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智能

曾夢龍昨天

作者簡介：

卡洛·羅韋利，意大利理論物理學(xué)家，圈量子引力理論的開創(chuàng)者之一。曾在美國、意大利工作，現(xiàn)在法國帶領(lǐng)量子引力研究小組，著有暢銷科普作品《七堂極簡物理課》《現(xiàn)實(shí)不似你所見》等。羅韋利以其簡潔詩意又充滿熱情的科普講述驚艷世界，被譽(yù)為“讓物理變性感的男人，下一個(gè)史蒂芬·霍金”。《七堂極簡物理課》這本一百頁的小書在意大利出版后創(chuàng)造了驚人的銷售成績，旋即被譯為 40 種語言，引爆了全球科普閱讀熱潮。

書籍摘錄：

第八章  科學(xué)是什么？對(duì)阿那克西曼德、愛因斯坦和海森堡的思考（節(jié)選）

19 世紀(jì)的幻想破滅

最近幾十年，人們對(duì)科學(xué)認(rèn)知本質(zhì)的思考一度非?；钴S。一些哲學(xué)家比如卡納普（Carnap）、巴歇拉爾（Bachelard）、波普爾、庫恩（Kuhn）、費(fèi)耶阿本德（Feyerabend）、拉卡托斯（Lakatos）、蒯因（Quine）、范·弗拉森（Bas van Fraassen），還有許多其他哲學(xué)家推薦的讀物改變了我們對(duì)科學(xué)活動(dòng)的理解。在很大程度上，這種思考是由一個(gè)沖擊引發(fā)的，即 20 世紀(jì)初牛頓物理學(xué)的意外崩塌。

在 19 世紀(jì)，我們總認(rèn)為牛頓不但是全人類中最聰明的人之一，還是最幸運(yùn)的一個(gè)。因?yàn)槭郎暇椭淮嬖谝惶谆径?，正好被幸運(yùn)的牛頓發(fā)現(xiàn)了。今天，這種觀點(diǎn)會(huì)讓人忍俊不禁，并反映出 19 世紀(jì)存在的嚴(yán)重認(rèn)識(shí)論錯(cuò)誤：正確的科學(xué)理論是永遠(yuǎn)絕對(duì)的、有效的。

到了 20 世紀(jì)，人們?yōu)檫@種幻想做出了清楚的界定。許多嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)證明，在某些具體情況下，牛頓定律是不成立的。比如，水星就不是按照牛頓定律運(yùn)行的。阿爾伯特·愛因斯坦、維爾納·海森堡 和他們的朋友共同發(fā)現(xiàn)了一套全新的基礎(chǔ)定律——廣義相對(duì)論和量子力學(xué)，這套理論代替了不再有效的牛頓定律，比如在理解水星運(yùn)行軌道、電子在原子中的運(yùn)動(dòng)這些問題上，牛頓定律就不能發(fā)揮作用了。

人們由此得出了經(jīng)驗(yàn)，今天，已經(jīng)很少有人會(huì)相信“絕對(duì)的定律是存在的”這種觀點(diǎn)了。愛因斯坦和海森堡提出的新定律也會(huì)有局限性，總有一天會(huì)被更好的新定律替代，這種主張已經(jīng)得到一致認(rèn)可（但是，仍然有一些科學(xué)家認(rèn)為我們掌握著，或即將掌握世界的終極理論）。其實(shí)，新理論的局限性已經(jīng)慢慢展現(xiàn)出來了，在愛因斯坦和海森堡的理論中，存在著一些微妙的不相容的地方。因此，我們并沒有掌握世界的終極絕對(duì)定律。這也是我們要繼續(xù)研究的原因。作為理論物理學(xué)家，我的職責(zé)就是參與研究，找出能夠統(tǒng)一愛因斯坦和海森堡二人的理論的定律。

