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。