海北尬生：真理战胜愚昧？科学能否让我们建立一个可知的世界？ | 二湘空间

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 关于科学的哲学——科学前进的过程，以及科学的效果和目的
文/海北尬生

在中国，绝大多数人虽然对科学的理论不甚了解，但内心深处还是尊重科学、维护科学的。这一点是很好的，因为新冠疫情已经让我们知道，诸如疫苗阴谋论、口罩阴谋论之类的无知反智言论不但严重干扰了视听，污染了舆论环境，还给科学家的工作和疫情防控工作造成了非常严重的困扰。在中国，虽然也有极少一些人信仰地平论、登月阴谋论之类的言论，也有一部分民科宣传着各种稀奇古怪而不经推敲的观点，但是他们还不成气候，不会给科研工作造成多大的麻烦，更不会像美国那样给社会造成多大的负面影响。

但是，这并不意味着很多中国人有一个正确的科学观。举一个最典型也是最常见的例子：问问别人，科学前进的过程是什么？

很多人会很自然的想起那六个字来：真理战胜愚昧。如果你要求他举几个例子的话，往往会先举起地心说和日心说的例子来，对科学史比较了解的还会举起热质学说和燃素说的例子。甚至有一些科学家，一些科研工作者也会持这种观点，足以可见这种观点在中国的群众基础是多么深厚。

在我还靠科普读物了解科学，而不是靠严肃的学习科学的理论和实验的时候，我也持这样的观点，也会意淫自己有一天能够成为真理的卫士，与愚昧展开搏斗。但是在认真的学习一段时间的物理学之后，我发现情况不太对劲了，并把这个结论改为：是追求更简洁更全面的模型的过程。

举一个最简单也是最容易理解的例子，就是地心说来看吧。在摘除掉里面的与物理无关的东西，比如什么上帝之类的，之后，这个问题其实就是一个很简单的选择以地球还是以太阳为参考系来研究太阳系星体的运动的问题。就像是甲乙两个人在街上走，你可以认为甲是静止的，把他的运动加到乙身上，这就叫以甲建立了一个参考系。当然，如果你选择以乙为参考系，而不是以甲为参考系，也是可以的。那么，在讨论是以地球还是以太阳为参考系时也是如此，无论选择哪一个参考系，都是可以列出来运动方程的。

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比如我们经常会说“太阳东升西落”，实际上就是把地球的运动加到了太阳身上。在实际中，托勒密想到了用本轮和均轮的方式来抵消地球的自转：天体先围绕本轮转动，本轮再绕着均轮转动，如果有需要进行轨道修正的话，还可以把原先的本轮再变成一个新的本轮和均轮的组合，如此不断进行。这是一个相当复杂而精妙的系统，通过不断调节本轮和均轮的数量以及它们旋转的角速度比，在傅利叶级数的帮助下，我们几乎可以用它模拟出任何形状的轨道，天体运行的椭圆形轨道更是不在话下。所以说，地心说并不是一个错误的学说，它描述天体运动的能力和取代它的地心说是一样的。

那么，为什么这个学说最终被放弃了，而我们时至今日使用的太阳系模型都是以太阳为中心的呢？其实对数学比较敏感的读者读到这里，答案已经呼之欲出：它太复杂了。为了修正一些干扰，比如行星之间的相互影响，行星的轨道并非圆形，而是椭圆，托勒密和他的继任者们只能不断地添加新的本轮和均轮，才能精确地预言天体的运动。结果，这个模型日益的复杂，研究天文学成了一项艰苦复杂的数学工作。相比之下，哥白尼一派的日心说就简单多了：以太阳为中心，行星在简单的圆形的轨道上——随后被开普勒更改为椭圆——围绕太阳运转。