關(guān)鍵在于，廣義相對(duì)論和量子力學(xué)完全不是對(duì)牛頓定律的小修改，這不是修改一個(gè)方程式、一個(gè)古老的等式，或者加入新的公式的事情。這些新理論完全顛覆了我們對(duì)世界原有的認(rèn)識(shí)。對(duì)牛頓來說，世界是一個(gè)廣大空曠的空間，像小石頭一樣的“微?！痹谶@個(gè)空間中運(yùn)動(dòng)。愛因斯坦認(rèn)為這個(gè)空間本身就像是暴風(fēng)雨中的大海，它可以折疊、彎曲，甚至可以（在黑洞中）被撕裂。在愛因斯坦之前，沒有任何一個(gè)人認(rèn)真地思考過這種可能性。與此同時(shí)，德布羅意（De Broglie）、薛定諤、海森堡和其他幾位科學(xué)家則發(fā)現(xiàn)牛頓理論中的粒子并不是真正的粒子，而是在法拉第的電磁場中運(yùn)動(dòng)的、介于波和粒子之間的奇怪混合體。總之，在 20 世紀(jì)，人們發(fā)現(xiàn)世界的結(jié)構(gòu)與牛頓設(shè)想的世界大相徑庭。

一方面，這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證明了科學(xué)的認(rèn)知能力。就像牛頓和麥克斯韋在數(shù)個(gè)世紀(jì)前的發(fā)現(xiàn)一樣，它們促進(jìn)了技術(shù)的飛速發(fā)展，一次又一次地改變了我們的世界。法拉第和麥克斯韋的科學(xué)理論催生了廣播和所有通信事業(yè)。愛因斯坦和海森堡的理論催生了電腦、原子能，還有成千上萬種改變我們生活的技術(shù)革命。

但是，另一方面，牛頓理論下的世界形象是錯(cuò)誤的這一發(fā)現(xiàn)又讓人困惑不已。在牛頓之后，我們自認(rèn)為已經(jīng)完全理解了物理世界的基本結(jié)構(gòu)，但是，我們錯(cuò)了。會(huì)不會(huì)有一天，愛因斯坦和海森堡的理論也被證明是錯(cuò)誤的？那么，這是否意味著我們不能夠相信科學(xué)，甚至科學(xué)呈現(xiàn)給我們的更好的世界形象？關(guān)于這個(gè)世界，我們到底知道些什么？科學(xué)到底教會(huì)了我們什么？

科學(xué)不能歸結(jié)于可證實(shí)的預(yù)測

盡管存在不確定性，但科學(xué)仍然是值得信任的。在愛因斯坦提出相對(duì)論之后，牛頓的理論并沒有失去價(jià)值。如果需要計(jì)算一座橋上的風(fēng)力，我可以用愛因斯坦的理論，但同樣可以運(yùn)用牛頓的理論。二者在這個(gè)問題上的差距極小。對(duì)于解決如何建造一座不塌的橋這類具體的問題，廣義相對(duì)論帶來的修改是完全多余的。而牛頓理論可以完美解決這類問題，是非?？尚诺摹Q句話說，這些理論仍然適用于某些方面，這取決于我們觀察和測量這個(gè)世界的具體方式。對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度低于光速的所有物體，牛頓的理論仍然有著用武之地，是有力、可信的。在某種意義上，愛因斯坦的理論甚至強(qiáng)化了牛頓的理論，因?yàn)槲覀儚拇烁忧宄ｎD定律的應(yīng)用條件。一位工程師用牛頓的公式進(jìn)行計(jì)算之后說我們正在修建的屋頂太脆弱了，只要下雪就會(huì)塌掉，如果我們?nèi)匀灰驗(yàn)閻垡蛩固雇品伺ｎD的理論而不相信他的建議，那我們就太愚蠢了。

正是因?yàn)橛辛诉@樣一種形式的確定性作為基礎(chǔ)，我們才能真正相信科學(xué)。舉個(gè)例子，如果我們得了肺炎，科學(xué)告訴我們?nèi)绻裁炊疾蛔?，就很有可能失去生命，如果服用青霉素，就極有可能恢復(fù)健康。應(yīng)該懷疑的并不是這個(gè)常識(shí)，我們可以安心地確定，有了青霉素，我們存活下來的可能性大大提高，這與我們是否深入理解什么是肺炎并沒有什么關(guān)系。在已知的一定誤差的范圍內(nèi)提高治愈的可能性，這就是一種確定的科學(xué)預(yù)測。

