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费曼:​科学的不确定性

2016-06-07 07:24 大数据实验室
我想直截了当地就科学对其他领域各种思想的冲击这一主题谈谈我自己的看法,这也是约翰·丹茨先生特别希望探讨的议题。在这个系列讲座的第一讲里,我将讨论科学的本质,特别是要强调其中存在的可疑性和不确定性。在第二讲里,我将讨论科学观点对政治问题特别是对国家的敌人的影响,以及对宗教问题的影响。而在第三讲中,我将描述我是如何看待这个社会的——我想说的是,一个从事科学的人是如何看待这个社会的,但这只是我个人的实际感受——此外我还将谈到未来的科学发现有可能产生什么样的社会问题。



对于宗教和政治我知道些什么呢?你们学校物理系的和其他地方的一些朋友取笑我说:“我们也想来听听你讲的啥。我们还从来不知道你对这些问题这么有兴趣。”当然,他们的意思是指我对这些问题感兴趣,但我未必敢说出来。

人们在谈论某一领域中的思想观念对其他领域思想观念的影响时,搞不好就会丢人现眼。在当今这个强调专业化的时代,很少有人能够深入掌握两个不同领域的知识,从而使自己立于不败之地。

今晚我在这里要描述的都是些古老的观念。这些观念差不多早在17世纪就被哲学家们谈论过。那么为什么还要重复讨论这些观念呢?这是因为每天都会有新一代的人出生。因为人类历史上形成的这些伟大观念需要 我们特意地、明确地、一代一代地传承下去,否则就会失传。

许多古老的观念已成为常识,没必要再予讨论或解释。但我们环视周围就会发现,那些与科学发展问题相联系的观念则并不是每个人都能正确理解。诚然,很多人都懂科学。特别是在大学里,大部分人都明白科学意味着什么,也许你就是其中之一,本不该来听我絮叨。

要讲清一个领域的观念对另一领域的影响很不容易,我将从我了解的科学现状开始讲起。我确实了解科学,知道它的思想和方法,它对待知识的态度、它进步的动力以及它对心智的训练。因此在这第一讲里,我想谈一谈我所理解的科学。我会把那些较为出格的议论放到下两讲里去,我猜想,届时听众会较少。

科学是指什么呢?这个词通常用来指下述三种情形之一,或是这三种情形的综合。我不认为我们需要说得十分精确——过于精确并不总是一个好主意。有时候,科学是指发现事物的具体方法,有时则是指从所发现的事物中产生出来的知识,最后它还可能是指你发现一事物之后可以做的新东西,或是你创制新事物这一过程本身。这最后一个方面通常称为技术——但如果你读一读《时代》(Time)杂志的科学栏目,你会发现,约有50%的内容是谈发现了什么新东西,还有50%是谈有什么新东西可以做或正在做。因此科学的通俗定义也包含部分技术内容。

我想按相反的顺序来讨论科学的这三个方面。我将从你可以做的新事物——也就是说,从技术——开始谈 起。科学最明显的特征是它的应用特性。科学带来的结果是使我们有能力做许多事情。这种能力的效果几乎用不着多做解释。离开了科学发展,整个工业革命几乎就不可能发生。今天,我们能够生产出供应如此众多人口所需的充足的粮食,能够控制疾病——而所有这些事实都是在不必限制人身自由、不必像奴隶般全力生产的条件下取得的——这些事实之所以成为可能,可以说都是生产手段的科学发展的结果。

但是,这种做事的能力却并不附带如何运用它,是用它来为善还是为恶的说明,因此结果是好是坏全在于如何运用它。我们都乐见改进生产工艺,但由此却带来了自动化的问题;我们都对医学的发展感到满意,但转眼就为新生儿的数量之多感到担忧,担心疾病的灭绝会因此没有人死亡。还有,同样是掌握了细菌知识,有些人则躲在秘密实验室中拼命工作,以期培养出没人能对付的病菌。我们为航空运输业的发展感到高兴,那些大飞机真是令人印象深刻,但我们也意识到空战的恐怖。我们对国家间的通信能力感到欢欣鼓舞,接着却担心容易被监听。我们对人类进入太空感到兴奋不已,但这一领域无疑也将遇到麻烦。所有这些不平衡中,最有名的当属核能的发展以及由此带来的明显问题了。

科学到底有什么价值?

