科學(xué)的進(jìn)步是一場(chǎng)古怪的接力賽

薛巍

科學(xué)思維的誕生

我們對(duì)科學(xué)家的印象是，他們是一群在實(shí)驗(yàn)室或書(shū)齋里潛心思考、研究、不問(wèn)世事的人，而理論物理學(xué)家倫納德·蒙洛迪諾指出，科學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)個(gè)人的、心理的、歷史的以及社會(huì)的條件。比如量子理論，基本是一群中歐科學(xué)家創(chuàng)造的，而“創(chuàng)新需要適宜的自然和社會(huì)環(huán)境，那些處于偏遠(yuǎn)地區(qū)的人沒(méi)有做出多少貢獻(xiàn)絕非偶然”。

物理學(xué)誕生于古希臘也并非偶然。在古希臘初期，人們對(duì)自然的認(rèn)知是這樣的：天氣惡劣是因?yàn)橹嫠瓜涣?農(nóng)民收成不好是因?yàn)樘焐癜l(fā)怒了。古希臘人認(rèn)為，在宇宙成形之前，它處于混沌狀態(tài)，在世界形成之后，諸神也沒(méi)有投入多少精力給宇宙帶來(lái)秩序。這些天神自私、不忠、善變，不斷地因?yàn)槭韬龃笠饣驊嵟o人類帶來(lái)災(zāi)禍。古人缺乏數(shù)學(xué)和科學(xué)傳統(tǒng)，以及現(xiàn)代科學(xué)的概念框架：精確的數(shù)值推算的觀念，重復(fù)試驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生相同結(jié)果的概念，以時(shí)間作為參照跟進(jìn)未開(kāi)展的事項(xiàng)。

公元前6世紀(jì)，古希臘人開(kāi)始理性地探究自然，認(rèn)為宇宙不是毫無(wú)規(guī)律可言，而是存在某種秩序。這種轉(zhuǎn)變何以能夠發(fā)生呢？蒙洛迪諾說(shuō)，首先是因?yàn)槌鞘械呐d起。“古希臘啟蒙運(yùn)動(dòng)的先鋒出現(xiàn)在米利都城，這個(gè)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(ài)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(gè)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(shù)十種不同文化背景的人在此相遇、交流，傳統(tǒng)與傳統(tǒng)相遇，迷信與迷信碰撞，這給新思維方式的產(chǎn)生和文化創(chuàng)新提供了空間”。在這種環(huán)境中，出現(xiàn)了一群思想家，他們開(kāi)始質(zhì)疑對(duì)于自然的宗教和神話解釋。比如地震，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為地震是海神波塞冬發(fā)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(dāng)水涌動(dòng)時(shí)地震就發(fā)生了。這是把地震的原因歸結(jié)為自然的運(yùn)行，而不是尋求超自然的解釋。

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

理論物理學(xué)家倫納德·蒙洛迪諾

亞里士多德另一個(gè)比較嚴(yán)重的問(wèn)題是，他對(duì)普遍意見(jiàn)、對(duì)他那個(gè)時(shí)代的慣例和觀念表現(xiàn)出極大的服從。他說(shuō)：“所有人都相信的就是真的。”對(duì)于懷疑者，他說(shuō)：“摧毀了這個(gè)信仰的人將很難找到一個(gè)更可靠的信仰。”蒙洛迪諾說(shuō)，今天的科學(xué)家和創(chuàng)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(duì)于科學(xué)家或任何謀求創(chuàng)新的人來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)思想可不是一個(gè)好態(tài)度，科學(xué)是成見(jiàn)和權(quán)威的敵人。要想取得革命性的突破，必須具備公然對(duì)抗人人都相信的事實(shí)的意愿，并能用可信的新觀念替代舊觀念。“如果說(shuō)在科學(xué)發(fā)展史和普遍的人類思想中存在著一個(gè)阻礙進(jìn)步的障礙，那就是對(duì)于過(guò)去觀念的愚忠。”英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的會(huì)訓(xùn)是，不要把任何人的話當(dāng)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(xué)的重要人物是牛頓：他在研究光學(xué)時(shí)，曾經(jīng)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(jiàn)彩色的圓圈。牛頓每天工作18個(gè)小時(shí)，才30出頭時(shí)，就已經(jīng)滿頭灰發(fā)，通常還不梳理。牛頓后來(lái)投入到對(duì)煉金術(shù)的研究，這項(xiàng)研究持續(xù)了30年，比他投入到物理學(xué)研究上的時(shí)間多得多。“他還對(duì)《圣經(jīng)》作數(shù)學(xué)分析，預(yù)言說(shuō)世界將在2060到2344年之間的某個(gè)時(shí)間毀滅（不知道這會(huì)不會(huì)被證明是真的，但奇怪的是，這確實(shí)和地球氣候變化的某些場(chǎng)景非常符合）。”牛頓對(duì)神學(xué)和煉金術(shù)的研究被視為非科學(xué)行為，但蒙洛迪諾說(shuō)，牛頓研究神學(xué)和煉金術(shù)跟他研究物理學(xué)一樣，都是為了了解世界的真相。在研究煉金術(shù)時(shí)，牛頓依然保持著一絲不茍的科學(xué)態(tài)度，仔細(xì)地展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，詳盡地做筆記。后來(lái)經(jīng)濟(jì)學(xué)家凱恩斯在拍賣中買下了牛頓關(guān)于煉金術(shù)的大部分著作。