如果某種理論可以為我們提供預(yù)測，那么我們可以只將它看作適用于某個(gè)特定領(lǐng)域，并且允許一定范圍的誤差存在。我們甚至可以認(rèn)為提供預(yù)測是這類理論唯一有用和有意義的地方，而其他部分則是無用的。

如今，部分現(xiàn)代思想就選取了這種方向?qū)茖W(xué)進(jìn)行思考。這是一種理性但缺乏說服力的方向，因?yàn)樗屢恍﹩栴}變得懸而未決：世界是如牛頓描述的那樣，還是像愛因斯坦描述的那樣，還是說世界并不像任何人所描述的那樣？我們了解這個(gè)世界嗎？還是說我們根本什么都不了解？如果我們能夠回答的只是“這就是用來計(jì)算某些物理現(xiàn)象的公式，得出的結(jié)果可能是近似值”，那么科學(xué)就失去了幫助我們理解世界的能力。從這個(gè)角度看，在我們目前掌握的科學(xué)知識(shí)的指導(dǎo)下，世界仍然是難以理解的。

科學(xué)變?yōu)榭勺C實(shí)的預(yù)測，其中問題在于這種變化并不能在科學(xué)實(shí)踐、科學(xué)真正的發(fā)展方式、科學(xué)實(shí)際的用途和科學(xué)最終吸引我們的原因這些方面還科學(xué)一個(gè)公道。我將用一個(gè)例子來解釋這種觀點(diǎn)。

哥白尼發(fā)現(xiàn)了什么？如果用我剛才提出的角度出發(fā)，他什么也沒有發(fā)現(xiàn)，他的預(yù)測系統(tǒng)也并沒有比托勒密的系統(tǒng)好，甚至更差。好像這些還不夠，哥白尼認(rèn)為自己找到了宇宙的中心——太陽，但現(xiàn)在我們已經(jīng)知道太陽并不是宇宙的中心 。那么哥白尼的科學(xué)理論價(jià)值何在？從上文提到的實(shí)證主義的觀點(diǎn)來看，它沒有任何價(jià)值。

但是，如果我們認(rèn)為哥白尼什么都沒有發(fā)現(xiàn)，這又有什么意義呢？假設(shè)我們堅(jiān)持這種立場，我們會(huì)認(rèn)為伽利略的研究并沒有道理，真正有理的是貝拉爾米諾總主教（Robert Bellarmine），他狠狠地抨擊了伽利略的計(jì)算方法，認(rèn)為這僅僅只是一種計(jì)算，而不是能夠證明太陽位于太陽系中心，或地球與其他行星一樣的論據(jù)。但是如果貝拉爾米諾的論點(diǎn)得到認(rèn)可，牛頓的理論和現(xiàn)代科學(xué)都不會(huì)存在了。而我們還會(huì)認(rèn)為自己處于宇宙的中心。

如果某種科學(xué)定義總結(jié)出“太陽位于太陽系的中心，地球不是宇宙的中心”這個(gè)事實(shí)是不科學(xué)的，那么我認(rèn)為這種科學(xué)定義已經(jīng)顯示出它的局限性。

科學(xué)預(yù)測至少在兩個(gè)方面有著巨大作用。第一，它可以讓科學(xué)技術(shù)得到實(shí)際應(yīng)用（比如，不用等到下大雪，我們也能夠計(jì)算出屋頂是否會(huì)因?yàn)槌兄啬芰θ醵簦５诙?，它是選擇和驗(yàn)證這些理論的主要標(biāo)準(zhǔn)（正是因?yàn)橘だ杂盟耐h(yuǎn)鏡觀測到金星的相位正如哥白尼的模型中預(yù)測的那樣，我們才相信了日心說）。但如果將科學(xué)歸結(jié)為一種預(yù)測的技術(shù)，則混淆了科學(xué)和科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，把科學(xué)看成了一種用來進(jìn)行確認(rèn)和驗(yàn)證的工具。

科學(xué)不能簡化為定量預(yù)測，也不能被歸結(jié)為計(jì)算技術(shù)、應(yīng)用層面的規(guī)程、假說演繹的推理方法?？茖W(xué)中的定量預(yù)測、計(jì)算技術(shù)、應(yīng)用層面的規(guī)程、假說演繹的推理方法只是一些基礎(chǔ)和有力的工具。它們是真理的保障、排除錯(cuò)誤的工具，是讓錯(cuò)誤假設(shè)不再停留在錯(cuò)誤層面的方法。它們僅僅是工具，能在科學(xué)活動(dòng)中發(fā)揮作用的工具。它們服務(wù)于這種智力活動(dòng)，而后者的本質(zhì)遠(yuǎn)非如此。