采用这一学说，让天文学家获得了解放，同时也很大程度上刺激了物理学的发展——牛顿在研究万有引力的时候，正是由行星围绕中心天体做椭圆运动，才推导出了万有引力是与平方成反比的公式。如果牛顿采用的不是日心说模型，而是地心说模型，还能得出这一结论吗？我觉得即使以牛顿的功底，也几乎是不可能的，因为地心说模型实在是太复杂了。没有哥白尼的话，以万有引力定律为代表的经典力学将难产，而且很有可能还会顺带着导致微积分的难产。不过这都是后话了。

这就是“更简洁”的那一部分。接下来说一说“更全面”。

真理战胜愚昧这个说法是谁提出来的，现在已经不可考了，不过，鉴于黑格尔等人提出了一些类似的观点，马克思在他的哲学体系当中，很大程度上应用了这一点，我们可以确定这一说法应该诞生于十八到十九世纪。对于当时持这种观点的哲学家非常糟糕的是，他们当时的、被他们当作这个观点的论据的很多“真理”已经不再是“真理”。在物理学上，最典型的例子莫过于相对论的出现。

那个年代的哲学家们肯定是基于伽利略变换来研究运动学的，这个变换也正是我们日常生活当中所能感受到的：两人相向而行，对于一个人而言，他们两者的相对速度是两个人速度的和。但在19世纪末20世纪初，科学家从理论和实验上都发现了光速在任何情况下都是不变的，两束光相向而行，在一束光看来，另外一束光的速度仍然是光速。基于此，洛伦兹提出了所谓的洛伦兹变换，并由爱因斯坦进一步发展，得出了著名的相对论。虽说如此，相对论与伽利略变换并不矛盾：在速度比较低的时候，洛伦兹变换就退化成了伽利略变换。因此，说经典力学的体系是错误的似乎也是不公平的，在速度比较低的时候，它就是正确的。

在这个故事中，我们可以看到，并没有什么真理与愚昧，只是新出现的模型的适用范围更广，既适用于低速，也适用于高速情况，因此，我们说它是一个更好的模型，正是因为它更全面。而现在，物理学家正在努力的方向也正是这样的，早在爱因斯坦还在世的时候，他就已经开始研究一种能够将所有相互作用包含在内的体系，这项工作耗尽了他人生中最后的岁月。

目前比较有希望的是所谓的M理论，不过，因为缺乏实验和理论的支持，这个理论现在的发展基本上是停滞的。接下来给大家看一张图，它描绘了现在几个正在研究中的理论之间的关系，它们的共同点是，它们并不寻求在我们现在的已知范围之外，再发现什么东西，即使他们有些的确在试着提出一些新的理论，比如新的力、新的定律。它们只是希望能够尽可能多的解释我们所已知的现象，拥有尽可能广的适用范围。

说完这个问题，我们再来讨论一个更有哲学意义的问题：科学究竟能否让我们建立一个可知的世界？

在马克思甚至更早的时代，哲学家就已经感觉物理学已经发展的很完备了，足够让他们从哲学的角度概括自然的运行规则。然而，从今天的角度来说，他们知道的东西还很片面，因此，他们作出的结论也多半是不正确的。就当时的人而言，对于世界是可知还是不可知的，已经基本倾向可知论，马克思更是把它上升到了唯物和唯心的高度：唯物的和主观唯心的都是认同可知论的，客观唯心则是认同不可知论。他做出这种判断可以理解，因为当时物理学虽然没有成功的解释所有现象，但已经展现出了一种势不可挡的趋势。终究有一天，当物理学和数学发展的足够完备时，我们可以理解到自然的全套哲学。至少在马克思和他的同事看来是这样的。

时间就这样来到了20世纪。就在20世纪的最初几年，物理学迎来了一头洪水猛兽：量子力学。它对世界的影响已经远远超出了物理学的范畴，比如最基本的量子观念就打破了“变化是连续的”这一哲学论点。而它对于可知论的影响也是很深远的：1927年，海森堡提出了所谓的不确定关系，他指出坐标和动量，也就是物体的速度和质量的乘积，的不确定度应该大于等于一个常数，也就是说，坐标越确定，动量就越不确定，反之亦然。这意味着，我们不能同时获得一个物体准确的位置和速度。随后，人们又发现这一关系也同样适用于能量和时间。