科學(xué)創(chuàng)新的諸要素

蒙洛迪諾在講述伽利略、達(dá)·芬奇等大科學(xué)家的成長(zhǎng)和工作經(jīng)歷時(shí)，總結(jié)了科學(xué)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(xué)家應(yīng)該具有的性格特征是，靈活多變和不墨守成規(guī)的思考方式，耐心的探索，對(duì)他人相信的東西缺乏忠誠(chéng)，改變自己看法的價(jià)值，相信一定存在答案并且我們能夠發(fā)現(xiàn)答案。”

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

蒙洛迪諾說(shuō)，藝術(shù)家比科學(xué)家有更大的優(yōu)勢(shì)。在藝術(shù)領(lǐng)域，無(wú)論有多少同事或批評(píng)家說(shuō)你的作品糟糕透頂，都沒(méi)一個(gè)人能證明它，但在物理學(xué)領(lǐng)域就能夠證明。“在物理學(xué)領(lǐng)域必須艱難地維持一種平衡，既要仔細(xì)選擇你準(zhǔn)備研究的問(wèn)題，又不能因?yàn)樘^(guò)謹(jǐn)慎而從不敢做新的嘗試。這就是終身教職制度為什么對(duì)科學(xué)如此寶貴的原因，它讓科學(xué)家即使失敗了也有安全保障。”

人們通常認(rèn)為偉大的科學(xué)家都擁有非凡的智慧，在社會(huì)上，特別是在生意場(chǎng)上，我們傾向于躲過(guò)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(jīng)常能看到別人看不到的東西。科學(xué)史上的人都“非常頑固，甚至傲慢。大多數(shù)偉大的發(fā)明家也是如此。他們必須如此”。

蒙洛迪諾通過(guò)一個(gè)故事解釋了意外或者說(shuō)運(yùn)氣在科學(xué)研究中的意義。他說(shuō)因?yàn)樗拿趾茈y拼寫(xiě)和發(fā)音，所以他在餐廳訂座位時(shí)，總是聲稱自己叫馬克斯·普朗克。有一次一位20出頭的領(lǐng)班認(rèn)出了這是一個(gè)大物理學(xué)家的名字，問(wèn)他是不是那個(gè)“發(fā)明了量子理論的人”的親戚。蒙洛迪諾開(kāi)玩笑說(shuō)他就是普朗克本人。

我們或許會(huì)說(shuō)，這個(gè)服務(wù)員混淆了“發(fā)明”和“發(fā)現(xiàn)”，但或許他是故意的。我們都知道，發(fā)明是創(chuàng)造某個(gè)以前沒(méi)有的東西，發(fā)現(xiàn)是看到某個(gè)以前人們沒(méi)注意到的東西。但物理學(xué)家到底是發(fā)明還是發(fā)現(xiàn)了量子理論，這個(gè)問(wèn)題并不簡(jiǎn)單，某種程度上這是一個(gè)哲學(xué)問(wèn)題：理論描繪的畫(huà)面是我們發(fā)現(xiàn)的真實(shí)的現(xiàn)實(shí)，還是物理學(xué)家發(fā)明的理論得出的世界的模型？因?yàn)檫@個(gè)世界通常可以其他方式塑造成其他的模型。

發(fā)現(xiàn)和發(fā)明還有一個(gè)區(qū)別：發(fā)現(xiàn)經(jīng)常是偶然得到的，發(fā)明則是有計(jì)劃地設(shè)計(jì)和建造，意外因素很少。愛(ài)因斯坦構(gòu)想相對(duì)論的時(shí)候，他知道他要做什么，而且也這么做了，因此可以把相對(duì)論稱為一種發(fā)明。但量子理論就不同了，在它的發(fā)展過(guò)程中，許多無(wú)意中的發(fā)現(xiàn)跟人們希望和期待的發(fā)現(xiàn)截然相反。所以，“科學(xué)的進(jìn)步像是一場(chǎng)接力賽，但這是一場(chǎng)相當(dāng)古怪的接力賽，因?yàn)槟切┙影舻娜私?jīng)常會(huì)向著上一個(gè)賽跑者意想不到，也不會(huì)認(rèn)可的方向前進(jìn)”。