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费曼:关于科学的演讲
时间:2015-05-07  来源:admin  
我了解科学,我很清楚科学的概念、科学使用的方法、科学看待知识的态度、它进步的原动力,以及它在心智上的纪律。因此,我将要谈一谈我所了解的科学。
 
任何人想要谈某个领域中的观念如何冲击另一个领域中的观念时,结果都会自曝其蠢,自找麻烦。在这个讲究事业专门的年头,没几个人能同时深入了解两个不同领域的知识,因此总是会在其中一个领域里出尽洋相。
 
很多古老观念早已演变成普通常识,用不着再作讨论或说明了。但是,当我看看周围的人时,就会觉得,跟科学发展这个大题目相关的诸多观念,并不是人人都能领略或欣赏的。没错,有很多人懂科学,懂得欣赏科学,特别是在大学殿堂之内,大部分的人都了解科学是怎么一回事。
  
“观测”是终极大法官
 
我要谈的第三个科学层面,是追根究底的方法。这个方法的基础,是认定观测(observation)是“检验某些事物是否为真”的大法官。当我们明白,观测才是“判断某个想法是否包含真理”的终极大法官时,科学的其他面相或特色就都变得明显易懂了。不过,科学上的所谓“证明”(prove)在这里的意思其实是检验(test),对大众而言,这整个想法应该翻译为“任何法则都必须接受异常情况的考验”;或者用另一种说法,“‘例外’证明了某个法则的错误。”这就是科学的原理。任何法则如果出现例外情况,而如果这例外情况经过观测之后证实不虚,那么原先设定的法则就错了。
 
这些例外本身都是十分有趣的,因为它们显示了旧法则的谬误。而因此,找出正确的法则(如果有的话),就是最叫人兴奋的事。大家会深入研究这些例外个案以及其他出现差不多结果的情况。科学家总是在尝试找出更多的例外,判定这些例外情况的特性。这种过程越发展下去越叫人兴奋。科学家不会企图掩饰法则出了错这件事;刚好相反,这是一种进展和刺激十分的事。事实上,他还想尽快地证明他原先的想法有错误不周之处。
 
“观测是最后的裁判”这个原理,严格限制了我们可以问的问题种类。我们能够问的问题只限于像“如果我这样这样做,会发生什么事?”这些问题都是可以做做看,看看结果到底如何的。像“我应不应该这样做?”以及“这有什么价值?”等类似的问题,完全是另一种形态的问题。
 
但是,假如有些不怎么科学的东西,尽管我们无法透过观测来检验,却并不表示这个东西一定行不通、错误或者是笨得要命。我们并不是说,科学就一定是好的而其他东西就都不好。科学只考虑那些可以靠法则进行分析的东西,因此所有现称作科学的东西全都被发现了;但还有很多遗漏掉的东西,是科学方法无能为力的。这不等于说那些东西不重要,其实从很多角度看来它们才是最重要的。
 
  但在决定任何行动之前,当你必须决定下一步该做什么时,永远牵涉了“应不应该这样做?”这种考量,你不能单从“如果我做这些会发生什么事?”的角度来找出解决方案。你说,“当然可以,你可以先看看会发生什么事,然后再决定想不想这些事情发生。”但最后那一步决定你想不想这些事情发生,正好就是科学家帮不上忙的一步。你可以弄清楚将会发生什么事,但你必须决定是否喜欢那样的发展方式。
“彻底”不等于“科学化”
 
从“以观测为裁判”这个科学原理,还衍生出好几个技术性的后续结论。例如,观测不能做得太粗糙。你必须极为小心,也许仪器里头有一块脏东西,使得被观测的东西颜色变了,而跟你原先设想的不一样。你必须仔细检查观测结果,检查再检查,确定你很清楚所有的实验条件,确定你没有错误地诠释你所做的一切。
 
有趣的是,很多时候这种“彻底”的做法、这种好习惯,会被误解或歪曲掉。当有人说某件事的做法很科学化时,许多时候他的意思只不过是这件事做得很彻底。我听过有人说德国很“科学化”地屠杀犹太人,但其实这件事一点都不科学,而只不过是够彻底。在整个屠杀事件中,完全没有任何为了判定什么而进行观测、检查所用的观测方法等类似问题。如果依照这种定义,早在古罗马时期或其他时期,当科学还没有像今天的进展,大家还不怎么注重观测的时期,早就出现过“科学化”的屠杀事件了。但在这些情况中,大家应该称之为“彻底”或“彻底进行”,而不是“科学化”。
 
玩这种观测游戏时,有几个特别的技巧,所谓“科学的哲学”谈论的其实大部分都是这些技巧。如何诠释观测结果就是其中之一。有个很有名的笑话说,一名农夫跟他的朋友抱怨他农场上发生了神秘事件:他养的一群白马吃的食粮分量比另一群黑马多。他为此担心得要命,不明白为什么会这样,直到他朋友提出也许他养了比较多的白马!
 