數(shù)字、技術(shù)、預(yù)測可以用來提出假設(shè)、進(jìn)行測試和確認(rèn)，還可以讓各種發(fā)現(xiàn)得到應(yīng)用。但是，這些發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容本身卻沒有絲毫技術(shù)性可言：宇宙并不是圍繞著地球轉(zhuǎn)動(dòng)；圍繞在我們周圍的每一種物質(zhì)都是由質(zhì)子、電子、中子構(gòu)成的；在宇宙中存在著上千億個(gè)像銀河系那樣的星系，每一個(gè)星系都擁有上千億顆像太陽那樣的恒星；雨水是從大海和地面蒸發(fā)的水；一百五十億年前，宇宙在一顆致密熾熱的原始火球爆炸中形成；父母和孩子之間的相似性是由一種叫 DNA 分子的遺傳物質(zhì)傳遞的；我們的大腦中存在著上千萬億個(gè)突觸，在我們思考時(shí)交換電子脈沖；極其復(fù)雜的化學(xué)被完全簡化成了質(zhì)子和電子之間簡單的電荷力；在地球上生活的所有生物有著同一個(gè)祖先……這些都是科學(xué)思想為我們揭示出的事實(shí)，這一切完全改變了我們對(duì)世界和自身原有的認(rèn)識(shí)，同時(shí)具有直接且巨大的認(rèn)知意義。

科學(xué)是一種認(rèn)知活動(dòng)，還是作為可證實(shí)的預(yù)測的產(chǎn)物，對(duì)這兩種定義的混淆引發(fā)了對(duì)科學(xué)的新批評(píng)，批判“技術(shù)統(tǒng)治論” 。這種批評(píng)在德國、意大利等國家傳播，質(zhì)疑作為“工具”的科學(xué)，但這種批評(píng)并沒有關(guān)注到真正的問題——即科學(xué)的目的是什么——反而批評(píng)科學(xué)只局限于各種方法，而看不到最終目的。但正是這種批評(píng)混淆了科學(xué)的方法和目的。從技術(shù)方面來批判科學(xué)，就像以寫字的鋼筆來評(píng)判一首詩一樣。我們對(duì)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)感興趣，并不是因?yàn)樗屳喿愚D(zhuǎn)起來，而是因?yàn)樗軌虬盐覀儙У讲叫须y以到達(dá)的地方。它只是一套齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，卻是為我們打開旅行之門的工?具。

探索思考世界的方式

宇宙瞬息萬變，生命在于提出見解。

德謨克利特

根據(jù)這句簡單的思考，請(qǐng)想一想科學(xué)知識(shí)到底是什么？科學(xué)研究的目的不是做出準(zhǔn)確的定量預(yù)測，而是“理解”世界是如何運(yùn)行的。那這又意味著什么？這意味著建立和發(fā)展對(duì)世界的認(rèn)識(shí)，也就是一種思考世界的概念結(jié)構(gòu)，它是有效的，且與我們目前掌握的知識(shí)兼容。

科學(xué)之所以存在，是因?yàn)槲覀兊臒o知，而且我們還有著堆積如山的錯(cuò)誤偏見?？茖W(xué)就是從我們不知道的一切中誕生（比如“山的那邊是什么？”），從我們對(duì)曾經(jīng)相信卻經(jīng)不起事實(shí)推敲的一切的質(zhì)疑中誕生，從合理的批評(píng)分析中誕生的。我們?cè)?jīng)認(rèn)為地球是平的，認(rèn)為地球是宇宙的中心，我們?cè)?jīng)認(rèn)為細(xì)菌產(chǎn)生于無生命的物質(zhì)，我們?cè)?jīng)認(rèn)為牛頓定律是完全正確的……伴隨著每一個(gè)新發(fā)現(xiàn)，世界在我們眼前被重新描繪一次，經(jīng)歷一次改變。我們從不一樣的角度更深入地認(rèn)識(shí)了這個(gè)世界。

