涂传诒，1940年7月出生于北京，空间物理学家，中国科学院院士、第三世界科学院院士，北京大学地球与空间科学学院教授。1964年从北京大学地球物理系毕业，1972年开始在北京大学地球物理系任教，1980年至1981年在美国天主教大学从事合作研究，1988年至1990年在德国马克斯普朗克学会高空研究所从事合作研究，2001年当选为中国科学院院士，2002年获得何梁何利基金科学与技术进步奖，2006年当选为第三世界科学院院士。主要研究日球层物理学。
科学精神启迪未来——中科院文献情报中心学风传承项目理学 涂传诒 院士访谈 科学研究 科学方法 科学思维 科学革命 科学学风
访谈人员机构：中国科学院文献情报中心知行文情工作室
访谈时间：2023年 11 月 05日14：30至 17：00
访谈地点：涂传诒院士家中
内容提要：
一、科学思维（逻辑思维）
二、科学方法
三、科学革命
四、科学研究
五、科学学风
内容简介：访谈包括五个部分， 1. 科学思维（逻辑思维）；2. 科学方法 ；3. 科学革命；4. 科学研究 ：5. 科学学风 。这5部分前后连贯，形成一个关于科学发展的科普报告。其中，包括：回答李约瑟之问；回答“量子思维”拥护者对牛顿提出的科学方法的质疑；说明光学采样实验与量子计算机计算的区别；说明牛顿经典力学革命与火炮战争没有关系等多项热点问题的讨论。访谈内容还包括：对我国纯基础科学研究的对策建议；用科研经费支付研究型大学中科研团队人员工资的建议。这些建议对于坚持教育强国、科技强国、人才强国建设都有参考价值。录像时长 2小时，文稿2万2千多字。如果先看录像，再看文稿会达到最佳效果。
接上文
三、科学革命
采访人1：涂院士，您刚才特别详细地为我们介绍了牛顿的科学方法的提出。我记得您刚才提到，除了科学方法的提出之外，科学活动的兴起还需要一定的社会条件，您提到了五个必要的社会条件，这些社会条件具体是什么呢？又是如何促进科学的发展和研究的进行的呢？尤其随着历史时期的变化，随着社会文化背景的变化，您觉得这些社会条件是否还有普遍适用的地方呢？
涂传诒：现在我们来讨论这个问题——科学活动兴起的五个必要条件，必要社会条件的出现和科学活动的广泛兴起。参考《随笔》零八《现代科学产生的必要条件，回答“李约瑟之问”》。
“科学活动产生的必要条件”的说法是我想出来的，为了回答“李约瑟之问”。科学的革命应该有一定的条件，如果满足条件就能够产生科学革命。有的国家、有的社会产生了科学革命，有的（国家或社会）没有，就是因为条件可能不一样。我提出了五个条件：一是需要社会上有大批的、有职业收入的、受过研究训练的教授；二是要有科学研究和交流辩论的场所；三是要有非功利目的的思想潮流；四是要有科学共同体组织学术交流；五是要有政府的经费支持。这五个条件实际上是我从科学研究的特性和特征出发想出来的。
第一，为什么要有大批的、有职业收入的、受过研究训练的教授呢？因为首先得有人来做科学研究，这是科学研究的必要条件。这批“人”得用牛顿提出来的科学研究方法，也就是说，得受过训练。一般人不一定能用，因为一般人用这些方法用得不够严密，所以要接受研究训练。而且还得有职业收入。单纯的科学研究是没有报酬的。科学研究成果本身是知识，不能到街上去卖，研究者不能以它为生，所以还得有职业收入。那不就是教授吗？教授是社会上最适合做纯科学研究的人，既受过训练，又有职业收入，也就是说，他有收入能活命，还有时间做科研，所以首先就是这个条件。