这听起来很荒谬,但想一想有多少次当你在做各种判断时,也犯了差不多的错误。你说:“我妹妹着了凉,两星期之后……”如果你仔细想想,这也是那种白马数量比较多的情况。科学思考要求的,是某个程度的训练,而我们应该教导和传播的,正是这种训练,因为就算在最等而下之的层次,类似的错误都是不必要的。
 
科学的另一个重要特色,是它的客观性。分析观测结果时必须客观,因为作为实验观测者的你,有可能比较喜欢某个特别的结果。于是你重复这个实验好几次,但由于各种状况,例如有脏东西掉进仪器里之类的,使得数据变来变去,一切都不全在你掌握之中。但你希望会出现某种结果,因此每当出现你喜欢的数据时,你就说:“看,结果就是这样。”再重复做一次实验,结果完全不一样,而其实也许在前一次实验中有脏东西在仪器里,但你视而不见。
 
  这些说来好像很显而易见,但大众在衡量科学问题、甚至只是跟科学沾上边的问题时,往往没好好注意这些事情。例如,当你分析“股票涨跌”跟“总统说过什么或没说什么”有没有关系时,可能心中早有某些定见。
 
理论越明确,越有趣
 
另一个极端重要的技术重点,是提出来的理论越明确,通常也越有趣,换句话说,如果这个法则越是论述明确,测试它的真伪时就越有趣。如果有人提出说,行星之所以会绕着太阳运行,乃是因为行星的物质有一种喜欢动来动去的倾向,让我们称之为“噢姆乎”,这个理论同时可以解释好几种其他现象呢。那么,这是个好理论咯,不是吗?不,它万万比不上“行星乃是在向心力的影响之下绕着太阳运行,向心力的大小与行星中心点及太阳中心点之间距离的平方成反比”这个理论。后面这个理论比较好,因为它说的是这么的明确;一切都很明显地不可能是运气造成的结果,行星的运行若有一点点差异,就足以证明理论不正确。另一方面,根据第一个理论,就算观测结果发现行星四处乱动,你也可以说:“呃,这都是‘噢姆乎’的奇怪作用。”
 
因此,提出来的理论越是明确,它的威力就越强大,更容易受到例外的挑战,也因此更有趣、更值得花工夫去检验。
许多时候,“字”是没有多大意义的。一堆字凑在一起,提出一个假说,然而这些字的用法让你无法获得任何明确的结论。那么这个理论就差不多毫无意义了,因为凭着“所有东西都喜欢动来动去”这样的说法,你几乎可以解释世间一切事物了。哲学家在这方面谈了很多,他们说所有字都必须极端精确地定义。其实我不太同意这种论调,我觉得“极端精确地定义”很多时候都不大需要、不大值得花力气去做,有些时候也不大可能做得到。事实上,大部分时间都是不可能做到的,但今天我不要陷进这些辩论里。
 
哲学家谈到科学时,其实大部分谈的是如何确保科学方法行得通的各个技术层面。这些技术重点在其他不以观测为最后裁判的领域中还有没有用,我就不知道了。我不会说所有事情都要用这个“从观测找例外”的方法。在不同的领域,也许我们不用太在意字的意思或者法则必须明确……等等。我不晓得。
 
新概念从哪里来
 
谈了这么多,有一些很重要的东西还没谈到。我说过,观测是检验一个想法的大法官。但想法从哪里来呢?科学的快速发展,迫使我们拚命发明一些方法来进行测试。但在中古时期,大家以为只要进行许多许多的观测,定律就自然而然地从观测结果里冒出来。但实际上定律并不是就这样出现的,其中需要更多的想像力。因此接下来我们要谈的是新概念从哪里来。
 
其实新概念从哪里来无关紧要,只要有新概念就好了。我们知道如何检定某个想法是对是错,而这些检定方法跟想法来自何方完全无关:我们只需把这个想法跟观测结果互相对照便可,因此在科学世界里我们并不关心到底新想法从何而来。
 
在科学世界中也没有权威这回事,一个想法是好是坏不是由权威人士来决定,我们也不需要找权威人士来帮忙判断某个概念的真伪。当然,我们可以告诉权威人士一些事情,让他提出建议;之后进行测试,看看这概念是否为真。假如它不是,那么也没什么,只不过权威人士再没以前那么权威而已。
 
