放下歷史的包袱，實事求是，輕裝上陣，

面向未來，自信地學(xué)習(xí)科學(xué)、發(fā)展科學(xué)，

這才是真正的自信！

我們應(yīng)該有這樣的自信。

袁嵐峰· 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心副研究員

大家好，我叫袁嵐峰，來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。我今天演講的題目是：什么是真正的自信。

中國的科技地位，越來越成為現(xiàn)在大家關(guān)注的一個熱點話題。例如2018年4月的中興芯片事件，令很多人痛心疾首，而2018年11月中國的核聚變裝置EAST達到一億度，又令很多人歡欣鼓舞。

▲芯片

▲中國核聚變裝置EAST

如果你看過我的文章或者視頻，那么你很可能知道，我經(jīng)常分析中國科技在世界上的地位。如何分析呢？基本的指導(dǎo)思想就是：實事求是。

我經(jīng)常反對兩種典型的錯誤文風(fēng)：一種是胡亂吹捧中國的實力，動不動就誰誰震驚，誰誰慌了，可以稱之為 “震驚體”；另一種是反過來，把中國說得巨弱無比，認為所有講中國的成就的宣傳都是假的，可以稱之為“神話體”。

成都武侯祠有一幅著名的對聯(lián)：“能攻心則反側(cè)自消，從古知兵非好戰(zhàn)。不審勢即寬嚴皆誤，后來治蜀要深思。”如果你問，對于中國的科技實力，應(yīng)該是贊揚好還是批評好，說得高好還是說得低好？那么回答是，這些都不是關(guān)鍵。關(guān)鍵是，不審勢即寬嚴皆誤，不實事求是就怎么都不好，實事求是才是好。一個觀點不會因為它是贊揚就自動正確，也不會因為它是批評就自動正確，只會因為實事求是而正確。

▲武侯祠

基于這樣的指導(dǎo)思想，我分析了若干個客觀定量指標，例如自然指數(shù)、研究前沿、高引用研究者等等，對中國當前的科技實力做出了如下的基本定位：顯著落后于美國，而跟英國、法國、德國、日本屬于同一個級別。

如果你認為英法德日是科技強國的話，那么中國也是科技強國。你當然同意英法德日是科技強國，對不對？所以，中國現(xiàn)在作為一個科技強國也是當之無愧的。而在所有的科技強國中，中國的進步是最迅速的。

關(guān)于這些問題，我在2015年寫了一篇文章，做了詳細的分析。此文標題叫做《中國科技實力正以多快的加速度逼近美國》，歡迎大家去閱讀。

你覺得這個基本結(jié)論提高了中國人民的自信嗎？是的。這是建立在真實的成就基礎(chǔ)上的自信，所以非常堅實可靠。

中國古代科技的真相

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那么，下面我們就要問一個更深入的問題了，而這個問題可能會讓一些朋友覺得不那么自信。這個問題就是：既然我們進步這么快，為什么現(xiàn)在處于追趕的地位呢？也就是說，我們在歷史上是怎樣落后的？

這實際上是一個非常折磨人的問題，因為你會發(fā)現(xiàn)對這個問題的回答五花八門。我們的教材和宣傳經(jīng)常說中國古代的科技在世界上領(lǐng)先了幾千年，然后不知怎么的就落后了。至于落后的時間點呢，有的說是元朝，有的說是明朝，有的說是清朝，甚至還有說是鴉片戰(zhàn)爭的。

誒，難道你真的相信，直到1840年英國人打上門來的時候我們才開始落后嗎？這也太離譜了吧！這明顯只是一個落后的表現(xiàn)，而不是落后的開始。是你已經(jīng)落后了很久，才會被敵人從海上遠征幾萬公里過來，還能打得你落花流水。

如果順著這條思路往下想，你就會感到很恐慌：當初我們領(lǐng)先了幾千年，結(jié)果還是被別人超過了。那我們現(xiàn)在如果經(jīng)過努力，再次達到領(lǐng)先了，會不會又被人家超過，然后再次打得落花流水呢？

