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关于科学,我们离真理究竟有多远? (之三)

2019-01-25  路漫漫兮w...

导读:霍金的依赖模型的实在论断定,根本就不存在一个客观实在的世界,人们对世界的所有认识,都建立在特定模型的基础上。


库恩认为,人们认识世界所依赖的,不过是一个个的范式,只在于能够解释现象,而谈不上什么客观真实。


无论范式也好、模型也罢,我们都无法判断谁更接近真理,因为真理不会说话、无法自证真实。


评价一项理论体系是否是一种科学进步,只关乎于它的解释能力和适用范围,而与客观真理无关。



我们离真理究竟有多远?

(之三)

 

| 立峰

 

(接上文)

 

7、《大设计》

 

2011年,霍金与蒙洛迪诺Leonard Mlodinow共著了《大设计》The Grand Design一书,在书的开篇,霍金就断言:哲学死了,哲学跟不上科学的发展步伐了。

 

《大设计》与其说是作为科学家的霍金,在书写关于人类最前沿的科学理论;还不如说,是作为哲学家的霍金,想要阐述和表达他对于宇宙世界最根本的认识方式,简而言之即:依赖模型的实在论。

 

 

首先,什么是模型?比如:


为研究的需要,科学家在研究宏观天体物理时,创建了“标准宇宙模型”StandardCosmological Model;

在研究微观粒子时,则建立了“标准粒子模型”Particle Physics Standard Model。


而所有这些,只是用于研究需要所建立的模型,与客观实在无关。

 

所谓依赖模型的实在论,简单说就是:人类所有知识,全都只是主观模型,而不是事物的客观反映。即人类的一切知识与真理无缘。

 

其次,什么又是实在呢?比如:


观察一个足球,即便我们把它踢出视线之外,我们也会确信,这个篮球一定存在于某个地方,而不会凭空消失;而且,这个篮球每时每刻都有一个客观的速度和位置,它的运动轨迹完全遵照牛顿经典理论,绝对不会受到观察行为的影响。


这就是哲学上的实在论。

 

但是,根据量子力学著名的不确定性原理,观测者和观测对象之间会相互影响、密不可分。

 

这就好比,我们戴上棕色眼镜观察一匹白马,看到的马就是棕色的;戴上其他颜色的眼镜,看到的,就是其他颜色的马。

再如,当我们观察微观粒子时,必须得将一束光照射在上面,但这束光,却一定会影响粒子的物理状态。

 

所以,当我们采取不同的测量方法,得到的结果也不一样。粒子的位置和速度,都不再是确定的物理量。甚至如果不测量,粒子压根就谈不上有什么位置和速度。

 

这时,我们还能说粒子是客观实在的吗?量子力学的实验结果,动摇了“实在论”的基础。


 

霍金在《大设计》里告诉我们,即便不去谈论量子力学,就是从人类认知的角度,实在论也大有问题。

 

虽然通常认为,眼睛是观察世界的窗口,但事实上,我们的认知是由大脑决定的。眼睛只相当于一个透镜,接收外界传来的光信号;大脑,则是要负责建立模型。

 

我们用眼睛看到的,不过是大脑呈现的模型。比如,


1、人类的整个视觉范围中,有高分辨率的,只有视网膜中心约1°的范围。也就是说,我们观察整个手掌时,只有视野中心拇指大小的部分才真正高清,其余地方都是模糊的。

2、在视觉神经与视网膜连接处,还有个没有感光细胞的盲点;所以眼睛接受的视觉信号,图像并不完整,中间应该有个洞。

3、并且人的两只眼睛,因角度不同,所看到的,也并非同一个画面。

 

而我们之所以能看到正常的、清晰的外部图像,是因为人的大脑具有强大的运算能力,能对接受到的信号进行拼接、优化等综合处理,并把二维数据三维化。

 

大脑的这种运算能力十分强大,即便我们戴上一个特制的、让画面上下颠倒的眼镜,经过一段时间,大脑也能通过学习适应,使人重新看到正常方向的图像。

 

所以我们所观测到的一切,都是大脑经过运算建立的心理图像而已,而根本谈不上什么客观实在。

 

这有些类似于现代版的庄周梦蝶,子非鱼,安知鱼之乐?