我认为,做事能力总是有价值的,至于结果是好是坏则取决于它如何被运用。但能力本身是有价值的。

我曾在夏威夷被带去参观一座佛教寺庙。在庙里有人对我说,“我要告诉你一个你永远不会忘记的事 实。”然后他说,“上帝给了每一个人开启天堂之门的钥匙。这把钥匙也同样能打开地狱之门。”

这句话同样适用于科学。在某种程度上,科学是开启天堂之门的钥匙,但它同样可以打开地狱之门。我们没有得到任何指点来知晓哪个门是通往天堂之门。但为此我们就该把钥匙扔掉,从此放弃进入天堂之门的求索?抑或我们该就什么是运用这把钥匙的最佳方式继续争论?这当然是个非常严肃的问题,但我认为,我们不能就此否认这把天堂之门的钥匙本身的价值。

所有关于社会与科学之间关系的重大问题都在上述讨论的范围之内。当科学家被告知,他必须更多地负起社会责任时,指的往往就是科学的应用方面。如果你从事的是开发核能的工作,你就必须认识到它也可以为害。因此在由科学家进行的这类讨论中,您会预料到这可能是最重要的议题。不过,我不想在此进一步谈论这一点了。我认为将这些问题看做是科学问题显然夸张了。它们更应当看成是人道主义问题。事实上,如何运用这种能力是明确的,但如何控制它则不那么显然,后者已不属于科学范畴,不是科学家很懂的事情。

让我用一个例子来说明为何我不想谈论这些。前些年,大约在1949年或1950年前后,我在巴西教授物理学。当时有一个所谓“点四”项目,非常令人振奋——每个人都打算去援助欠发达国家。当然这些国家需要的是技术诀窍。

在巴西,我住在里约市。里约的山上有不少由旧招牌拆卸下来的碎木块等搭建的居所,住在这里的人极为 贫困。他们没有下水道,也没有水。为了用水,他们得头顶着旧汽油箱下山,到正在盖新楼的建筑工地去取水,因为搅拌水泥要用水。人们将油箱注满水然后再把它们提上山。过后不久,你会看到有水从山上肮脏的污水管流下山来。整个情形非常可怜。

紧挨着这些小山就是科帕卡巴纳海滩上令人心动的建筑群,漂亮的公寓……

我对“点四”项目的朋友说:“这该是个技术方面的问题吧?难道他们就不知道如何修一条水管把水引上山?难道他们就不知道铺设水管到山顶后,至少可以拎着空箱子上山然后把装满脏水的水箱带到山下?”

因此,这不是个技术问题。我们之所以可以肯定,是因为在紧邻的公寓楼里就有管道,有泵。现在我们认识到,这是一个经济援助的问题,但我们不知道这种经济援助是否真的有效。在每座山顶建一条管道和水泵成本是多少?这种问题在我看来似乎不值得在这里讨论。

虽然我们不知道如何解决这个问题,但我要指出,我们已试着做了两件事:技术支持和经济援助。尽管这两方面结果都不是很理想,但我们还会尝试别的东西。正如随后你将看到的,我觉得这一点令人鼓舞。我认为,不断尝试新的解决方案就是解决一切问题的途径。

这些是科学的实际应用方面,也就是你可以做的新的事情。其道理是如此明白,我们没必要继续讨论下去了。

科学的另一个方面是它的内涵,即迄今人类已取得 的发现。这是成果,是黄金,是令人振奋的宝藏,是你训练有素的思考和辛勤工作所获得的回报。这种科学工作不以致用为目的,而是为了获得新发现带来的那股兴奋劲儿。也许你们大多数人都了解这一点。但是对那些还不了解这一点的人来说,要让我在一次演讲中就让他领悟到科学的这一重要方面,这种令人兴奋的体验,科学发展的真正动因,几乎是不可能的。不明白这一点的人是没法把握科学实质的。你只有了解并能够鉴赏我们这个时代的这一伟大的激动人心的非凡经历,你才会懂得科学的精髓,才能理解科学与其他事物的关系。你应当明白,科学活动就是一次巨大的探险,一种冲破约束、令人激动的探索,否则你就谈不上生活在这个时代。

