学家，都是不同程度地具备这种能力的大师。

马克思与恩格斯的历史唯物论。

美国学者斯塔夫里阿诺斯的《全球通史》。

英国历史学家汤因比的《历史研究》。

马克斯·韦伯的《新教伦理与资本主义》。

中国学者金观涛和刘青峰夫妇的历史系统论。

以及贾雷德·戴蒙德的《枪炮、病菌与钢铁》都是属于这类“历史理论”的研究方法。

把金观涛夫妇并列在这里有可能会有人持不同意见，但我并非强调学术地位，也不涉及对其观点本身的任何评价，更不涉及其政治理念倾向，只是说明研究方法的类型特征。尤其要强调我的确不赞同金观涛夫妇的政治理念，也发现他们的历史系统论方法有很大缺陷，但客观地说他们的历史研究在纯学术方法上对我个人早期有很大启发作用。尤其是他们对受控实验的研究文献3，4，是对我启蒙的重要来源之一，它促使我在上大学期间意识到自己所学的测量专业将对解决什么是科学的最基本问题具有关键性价值。一般人们却只是关注到他们的社会历史超稳定系统理论。引入系统论和控制论方法是金观涛和刘青峰研究历史的巨大突破，但这也是导致他们的研究最后陷入泥潭的思维桎梏。历史发展过程远比他们想象的超稳定系统模型要深刻得多，所需要的研究方法和知识结构也要宽广得多。

我的另一个启蒙的重要来源是我大学同班同学兰夏，他是我们班的班长，热爱哲学和人文学科。我们常在一起讨论问题，他曾向我提出过一个哲学问题让我震惊不已。我们在哲学课上学过的马克思辩证唯物主义程式化的核心内容是：“物质第一性，意识第二性，物质决定意识，意识对物质有反作用”。现在可能很少人关注和理解这个基本论点是什么意思。以下是我至今依然非常清楚地记得的对话内容：

兰夏：“按照辩证唯物主义的这个观点，世界上除了物质以外是否就没有其任何东西了？”

汪涛：“当然是”

兰夏：“那意识是不是物质？”

汪涛：“当然应该是”。

兰夏：“那‘物质决定意识’不就成了‘物质决定物质’了？”

汪涛：……

更让我震惊的是，这次对话后不久我发现自己所学的测量专业正是建立物质和意识之间关系的桥梁。只有理解了测量，才能在哲学上真正理解唯物主义科学化后的精确含义是什么意思，如果人们真的认为以上问题是哲学基本问题，并且真的想理解清楚它的话。因为物质对意识的决定过程在科学上就是测量和人的感觉过程。无论洛克的“白板论”，还是莱布尼茨“有纹理的白板”；无论贝克莱的“存在就是被感知”，还是马赫“感觉要素的复合”，全都先放到一边去，只要把科学的测量和实验本身的全过程以及它们对科学的实际作用观测分析、归纳总结清楚了，一切哲学最根本的问题就全解决了。因此，纯科学是哲学或自然哲学最后剩下的需要被科学化的内容。当纯科学理论和相应的学科建立之后，就再无哲学了。

比较历史学的研究方法对研究者的知识结构要求会低一些，是居于全科型、准全科型直到专业型之间的形态。因为所进行比较的对象可以是世界所有不同地理区域和所有人类发展历史时间段的历史，也可以只是其中不同部分。但也正因为这样，不同历史对象之间进行比较所需要的研究内容差异就会非常巨大，从而难以形成一个成熟规范的研究体系。

由于历史理论体系极高的研究难度，贾雷德·戴蒙德甚至在本书的最后部分认为历史学科算不上是一门“科学”，一般归入“社会科学”领域，甚至在社会学领域也属于科学化程度最低的之一。他在书的序言部分认为在汤因比之后，以该思路研究的工作就停止了。书中说：“在汤因比的尝试后，全世界对历史因果关系的综合研究已经受到大多数历史学家的冷遇，被认为提出了一个显然难以解决的问题”。在第16-18页，列出了作者在本书中集合的不同知识门类：遗传学、分子生物学、生物地理学、行为生态学、流行病学、人类遗传学、语言学、考古学、演化生物学、地质学，以及对技术（本书主要是采集、农业等生产技术）、文字和政治组织的历史研究。作者事实上还具备了深厚的进化论功底。“这样的作者必须具有包括以上各学科的广博专业知识，这样才能把相关的各种先进知识加以综合”。“这些条件初看起来似乎是要求多个作者协同工作。然而，这种办法从一开始就注定要失败，因为这个问题的实质是要建立一种统一的综合体系。这种考虑就规定了只能有一个作者，尽管这样做会引起种种困难”。