第二，要有交流辩论的场所，这个是怎么提出来的呢？比如在大学里，学物理的时候学到力、热、声、光、电、这些概念，“力”的概念就很难懂，我觉得我现在也没完全懂这个“力”的概念。力是看不见的，牛顿以前没有人提过“自然力”这个概念。很多概念本身实际上是比较难懂的，没有讨论一般都形不成。所以我觉得一个人不能做科学研究，一定要有好多人在一起，要互相讨论，要进行探讨。实际上牛顿也是经常和其他人讨论的。
第三，要有非功利目的的思想潮流。纯科学研究卖不了钱，没有商业的利益。所以得有动力去研究科学，研究自然，需要一个思想潮流。
第四，要有科学共同体，组织学术交流。这两个是一致的，一个是要有场所，一个是要有人组织。这就是协会了，比如英国皇家协会，法国皇家科学院。
第五，要有政府的支持，包括经费支持。真正对自然界的研究是比较复杂的，所以设备、人员都需要政府支持。其中的经费支持不需要很多，但是作为个人，比如一位教授，他不一定买得起一个望远镜，所以需要经费支持。
这五个条件在牛顿当时的时代都具备了。在当时的社会条件下，13世纪，西欧已经建立了37所大学，到1500年，数量达到了66所。牛顿就是剑桥大学三一学院的教授。据文字记载，牛顿与哈雷、胡克和雷恩经常一起讨论科学研究的问题。对牛顿来说，剑桥大学本身就是交流辩论的场所。也就是教授、和交流辩论的场所两个条件都具备了。牛顿研究经典力学的目的也是非功利的，牛顿是要推翻笛卡尔的以太涡旋说，建立符合观测的宇宙体系。同时，1662年伦敦皇家学会成立，1666年法国皇家科学院成立，牛顿在英国皇家科学学会出版他的书《自然哲学的数学原理》，出版经费是埃德蒙多·哈雷支持的。牛顿从开普勒三定律出发，结合自己的运动学定律，推导出万有引力定律。而开普勒第三定律依据的数据正是第谷在丹麦国王腓特烈二世资助支持的天文台获得的。第谷的数据具有当时最高的精度，而且是肉眼观测最高精度，这一点十分重要。所以牛顿的经典力学是建立在肉眼观测的基础上完成的，而不是建立在望远镜的观测的基础上，是在牛顿之后才有望远镜的观测研究。第谷的数据很重要的，他也是在接受了国家的支持、接受了丹麦国王的支持的情况下完成的，这些支持包括了设备费和天文台运转经费。
下面讨论科学活动的普遍展开。五个科学活动产生的必要条件的逐步实现，导致了科学研究成为风尚。有了科学研究方法，有了教授，有了场所，还有了钱，就可以开展科学研究了。在当时这是一个很大的事情——科学研究成为风尚，大家只要有条件，都去做科学研究。他们认为科学研究是光荣的、受人尊敬的活动。这里也包括了科学家的讨论、科学研究员与爱好者的涌现，还有皇家学会的建立。
我们先来讲科学家的讨论。大约从1645年开始，在英国伦敦，一批活跃的学者开始不定期聚会，讨论实验和哲学问题。根据波义耳的记载，他们当时讨论的领域涵盖了医学、解剖学、几何学、天文学、航海、静力学、机械学和自然实验。他们讨论了血液循环、彗星和新星的本质、木星的卫星、土星的椭圆光环，在技术层面有望远镜、气压计、温度计的改进、玻璃镜片的磨制等多方面的课题。
当时有很多科学研究业余爱好者涌现，他们不是教授，这个现象是这一世纪的十分突出的象征，业余爱好者的涌现也对科学研究作出了重要的贡献。贵族们和富有的平民们转向科学研究，不是把科学当作一种谋生手段，而是作为专心致志的对象。除了受过良好教育的大学教授支持科学研究外，还有一些民科人士参加科学研究活动。例如普利斯特列。普利斯特列是发现氧气的科学家，但是他的职业是牧师，化学只是他的业余爱好，但是他发现了氧气，促进了化学的革命。波义耳是发现空气的压强和它的体积成反比的科学家，早期是学习医学的。焦耳没有受到过正规的科学教育，他自己经济条件比较好，能够自己建造实验室。焦耳的实验室比皇家学会的实验室还高级。焦耳通过实验总结出焦耳定律，1841年提出焦耳-楞次定律，1878年发表《热功当量的新测定》。