科學(xué)讓我們看得更遠(yuǎn)，當(dāng)我們走出封閉自己的小花園的那一瞬間，才明白自己的觀點(diǎn)是多么匱乏?？茖W(xué)讓我們消除偏見，讓我們建立和發(fā)展全新的概念工具，用更加有效的方式，在更加開放的背景下思考世界。對(duì)科學(xué)的認(rèn)知過程是我們對(duì)世界的概念不斷變化和改善的過程。在這個(gè)過程中，我們不斷且有選擇地對(duì)某些基礎(chǔ)假設(shè)和觀點(diǎn)進(jìn)行討論，以找出最有效的改善方式。

科學(xué)探索并重新描繪我們的世界，它為我們帶來對(duì)世界全新的認(rèn)識(shí)，教我們對(duì)世界展開思考，以及從何種角度去思考?？茖W(xué)是對(duì)思考和看待世界的更好方式進(jìn)行的永無止境的研究，是對(duì)全新思考方式的探索。

在成為技術(shù)之前，科學(xué)是幻想。阿那克西曼德并不知道方程式，但是希帕克斯之所以能得出方程式，阿那克西曼德的努力是必不可少的。布魯諾（Giordano Bruno） 打開了宇宙，也為伽利略和哈勃（Hubble） 開辟了道路。愛因斯坦想知道能追上光線的人眼中的世界是什么樣的，他在他的書中向我們講述，他想象出的時(shí)空就像一只巨大的軟體動(dòng)物?？茖W(xué)夢想著新的世界，更多時(shí)候，科學(xué)的夢想是展現(xiàn)真實(shí)，而不是我們的推測。

這個(gè)重新思考世界的過程是永無止境的。一些巨大的概念革命，比如阿那克西曼德、達(dá)爾文、愛因斯坦掀起的革命，就像這個(gè)過程中最顯眼的峰頂。今天，我們思考世界、組織思想的方式和公元前1000年的某個(gè)巴比倫人相比，已經(jīng)大不相同。這種深層的變化是漫長的知識(shí)積累帶來的，而這種積累又源于對(duì)世界認(rèn)識(shí)的改變。我們已經(jīng)獲得了一些成果，比如我們?cè)僖膊粫?huì)用跳舞來求雨。有一些成果尚不完整，就像我們知道宇宙還在不斷擴(kuò)大，它已經(jīng)存在了一百五十億年，但是并不是所有人都接受這個(gè)觀點(diǎn)。有些人仍然固執(zhí)己見，認(rèn)為宇宙只存在了六千年，因?yàn)檫@是《圣經(jīng)》中提到的。另有一些成果已經(jīng)得到研究團(tuán)隊(duì)的認(rèn)可，但尚未成為全人類共有的知識(shí)財(cái)富。愛因斯坦理論下的時(shí)空結(jié)構(gòu)、量子力學(xué)下的物質(zhì)本質(zhì)，這些科學(xué)理論展現(xiàn)的世界與我們中的大部分人熟悉的世界幾乎完全不同。我們需要時(shí)間來適應(yīng)，就像哥白尼的天文學(xué)革命成果用了兩個(gè)世紀(jì)才深入歐洲人的意識(shí)中。但是，世界是瞬息萬變的，在我們認(rèn)識(shí)世界的過程中，它仍然一刻不停地變化著。科學(xué)的預(yù)見能力能讓我們看得更遠(yuǎn)，讓我們消除偏見，為我們從真相中揭示出全新的領(lǐng)?域。

這場冒險(xiǎn)建立在積累的知識(shí)之上，但它的靈魂是永無止境的變化?？茖W(xué)知識(shí)的關(guān)鍵在于，不要被我們確信的一切和我們的固有認(rèn)識(shí)禁錮，要時(shí)刻準(zhǔn)備通過觀察、討論、提出新觀點(diǎn)和新批評(píng)去不斷改變它們，這種能力才是掌握科學(xué)知識(shí)的鑰匙?？茖W(xué)思想的本質(zhì)就是批判、反抗，就是排斥一切先驗(yàn)主義、一切盲目崇拜、一切永恒的真理。

題圖為卡洛·羅韋利，來自：維基百科