戴蒙德认为因为他拥有的特殊知识结构优势，从而具备了进行这种历史理论研究的能力。

作者透露了他的知识结构优势来源和形成过程：母亲是教师兼语言学家，父亲是儿童遗传疾病专科医师，他本人在鸟类、生物、语言、历史和写作上有长期积累，他是生理学博士，自己选择的职业研究方向为分子生理学，演化生物学，生物地理学。

应当说，贾雷德·戴蒙德所做的工作是相当出色和大部分成功的。但总结截止目前为止所有历史理论研究的努力，可以说成功的尝试主要体现在工业革命之前的历史上。对工业革命之后的历史理论研究，至今全球史学界似乎都还没有找到全面成功和有效的途径。其原因在于：

在工业革命之前，文字记载非常缺乏，只能通过考古发掘墓穴、化石、遗址、极为难得和记述未必准确的古籍等来获得相应时空的历史数据。这个工作可以说是个无底洞，永远也做不完。有些历史事实甚至永远消失，其信息根本无法复原了。正因为如此，在这个时空获取历史数据的历史学家永远有饭吃，这个活儿是永远也干不完的，并且不需要看起来是难如登天的全科型知识结构。另一方面，因为工业革命之前的人类文明成就所涉及的农业甚至原始手工业生产技术并不太复杂，绝大多数仅凭中学里的科学知识以及人的直觉就可以理解。因此，进行相应的历史理论研究尽管极为困难，却依然有较高可行性，现代爆炸性增长的科学知识还不会构成巨大障碍。

但在工业革命之后，随着新闻、学术杂志、图书出版、照相、电影、电视，尤其最新的互联网、智能手机、物联网等信息工具的发达，相应历史阶段几乎每一秒钟，甚至每一毫秒发生的重要历史事件和所有科学知识内容及信息，都很容易获得精确的记载，不需要历史学家们仅仅为了得到一个看起来是无关紧要的细节历史数据而花费巨大的心力。如重要历史人物秦始皇到底是哪一天死的？今天对这种事情可以精确记录到秒和最后是在哪一张床上，身边都有谁，甚至可以有清晰的影像资料。虽然并不是所有这个历史阶段的细节信息都能被保留，也不是所有信息都是真实的，不过以此为基础进行历史理论研究的细节信息却是极为充足的。因此，原则上说，研究今天的历史，远远比研究过去的历史更能有效地对所获得的一般规律进行数据证明和验证。

路易斯·利基（Louis Leakey，1903-1972）是著名的古人类学家，他发现了众多古人类化石。而他的学生珍妮·古道尔博士则有完全不同的研究思路，她认为今天还活着的大猩猩相比难以获得的化石是研究人类进化更好的观察对象，她花了一身的时间生活在非洲的大猩猩附近观察它们，因此获得了极高的国际声誉。对于历史研究者来说，今天的工业文明就是正在发生着的活的历史。

有点荒谬的是，因为工业文明时代历史记载信息过于丰富，并且涉及的科学知识量过于庞大，且增长极快，使得今天的历史学家们没有信心对这个阶段进行历史理论的研究了，因为全球历史学家们几乎没人有信心对今天的整个人类文明成就具备全科型的知识结构。不仅历史学科领域无人有这个信心，今天全世界所有领域的学者们几乎都没有这个信心了。在雷蒙德之前的中国学者金观涛夫妇对工业革命的很多发展规律进行过研究，马克思与恩格斯从生产关系角度，马克斯·韦伯从宗教角度都对工业文明的规律有所涉及，而1997年出版《枪炮、病菌与钢铁》的雷蒙德，在书中竟然只是为证明技术发明有积累性而引用了极小一点工业文明时代的技术发明案例，其他基本上只是局限于农业文明的影响，可说是完全未涉及对工业文明的研究。