最后是皇家学会的建立。皇家学会致力于研究实验，并宣称它将关注事实而不是解释。研究员们每周聚会，实验和讨论的内容包括力学、磁性、气压和射击等方面，甚至还有解剖、天文观测和显微镜观察等。尽管致力于实验，可是资金紧张的皇家学会没有专门的实验室。这皇家学会说起来挺光辉的，但是没有实验室。以私人住宅以及咖啡馆等公共场所充当实验室，有时甚至在露天进行实验。英国皇家学会不发工资。1709年，戈弗里·科普利爵士给了皇家学会100英镑用于开展实验。
这一段我想强调的是，科学活动的普遍展开对科学革命的意义。科学革命不是几个科学家就发动起来的，普遍的科学活动是科学革命的基础。在历史上这也是一个比较特殊、比较有意思的时期。这个时期好像忽然有这么一个新的事物出现了，叫做自然。然后大家都去研究自然的规律。而且多种观测手段也出现了，大家都用这些观测手段去研究自然，研究自然就是科学的活动，这奠定了科学革命的基础。
采访人2：涂院士刚才给我们讲的其实都相当于科学革命的外因，包括政府、经济支持以及我们的学术团体等等，但是我们回到科学革命的内因，科学革命发生的时机通常是因为我们新观测的结果突破了我们旧有的观念，那么请问您是如何定义我们科学革命的实践的，以及它与科学发展的具体关系，您能否提供一些历史上的案例或者现在的例子，以说明我们新观测结果如何推动了科学革命的发生？
涂传诒：好，现在我们讨论第三个问题。这三个问题都是连续的。第一个问题是说牛顿提出了科学研究的方法，知道怎么研究科学了。第二个问题就是科学研究的社会条件，包括人、经费、地点等等，然后就产生了普遍的科学研究的活动，产出了很多科学研究成果。那么下面我们讨论科学革命发生的时机。普遍的科学活动导致了新的观测结果突破旧有的自然观念之时，科学革命就来了。这件事实际上还是挺有意思的，我们参考《随笔》零九《牛顿经典力学革命的背景和动力》。
新的观测结果突破旧有的自然观念时，科学革命的时期就到来了。我举两个例子。第一个例子是开普勒研究第谷的天体观测数据，得出了开普勒天体运行三定律，突破了笛卡尔的以太涡旋说，导致了牛顿的经典力学革命。牛顿在他这本书里面多次认定笛卡尔的“以太说”不能够解释开普勒天体三定律。
第二个例子是普利斯特列在加热水银灰的时候发现了氧气，推翻了“燃素说”，导致了拉瓦锡的化学革命。这个事件也是很有意思的。实际上化学革命起源于普利斯特列发现了这种气体，但是拉瓦锡最后认定并给它取名叫氧气，所以是拉瓦锡促进了化学的革命。也就是说，普利斯特列的发现推动了化学的革命，但是具体是由拉瓦锡做的。
下面我们来讨论一些不同的看法。最近有学者提出，战争对火炮改进的需求产生科学革命供给的说法。他们认为，17世纪欧洲火炮的发展提出了设计炮弹轨道的需求，导致了牛顿提出力学三大定律，引起经典力学革命，从而引发了普遍的现代科学革命。也就是说，现代科学革命是火药战争导致的。