你是不是认为这很乏味?其实不是这样。要将科学表达清楚是最困难的,但我也许可以给出一些有关的概念。我们随便找个概念从哪说起都行。

例如,古人认为大地是大象的背,这头大象则站在一头在深不可测的海面上四处游弋的海龟的背上。当然,大海又是靠什么支撑的则是另一个问题。这个问题古人答不上来。

古人的这一信念是想象力的结果。这是一种充满诗意的美好想法。再看看我们今天是怎样看待这一问题的,你会觉得乏味吗?世界是一个转动着的球,整个球面上站满了人,有些人倒立着。我们就像是炉火前的烤肉叉在不停地转动。我们围绕太阳在旋转。这是不是更浪漫,更令人兴奋?那么是什么支撑着我们不掉下去呢?是引力。引力不只是地球上才有的东西,而且是使地球从一 开始就成为球状,使太阳不至于分崩离析,使地球围着太阳运行永远不会脱离轨道的东西。引力不仅支配着恒星,而且支配着恒星之间的关系,无论多远,无论在什么方向上,它都能让它们在巨大的星系里各就其位。

已经有很多人描述过我们这个宇宙,而且还将继续描述下去。宇宙未知的边缘就像前面诗情画意般描述的深不可测的大海的海底——一样的神秘,一样的给人以启迪,也一样的不完整。

但是,大自然的想象力之雄阔远非人类可比。没有人能够想象出大自然会是如此壮美,如果他没有通过观测对此有所了解的话。

再譬如地球和时间。想必你已经通过诗人的描写了解了什么是时间,但那种时间概念怎可与真实时间——那种漫长的演化过程——的内容之丰富相比?哦,也许我说得太快了点。这么说吧,起先,地球上没有任何生命活动。几十亿年间,这颗星球就这么旋转着,日升日落,波涛翻滚,大海的喧嚣没有任何活物来欣赏。你能想象出,或是能品味或设想一个没有生命的世界会有什么意义吗?我们都习惯于从生命角度来看世界,这使我们无法理解没有生命将意味着什么,可是在相当长的时间里,这个世界就是在没有生命的情形下度过的。而且在宇宙中的大部分地方,今天仍是什么生命都没有。

就拿生命本身来说,生命的内部机制和各部分的化学组成是十分完美的。业已证明,所有生命都是与其他生命相互关联着的。叶绿素是植物进行氧处理过程的重要的化学物质。它具有正方形结构,这种漂亮的环结构 称为苯环。与植物相去甚远是像我们人这样的动物,而在我们人体的含氧系统即血液中,血红蛋白也具有同样有趣而奇异的正方形环结构。只不过环的中心是铁原子而不是镁原子,因此它们不是绿色而是红色的,但它们的环结构完全相同。

细菌的蛋白质和人体的蛋白质是相同的。事实上,最近发现,细菌制造蛋白质的机制可以接受来自红细胞物质发出的指令来产生血红蛋白。各种生命形式之间就是这样接近!生物在深层次化学结构上的这种共性确实非常神奇而完美。但长期以来我们人类却一直骄傲得甚至看不到我们与其他动物之间的这种亲缘关系。

再说说原子。那叫一个漂亮——晶体里以某种模式重复排列的小球可以延绵数英里长。看上去宁静不动的东西,比如盖着盖子的玻璃杯里的水,可以放在那里好几天,但其实是无时无刻不在运动。原子脱离液面,又反弹回水里。在我们肉眼看起来平静的现象实则充满了混乱和剧烈的运动。

还有,也已发现,整个世界都是由相同的原子组成的,恒星的组成也和我们一样。这就带来了一个问题:这些物质来自何处?这里不是说生命来自何处,也不是说地球来自何处,而是要追问形成生命和地球的物质来自何处。看起来好像可以认为,它们来自某些恒星爆炸喷射出的碎片,就像我们今天看到的恒星爆炸时的情形一样。这些碎片在4.5亿年的时间长河里不断演化着,最后变成现在这样:一奇异的生物拿着器具站在这里对着号称听众的奇异的生物进行宣讲。世界够奇妙吧!