我对这一问题非常感慨，四个晚上不漏一个章节地一口气读完该书后可以说是掩卷长叹。因为在将我自己研究结果发表的过程中，早知道以全科型知识结构为基础进行的研究，人们可能会在一开始比较难以接受，但未想到人们接受的难度会如此之大。其原因不仅仅是这种知识结构获得的难度之高，更因为有很多看起来是进行这种尝试的人所出的书，在专业人士看来基本与骗子无异。这类书中推出的大多是一些把当前普通人难以理解的前沿物理学概念，如量子、平行宇宙、多维空间等，与中国古代玄学类的概念相结合，搞出一些从任何现有科学学科，以至整个科学共同体都无法理解在说什么的概念来唬人，甚至堂而皇之地进入中国大量最顶尖学府，如最新的“轩辕反熵运行体系2.0”等。这使很多学者只要听到以类似“全科型”知识结构为基础搞出的理论，甚至只要是跨领域搞出的东西，都会本能地持谨慎态度，甚至唯恐躲之不及。

所以，我本想在发表一些应用成果后再谈的纯科学理论内容，现在感觉必须要先拿出来谈了。纯科学是继承了科学哲学、科学学和自然辩证法的研究结果，但却是以科学的内在结构为基础，并且完全用科学的方法来研究科学本身规律的学科。科学哲学是研究科学的，但却是以哲学的方法来研究。而我是完全以对科学研究内在全过程、全领域、科学本身的全部结构、科学发展全部历史等的直接观测为依据来研究科学，并仅仅以此为依据建立科学内在的因果联系。我对测量和实验地位所得出的结论，完全是以对科学测量和实验本身的测量为依据。

这里我首先不得不讨论一下我所作的工作，与那些已经被插上“民科”标签的非科学的区别。很简单，我所讨论的所有东西不仅完全属于科学共同体的内容，而且我是处在科学共同体最核心的知识体系上——尤其是测量学科。同时我所采用的是纯粹科学的方法，也清楚表明了它与科学哲学、科学学和自然辩证法等传统研究体系的区别。

具备这种全科型的知识结构不仅是必须的、可能的，甚至是可以建立完全以现有科学常识为基础的规范方法。因为在知识爆炸的同时，电子计算机信息处理、宽带互联网通信、数字图书馆、知识信息搜索、知识信息相干压缩等技术工具，在以相比知识信息爆炸速度同步甚至更强大的能力在发展。迫切需要这种知识结构的领域不仅仅是工业革命之后的历史理论科学研究，还有经济学、科学哲学、科学学、创新尤其天使轮创新投资、战争理论、国家发展战略等等。在这些领域，如果不具备这种知识结构，几乎是不可能获得真正科学研究结果的。由于缺少这种知识结构，或者某个学科内部的全体人员都对科学的实验测量缺乏足够的素养，从而就难以达到能与物理学等领域相同等的科学水准，对很多数据含义的理解，或学科建设上长期存在严重的漏洞浑然不知。

举个人类进化研究中的例子。一般学者只知道应当以获得的考古证据等来支持相应人类进化的理论，按照这种想法来做，人们以为这就是科学了。这个领域的学者们一般把人类进化的阶段分为旧石器和新石器等时代。这看起来似乎没什么问题，理论当然要以事实为依据嘛！事实越多，论证的力度似乎就越大。但真正严格的科学并不完全是这样的。科学测量的数据要准确反映事实对象，必须要严格考虑到整个测量系统的信号变化全过程。如果一个测量空间电磁场强的仪器读数是15dbm，是不是能够直接说空间场强就一定是15dbm呢？不能简单这么说，因为有可能输入口上还加了20db的衰减器，因此在还原空间电磁场强时需要把这衰减的20db加上去，空间场强就是20+15=35 dbm。这才是严格准确的科学数据。否则就会在理解时产生“系统误差”。

现在再回到人类进化的考古领域，我们今天的考古过程就是一台测量仪器，时间就是一个衰减器。不同的原始人类工具材料在时间上衰减率是大不一样的。石头的衰减率最低，而木质材料，火的灰烬等衰减率却是非常大的。那么，当我们发掘出了不同原始人类的工具材料后，是要把它们当作无区别的事实同等看待吗？当然不能。我们必须把时间衰减的因素补偿回去，才能真正准确地还原和理解到原始人类的工具使用状况是什么样的。但是，因为我们发现的石器材料远远多于其他材料，这个领域的学者们只是简单地以为科学就是要以事实为依据，因此就把发现石器较多的时代称为“石器时代”。这个名称一旦建立，就会使很多缺乏严格和系统科学素养的人误以为这个时期人类的工具就是石器。事实上，木器显然是人类更容易获得的工具材料来源，火是人类更为重要的工具，还有用动物的骨骼做成的工具等。因为这个领域的学者普遍缺乏严格的科学实验和测量的素养，即使获得了大量考古证据也往往不能对其进行真正科学的合理解释。