科学家之间的关系起先是争闹不休,比一般人之间的关系要严重得多,例如在物理学刚开始萌芽的时候。但在今天的物理学界,人际关系十分和谐,科学的争论很可能渗杂了许多笑声,争论的双方同样不那么确定己见,他们往往各自构思实验,甚至下赌注赌结果。在物理学这一行,过去累积下来的观测数据是那么的多,你差不多不可能想得出跟以前想法完全不一样的新概念。因此,如果你能从任何人或任何地方得到任何新东西,欢迎都来不及了,根本不会争论为什么谁谁谁会说“如此这般才对”。
 
然而,很多科学领域并没有发展到这样,而是还像早期物理学界的情形,由于数据不多而出现许多争辩。我提起这件事,因为很有趣的是,如果出现一套独立公正的检核谁是谁非的方法,连人际关系都能够减少龃龉。
 
大部分的人发现“科学界并不关心到底是谁首创某个概念,或者是不关心观念创作者的原始动机”时,都会十分惊讶。科学家会做的是聆听,如果对方说的听起来很值得尝试,他的想法很是与众不同,粗看之下没有和以前累积下来的观测结果矛盾,那么就很让人兴奋,值得一试。你不会担心他到底研究了多久或者是为什么他要你听他说。就这方面而言,新想法从何而来根本无关重要。新想法的来源是“不知道”,我们称之为人脑的想像,深具创造力的想像。
 
叫人惊讶的是,一般人不相信想像力是科学的一部分。当然,科学家的想像力和艺术家的想像力是不一样的。最困难的,是要想像一些你从未看过的事物,这些事物必须跟已经看到过的东西完全吻合不悖,同时又要和已被想出来的完全不同;此外,它更必须是一些明确、不模糊的设想。那真是困难呀。
法则真是奇迹
 
顺便一提,单单是有法则可让我们验证,就已经是奇迹了。能够找到像重力的平方反比律,还真的是个奇迹。我们并没有真的了解这个定律的种种,但它把我们带到“预测”的可能性。换句话说,还没着手做实验,它就告诉你在这个实验你可以预期会发生什么。
 
很有趣而且绝对重要的是,科学的各个法则必须并行不悖,相互没有矛盾。由于观测结果同样是那一些,因此不能说一个法则这样预测,另一个法则却有不同预测。所以,科学并不是专家玩意,而完全是全宇宙通行的。我在生理学谈到原子,在天文学、电学和化学也谈到原子,它们是共通的,必须相互不矛盾。你不能随意从一些不以原子造成的东西开始。
 
更加有趣的是,经过推理之后,我们猜测出法则;而这些法则呢,会慢慢越来越简化,至少在物理学界是如此。之前我提到过化学法则和电学法则的合而为一,这是很漂亮的例子,事实上还有很多其他的例子。
 
似乎,描述大自然的各个法则都带有数学味道。但这并不是“以观测为裁判”的结果,数学也不是所有科学必须具备的特性,只不过,碰巧我们的法则可以用数学的形式来写出,至少在物理学是如此,甚至可以据此作出威力强大的预测。至于为什么大自然是数学的,则是一个谜。
 
不据理猜测,才是不科学
 
现在我要谈一件很重要的事情:旧有的定律可能是错误的。观测结果怎么会是错的呢?如果一切都经过仔细核证,怎么还会错?为什么物理学家永远都在修改定律?答案是,首先,定律并不等于观测结果,以及第二,实验永远都不准确。所有的定律都是猜想出来的定律,而不是观测结果告诉你一定会怎么样怎么样。它们只不过是一些优秀的猜想、一些观察的外推,是到目前为止还能通过验测的筛子而已。往后出现新的筛子时,上面的洞比以前更小,这回定律就被卡住再也通不过去了。因此定律只不过是一些猜测,是从已知外推到未知。你根本不晓得会发生什么事,因此你放胆一猜。
 
例如,大家曾经相信、曾经发现一件物体在运动时,它的重量不会受到影响。如果你转动一个陀螺,称它的重量,等它停下来再称一次,重量是一样的。这是个观测结果。但是,事实上当你称它的重量时,你没办法量到无限个小数点,甚至到几十亿分之一的单位的。但现在我们知道,旋转中的陀螺比静止中的陀螺要重,大约增加几十亿分之一。如果陀螺转得够快,快到接近光速的每秒钟约十八万六千英里,增加的重量就十分明显——但到这时候才明显。在早期的实验中,陀螺的旋转速率远低于光速,看起来转动中陀螺的质量和没在转动的陀螺质量完全相同,有人因此推测,质量是永远不会改变的。
 