為了研究這個問題，我閱讀了不少中外科技史的著作，得到了一個出乎很多人意料的基本結(jié)論。

這里的關(guān)鍵在于，分清科學(xué)和技術(shù)。當我們說中國古代的科技很先進的時候，我們指的是技術(shù)！中國的技術(shù)，確實曾經(jīng)是領(lǐng)先的，后來落后了，明朝引進歐洲的紅衣大炮就是一個明顯的標志。而在科學(xué)方面，我們是從什么時候開始落后的呢？回答是：這個問題不存在，因為我們本來就沒有領(lǐng)先過！

也許這個回答使你震驚，也許你會覺得這很不自信。下面我就來詳細講講這個問題。最奇妙的是，講完以后你會發(fā)現(xiàn)，這才是真正的自信。

讓我們從一個故事講起。如果你對傳統(tǒng)文化有了解，你肯定聽說過唐朝有兩位鼎鼎大名的預(yù)言家：袁天綱（正史的寫法，民間往往寫成“袁天罡”）和李淳風(fēng)。《唐書》里有他們的傳記，記載了他們預(yù)測武則天統(tǒng)治天下的故事。據(jù)說，著名的預(yù)言書《推背圖》就是他們寫的。

但是我們今天要談的不是《推背圖》，而是一本數(shù)學(xué)書籍。李淳風(fēng)是當時著名的數(shù)學(xué)家，唐太宗李世民命令他和一些助手們給《九章算術(shù)》做注釋。

《九章算術(shù)》是什么？《九章算術(shù)》是中國第一部數(shù)學(xué)專著，成書于漢朝，是中國古代最重要的數(shù)學(xué)教科書，被列為《算經(jīng)十書》之首。

在李淳風(fēng)之前，三國時代的數(shù)學(xué)家劉徽給《九章算術(shù)》寫過注釋。現(xiàn)在公認劉徽的《九章算術(shù)注》達到了很高的水平，劉徽堪稱中國古代最偉大的數(shù)學(xué)家。

那么問題來了：李淳風(fēng)等人的《九章算術(shù)注》，寫得怎么樣呢？

答案是：李淳風(fēng)等人大部分地方直接就用劉徽的注釋，只是在有些地方提出不同意見。然而，令人大跌眼鏡的是，所有的李淳風(fēng)等人認為劉徽犯錯的地方，其實全都是劉徽正確，李淳風(fēng)等人錯誤！

由此可見，從三國到唐朝，中國的數(shù)學(xué)水平實際上是下降了。我們居然是越活越回去了！

為什么會這樣？看看《九章算術(shù)》是怎么寫的，你就明白了。

《九章算術(shù)》是一本數(shù)學(xué)問題集，分為九章，收集了246個問題。每道題都有“問”，即題目，有“答”，即答案，還有“術(shù)”，即解題方法。

例如，《九章算術(shù)》的第九章《勾股》的前三個問題是：

“1、勾股：今有勾三尺，股四尺，問為弦?guī)缀危?/blockquote>

答曰：五尺。

2、勾股：今有弦五尺，勾三尺，問為股幾何？

答曰：四尺。

3、勾股：今有股四尺，弦五尺，問為勾幾何？

答曰：三尺。”

這三道題，說的其實都是同一個直角三角形，勾即短直角邊等于三尺，股即長直角邊等于四尺，弦即斜邊等于五尺。勾三股四弦五，大家最熟悉的例子。

在這三個問題之后，《九章算術(shù)》給出了解題方法，即勾股術(shù)：

“勾股術(shù)曰：勾股各自乘，并，而開方除之，即弦。

又股自乘，以減弦自乘，其馀開方除之，即勾。

又勾自乘，以減弦自乘，其馀開方除之，即股。”