　　“新石器时代”同时伴随了大量陶器的出现，而后出现了铜器和铁器，还有少量金器、玉器等。而在这些阶段，木器、竹器也占据非常重要的地位。因这些历史距离现在较近，发掘出的新石器之外的工具，尤其木器等较多，因此“新石器”作为一个时代名其实已经在很多人潜意识中难以接受了。铜器和铁器作为历史时代的名称更难被普遍接受。还有人试图把最近信息技术的时代称为“硅器时代”，接受的人就属罕见了。另外，不同地区因环境的不同，其社会历史发展会呈现出不同的工具特征。例如，中国南方很少发现石器，很多考古学家认为这个地区的竹器起到很重要的作用，这的确与其他地区，甚至中国北方地区有很大差异。任何新工具材料的出现的确引起相应历史的重大变化，但把相应的时代以此工具材料命名是不合适的，显然同时期还有大量其他工具存在，并且起到很重要的作用。因此，在所谓“旧石器时代”，除石器之外的木器、火等工具会在相同历史时期起到重要作用是很自然的事情。

再如，农业文明时代的考古发掘较多来自于墓葬，而皇室和王公贵族的陪葬品占有了重要的地位，因为他们的陪葬品较多。但如果过多以这些陪葬品为测量数据去评估当时的社会，则有可能会产生偏差。越是那些极为让人震撼的陪葬品，越可能只是一些在现实生活中不起太大实际作用的装饰品，或仅仅是在祭祀中使用的物品，如金饰甚至仅仅用于陪葬的玉器等。用这些东西去理解当时的整个社会运行规律是可能会产生偏差的。例如，最近我参观了成都金沙遗址和金沙遗址博物馆。需要说明下这个遗址并非墓葬，而是一个祭祀的场所，因此遗留的祭祀用宝物特别多。博物馆收藏了多地发现的金沙文化遗物。金沙遗址是2001年2月8日被发现的，至今已经被研究了约15年。金沙遗址和博物馆中大量收藏了当时的象牙、动物骨骼、金器、玉器、陶器（早中晚三个时期的陶器）和青铜器等。尤其黄金制作的太阳神鸟、与三星堆有显著继承性的黄金面具、产自太湖地区良渚文化的十节玉琮（在3000年前的金沙文化时期就已经是具有1000年历史的古文物！意味着它有4000年历史，足见其珍贵程度有多高）等成为讲解员津津乐道的镇馆宝藏。金制太阳神鸟图案甚至被中国国家文物局用作中国文化遗产标志。但让我非常吃惊的是，当时人们日常生活中是用什么做饭的却是一个未解之迷。在其他文化遗址中，一般都可以找到显然属于炊具的陶器工具。尤其金沙博物馆中收藏有大量金沙文化的陶器，其中一些即使普通百姓一看就明白显然是酒具，但竟然找不到属于炊具的工具。这个非常重要的问题研究金沙文化的人似乎并未太关注，但它对当时整个金沙文化社会的影响其实远比金制太阳神鸟、十节玉琮这种极为尊贵的宝物要大得多。

考古学界直接从事实中得出的结论曾在历史上相当混乱。在印尼爪哇发现了直立人类化石，就认为证明了“亚洲起源说”；在欧洲发现了尼安德特人的化石，又提出“欧洲起源说”；直到在南非发现了350万年前的化石，才由南非的达特教授最终提出“非洲起源说”。类似这种状况远不止是在考古领域存在。

在一切专业领域，如果能够不同程度地具备这种知识结构和能力，显然也是有巨大好处的。它可以有效打通所有科学领域，使各个专业的科学领域更为规范和有效，更容易以通用的方法进行理解，并且可以使各个不同专业科学领域之间能更容易地相互理解，从而不仅使各学科自身学习研究更为容易，而且更容易进行跨学科的研究。反之则可能形成认知的障碍。