 

虽然相隔了两千多年,但庄周的哲学观点,与霍金的不谋而合;所不同的是,庄周的属于纯哲学思辨,而霍金的观点后面,却有着实实在在的科学证据。人类的确无法认知所谓的客观真实。

 


无独有偶,意大利有个叫蒙札的城市,曾通过法令,禁止把金鱼养在弯曲的鱼缸里。城市议会的立法者与金鱼做了一个换位思考:假设人就是鱼,那么透过弯曲的鱼缸所看到的,将是一个扭曲变形的世界。

 

显然他们认为这样很不公平:当人在鱼缸外,看一个物体在沿直线运动,那么在金鱼看来,物体运动的轨迹就是曲线。

 

但是,如果金鱼足够聪明,同样能总结一套弯曲鱼缸的科学定律,虽然复杂,也完全可能精准地预测物体的运动状态。

 

金鱼身处鱼缸无法逃离,人类也只能活在大气层中,金鱼所看到的与人类不同,甚至它们根本意识不到水的存在。但我们却不得不承认,人类不过是生活在空气当中的金鱼;或者,金鱼所看到的图像,也是另一种正确。

 

霍金借助金鱼表达了他的哲学观点:所有的客观实在,其实都建立在某种理论模型的基础之上。我们没必要追问模型的真实性,而只需要关心,研究过程中,这个模型是否具有解释力。

 

从某种角度看,金鱼眼中的图像跟人类眼中的图像同样真实,各自的理论模型也分别管用;模型无所谓对错,只要能够足以解释现象、预测未来。

 

从这个意义上看,意大利小城Monza的议会还真是有点儿多虑了。他们虽然对动物很有爱心,但实在是不明白霍金深邃的科学哲学思想。

 

实在论,并不是指真正的实在,而是建立在特定模型的基础上的,这就是霍金的依赖模型的实在论。

 


比如,当科学家在研究光是什么的过程中,所涉及到的,同样是研究模型的问题。

 

最初,牛顿写了一本《光学》,认为光由粒子构成。这样就能够解释诸如:光沿直线前进、光的折射等现象。但在有的观察当中,光却呈现为一系列明暗相间的圆环,好像水波一样,这时又只能解释为光的本质是波。

 

但是,爱因斯坦对光电效应的解释却证明了,光仍然可能是一种粒子。当高频率光照射金属时,会从金属表面打出电子;但如果是低频率光,无论光的强度多高、照射时间多长,都无法打出电子。爱因斯坦认为,光的频率决定了单个光子的能量大小,能否从金属表面打出电子,只跟光的频率有关。因为对光电效应的解释,爱因斯坦获得了1921年的诺贝尔奖。

 

目前的物理学界普遍认为,光具有波粒二象性。光兼具波和粒子的性质,既是一种波,也是一种粒子。我们无法确知光的本质,而只能说,光在不同的模型中,呈现不同的性质。

 

依赖模型的实在论的角度看,牛顿经典力学、爱因斯坦相对论、量子力学,只是适用的模型不同而已,我们在不同范围内观察事物,都能够找到所适用的理论模型。

 

但是如果反过来理解,这些理论之间,还存在着深刻的矛盾,人类至今都无法找到任何一种对于一切现象普遍适用的万物理论。

 

 

8、范式革命

 

库恩ThomasKuhn曾是哈弗大学物理专业的学生。但库恩因一次偶然的机会,系统地研究了从亚里士多德、到伽利略和牛顿、直至20世纪的科学发展史后,他惊讶地发现:


科学进步,与其说像传统认为的那样,是一种单纯的知识积累,还不如说,是一种认识视角和研究模型的彻底转变。

 

科学史上,从亚里士多德的物理学、牛顿力学,到现代的相对论、量子力学、天体物理、信息技术和人工智能,科学的进步,是人类认识和理解世界的方式,一次又一次地被彻底颠覆、全面革新的过程,伴随着人类的认知视野、思维方式、研究方法,全部都发生了天翻地覆的变化。