大家一看就知道，這三句話說的都是勾股定理，a2 + b2 = c2，c2 - b2 = a2，c2 - a2 = b2。很好。然后呢？然后是第四道題……

喂喂喂，勾股定理的證明呢？證明在哪兒？

回答是：沒有證明！

《九章算術(shù)》里的解題方法，都是沒有證明的！

作為一個現(xiàn)代人，你肯定吐出一口老血：這不是坑人嘛！沒有證明，讀者怎么知道解法對不對啊！

對呀，問題就在這兒。我們現(xiàn)在知道，數(shù)學(xué)成果是需要證明的，好像這是個常識。但這對古人來說，并不是常識。

實際上，我們現(xiàn)在把劉徽稱為中國古代最偉大的數(shù)學(xué)家，就是因為他在對《九章算術(shù)》的注釋中，給出了一套證明體系。例如他對勾股定理的證明，用的是“出入相補法”，大意如下圖所示，通過把一些圖形搬來搬去，論證一個大正方形的面積等于兩個小正方形的面積之和。

▲劉徽對勾股定理的證明

從現(xiàn)在的觀點看來，這些證明的嚴格程度也許還有可以商榷之處。但無論如何，有證明總比沒證明好得多。不過，由于這些證明或者不夠嚴格，或者陳述過于簡略，所以后人經(jīng)常看不明白。李淳風(fēng)等人，就是這樣的悲劇。

從教育學(xué)的觀點看，像《九章算術(shù)》這樣“知其然不知其所以然”的教材，會導(dǎo)致一個嚴重的后果，就是只有少數(shù)悟性高的學(xué)生能夠理解，大多數(shù)學(xué)生只是有口無心地背誦，如果有錯誤也不會改正。像這樣搞教學(xué)，不要說發(fā)展新的知識了，連記住已有的知識都困難。

事實上，中國的許多數(shù)學(xué)著作確實是失傳了。例如南北朝時期的數(shù)學(xué)家祖沖之，大家都知道他把圓周率算到了小數(shù)點后第七位，3.1415926，在上千年的時間里領(lǐng)先世界。這確實是一個非常了不起的成就。但是，祖沖之是怎么計算圓周率的呢？回答是：現(xiàn)在沒人知道。

為什么沒人知道呢？因為祖沖之寫了一本數(shù)學(xué)書《綴術(shù)》，也曾經(jīng)被作為官方教材。但是這本書難度太大，雖然在中國古代所有的數(shù)學(xué)教材中學(xué)制是最長的，但學(xué)懂的人還是太少，結(jié)果就失傳了。結(jié)論是：學(xué)渣誤事啊！（大霧）

更廣而言之，由于知其然而不知其所以然，中國古代的很多科技成就都是進一步退兩步，沒能形成積累。所以啊，你看武俠小說的時候，會感到隨著時代的發(fā)展，中國的武功越來越退步了。早年用的是降龍十八掌、六脈神劍這種神功，后來卻連點穴都成了高深武功，甚至連扔石灰都出來了！

點金術(shù)的手指

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在吐完血之后，你也許會問：其他國家的古代科技怎么樣？

回答是：其實古代大多數(shù)國家都有同樣的毛病，大家大哥別說二哥。

但是有一個例外，就是古希臘。古希臘出了一批了不起的數(shù)學(xué)家，他們的成果集中反映在歐幾里得的《幾何原本》里。《幾何原本》總共有13篇，一開頭就寫出了23個定義，定義了點、線、面、圓、平行線等概念，然后寫出了5條公理和5條公設(shè)。然后基于這些定義和公理，歐幾里得就開始推導(dǎo)定理，一共推出了467個定理。勾股定理是《幾何原本》第一篇的第47個定理，證明用到的圖如下。此書的主體就是這些定理，以及對它們的證明。

▲《幾何原本》對勾股定理的證明

由于時間關(guān)系，在這里我不能詳細解釋《幾何原本》對勾股定理的證明過程，大家可以課下去查閱。基本思路是，以直角三角形的三條邊為邊長做三個正方形，從直角的頂點A向斜邊BC做垂線，這條垂線把大的正方形分成兩個長方形，然后論證左邊和右邊的長方形的面積分別等于左邊和右邊兩個正方形的面積，因此大正方形的面積等于兩個小正方形的面積之和，即 a2 + b2 = c2 。最重要的是，這是一個完全嚴格的證明過程。只要你承認歐幾里得那5條公理、5條公設(shè)的正確性，你就會承認這條定理的正確性，沒有任何含糊之處，所以任何人都能學(xué)懂。