例如，早在19世纪末20世纪初出现了“生物计量学”(Biometric)。20世纪30年代挪威经济学家R.弗里希和荷兰经济学家J.丁伯根仿照生物计量学提出了“经济计量学”（Econometrics）。这两位还因对建立此学科的贡献而获得第一届诺贝尔经济学奖。瑞典Umea 大学S.沃尔德(S.Wold)在1971年首先提出化学计量学，1974年美国B.R.科瓦斯基和沃尔德共同倡议成立了化学计量学学会。其实，以上这些学科名称本身就完全搞错了。计量学是解决测量过程中的量值单位统一问题，并建立各测量对象单位的基准。因此，计量（Metrology）只是测量（Measurement）的一个分支或子集。从生物计量学、经济计量学和化学计量学等学科本身的目的来看，它们根本不限于计量这个工作，而应当是整个该学科的测量学。这些学科的错误名称长期存在本身就充分证明，该学科的全体学者们对测量学都相当不清楚。最初生物计量学的名称叫开了，搞经济学的R.弗里希和J.丁伯根也跟着叫经济计量学。这些领域的人对测量学更加不清楚，而测量学专业的人本就不太懂生物学，更不懂经济学，人家都因此获得诺贝尔奖金了，搞测量学的人就是发现了名称很不对劲又敢说什么？最后连最严谨学科之一的化学领域竟然也跟着叫起化学计量学（Chemometics,Stoichiomety）了。一个很低级的学科名称错误，竟然如此长期地无人可以纠正。仅仅是一个学科名称还不是真正的问题所在，关键是从这个案例可看出：完全缺乏全科型知识结构，对科学发展所形成的认知盲区可能会有多么严重，事实也正是如此。

从最严格意义上说，如果不懂测量，就如同不懂逻辑和数学一样，要想被称为近代科学意义上的“科学家”是存在缺陷的。“化学测量学”本可以很容易地涵盖分析化学、仪器分析和化学计量学等相关分支学科领域和名称，并且可以把最新的信息处理技术（如大数据处理等）很容易地引入化学领域。但这些学科各自独立地发展，相应学科的学者们大多数不能及时了解测量学的最新发展动态，从而也就不能最及时和完备地利用测量学的最新成果。另一方面，各个学科的测量方法进展也不能及时得到统一的总结并推广到其他学科。如果连化学这种已经被普遍认为达到最严格科学标准的领域都是如此，其他领域的科学化程度是什么状况就可想而知了。

关于纯科学，以及具备全科型知识结构的必要性、战略意义、实际可行性及具体方法问题，的确需要进行详细的讨论，但它远超出本文范围，我会在另外专门文章中给出。参见的文章包括的内容有：

“我是如何建立起全科型知识结构的？”

“知识爆炸条件下全科型知识结构的必要性和战略意义”

“知识爆炸条件下具备全科型知识结构的可行性”

“知识爆炸条件下建立全科型知识结构的具体方法”

“通用的测量学如何应用于所有不同的科学领域”

要完全阐释清楚科学的测量标准，以上文章内容中最后一个是非常重要的。不过这样直接展开谈在一开始可能难以有效解释清楚，雷蒙德的书的确为我提供了一个很好的从历史学科方面入手的切入口。

1. 纯科学的科学性和意义

这里只想向人们说明三点：

一是在以上文章中您不会遇到任何现有科学常识不能理解的概念和逻辑，也不会遇到任何超出现有科学常识的概念和逻辑，甚至都不会采纳难以用科学常识理解的原有哲学和科学哲学概念（如库恩的范式、波普尔的证伪和拉卡托斯的特设性假说等）来解释任何问题。尽管我坚信我不仅是全球第一个具备这种能力的人，而且在目前阶段可能也是唯一的。但我所介绍的纯科学理论和方法是按照所有现有科学常识完全可理解的。只要人们按照纯科学的方法进行努力，具备这种能力具有普遍可能性，也就是具备普遍可重复性。因此，未来将会因我所做的研究而出现大量具备全科型知识结构的人才。普遍具备这种能力是真正完成第三次科学革命的必备条件。如果中国学术界和产业界不能充分和及时地普遍认识到这个问题，并以此改进中国科学和工业文明，中国工业文明的波峰最多也就只是能达到日本的水平而已。