我们再以人类生理学为例。其实我说什么区别都不大。如果您看事情足够仔细,你会看到,没有任何东西能比科学家经过艰苦努力发现的真理更令人振奋的了。

在生理学里,你可以设想一下泵血过程。女孩子在做剧烈的跳绳运动时,体内会发生什么变化呢?血被泵出,交错连接的神经系统会很快将肌肉神经的反应回馈至大脑,说,“现在我们已经触及地面,赶紧提高血压,否则就要伤到脚后跟了。”当女孩上下跳跃时,还有另一组肌肉系统在工作,与之相连的另一组神经在数数:“一,二,三,奥利里,一,二,……”她在做这些的同时,也许还在对看着她的生理学教授微笑。这也是泵血和肌肉神经反应的过程!

然后再说说电。正电与负电之间的吸引力是如此强大,以至于在所有正常物质中,全部正电与全部负电达到精确的平衡,每种电荷都紧拉着另一种电荷。在很长一段时间里,甚至没有人注意到电现象,只是在摩擦琥珀后发现它能吸起纸片。然而今天,我们在摆弄这些东西时发现,这里头还真有大量机理存在着。可惜这些科学机理还不能彻底被欣赏。

举个例子,我读过法拉第的《蜡烛的化学史》,一本根据他前后6次为青少年做的圣诞节讲座编成的书。法拉第演讲的要点是,不管你观察什么,只要你观察得足够仔细,你就会涉及整个宇宙。由此,他通过观察蜡烛的每一个特点,搞懂了燃烧、化学等。但这本书的序言在描述法拉第的一生和他的一些发现时却解释说,法拉第发现,化学物质电解时所必需的电量与被电解的原
我:
子数和电离价之积成正比。这篇序言还进一步解释说,他所发现的原理今天已应用于镀铬和铝阳极氧化着色,以及其他数十项工业应用中。我不喜欢这种陈述。我们还是来听听法拉第自己是怎么论述他的发现的:“物质的原子以某种方式被赋予电性或与电能相关联,并因此显露出它们最显著的特性,其中就包括它们相互间的化学亲和力。”法拉第发现了使原子如何结合在一起的东西,这个东西也决定着铁和氧的结合并由此形成氧化铁,其中一些带正电,另一些带负电,它们按一定的比例彼此吸引。他还发现,原子中的电荷是按单位出现的。这两者都是重要的发现,但最令人兴奋的是,这两个发现成了科学史上最富戏剧性的罕见时刻之一:两大领域走到一起,得到统一。法拉第突然发现,表面上两个明显不同的两件事情实则为同一件事情的不同方面。有人研究电学,有人研究化学。突然人们发现它们是同一件事情——电性力导致化学变化——的两个方面。今天人们仍然是这么理解的。因此,单说这些原理仅被用在镀铬上是不可原谅的。

正如你们知道的那样,生理学上一有新发现,报纸就会以标准的字句刊出:“发现者说,这项发现有可能用于治疗癌症。”但报纸却不能说明这项发现本身的价值。

试图理解大自然的运作方式是对人类的推理能力的最大考验。它涉及许多奇技妙想。你必须走过逻辑的美丽索道来避免在对将要发生的事情进行预测时出错。量子力学和相对论的一些概念就是这方面的例子。

这一讲的第三个方面是谈科学作为发现的方法。这个方法是基于这样一条原则:观察是判断某种东西是否存在的判官。如果我们认识到观察是一个概念的真理性的最终判据,那么科学上的所有其他方面和特征就都可以直接得到理解。但是,这里所用的“证明”其真正含义是“检验”,就如同100度的酒,这里100度是对标准酒精含量的一种检验。对当今的人来说,这个概念应该被解释为“通过例外情形来检验法则。”或者换一种说法,叫“用例外情形来证明该法则是错的。”这是一条科学原理。就是说,如果某项法则出现了一个例外,而这个例外又能够通过观察得到证实,那么该法则就是错的。