你也許會感到很眼熟：這不就是初中數(shù)學(xué)課本的組織方式嗎？

對呀！其實正是《幾何原本》開創(chuàng)了這種框架：明確地寫出公理，然后推出一個個的定理。我們現(xiàn)在感覺，數(shù)學(xué)書天經(jīng)地義的就應(yīng)該這么寫。其實這只是因為我們從小就受這樣的教育，習(xí)慣了，而這對古人來說，遠遠不是天經(jīng)地義的。

《幾何原本》提出這套公理證明體系，是對人類的認識論、科學(xué)方法論一個石破天驚的貢獻，比它證明的那些具體的定理更加重要。劉徽也做了很多證明，但他沒有寫出公理，所以還是有所不足。

我們需要特別強調(diào)一下，科學(xué)方法論的重要性。科學(xué)好比點金術(shù)，牛頓三定律、元素周期表等具體的科學(xué)知識好比金子，而科學(xué)方法論就好比點金術(shù)的手指。中國古代撿到過不少金子，但從來沒有發(fā)現(xiàn)過點金術(shù)的手指。

1953年，有一個叫斯威策（J. S. Switzer）的人寫信給愛因斯坦，問他怎么看待中國古代的科學(xué)。愛因斯坦的回信如下：

▲愛因斯坦論科學(xué)的必要條件

Development of Western Science is based on two great achievements: the invention of the formal logical system (in euclidean geometry) by the Greek philosophers, and the discovery of the possibility to find out causal relationships by systematic experiment (Renaissance). In my opinion, one has not to be astonished that the Chinese sages have not made these steps. The astonishing thing is that these discoveries were made at all.

【翻譯：西方科學(xué)的發(fā)展以兩個偉大的成就為基礎(chǔ)：希臘哲學(xué)家發(fā)明形式邏輯體系（在歐幾里得幾何學(xué)中），以及發(fā)現(xiàn)通過系統(tǒng)的實驗有可能找出因果關(guān)系（文藝復(fù)興）。在我看來，人們不必對中國的賢哲沒有走出這兩步感到驚奇。人類居然做出了這些發(fā)現(xiàn)，才是令人驚奇的。】”

我來解讀一下愛因斯坦的話。最重要的科學(xué)方法論有兩個。

一、演繹法和邏輯體系，由古希臘數(shù)學(xué)家發(fā)現(xiàn)，代表作就是歐幾里得的《幾何原本》，它使得嚴密科學(xué)成為可能。

二、實驗和試錯的方法，由文藝復(fù)興時的歐洲科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，典型人物如伽利略，典型著作如《關(guān)于兩門新科學(xué)的對話》，它使得實驗科學(xué)成為可能。

▲李約瑟

英國生物化學(xué)家李約瑟寫了很多卷的巨著《中國科學(xué)技術(shù)史》。他發(fā)現(xiàn)，中國的許多科技成就曾經(jīng)長期領(lǐng)先，例如水鐘、火藥。這些當然很好，但這就引出了一個問題：為什么科學(xué)革命沒有發(fā)生在中國，而是發(fā)生在了歐洲呢？這叫做“李約瑟問題”，長期令許多人感到困擾。

其實對照一下愛因斯坦的話，我們就可以明白，中國沒有發(fā)生科學(xué)革命，直接原因就是中國沒有發(fā)現(xiàn)科學(xué)的方法論。在缺少點金術(shù)手指的情況下，你即使撿到再多的金子，又能走多遠？

因此，中國古代的科學(xué)發(fā)展，處于自發(fā)的狀態(tài)，而不是自覺的狀態(tài)。大家壓根沒想到，世界上有一個東西叫做“科學(xué)”！

▲左：張衡

右：沈括

說起中國古代的科學(xué)家，大家都會提名張衡、沈括等人。但在他們的時代，別人只把他們看作政治家、文學(xué)家、軍事家等等，根本沒有想到還有科學(xué)家這么一個職業(yè)。張衡和沈括做夢都想不到，他們在后世出名首先是因為張衡的地動儀、渾天說和沈括的《夢溪筆談》，而不是因為張衡的《二京賦》和沈括對西夏的軍事勝利。