二是中国传统文化的确提供了非常不同的思维方式，但如果将这些文化中的某些未经科学化的概念直接应用，是会带来严重问题的。我不否认在我的研究中得到很多来自中国传统文化的有效启示，但我一直严格遵从的原则是：一切以此研究的结果必须完全看不出中国传统文化概念的任何痕迹，它们必须完全和绝对地用科学传统的概念来定义，并进行还原。例如，我在《生态社会人口论》中提出的循环因果律可以说是中国甚至整个东方文化思维方式的典型代表之一。但我在建立这个理论时，是完全以科学传统概念来定义的，并将它完全地还原为古希腊的经典因果律，读者从中完全看不到任何中国传统文化概念的影子（诸如阴阳、五行学说等）。但凡可以看到这种痕迹的，一般来说都不会是科学。

三是上面第一篇文章内容原本我是极其不想写的，至少不是现在写，显然它很容易让人认为有自吹自擂的嫌疑。但看完戴蒙德这本书中自我知识结构建立过程的介绍，以及考虑到目前我在发表自己研究结果的过程中遇到的极大困难，我觉得非常有必要把它先写出来了。因为即使有完善的科学方法，如果没有特殊的经历甚至天分，人们也很难理解一个人在今天条件下怎么可能建立这么宽广的知识结构。我必须要向读者说明我的确有这个特殊的机会和天分，才能最起码使人们有可能来认真看待我写出的东西，并且使人们以现有科学常识来理解为什么这是可能的。我本希望通过应用这种纯科学理论和全科型知识结构和能力先实际解决一些不同学科的问题，再以此为证据来阐明我的纯科学理论。但如果人们一开始就完全不接受这种跨学科的研究行为，这种证明在一开始就不被人们所认真看待，是否接受具体的理论和观点还在其次。

2. 获得理解科学的两大基础工具——数学与测量

我在初中一年级的时侯，就已经把当时属于高中数学和大学的高等数学课程全部自学完了，因此不得不跳过两级（跳过了襄阳师范附属小学3年级和襄阳四中高中2年级），15岁时就上大学。中学时我甚至曾将纯数学作为未来的个人理想，但在1980年，我进入南京邮电大学的专业是电子测量（当时叫电信仪表），并且我在学校里即意识到这个专业并非是一个普通的专业，而是构成近代科学最核心基础的实验和测量专业知识。一般这个专业的人的确只是把它当作一个不同的职业和饭碗而已。毕业后我在当时的郑州邮电部设计院仪表室从事了6年中国大型电信工程的测量和高精度仪器的计量工作。我不仅亲自做过大量测量和计量，而且对此专业所达到的程度是：如果任何精密的测量仪器出了任何故障，我都有能力把它们修好，并且在这6年时间里这就是我主要生活来源的职业工作之一。这些经历使我充分具备了理解整个当今科学的两大基础工具：数学和测量。只要充分掌握了这两大工具，人们就可以横扫一切有资格被称为是科学的专业领域。所有学科专业的差异就不再是“隔行如隔山”，而只是完全相同的科学模版里装进不同花色品种的材料而已。但凡不是严格以这两大工具为基础建立的学科，必定在科学性上存在不同程度的问题。任何实证科学领域的学者们，对这一原则都不会持异议，对这一点我有非常充足的信心。所有梦想穿透一切科学领域的人，如果在数学和测量这两个领域没有深厚的积累，的确不要有任何奢望。当人们清楚认识到这一点之后，即可以将整个已经变得枝繁叶茂的科学大树极大地简化为仅仅两个大的支干而已。

纯科学是将所有科学看作一个完全统一的知识整体，科学的分科只是一种便于知识管理和集中力量深入研究某一个细节的方法。如果把分科看得过重，将违背科学最基本的原则，这是判定在第三次科学革命意义上是否能继续被称为属于“科学”的核心标准。也就是说，如果一个学者认为一个学科与另一个学科是没关系的，这本身就证明他根本没有资格在第三次科学革命的意义上继续被称为是“科学家”。道理很简单，科学最大的好处之一就是其认识的效率优势。任何科学的规律都会通过数学和测量变成在整个科学范围内统一的知识成果，并可最大限度地在整个科学领域推广利用。如果把分科看得过重，甚至将各个学科变成互相隔绝的堡垒，就无法实现这种最高效率的科学认识。高能物理、水利工程、船舶设计等领域的微分方程从数学角度看绝对一样；人体血压测量、大气的气压测量、海洋工程的水压测量从测量学角度看没什么本质不同；天文观测、社会调查、经济统计、交易过程测量、古地质铀铅测年、心电图测量等遵循的测量原理也完全一致。

