科學的進步是一場古怪的接力賽

薛巍

科學思維的誕生

我們對科學家的印象是，他們是一群在實驗室或書齋里潛心思考、研究、不問世事的人，而理論物理學家倫納德·蒙洛迪諾指出，科學的發展離不開個人的、心理的、歷史的以及社會的條件。比如量子理論，基本是一群中歐科學家創造的，而“創新需要適宜的自然和社會環境，那些處于偏遠地區的人沒有做出多少貢獻絕非偶然”。

物理學誕生于古希臘也并非偶然。在古希臘初期，人們對自然的認知是這樣的：天氣惡劣是因為宙斯消化不良;農民收成不好是因為天神發怒了。古希臘人認為，在宇宙成形之前，它處于混沌狀態，在世界形成之后，諸神也沒有投入多少精力給宇宙帶來秩序。這些天神自私、不忠、善變，不斷地因為疏忽大意或憤怒給人類帶來災禍。古人缺乏數學和科學傳統，以及現代科學的概念框架：精確的數值推算的觀念，重復試驗會產生相同結果的概念，以時間作為參照跟進未開展的事項。

公元前6世紀，古希臘人開始理性地探究自然，認為宇宙不是毫無規律可言，而是存在某種秩序。這種轉變何以能夠發生呢？蒙洛迪諾說，首先是因為城市的興起。“古希臘啟蒙運動的先鋒出現在米利都城，這個城市位于拉特摩斯海灣的海岸邊，這一地理位置賦予了它前往愛琴海甚至地中海的便利條件。到公元前600年，米利都在某種程度上變成了古代的紐約，吸引著整個希臘尋求更好生活的貧窮但勤奮的人民。”

城市聚集了四面八方的人，“數十種不同文化背景的人在此相遇、交流，傳統與傳統相遇，迷信與迷信碰撞，這給新思維方式的產生和文化創新提供了空間”。在這種環境中，出現了一群思想家，他們開始質疑對于自然的宗教和神話解釋。比如地震，當時人們認為地震是海神波塞冬發怒，用他的三叉戟敲擊地面引起的。泰勒斯則提出，世界是一塊漂浮在水上的半球，當水涌動時地震就發生了。這是把地震的原因歸結為自然的運行，而不是尋求超自然的解釋。

蒙洛迪諾說，亞里士多德是古代一位維基百科式的人物，研究過各種學科，但他的研究方法有一個問題：定性而不定量。今天的物理學是一門量化的科學，能算出當你猛然坐在椅子上時，椅子施加在你脊柱上的力是多少——在一瞬間超過了1000磅（450多千克）。

理論物理學家倫納德·蒙洛迪諾

亞里士多德另一個比較嚴重的問題是，他對普遍意見、對他那個時代的慣例和觀念表現出極大的服從。他說：“所有人都相信的就是真的。”對于懷疑者，他說：“摧毀了這個信仰的人將很難找到一個更可靠的信仰。”蒙洛迪諾說，今天的科學家和創新者常常被描繪成古怪和不按常理出牌的人。這種刻板印象是有一定道理的。對于科學家或任何謀求創新的人來說，傳統思想可不是一個好態度，科學是成見和權威的敵人。要想取得革命性的突破，必須具備公然對抗人人都相信的事實的意愿，并能用可信的新觀念替代舊觀念。“如果說在科學發展史和普遍的人類思想中存在著一個阻礙進步的障礙，那就是對于過去觀念的愚忠。”英國皇家學會的會訓是，不要把任何人的話當作真理，這里任何人的話尤其指的是亞里士多德的話。