任何法则的例外情形本身是最有趣的,因为它向我们表明旧的法则是错的。于是最令人兴奋的事情就是去寻找什么是正确的法则,如果这种正确法则存在的话。人们通常在能够产生类似结果的其他条件下来研究例外情形。科学家总是试图找出更多的例外情形,并确定这些例外的特性,这是一个随着研究进展能给人带来持续不断的兴奋的过程。科学家不会设法掩饰既定法则的错误,实际情形正好相反,找出例外才会带来进展和兴奋。科学家总是试图尽快证明自己错了。

以观察为判决者这一原则为哪些是能够回答的问题施加了一道严格的限定。这些问题只限于如下情形,你可以这样问:“如果我这样做,会有什么结果?”可以有好些方法用来尝试。而像“我该这么做吗?”或者“这么做值吗?”这样的问题就都不属于这种情形。

但如果一件事情不是科学性质的,如果它不能通过观察得到检验,这并不意味着它是死路一条,是错的,或是愚蠢的。我们不是要证明科学的就是好的,其他的都不好。科学家研究所有通过观察可以分析的事情,因此能称为科学的事情都能够被发现。但是那些无法通过观察来分析的事情则排除在外。这并不是说这样的事情不重要。事实上,它们在许多方面非常重要。例如在决定采取行动前,你必须下定决心,因此总会涉及“应当”的问题,这个问题就不能单独用“如果我这样做,会有什么结果?”的方式得到答案。你会说,“当然可以,你看到会发生什么,然后决定是否让它发生。”但是这一步正是科学家无能为力的。您可以搞定会发生什么,但你必须决定你是否希望这样的结果。

遵循以观察作为判定依据这一原则进行的科学研究会带来一系列技术上的结果。例如,观察不能太粗糙。你必须非常小心。仪器里可能有一些沾上灰尘的地方,从而使观察对象的颜色发生变化;而这是你不曾预想到的。你必须非常仔细地检查观察条件,完了之后还须复查,以确保你掌握所有条件,并且不会发生误解。

有意思的是,这种彻底性,尽管是一种美德,往往还是会被误解。当有人说某件事已经得到了科学处理时,他的意思往往是这件事得到了彻底处理。我听到有人说德国对犹太人的灭绝进行得很“科学”,其实这与科学一点都不沾边,只不过是强调进行得很彻底。因为这其中不涉及先进行观察然后检查结果从而确定事情的问题。如果按照这种理解,那么早在科学远不像今天这么 发达,观察也不像今天这么受重视的古罗马时代和其他时期,就已经有这种“科学”的大屠杀存在了。因此在这种情况下,人们应该用“彻底”或“彻彻底底”而不是用“科学”来修饰。

如何进行观察有许多专门技术,常说的所谓科学哲学就是讨论这些技术问题的。对观察结果进行解释就是其中的一个例子。例如有个很著名的笑话是说一个男人向他的朋友抱怨说,他发现了一个神秘的现象:他农场里的白马要比黑马吃得多。为此他很担心,而且对此感到不解。后来他的朋友提醒他,可能他养的白马要比黑马多。

这听上去有些可笑,但想想我们在进行各种判断时有多少次犯下了类似的错误。你说“我姐姐得了感冒,并在两周内……”,其实你想一想,这是不是也是这样一种情形。科学推理需要一定的训练,我们应该开设这种训练,因为在今天即使是最低级的这类错误也是不必要的。

科学的另一个重要特点是它的客观性。客观地审视观察结果是非常必要的,因为作为实验者你可能会偏爱某些结果。您做了几轮实验,但由于存在各种不确定性,譬如落有灰尘,因此每次结果都会不一样。你不可能控制一切条件。但你希望出现某种特定的结果,因此当这种结果出现时,你就会说,“看见吧,就是这结果。”你再做一遍实验,结果不同。那是因为你前面的实验也许受到污染,但你忽略了它。