3. 对纯科学理论和方法的证明

过去人们把所有科学从大的方面分为自然科学与社会科学。其实这个划分在某种程度上就是暗示了“社会科学”算不上严格的科学。有些学者如波普尔等的确就公开认为社会学等不是科学。既然如此，至少别让社会领域的研究来扰乱自然领域研究的科学性，用一个“社会科学”概念说句不好听的话就是让它们离远点。名称后面也带上个“科学”的帽子很大程度上不过就是给它们一个面子而已。

但是，最重要的事情并不是简单地判断社会领域的研究算不算科学，而是要给出如何让它们真正科学的方法。道理其实也很简单，人类社会难道不“自然”吗？做出所谓自然科学与社会科学的区别是很没有意义的。之所以会这样，无非是因为社会领域一般都难以采用受控实验方法，并且一般研究对象的因果关系都是多因多果的复杂联系。但科学测量方法在一切社会领域都是可以有效应用的。因此，纯科学的测量标准和全科型知识结构方法，将有望使得我们对所有人类社会领域的研究，达到与以往被称为“自然科学”完全相同的科学化程度。这也将是纯科学理论和方法最伟大的应用和成就之一。

事实上，早在20多年前我就已经系统建立了纯科学的基础理论。但是，如果20年前仅仅是把它们作为一种纯粹的理论发表出来，一方面更难以令人接受，另一方面，只有能够以实际证明理论的预测和演绎推理，才算真正的科学。因此，这20多年我所做的工作就是要以纯科学的理论和方法，在多个学科领域展开应用，以解决这些学科长期难以解决的问题。由此证明，纯科学的理论和方法是实际有效的，全科型知识结构的建立也是具有实际可行性的，并且所谓分科是非常相对、甚至可能是有害的事情。在这个过程中所涉及到的领域包括但不限于下一代互联网（我称其为通播网）、人口学、历史学科、经济学、战争和军事。《生态社会人口论》不过是展示纯科学应用的第一个深入人类社会领域的努力而已。如果不给予清楚说明，人们会难以理解我为什么会介入跨度如此之大的不同领域，坦率地说我是有意如此，因为这些领域相互之间表面上的跨度越大，越是能够证明我的纯科学理论的有效性。

在以往，人们认为哲学、自然辩证法、科学哲学等学科是研究整个科学的，它们的理论可以对整个科学进行指导。但事实上，在今天这些知识真对科学指导了什么是难以说清楚的。例如，库恩的科学革命连科学在什么意义上是进步都难以说清，怎么能指导科学进步呢？范式的概念的确被很多人所接受，但它本身就是一个含混不清的东西。与其说是被人所接受，不如说是本身就含混不清的那些学科以此为自己找安慰而已。真正严格学科中的学者一般是不太接受这个概念的。波普尔的证伪理论也对学术界产生了很大影响，但其本身的影响作用可证伪吗？恐怕很难说。库恩、波普尔、拉卡托斯、费耶阿本德等众多科学哲学的论点也根本无法统一到一个“范式”之中。因此，并不是哪个科学哲学观点有问题，如果对科学的研究还只是限于哲学层次，而不是完全地科学化，是很难得出有意义结论的。

我所建立的纯科学理论是要使它完全从哲学中脱离出来，本身就真正变成科学，如同当年牛顿在《自然哲学的数学原理》中所做的工作是把物理学从哲学中脱离出来一样。它对整个科学的影响，是要达到像逻辑和数学那样，直接把它的模版套进任何一个学科里都可以直接应用的程度。它只用数学和测量方法去研究数学和测量方法在各个学科里的应用，使用的也只限于数学和测量学等的科学概念，而绝对排除任何哲学级别的论述。