科學(xué)的出現(xiàn)是全人類的幸運

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說了這么多中國古代科技的缺點，有些人可能會感到喪氣。我要說的是：請不要沮喪。

不沮喪的原因之一，就是我們在開頭說的，中國現(xiàn)在已經(jīng)是一個科技強國了，而且進步最為迅速。在這方面，我們有充分的自信。

還有一個原因，是大多數(shù)人沒有想到的。請看愛因斯坦那段話的最后兩句：

“在我看來，人們不必對中國的賢哲沒有走出這兩步感到驚奇。人類居然做出了這些發(fā)現(xiàn)，才是令人驚奇的。”

他為什么會這么說？

原因是，不止是中國沒有發(fā)現(xiàn)科學(xué)的方法論，其他的古代文明也全都沒有，如印度、波斯、兩河流域、埃及、美洲等等。只有從古希臘到文藝復(fù)興的歐洲這一系文明，經(jīng)過曲折艱辛的歷程，發(fā)展出了科學(xué)的方法論。

科學(xué)的誕生歷程，在這里沒有時間詳細講。最重要的是，我們要看清這個大圖景：

科學(xué)并不是必然會在地球上出現(xiàn)的！

如果我們發(fā)現(xiàn)一個外星文明，那么有很大的可能，它處于類似古代中國或者古代印度的狀態(tài)，有精致的文明，有漂亮的文學(xué)藝術(shù)、典章制度、手工藝品，就像《紅樓夢》那樣的，看起來什么都挺好——就是沒有科學(xué)。

實際上，對于任何一個文明或者星球，不發(fā)展出科學(xué)才是默認值。科學(xué)在地球上的出現(xiàn)，在很大程度上是一個偶然事件，是全人類最大的幸運。與其把科學(xué)當作必然會出現(xiàn)的果實，去爭奪它的優(yōu)先權(quán)，不如感謝古往今來的天才科學(xué)家，實現(xiàn)了這個巨大的飛躍，把人類提升到了以前無法想象的境界。

因此，中國從西方引進現(xiàn)代科學(xué)，這并不丟人。現(xiàn)在世界上所有的科技強國，都是從引進開始的。真正重要的是面向未來，好好去學(xué)習(xí)科學(xué)，發(fā)展科學(xué)。種一棵樹，最好的時間是十年前，其次是現(xiàn)在。如果我們知道了科學(xué)以后，仍然不去學(xué)習(xí)科學(xué)，發(fā)展科學(xué)，那才是丟人，但我們是這么沒出息的嗎？

中國開始自覺地、大規(guī)模地發(fā)展科學(xué)，其實并沒有太長的歷史，而我們已經(jīng)取得了相當可觀的成就。因此，我們有充分的理由自信。這個自信是建立在實事求是的基礎(chǔ)上的，是面向未來的，而不是依靠想象中的祖宗的輝煌給自己撐場面。

事實上，如果你想通了這一點，你就會發(fā)現(xiàn)這是一件大好事。我們以前落后挨打，是因為我們本來就不領(lǐng)先，而不是因為某種神秘的歷史循環(huán)論。那么，現(xiàn)在如果我們努力向前，達到領(lǐng)先，我們就完全可以保持領(lǐng)先，而不會稀里糊涂地又落后挨打。

我們的輝煌，更多不在于過去，而在于未來！

放下歷史的包袱，實事求是，輕裝上陣，面向未來，自信地學(xué)習(xí)科學(xué)，發(fā)展科學(xué)，這才是真正的自信！

我們應(yīng)該有這樣的自信：當中國這個源遠流長的偉大文明擁抱科學(xué)的時候，人類的命運都將改變！我們以前錯過了地球上的大航海，現(xiàn)在絕不會錯過宇宙的大航海！星辰大海，才是我們的征途！

來源：格致論道講壇

原標題：中國古代科技真的世界領(lǐng)先嗎？答案出乎意料 | 袁嵐峰

編輯：涼漸

轉(zhuǎn)載內(nèi)容僅代表作者觀點

不代表中科院物理所立場

如需轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原公眾號

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