虽然这只是部分可知，不是完全不可知，但他显然是与哲学意义上的可知是不同的。在这个基调下，量子力学继续发展，提出了波函数的概念。在这个观念中，粒子出现在某一区域的概率是与这个波的函数有关的，我们不能精确地预测每一个粒子的运动轨迹，并预测它的最终位置，而是只能获得一个概率。之后还有所谓的态叠加状态，它指出，微观粒子应该是多种状态并存的，只有在测量的时候才会坍缩出一个结果。

当时学这段的时候，老师曾经用谈恋爱做比方：一个女生对你的情感是复杂的，有喜欢但也有不喜欢，可是当你问她“你是否愿意嫁给我”时，她就被迫在她的所有情绪当中做出一个选择，也就是坍缩出一个结果，回答你“是”还是“不是”，而这个答案是无法反映她在之前复杂的心理内心状况的。凡此种种，物理学意义上的可知论已经不复存在了。

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也许你会说：也许量子力学本身就是错的呢？也许它本身就是一个不完美的体系，而不完美的地方就是这些不确定度呢？或许真的是这样，量子力学不能确定的东西背后有着更深刻的物理定律支配着，但是从数学上讲，从纯逻辑上讲，建立一个完美的逻辑上可以解释一切的体系就是不可能的。就在海森堡研究出不确定度的四年后，也就是1931年，数学界也迎来了自己的不可知论：哥德尔公布了自己关于不完备性定理的研究。这个定理告诉我们：任何一个形式系统，只要应用到初等数论，而且是自洽的，就一定包含无法解决的命题，就是说这个命题既无法还被证明，也无法被证伪。

鉴于“只有完全可知才是可知”，因此，我们可以说明，在数学上，也是不可知的。到这里，自然科学的两个主要部分，即它分别与逻辑和现实结合的部分，都被证明是不可知的。我们从数学和物理的角度上，解决了这一哲学问题。作为一个理科生，这样的结果或许令人沮丧，但在找到新的替代方案之前，我也不得不接受这样一个事实：因为它就是真相。

现在再回头看看那些哲学家的话，是不是觉得有些欠严谨呢？这是因为我们认知世界的手段，早在文艺复兴时期，就已经被确立为是实验和数理逻辑推导，而不是古希腊式的哲学思辩。鉴于哲学无法定量研究，无法做实验，因此，采用纯粹的哲学思辨来研究的话，一定是不精确、不方便、不可靠且具有高度迷惑性的。认知世界并不是哲学家的工作，而当哲学家越庖代俎，就会发生类似这样的问题。

之前我曾经回复韩松老师的一篇文章写了一段关于科学和宗教的文字，其实关于世界是唯物和唯心的这个问题，应该也是物理学家，而不是哲学家，更有发言权，因为这个问题本质上就是世界的运行的根本逻辑是什么，以及人的意志是什么的问题。这也就是为什么我得出了这样的结论：因为我们现在科学没有从正反两方向证明神明是否存在，因此，选择相信有神明和选择相信没有神明都是对的。

其实说实话，作为一个学工科的学生，真正的科学距离我其实还是挺遥远的。我想绝大多数人也都是这样，一生都不会触及到科学的最前沿，也无需触及到它的最前沿。但是，我们至少要拥有一个正确的科学观，至少要能够回答几个问题：“科学是什么？它是为了什么？它是怎样发展的？它的目的是什么？”如此，我们才能说，我们也不愧是身在崇尚科学的年代，学过一回科学的人。

作者简介海北尬生：因其尝求学于北海之北，每不顾环境而放尬言，故起此名也。喜航天，爱读书，本学理工，爱好文学。
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~the end~

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