4. 知识信息压缩方法

即使认识到以上理论和原理依然是不够的。如果不具备特定的具体方法将爆炸性增长的知识信息压缩到人的接受能力之内，还是不具有现实可行性。更加幸运，甚至让我自己也感到意外的是，我在北京邮电大学研究生期间专业研究方向是图像处理。之所以说我自己也感到“意外”，是因为当初选这个专业方向的原因仅仅是因为一个南邮同班同学张仲颖的推荐，他比我更早进入北邮的这个相同的专业和同一个导师蔡学勋。因为对图像压缩技术的学习和后来长期的工作经历使我掌握了知识信息相干压缩技术，这一点是直到我从北邮毕业后很长时间才充分意识到的。信息压缩技术最广泛和最充分应用的领域之一就是视频压缩技术。在中兴通讯期间从事的会议电视产品营销和近期在北京数码视讯从事的数字电视产品设计和营销等专业经历，使我有机会深入理解从H.261、H.262、H.263、H.264直到目前正在普及的H.265等各个阶段的实际视频压缩标准，它们几乎包括了除语义压缩之外所有静态和动态信息的压缩原理和技术。以这些为启示，在把整个科学建立在数学和测量两大工具的模版基础上，我建立了将大量冗余的知识信息剔除掉的整套理论、方法和技术，从而使得一个人以有限的时间和精力可以通晓当代人类所有科学成就具有了实际可行性。尽管今天科学界表面看起来是知识爆炸，其实真正没有冗余的全新知识远远不是那么多。

所要强调的一点是：全科型知识结构并非意味着一定要学完所有科学知识的细节。细节越多，信息量就越大。因此要想有效减少信息量，使得它们能够进入人类有限的接受能力，就必须在保证研究目的能够有效实现的前提下，丢弃掉不太重要的细节信息。这是一种 “有损压缩”过程，以保证足够的信息压缩率。

5. 现代信息网络技术提供的条件

我在通信和信息行业学习工作了30多年，对现代信息技术了如指掌。即使在全球范围的这个领域去寻找，能够工作这么长时间，并且在计算机互联网、通信和数字电视网络三个领域都具有如此长期工作经历的人也是屈指可数。我知道如何最充分地利用这些工具来帮助建立全科型的知识结构。近几年从事投资工作可以使我有充分机会迅速深入地了解各个创新行业的专业和行业知识，可以根据需要扎到任何技术深度。

以上信息显然不足以说明所有问题，但却足以有理由促请读者先相信这回您第一次遇到了真的，待看过以上所有文章的详细介绍后再批判也不迟。人们依然可以对具备这种能力持保留态度，但我要说它的可行性只是尽早形成自觉意识并建立相应目标、30年多年坚持不懈的积累，最关键是找到正确方法的问题，当然也不否认还有足够的运气，外加一点点天分。

本文的首发不是出现在传统纸质媒体的科学杂志，而是出现在互联网上，这一事实是作为最严谨科学研究信息传递基础的介质从纸张开始全面转向网络的标志性事件。这本身也是第三次科学革命需要完成的使命之一。如果没有古埃及的纸草和古希腊的羊皮纸，而还是结绳记事技术层次的话，不可想象会有第一次科学革命；如果没有中国的造纸术和印刷术，还是采用昂贵的羊皮纸或竹简，不可想象会有第二次科学革命；如果还是采用纸张而不是网络，同样不可想象会有第三次科学革命。

尽管本文还不足以全面阐述纯科学的所有理论细节，但它已经建立了主要的核心，这个核心正是第三次科学革命最重要的核心。这是为什么作者在一开始认为不久之后，本文将被全球科学界公认为是人类第三次科学革命真正开始的标志性文献原因所在。

第三次科学革命的命运就是在您我手中。如果您认识到第三次科学革命的意义，就请将此文转发给尽可能多的学者。每多让一个学者认识到这一点，您就是在为这场革命多出一份力。

1. [美]贾雷德.戴蒙德著，谢延光译，《枪炮、病菌与钢铁》，上海世纪出版集团，2006年4月版，2015年5月第19次印刷。

2. 汪涛，《生态社会人口论》，人民出版社，2015年6月。

3. 金观涛，樊洪业，刘青峰，“历史上的科学技术结构——试论十七世纪之后中国科学技术落后于西方的原因”，《自然辩证法通讯》，1982（5）。

4. 金观涛，樊洪业，刘青峰，“历史上的科学技术结构——二论十七世纪之后中国科学技术落后于西方的原因”，《自然辩证法通讯》，1983（1）。

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