培养立体思维：从科学推理到范式转移，再到世界观的形成

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上个月写完两篇文章后，接下去是要聊“范式转移”的，看了很多资料觉得内容太浅，比较像近年来流行把“熵增”套用的个人、企业的和社会发展上来，却忽略了一个热力学概念的成立是有限定因素的，自然科学的理论并不适合社会科学范畴。

高中物理的热力学定律简单易懂，托马斯·库恩的《科学革命的结构》则要涉及到科学史的发展，之后才能对“范式转移”有比较清晰的认识。

上周某群讨论“意识和量子力学”的关系时，最后争吵点跑到“科学和非科学”的划分标准上，物理博士也没能拉开架。抛开情绪控制的问题，主要是基本科学常识的欠缺，于是我做了一次知识的搬运工，科普了一些基本概念。

01 科学推理和建模

以自然科学为例，在科学语境下提到的模型是理论模型，它表示想象中的世界的一部分。一层意思是模型系谱，又包括理论模型，例如飞机的成比例模型，太阳系作为原子的类比模型，地图模型，另一层意思是关于真实世界中选择出事物的一套理论假设，可以与模型系谱中的一个或另一个模型相适应。

所以当科学家提出一个理论假设，真实意思是理论模型和意向方面的世界相似，并存在一定程度上的准确度。如果验证了这种宣称相似性，理论假设就是真的，如否则为假。

决定理论假设与世界是否合适，和其涉及到那一部分世界的信息有关，我们把所有直接相关的信息叫做数据。在构建特定模型的过程中，用数据判断是否适合真实世界。

模型包括四部分：

第一步，确定真实世界的物体或处于研究中的一个过程

第二步，建构并描述关于真实世界物体的模型或过程

第三步，基于模型或实验装置推出预测，用于描述如果模型符合真实世界的话，数据应该是什么样的

第四步，在假定从模型推出预测的前提下，通过与真实世界的这类互动中产生一些数据。

 （第五步）然后对比数据和预测是不是一致的，若不同说明模型为假，但也存在两种可能性，一种数据是错的，另一种对模型本身理解是错的，或对实验设备的错误知识导致预测失败，两者都需要专业人士来判断。

（第六步）若相同，还要思考有没有可能存在另外一种不同但合理的模型，也能够产生相关论据的同样预测。没有的话，才能说数据就模型与真实世界的和实行具有决定性。

当然，一个科学家说模型为真还不够，还要用相关数据吸引不同兴趣、背景和技能的科学家一起来研究这个主题，待到大多数直接参与这一领域的科学家被说服，一致判断模型是合适的，科学成果才会慢慢向普通人传播。

路径如下：科学实验室→专业出版物→普及型科学出版物→报纸、新闻杂志、电视、互联网→普通民众。

于是一种被广泛接受的关于世界的假设，我们称之为某个时代的世界观，直到新的数据打破旧模型的假设，同时出现更精确一些的模型来解释世界，人们的世界观也变了。例如从地心说到日心说，从神创论到进化论等。

科学研究的过程，本质是对研究变量和指标的共同本质进行抽象和概括，并将其凝结为知识，然后以此为前提去解释和预测世界中的相应现象，直到某天发现同类想象不能被原有知识解释，引发新一轮的研究活动，即构建新知识解释新现象。

更广泛的看，科学研究的发展和突破在于“范式转移”。范式由基本定律、理论、应用和相关仪器设备构成一个整体，一定程度上具有公认性，提供可模仿的成功案例，科学家们可以针对共同研究课题，使用大致相同的语言、方式和规则，即一种解决问题的标准方式。

因此，范式是建立科学体系的基本模式、结构和功能，也是运用科学思维的坐标、参考系和基本方式。从研究问题和解决方法的改变（本体论→认识论→方法论→方法→原始数据），新范式替代旧范式解释原来无法解释的现象，会带来科学革命，包括对科学和学科的革新。

简单的讲，科学是发现真理，创建知识的一整套程序、方法和手段，是我们认识世界的工具和轨道，建立在逻辑推理和经验观察相结合的基础上的求知方式，例如概率论和数理统计，归纳和演绎推理。

“要素-程序-结构-功能”的三维思想模型，对应马斯克的物理第一性原理和亚里士多德的第一性原理，我们在脑海里再加上一个时间轴，它就是四纬的，可以想象成无数个立方体的组合。通过运用空间想象力，对非物理的、多维的、抽象的、变化的事物，在新的位点上不断进行解构和建构，从而还原整个系统和情境，还原的过程就是问题的解决过程，逐步认识到一个更立体的世界。

02 立体思维的形成

后来又和人聊起“线性思维和非线性思维”的问题，想起小时候玩的玩具，较多是益智类，而且偏向空间立体思维，关注整体和宏观，和“范式”的形成有微妙的关系，也是为什么我会对系统论和控制论感兴趣的原因。

有个朋友高中时就爱看推理小说，大学后酷爱桌游，还自学建筑设计，他喜欢的是策略推导后达到预期值的感觉，“不仅算对了，算力还是最强的”。而我的逻辑性强则是“把大量信息压缩成概念关系”，然后分析不同系统里要素、结构和功能的异同点。

我常常让人感觉很飘，源于逻辑是我的抽象视觉，当我用语言去描述各种逻辑关系时，你感知不到具体的事物，就听得云里雾里。

例如，一个三阶（3x3x3)魔方放在眼前，你立刻明白这是正方体，长宽高相等。但我会抽象成纯数学图像，定义点线、平面和立方体，然后再考虑性质变化。这符合《欧几里何》的推导，也贴近科学建模思维。

“赛车华容道”是根据不同的布局，让目标车辆出来，站在整体的角度来解决问题，一辆小车的移动会对其他小车的移动范围产生影响，时时刻刻蝴蝶效应。

“重力四子棋”的输赢不仅取决于已经放进去的棋子，还要预判空白处的变化，五子棋输赢在长和宽两个维度，四子棋输赢在长宽高三个维度。开始放置底层棋子的时候，预留中层和上层棋子连成线的可能性。

“磁力棒”通过磁铁小球连接，任意组合成想要的样子，思考的不仅仅是三维，还包括内部和外部的结构，某个点和部分与整体的关系，小时候最喜欢的玩具，没有之一。是不是有点““要素-程序-结构-功能”三维思想模型的意思了。

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