 

库恩为此给出了一个概念,叫做范式。不同时代的科学研究,采取不同的认知模型和研究方式,就是范式。

 

当亚里士多德宣称“大地是球形的”,一下打破了人们心中长久以来“天圆地方”的认知范式;

哥白尼提出“日心说”,一举击碎流行千年之久的托勒密“地心说”范式;

爱因斯坦相对论的“相对时空观”,尽管与直觉相悖,还是战胜了被广为接受的牛顿“绝对时空观”的范式;

但即便是爱因斯坦,都无法打破长久以来的“决定论”范式,而完全接受量子力学的概率论,坚持认为“上帝不掷骰子”。

 

可见科学的每一次进步和飞跃,都是对于人们心中固有范式的一次彻底颠覆。

 

科学研究,通常基于某一既有范式展开,当原有范式无法解决的反常一再出现,研究者也许就该跳出深信不疑的知识框架、打破驾轻就熟的思考路径,抓住破旧立新、建立新范式的大好时机。当然,这个过程非常困难、十分痛苦,但也最考验人的智慧。

 

科学家打破思想束缚,采用新的理论模型、认知框架、思维方式,往往才能使反常迎刃而解。科学史上一次次所谓科学革命,就是这种范式转换的过程。

 

打个不太恰当的比方,很多人看过鸭兔图,也叫两可图。同一张图,有人看到鸭、有人看到兔,或同一个人开始看到鸭、后来又看到了兔。

 

同一张图之所以看到的东西不一样,是因为观察角度不同。科学研究也是这样:现象和问题没变,但当我们使用不同模型,转换思考问题的角度,改变解决问题的方式,原来纠缠不清的现象,就很可能一下柳暗花明、豁然开朗。

 

托马斯·库恩1922~1996,美国科学史家、科学哲学家。


正如当19世纪末,开尔文勋爵不无自豪地断言,整个物理学的大厦基本建成,除了黑体辐射和以太的存在,这两朵乌云,还没有定论之外。

 

两朵乌云,正是挑战经典物理学的反常。对于这两个问题的回答,一个催生了量子力学,另一个则诞生了狭义相对论。

 

这两个全新的物理学范式横空出世、石破天惊,完全违反了人的日常经验和常识,不要说普通人,就连资深的物理学家们都很难真正接受。

 

事实上,转变范式意味着人的世界观思维方式的剧烈转变;接受新的范式,往往意味着全盘否定自己旧有的知识、思维习惯、甚至是价值观。这个过程,有点像是信仰改宗,实在没想象的那么容易。

 


库恩被称为科学哲学家。库恩认为,人们认识世界所依赖的,不过是一个个的范式,只在于能够解释现象,而谈不上什么客观真实;他所谓的科学进步,就是寻找新范式,来回答旧范式无能为力的反常

 

霍金也当之无愧,是物理学家中的哲学家。霍金提出的依赖模型的实在论,断定根本就不存在一个客观实在的世界,人们对世界的所有认识,不过都只是建立在一定的理论模型的基础之上。

 

无论范式也好、模型也罢,异曲同工之处,是无论哪种理论模型,我们都无法判断谁更接近真理,因为真理不会说话、无法自证真实。

 

而在众多的范式或模型当中,如果有什么评价标准的话,就是看哪种理论,能更系统地解释现象、更好地作出准确预测,并有更宽的适用范围,等等。

 

比如,在对比牛顿经典物理与狭义相对论时,所有上述指标,狭义相对论的范式或模型都胜出一筹。所以我们才说,爱因斯坦的理论的出现,相比于牛顿理论,是一种科学的进步。

 

简而言之,评价一项理论体系是否是一种科学进步,只关乎于它的解释能力和适用范围,而与客观真理无关。

 

1、《大设计》The Grand Design,2011年出版,作者:史蒂芬·霍金Stephen Hawking与蒙洛迪诺LeonardMlodinow。蒙洛迪诺是位物理学家,同时也是科普作家,是电影《星际迷航》的编剧。

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