1、理论？工具？谁是推进科学进步的抓手【科学随笔】8月1日出版的第15期求是杂志发表了习近平总书记的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
2、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
3、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（19001930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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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）（2023年）