这些事情似乎显而易见,但人们在确定科学问题或 跟科学沾点边的问题时却对此没有给予足够的重视。例如,在你分析股票涨跌是不是因为总统说过或没说什么的问题时,就可能是这种情形。

另一个非常重要的技术性要点是,法则越具体就越有趣。理论陈述得越明确,就越有兴趣得到检验。如果有人提出说,行星之所以围绕太阳转,是因为所有的行星物质都有一种运动倾向,一种变动不居的特性,我们把它叫做“活力劲儿(oomph)”。这个理论也可以解释其他一些现象,因此是一个好的理论,是不是?不,与行星绕日运行是因为受到向心力的作用,这种向心力的大小反比于到中心距离的平方这样的命题相比,前者可以说是一无是处。第二个理论之所以较好,是因为它很具体,很明显这绝非偶然。它说的如此明确,以至于只要运动出现一丁点误差就可以判明其对错,除此之外这些行星可以随意摆动。但根据第一种理论,对这种摆动则解释成,“嗯,‘活力劲儿’的行为是有点古怪。”

因此,法则越具体,其威力就越强大,同时也就越容易出现例外情形,因而也就越有趣,越值得检验。

语词可以变得毫无内容。如果一堆语词像“活力劲儿”例子那样堆砌起来,我们从中得不到任何明确的结论,那么,这些语词构成的命题就几乎毫无意义可言,因为你根据该事物具有好动的秉性这一断言就可以解释几乎任何事情。哲学家对此有过很多论述,他们说每个词必须有非常准确的定义。其实我不太同意这个观点。我认为极端精确的定义通常是不值得的,有时是不可能的——实际上大多数情况下都是不可能的,但在这里我 不想就这个问题继续讨论下去。

许多哲学家在谈到有关科学的问题时,大多数内容其实是关于如何确保某种科学方法行之有效这样的技术层面的问题。至于这些技术要点是不是适用于不以观察作为判据的领域就不得而知了。我不会说任何事情都要用观察检验的方法来判定。在不同的领域,斟词酌句或法则的具体性等也许并不是这么重要。我说不好。

在上面所谈的内容里,有很重要的一点我没谈到。我说观察是一个概念是否含有真理的判决者,但这个概念从何而来的呢?科学的快速进步和发展要求人类发明出一些东西用以检验。

在中世纪,人们认为只要多做观察,观察结果本身就会产生出法则。但这种做法并不有效。在这里想象力更为重要。因此接下来,我们要谈的是新概念从何而来。实际上,重要的是要有新概念,至于它们从何而来并不重要。我们有办法检验一个概念是否正确,这与它来自何方不相干。我们只管检查它是否与观察结果相抵触。因此在科学上,我们对一个概念是怎么产生的并不感兴趣。

不存在决定什么是好概念的权威。我们早已不需要通过权威来确定一个概念的正确与否。我们可以参考权威的意见,请他提出某些建议。然后我们可以尝试这些建议,看看它们是不是正确。如果不正确,甚至更糟糕——那么,“权威”也就失去了其“权威”。

起初科学家之间的关系充满争执,因为他们属于一 群最能辩的人。例如,早期物理学就是这种情形。但今天物理学界里的关系则非常好。科学论战可能会充满着笑声,争论双方都有不确定性,双方都在构思实验并打赌说会出现什么结果。在物理学里,积累的观测数据是如此丰富,你几乎不可能想出什么新概念,它既不同于此前已有的概念,又能够与现有的所有观察结果相一致。因此,如果你从什么地方的什么人那里得到了新东西,你只会高兴,不会争论说为什么其他人说什么什么的。

许多学科还没有发展到这一步,而是有点类似于物理学初期的情形,当时有很多争论,因为没有那么多观察结果可凭据。我提出这一点是因为这是一个有趣的现象:人与人之间的关系,如果有一套独立的检验真理的方式,就会变得不那么争论不休。