笨!真是笨蛋!这只不过是个凭臆测而得到的定律,是一种外推。那个人为什么会做出这样不科学的事情?但事实上这件事没有什么不科学;这只不过是不确定。如果当时的人不做出猜测,那才真的不够科学。因为,这种向未知外推才是唯一有点真正价值的事情。只有在面对仍未做过、验过的情况,你还在猜想“应该会这样发生”,这才有一探究竟的价值。如果你只能告诉我昨天发生什么事,这样的知识是没有什么真正价值可言的。知识必须能够告诉我,如果我这样做,明天会发生什么事才行。不一定需要真的做这些事,但那很好玩。不过你也必须愿意承担错误的风险。
 
  任何一个科学定律、科学原理或实验观测报告,都只是某种形式的简本,细节都不在其中,因为你永远无法绝对精确地描述任何事物。构思者就是会忘记!写定律时他应该说“速率不太高时,质量没改变多少”。这个游戏就是要提出很明确的法则,看看它能否通过筛子的考验。当时提出的明确臆测,是质量永远不会改变。这是个叫人兴奋的可能性呀!而假如往后发现事实并非如此,也不会构成什么大灾难。一切只不过是不确定,而不确定并不妨碍到什么。处于不确定状态中但提出一些看法,总比什么都不说好。
我们活着,而且无知
 
我们在进行科学研究时所说的一切、所有的结论式描述,全都带有许多的不确定,这是必然会发生的,只因为它们全是结论。它们是对未来会发生什么事作出的猜测,而你无从知道将会发生什么事,因为你没做过最完备、无所不包的实验。
 
也许,陀螺由于转动而出现的质量改变效应是那么的微细,你可能会说:“噢,这没什么差别嘛。”但为了要找到正确的定律,或至少找到能够通过一个又一个的筛子,通过更多观测结果的考验,就需要极为不凡的智慧和想像力,以及全盘颠覆原先的哲学,颠覆我们对空间和时间的认知。我指的是相对论。往往发生的是,那些微细的效应现身之后,许多概念便需要进行最具革命性的修改。
 
因此,科学家早已习惯面对“疑惑”和“不确定性”。所有的科学知识都是不确定的。这种与疑惑和不确定性打交道的经验十分重要,我相信其中潜藏着巨大的价值,而且这种经验超越科学,往外延伸。我相信,要解开任何从未被解开过的难题,你必须让通向未知的门半开半掩地,容许“你可能没全弄对”的可能性。否则,假如你早已抱有定见,也许就找不到真正的答案。
 
当科学家告诉你,他不知道答案是什么时,他是个无知的人。当他告诉你他有一点点预感,觉得事情应该是如何如何,那他是对事情不确定。当他蛮确定答案应该是什么而告诉你:“事情将会这样这样发展,我敢打赌。”那他还是抱着一点疑惑。而最最重要的是,要进步的话,我们必须认清楚这种无知以及这种疑惑。因为我们还存着一点怀疑,才会建议往新的方向寻找新观念。科学的发展速率,并不是看实验做得有多快而已,更重要的,是你创造出新东西的速率。
 
要是我们无法或不想往新方向看,如果我们没有一丝的困惑或认识到自己的无知,我们就无法得到任何新观念。那样的话,也再没有什么值得花工夫做查证的了,因为我们应该知道什么才是正确。所以,今天我们称之为科学知识的东西,其实是一堆不确定的论述,只不过不确定的程度不一而已:有些是最不确定的,有些差不多确定,但没一样是绝对确定的。科学家已经很习惯这种状况。我们都知道,活着而同时无知,是可能的,两者并无矛盾。有些人说:“你怎么能够活着而无知?”我不知道他们是什么意思。我从来都活着,也从来都很无知。那容易得很。我想知道的是你如何能什么都知道。
 
不要害怕疑惑
 
这一点点存疑的自由,是科学的重要部分。而我相信,在其他领域中也一样。它是从一场挣扎、一场斗争中诞生。这是为了争取被准许存疑、被容许对事情不确定而发生的斗争,我不想大家忘记这些挣扎的重要,不先尝试一下力挽狂澜,而自动弃权。
 
作为一个知道“无知哲学”的伟大价值、更知道这套哲学可以带来巨大进步的科学家,我觉得我肩负着一种责任。这些进步乃是思想自由的果实。我觉得我有责任大声疾呼,宣扬这种自由,教导大家不要害怕疑惑,而是要欢迎它,因为它是人类新潜能的可能来源。如果你知道你不很确定,你就有改进现状的机会。我要替未来的世代争取这自由。
 
存疑很明显是科学的一项价值。在另一个领域中是否如此则是个可供辩论的问题,是些不确定的事情。存疑是很重要的,而疑惑并不是什么可怕的东西,而是具有极大的价值的!