其实，牛顿的力学革命与火炮的发展没有关系。牛顿推动经典力学革命的动力是什么？是推翻笛卡尔的以太涡旋宇宙论，与战争无关。旧有的自然观念是笛卡尔的以太涡旋宇宙论。以太是一个古老的概念，最初是由古希腊哲学家亚里士多德设想的一种最纯洁的元素。1644年，法国的笛卡尔首先把“以太”概念引入科学，提出了“以太涡旋说”。笛卡尔认为，整个空间充满了一种不可见的、连续的本源物质叫做“以太”，它处于不停的涡旋形状的激烈运动之中。他把行星的圆周运动、重物的下落都归之于涡旋吸引的结果。牛顿的《原理》第二篇结尾表示：这使得涡旋假说与天文现象严重对立，非但无助于解释天体运动，反而把事情弄糟。所以牛顿很明确地表述了他是反对以太涡旋说的。牛顿建立了经典力学，就是为了另辟蹊径来解释天文现象，也就是说，天体现象突破了涡旋假说。牛顿的《自然哲学的数学原理》于1687年首次出版后，没有对战争火炮产生即时的应用，这也说明了牛顿的力学革命不是战争火炮需求产生的。这本书对科学的影响很大，但是对具体的应用项目的影响不多。《原理》对月球的潮汐、月球与地球的引力作用有一些研究，书中其他直接的应用就不多了。反而是在二百年以后的19世纪，《原理》才有了广泛的应用，因为各种力学的建立，比如流体力学、固体力学，这些力学都是建立在牛顿三定律基础之上的。比如我们盖房子都用到了刚体力学。
但是科学革命不是由于火炮需求产生的，因为当时的计算技术不能精确计算火炮炮弹的轨道。火炮的效果是基于多种技术综合发挥的，由于火炮中的火药爆炸给出很大压力，炮筒铸造要能经受巨大的压力而不爆炸，这就需要火炮装药量适当，炮筒铸造准直度高，炮膛光滑，炮弹与炮膛秘接。否则，会导致炮筒爆炸或者炮弹打不远。这些当时都是通过实验来解决的，火炮不需要牛顿的力学定律来计算炮弹的轨道，牛顿经典力学的计算帮不了多大忙。当时也有很多经验方法的记载。比如朝同一方向、同一仰角发十发炮弹，测一下十发炮弹落点，将落点位置平均，基本就可以得出落点和炮弹发射仰角的关系，这是通过实验直接测量出来的。一般情况下，炮手会得到一个手册，里面介绍炮的仰角应该是多少，可以打多远。实际上炮手在操作的时候也是先打一炮出去，观察落点怎么样。或者在还没开战的时候先往预期方向打一炮，观察打出去的结果。当时就是这样来解决问题的，不是根据计算来解决。所以《科学革命的密码》这本书中提到的“需求产生供给”的说法不符合当时的实际情况，实际上不存在计算炮弹轨道的需求。因为不能计算，就没有计算的需求。一般都是这样。如果生产商没做出来手机，我们怎么会有去买手机的想法呢？而且也没有地方卖。
前面讲火炮战争导致牛顿经典力学的说法是基于需求产生供给的理念，但是需求产生供给不适用于纯科学的发展。需求产生供给是经济学规律，不是科学发展的规律。火炮改进的需求不可能导致任何纯科学的成果，只可能促进有关技术的发展。在技术领域，需求是发明之母，这个发明不是新的、纯科学的突破，而是基于以往的技术和科学的知识发展起来的解决实际问题的方法。解决实际问题的方法就是发明。默顿曾经总结，无论从科学家的动机，还是从历史发展的角度来看，都很难将科学简单地视作技术或经济的结果。技术和经济的需求，产生不了纯科学的发展的结果。
所以纯科学发展也是无法被规划的。有一次我去参加讨论科学发展规划，科学院的领导也在。我就跟他辩论起来，我说科学不能够制定发展规划，他问怎么不能，我说谁也不知道纯科学的下一个发现是什么，谁都不知道，这是未知的。人类只能对已知的东西制定规划，未知的东西能规划吗？我们规划它产出一个东西，没产出怎么办？但是技术是可以规划的，刚才也提到了，需求是发明之母。这个可以规划，去找以往的技术科学知识，再把已有的需求和知识联系起来，就可以提出一个解决实际问题的方法。
我个人的观点是，需求产生不了纯科学的供给。好了，这个问题就解答完了。