大多数人都觉得奇怪,在科学上,人们并不关心某个概念提出者的背景,或他提出这一概念的动机。你只需要听,如果这个点子听起来值得一试,而且可以一试,它与众不同,却并不明显与以前的观察结果相抵触,那么它就会令人兴奋并值得去试。你不必在意他研究了多久,为什么他会找到你来讨论。从这个意义上说,这个想法出自何处无关紧要。它们的真正源头是未知数,我们称之为人类大脑的想象力,一种创造性的想象力——要说它是已知的,那它就是一种“活力”。

令人惊讶的是人们不相信科学研究中存在想象力。这是一种非常有趣的想象力,它不同于艺术家的想象力。发挥这种想象力最难的是你要构想出一种你从来没有见过的东西,它的每一个细节都与已有的东西相一致,但 它本身则与所有已能想到的不同。此外,它必须非常明确,而不是一个模糊的命题。这确实困难。

顺便说一句,我们有各种可进行检验的法则这本身就是个奇迹。有可能找到一条法则,如万有引力的平方反比律,就是某种奇迹。我们对这条法则可能并不完全知其所以然,但它能提供预测的可能性——这意味着它能告诉你在你还没进行的实验中你能预期会发现什么。有趣的是,同时也是绝对不可或缺的是,各种科学法则之间是相互一致的。由于观测结果具有同一性,因此对同一个现象不可能出现一条法则预言的是这种结果,而另一条法则预言的则是另一种结果。因此,科学不是某个专家的专利,它完全是普适的。我在生理学中讨论原子,在天文学、电学和化学里也讨论原子。它们都具有普适性,都必须相互一致。你不能用不能由原子构成的新事物来作为开端。

有趣的还有,推理在猜测法则的过程中很有用,各种法则,至少在物理学里是这样,会因此变得减少。我在前面给了将化学里的一条法则和电学里的一条法则合而为一的例子,这是减少法则的一个很好的例证。但还有更多的例子。

描述自然的法则似乎都具有数学形式。这不是以观察结果作为判据的结果,也不是科学所必需的一种特性。而只是表明,至少在物理学领域是这样,你可以将定律写成数学形式,这样会具有强大的预测能力。至于大自然为什么是数学的,同样也是一个未解之谜。

现在我要谈一个重要问题,那就是旧有的定律可能是错的。观察怎么会不正确呢?如果它已得到仔细检查,结论又怎么会不对呢?为什么物理学家总在变更定律呢?答案是,第一,定律不是观察结果;第二,实验总是不精确的。定律都是猜中的规律和推断,而不是观察所坚持的东西。它们只是好的猜想,到目前为止一直都能通过观察检验这副筛子。但后来知道,眼下的这副筛子的网眼要比以前使用的更小,于是这条定律就过不去了。因此说,定律都是猜测出来的,是对未知事物的一种推断。你不知道会发生什么事情,所以你需要猜测。

例如,我们一度曾认为——人们发现——运动不会影响到物体的重量,就是说,如果你旋转一个陀螺并称量它,然后在它停止后再称量它,结果称出来的重量相同。这是一个观察的结果。但是你不可能将物体重量精确到小数点后无限多位,譬如十亿分之一。但现在我们知道,旋转的陀螺要比静止的陀螺重不到十亿分之一。如果陀螺旋转得足够快,使得边缘速度接近每秒186000英里(即光速——译注),那么重量增加的就很可观了——但现在我们还做不到这一点。第一次对比实验是陀螺的速度远低于每秒186000英里的条件下进行的。转动的和静止的陀螺质量读出来都一样,于是人们猜想,质量不随运动状态而变化。

多么愚蠢!真是一个傻瓜!这只是一种猜测,一种外推。他怎么会做出如此不科学的事情来?其实这里无所谓不科学,只是不确定。不做猜测那才真叫不科学呢。人们一定会这么做,因为在这里推断是唯一真正有价值 的事情。只有面对尚未有人尝试过的局面来预言将会发生什么事情,才值得去做。如果你能告诉我的只是昨天发生的事情,这种知识没有什么真正的价值。有用的知识必须是,如果你做了一些事情,就能告诉我明天会发生什么——这不仅必要,而且也很好玩。只是你必须愿意承担出错的风险。

