1.释义与概念
关于科学的定义，直到现在也没有一个明确、公认的答案。韩启德曾总结过往学者对于科学定义的几种观点。[4]第一种观点认为科学是一种知识体系。第二种观点认为科学是一种生产知识的范式。科学本身不是真理，而是探索真理的过程。第三种观点认为科学是一种社会建制。典型的观点是英国的物理学家贝尔纳提出的：“科学本质上是一种处理经验事实的方法，是对人类控制经验的神圣指导。”第四种观点认为科学是一个历史范畴。西方科学产生和发展的过程可以被概括为以古希腊理性为基础，经历了漫长的中世纪基督教的变迁和浸润，以天文学领域的革命为开端，以牛顿力学体系的建立为标志。
通过搜索引擎，我们可以检索到关于科学的很多定义，但我们发现，如果用系统论的眼光来检验，那么所有的科学定义自身都存在悖论，其根本原因是没有区分宇宙和世界这两个概念。我们先来介绍系统的概念，再来说明区分宇宙和世界这两个概念的必要性。
系统是一组相互作用或相互关联的实体，它们构成一个统一的整体。一个系统由其空间和时间边界来划定，被其环境所包围和影响，由其结构和目的所描述，并以其功能来表达。[5]
系统的示意图如图2.1所示。根据系统的概念，我们知道如果要用一个系统来描述一个问题，那么我们需要两个时空，一个是将所有的研究对象包含其内的时空，另一个是不含系统的外部环境，也就是外部时空。很显然，外部时空就是整个宇宙减去这个系统。
图2.1 系统示意图
要定义宇宙和世界，我们必须先有时间和空间的定义。这里我们采用康德的定义：
空间和时间是一个框架，在这个框架内，心识被限制去构建它对现实的体验。
Space and time are the framework within which the mind[6]is constrained to construct its experience of reality.[7]
从这个定义中，我们可以看到，在定义时间和空间甚至任何概念之前，心识已经存在。如果心识不存在，那么我们就无法定义时间和空间。没有时间和空间，我们就无法构建任何理论。我们必须指出的是，这里所采用的时空定义与经典力学的一致，但与相对论的不同。空间是本来就有的，时间的概念与计量单位是人类专门定义并直到现代才达成的共识。
时间和空间的概念是非物质的存在，而现实是物质的存在，即空间的现实是本来就有的，时间是人类依据自己的感觉而定义的，时间和空间都属于抽象概念，用来描述物体的运动和变化。拉扎尔·梅安茨特别强调，如果我们要理解概率的概念，那么我们必须区分具体物体和抽象物体。但这个时空观在爱因斯坦的相对论中发生了很大的改变，它被物质化了，被定义成时间和空间都与宇宙同时诞生，像物体一样，时空也有弯曲的问题。由此引出了很多新奇的概念，如时间膨胀、长度收缩、质量随速度改变、光速与坐标系无关、物质的总能量与坐标系无关、能量不再是物质的一种属性而是与物质并列的独立存在等。图2.2给出了牛顿时空观与爱因斯坦时空观的对比。
图2.2 牛顿时空观与爱因斯坦时空观的对比
有了时间和空间的概念，我们再来专门定义宇宙和世界这两个重要概念。
宇宙是人类可以想象的最大时空，世界是人类可以观测的最大时空。
宇宙、世界与系统的空间关系如图2.3所示。系统就是科学研究的对象，宇宙和世界是两个有特殊含义的系统，当然世界在日常生活中也经常与系统一致，但我们希望宇宙用于特指。有了这些基础，我们就可以给出我们所定义的科学：
科学是一套在我们所生活的世界中可以观察到的关于自然和社会系统的结构和行为的定义明确且逻辑自洽的知识，这些知识通过观察、测量和实验得到，以可检验的解释和预测来表达。
图2.3 宇宙、世界与系统的空间关系图
这个定义限定科学知识只是人类所有知识的一部分，它是可检验的，不可以检验的知识不包括在科学的范围之内。但要强调可检验性，科学所能研究的系统和环境就必须被限定在世界范围之内，而不能针对整个宇宙。这样的定义也为科学标准的建立奠定了基础。