近代物理學的重要人物是牛頓：他在研究光學時，曾經用一枚針狀的錐子戳自己的眼睛，用力壓它，直到眼前一片空白，只能看見彩色的圓圈。牛頓每天工作18個小時，才30出頭時，就已經滿頭灰發，通常還不梳理。牛頓后來投入到對煉金術的研究，這項研究持續了30年，比他投入到物理學研究上的時間多得多。“他還對《圣經》作數學分析，預言說世界將在2060到2344年之間的某個時間毀滅（不知道這會不會被證明是真的，但奇怪的是，這確實和地球氣候變化的某些場景非常符合）。”牛頓對神學和煉金術的研究被視為非科學行為，但蒙洛迪諾說，牛頓研究神學和煉金術跟他研究物理學一樣，都是為了了解世界的真相。在研究煉金術時，牛頓依然保持著一絲不茍的科學態度，仔細地展開實驗，詳盡地做筆記。后來經濟學家凱恩斯在拍賣中買下了牛頓關于煉金術的大部分著作。

科學創新的諸要素

蒙洛迪諾在講述伽利略、達·芬奇等大科學家的成長和工作經歷時，總結了科學家取得突破的一些因素，尤其是想象力、勇氣等非智力因素：“成功的科學家應該具有的性格特征是，靈活多變和不墨守成規的思考方式，耐心的探索，對他人相信的東西缺乏忠誠，改變自己看法的價值，相信一定存在答案并且我們能夠發現答案。”

大科學家都是以一個略微不同的視角來審視問題的人。關鍵在于正確地提問，然后就能輕松地找到答案。“問題難就難在如何找到這個視角。這就是為什么只有具備超常智力和創造力的人才能創造出牛頓的物理學、門捷列夫的元素周期表和愛因斯坦的相對論。從某種程度上說，人類理解能力的進步靠的正是一連串的想象，它們每一個都是以略微不同的視角看待世界的人創造的。”

蒙洛迪諾說，藝術家比科學家有更大的優勢。在藝術領域，無論有多少同事或批評家說你的作品糟糕透頂，都沒一個人能證明它，但在物理學領域就能夠證明。“在物理學領域必須艱難地維持一種平衡，既要仔細選擇你準備研究的問題，又不能因為太過謹慎而從不敢做新的嘗試。這就是終身教職制度為什么對科學如此寶貴的原因，它讓科學家即使失敗了也有安全保障。”

人們通常認為偉大的科學家都擁有非凡的智慧，在社會上，特別是在生意場上，我們傾向于躲過那些不能很好地融入集體的人，但正是那些與眾不同的人經常能看到別人看不到的東西。科學史上的人都“非常頑固，甚至傲慢。大多數偉大的發明家也是如此。他們必須如此”。

蒙洛迪諾通過一個故事解釋了意外或者說運氣在科學研究中的意義。他說因為他的名字很難拼寫和發音，所以他在餐廳訂座位時，總是聲稱自己叫馬克斯·普朗克。有一次一位20出頭的領班認出了這是一個大物理學家的名字，問他是不是那個“發明了量子理論的人”的親戚。蒙洛迪諾開玩笑說他就是普朗克本人。

我們或許會說，這個服務員混淆了“發明”和“發現”，但或許他是故意的。我們都知道，發明是創造某個以前沒有的東西，發現是看到某個以前人們沒注意到的東西。但物理學家到底是發明還是發現了量子理論，這個問題并不簡單，某種程度上這是一個哲學問題：理論描繪的畫面是我們發現的真實的現實，還是物理學家發明的理論得出的世界的模型？因為這個世界通常可以其他方式塑造成其他的模型。

發現和發明還有一個區別：發現經常是偶然得到的，發明則是有計劃地設計和建造，意外因素很少。愛因斯坦構想相對論的時候，他知道他要做什么，而且也這么做了，因此可以把相對論稱為一種發明。但量子理論就不同了，在它的發展過程中，許多無意中的發現跟人們希望和期待的發現截然相反。所以，“科學的進步像是一場接力賽，但這是一場相當古怪的接力賽，因為那些接棒的人經常會向著上一個賽跑者意想不到，也不會認可的方向前進”。