每一条科学定律,每一条科学原理,每一项观察结果的陈述都是某种形式的删繁就简的概述,因为任何事情都不可能得到准确的描述。上述那位猜测者只是忘了——他本该这样来陈述定律:“只要物体的速度不是太大,物体的质量就不会有明显变化。”这种游戏就是先制定明确的法则,然后再看它是否能通过观察之筛。因此,这里具体的猜测是,质量从不改变。多么令人兴奋的可能性!不管实际情形是不是如此,它都没有害处,只是不确定。而不确定性并不造成损害。提出一种猜测尽管不确定但总比什么都不说要好。

有必要指出,实际情形也确实是这样,我们在科学研究中所说的一切,所得出的所有结论,都具有不确定性,因为它们只是结论。它们是关于会发生什么事情的猜测。你不可能知道会发生什么,因为你不可能进行最完备的实验。

奇怪的是,旋转陀螺的质量效应是如此之小,你可能会说,“哦,这没什么区别呀。”但是为了得到一项正确的法则,或者至少是为了能够通过不断出现的筛子,就需要进行更多的观察,需要非凡的智慧和想象力,还需要对我们的哲学、我们对空间和时间的理解进行彻底 的更新。我指的是相对论。事情往往就是这样,一旦出现些微的效应,就需要对现有概念进行极具革命性的修正。

因此,科学家已习惯于对付存疑和不确定性。所有的科学知识都是不确定的。这种与怀疑和不确定性打交道的经验很重要。我相信它具有非常大的价值,并且能够应用于科学以外的领域。我相信,要解决任何过去一直悬而未决的难题,你必须让通向未知领域的大门敞开。你必须允许出现可能不完全正确的情形。否则,如果你已经心有成见,就很可能解决不了这个问题。

当科学家告诉你他不知道答案,说明他对这个问题还不清楚。当他告诉你他预感到应当如何去着手工作时,表明他对问题的解决还不是很确定。当他可以肯定事情是怎样进行的,并告诉你,“我敢打赌,这么做肯定行”的时候,表明他仍然有一些疑问。而且最重要的是,为了取得进展,我们必须容许这种无知和疑虑。正因为我们心存疑虑,我们才会在新的方向上探求新的设想。科学发展的速度不取决于你取得观察结果的速度,更重要的是看你创建用于检验的新东西的速度。

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如果我们不能够或不希望从新的方向看问题,如果我们没有疑问或承认无知,我们就不会产生任何新的想法。那样的话也就没有什么值得检验了,因为我们知道什么是对的。因此,我们今天称之为科学的东西是一套对确定性程度各不相同的知识的陈述。其中有些知识最不确定,有些几乎可以肯定,但没有一个是绝对肯定的。科学家对此已经习以为常。我们知道,人都能生活在这个世上并且 对很多事情并不知情,二者间并无矛盾。有人会说:“你啥都不知道怎么可能活着?”我不知道他们的意思。我永远是活在很多东西都不知道的状态中。这很容易。你怎么知道我想知道啥。

在科学上允许有这种怀疑的自由是非常重要的,而且我相信在其他领域也是如此。它是斗争的产物。这是为获准怀疑、为容许存在不确定而进行的斗争。我不希望我们忘记这种斗争的重要性,默认事情就这么发展下去而无所作为。作为一个懂得一种可以接受的无知哲学的巨大价值,知道这种哲学有可能带来进步,一种作为思想自由产物的进步的科学家,我感到有一种责任。我有责任宣扬这种自由的价值,并告诫人们:怀疑不可怕,而应予欢迎,把它当做人类一种新的潜在的可能性来欢迎。如果你知道你还不能确定,你就有机会来改善这种局面。我要为后代争取这种自由。

在科学上,怀疑精神具有明显的价值。在其他领域是不是这样我不敢说,这是个不确定的问题。我期望在下两讲里重点讨论这个问题,我将试图证明,怀疑精神很重要,怀疑不是件可怕的事情,而是具有十分重要的价值。



来源:哲学园

作者:费曼


翻译:王文浩




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