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第8章 实用主义的科学(1)

尽管证伪主义是能很好地检验科学和非科学的工具,但它依旧有漏洞。

先让我们作一个假设。

我们已经知道相对论比牛顿力学更准确了,那么我们假设有一个时空机,把相对论带到了牛顿时代。牛顿时代的科学家们见到了更准确的相对论,他们会是什么反应呢?

可能会有两种情况。一种是当时的观测技术可以观测到两种理论的区别。一种是当时的观测技术有限,区分不出两者。

我们不用辩论那时候的观测技术到底怎样,我们把这两种情况都讨论一下好了。

第一种情况,观测手段能区分相对论和牛顿力学的区别。

你或许说,这种情况是不可能的,假如人类发现观测结果和牛顿的理论不符,为什么还会相信牛顿两个世纪之久?

事实上,在1859年,法国天文学家就发现,水星的移动和牛顿理论计算出的结果有几十秒的角度偏差。

他们怀疑牛顿了吗?没有。

科学家们想当然地认为,这是由另外一颗没被发现的水星卫星的吸引造成的。他们根据牛顿理论计算出了这颗未知卫星的位置和大小,还给它起了一个名字。但实际上,他们根本观测不到这颗卫星。

他们怀疑牛顿了吗?没有。

科学家们又提出一堆新理论来解释为什么找不到这颗卫星。比如“水星因发出黄道光的弥漫物质使水星的运动受到阻尼”——别问我,我直接copy来的,我也不知道这是啥意思。

我们想,如果相对论来到牛顿时代,完美地解决了水星误差的问题,那它也不过是“未知的卫星”啊、“什么什么阻尼”啊等等众多解释中的一种。所有这些假说都能解释实验数据的异常,但其他假说不复杂,又没有破坏牛顿理论,而相对论则要向大家宣布全世界相信了两个世纪、被无数科学家崇拜的经典理论,压根就不是绝对真理。

你信谁?

科学哲学家拉卡托斯假设过一个类似的场景。他说,假如天文学家们观测到一颗星星的运转和用牛顿定律计算出来的结果不符合,会怎么办?他们不会怀疑牛顿,他们会认为有一颗未知星球干扰了这颗星星的运动。于是他们就计算出那个未知的星球,但是星球太小了,普通望远镜观测不到。于是他们就申请一笔资金,花上三年时间造了台天文望远镜。结果他们没发现那颗星球。他们还是不会怀疑牛顿,会认为是一个宇宙尘埃挡住了未知的星球。于是他们又申请造了一颗卫星去发现那个尘埃。要是没发现那个尘埃,他们会认为是宇宙中的磁场干扰了卫星的仪器。要是还没发现磁场,他们就会提出更多的理论……直到人们把这件事整个都忘了为止。

这就好像我们生活中遇到的那种从来不懂得从根本上反省的人。他受了穷,就骂是老板吝啬给他钱太少,商人太坏囤积居奇。要是怨不上老板商人,他就骂是政府太坏,要么是“社会的错”。要是赶上他还爱国怨不了国家,那还可以骂“一代不如一代了”“现在年轻人全都堕落了”。要是这些都骂不上,他还可以仰天大骂是老天不公,是命运不济。总之他遇到的所有坏事,都可以从别人身上找出无数理由,从而“严格地论证”出,他自己是不会出错的。

你或许还会觉得,这个假设不可靠。科学家们不会就那么傻吧。他们那么聪明,怎么会只知道不断给错误的理论找理由,不知道怀疑整个理论呢?

实际上科学家们不仅喜欢找理由,而且无时无刻不在找理由。

想想我们上物理课时做的实验。实验结果是不可能得到理想值的,对吧?老师给我们解释说,这是误差。空气阻力也好,物体表面不够平滑也好,尺子不够精确也好,总之到处都有引起误差的原因。

但问题是,科学家就能创造出绝对理想的实验环境吗?他们创造出绝对光滑的物体了吗?他们创造出不受观测干扰的实验了吗?不,他们永远都创造不出来,所有的实验结果、观测数据永远都有误差。

科学家有能力减少误差,比如说改进实验技术,更换各种实验条件来对比实验数据,通过多次实验计算误差的分布,看看分布曲线是不是正常。但是,科学家永远没法真正消除误差,也没法精确地认定数值的某一个部分肯定属于误差——假如能精确认定,也就不存在误差了。

再者,科学中不乏前文水星观测这样的例子,它是一个孤单的证据,当时的科学家们没法找到同类例子,也就更没法确定数据的偏差到底是不是属于误差了。

所以,实验数据总是给错误留了空间。而科学家又没有严格的办法去判定每一个错误数据的出现,到底是因为实验误差,还是因为理论本身的错误。虽然大部分时候科学家的判断没有错,但是到了水星的那个例子里,实验数据已经失去纠正科学理论的功能了。

类似的例子并不少。1956年,李政道和杨振宁发现了宇称不守恒定律(啥意思大家不用知道了),这在物理学界是一件大事,其冲击效果类似于证明出“能量不守恒”来。两个人因此得到了诺贝尔奖。然而实际上,在二十七年前,1929年的时候,一些实验早就已经出现了支持宇宙不守恒的数据。但是科学家们觉得宇宙不守恒这事儿太扯了,就认为这些异常的数据只是误差而已。

但这并不是科学家们的错。

宇宙中确实可能存在未知的星球,存在磁场,它们也确实干扰过数据,以往这样的事情也发生过,几乎每一次,科学家们给异常数据找的理由都挺靠谱的。

回到我们的假设,假设牛顿时代的科学家们提前知道了相对论,而且科学家们发现相对论能恰好解释水星位置的误差,那么他们会放弃牛顿吗?

我们刚才说了,假如你是科学家,你选择相信哪个呢?一边是一个没听说过的科学新人提出的一套全新的、复杂的新理论,要合乎它来彻底推翻现有理论,唯一的证据是一次可能由误差产生的异常数据;另一边是一个在两个世纪里被无数人无数次验证的经典理论,外加一颗远离人类一亿公里的、小小的、尚未被发现的新卫星,以及我们对自己天文观测能力不足的谦虚承认。

换句话说,为了一个独立出现的异常数据,我们应该推翻一个被验证了成千上万次的成熟理论,而用一个更复杂的全新理论取而代之吗?

或者你会坚持说,你自己选择不出来,是因为你不够聪明,没有足够的科学素养,看不到这个问题背后蕴含的“科学含义”,或者是思想不够开放。换句话说,你以为只要改进科学界对新理论的判断方式,让科学界对新理论更包容更“民主”就可以了吗?但并不存在一个什么“科学委员会”“科学审查机关”之类的东西负责“审查”新的科学理论,所以科学界也没有什么民主不民主的问题,那么这就是一个可以避免的缺点。

这个问题先放放,我们接着说刚才的假设。

刚才第二个假设……您没忘了那假设吧?我们假设说,假如牛顿时代的人见到了更为正确的相对论,但是当时一切的观测手段都无法验证两者的区别,那该怎么办呢?

这时候科学家们就会毫不犹豫地选择牛顿了,因为前面我们提到过的“奥卡姆剃刀”。

在讲牛顿的时候,我们说过衡量理论学说的两个标准,第一位是预言的准确性,第二位是简洁性。

“奥卡姆剃刀”大致的意思就是,当两个学说都能准确解释同一件事的时候,我们选择更简单的那个。

不为别的什么,就只是因为它简单。

关于奥卡姆剃刀,有一个比较常用的例子,说我们可以假设在车库里有一只我们看不到、摸不到、听不到、用任何科学手段都检测不到的“喷火龙”。这种假设在逻辑上是成立的——你不能证明它不存在嘛。那我们为什么要忽视关于这只龙的假说呢?我们可以根据证伪主义,说这只隐身龙的存在不能被证伪,所以是不科学的。我们也可以根据奥卡姆剃刀原则,说这只龙无论存在还是不存在,对我们的生活没有任何影响,那么科学家就认为它不存在,为的是让我们的理论更简洁,同时我们也不会损失任何东西。

我们也可以把奥卡姆剃刀用在《黑客帝国》的假设里。我们的确可以假设我们的世界都是虚拟的,但这假设是否真对生活没有影响?那么,两相比较,否认假设的世界更为简洁,于是我们就选择相信没有虚拟世界,我们生活的世界就是真实的。

但是您有没有嗅到一个危险的信号?

科学不是追求真理的吗?那么奥卡姆剃刀是怎么回事?奥卡姆剃刀能证明车库里的隐形龙不存在吗?没有,它只是当作隐形龙不存在。

根据奥卡姆剃刀原则,我们选择科学理论的原则竟然不是哪一个更接近真理,而是哪一个更简洁实用。

我们刚才说,无论当初的科学家是否观测到和牛顿力学不符的数据,都不会相信相对论。那你肯定会问:那后来相对论怎么就被承认了呢?

相对论被承认的原因只有一个,就是背离牛顿力学而符合相对论的证据越来越多,多到人们觉得宁可选择复杂的相对论,也比不断给牛顿理论中的错误数据找各种理由要更省事、更简洁。

这是什么意思?

我们回想一下整个过程,相对论为什么能代替牛顿力学?

这并不是一个突变的过程,并不是科学家们在一次大会上拿出各种证据和理论来不停地辩论,最终一方灰头土脸地离开会场,另一方宣布科学理论被改写。这其实是一个渐变的过程,是随着反对旧理论、支持新理论的证据越来越多,相信旧理论的科学家不断地给那些证据找理由,直到所有找出的理由堆积在一起比新理论还复杂、还难以让人接受的时候,科学理论就被改写了。

那么,您能意识到科学理论互相取代,依据的是什么原则了吗?

是实用主义!

那个市侩的、庸俗的、让我们瞧不起的实用主义,竟然是整个科学的核心?

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