科学作为永恒的革命,从其最早的开端到量子引力

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


什么是科学?科学为我们带来了技术和现代世界,使我们的预期寿命增加了两倍,并教会了我们关于宇宙的如此多的知识。它的力量从何而来?是什么使其可靠?鉴于我们所有科学理论的临时性,以及在现代社会可悲地如此盛行的反科学主义的背景下,科学知识真的可靠吗?

我是一名理论物理学家,参与量子引力理论的探索,在日常工作中我不断地面临这些问题。例如,我必须多认真地对待研究似乎正在引导的空间和时间本质的修改?它们到底意味着什么?

在《第一位科学家:阿那克西曼德及其遗产》一书中,我对这些问题提出了一些思考。我讨论了这样一种观点,即科学思维不仅限于对观察(弗朗西斯·培根)或理性(笛卡尔)的信任,也不局限于可验证(实证主义)或可证伪(波普尔)的真理。科学也不仅限于其预测,不仅限于为各类现象构建模型,或提供确定的(“科学证明的”)知识。真正的科学远不止这些。


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科学是对更新、更有效的方式来构想世界的执着追求。没有办法牢固地保证其正确性,但正是对我们全部知识的临时性的认识,才使科学变得可靠:科学成果不是最终的;它们是迄今为止发现的最好的。科学思维的力量源泉不在于它达到的确定性,而恰恰相反,在于对它们的临时性以及我们无知的广阔性的深刻认识。这种认识使我们能够不断质疑我们自己的知识,从而继续学习。科学的可靠性不是因为其结果是确定的;而是因为它们是我们迄今为止发现的最好的。对知识的科学追求不是由确定性滋养的;而是由对确定性的彻底缺乏滋养的。

与常见的印象相反,科学思维从来都不是一成不变的:它始终是颠覆性的、有远见的和不断发展的。我在本书中试图阐明的科学方面是其批判性和反叛性的能力,能够一次又一次地重新构想世界。它有能力推翻事物的秩序,并一次又一次地构建新的世界概念图景。

我通过一位在人类思想史上伟大但又被不公正地不为人知的人物来阐述这些观点:米利都的阿那克西曼德,我挑衅性地将他介绍为“第一位科学家”。

现代科学是一项浩大的活动,它有很多先驱。许多人都可以被称为“第一位科学家”,我相信您也有您最喜欢的一位。通过关注阿那克西曼德,我希望阐述和强调科学思维的一个特征,我认为这个特征甚至比伽利略引入现代实验、牛顿的动力学定律,甚至比托勒密和喜帕恰斯的预测性数学天文学或亚里士多德对自然的敏锐观察更为根本。阿那克西曼德开创的是深入质疑常识、颠覆对世界的共同愿景,并为理解现实提出一种新颖的概念结构的过程。从当今科学家的特定角度来看,阿那克西曼德的思想获得了一种新的意义,并且他们的遗产的伟大变得显而易见。

阿那克西曼德生活在26个世纪前的米利都,一个位于现代土耳其海岸的希腊城市。他理解了许多我们今天认为理所当然的事实,但人类却花费了数千年的时间才弄清楚。最重要的是,他是第一个意识到(并能够说服世界)地球不是位于其他东西之上(柱子、乌龟、海洋、永远向下的土地),而是自由地漂浮在太空中的人。天空不仅仅在我们头顶:它在我们周围,包括我们的脚下。

著名的科学哲学家卡尔·波普尔称这个想法为“整个人类思想史上最勇敢、最具革命性和最意义重大的想法之一”。

但阿那克西曼德做得更多。他是开始详细研究自然现象(如气象现象:雨、风、雷、地震)的人,并试图用自然术语来解释它们,而不是将它们视为神灵的显现。今天,每个孩子都知道雨滴中的水来自海洋和陆地水的蒸发:是阿那克西曼德第一个弄清楚了这一点。

在基督之前六个世纪,这种知识方法的创新性是彻底的,其影响是巨大的。丹尼尔·格雷厄姆深入研究了阿那克西曼德,他写道:“阿那克西曼德的项目在他的继任者手中被证明是一个能够无限发展的计划,并且鉴于其现代体现,它产生了世界上已知最伟大的知识进步。从某种意义上说,他的私人项目已经成为对世界知识的宏大追求。”

阿那克西曼德开创的,以及我认为是科学思维核心的是,深入质疑常识(每个人都知道天空在我们头顶,而不是在我们脚下),并提出对世界的新颖的重新概念化,其中旧的概念改变了意义。为了理解地球在太空中自由漂浮而不会坠落,阿那克西曼德的革命迫使我们修改“上”和“下”的概念。一篇古希腊文献解释说,“对于那些站在下面(在对跖点)的人来说,高处是低处,而低处是高处……地球上到处都是这样。” “上”和“下”变得相对于我们在地球上的位置而言。这一步与哥白尼的地球运动论、爱因斯坦的同时性相对论或今天为了构思量子引力理论而必须放弃时间概念的主张并没有太大不同,而且可能同样难以被当时的人们接受。

我认为,这种持续质疑已接受的知识和重新构想世界是科学事业的核心方面,不仅在重大革命中如此,甚至在日常实验室实践中也是如此。如果是这样,那么科学这一伟大冒险的开端就不能放在牛顿的运动定律、伽利略的实验,甚至不能放在亚历山大天文学早期的数学构造中。它必须在可以被称为人类历史上第一次伟大科学革命中寻找——阿那克西曼德发现地球自由漂浮在太空中。

对科学的这种解读引出了两个思考。第一个思考源于对科学恰好在民主诞生之时开始的观察。阿那克西曼德是梭伦的同代人,梭伦在雅典撰写了第一部民主宪法。阿那克西曼德的米利都是爱奥尼亚联盟的一部分,该联盟的代表在帕尼奥尼翁圣所会面:这可能是人类历史上的第一个议会。正是在他们摆脱国王和皇帝的同时,人们开始用新的眼光看待世界,并发现了关于世界的一些非常新的东西。共同的决定最好在公开讨论中找到,每个人都可以倾听他人的意见,并准备改变他(以及后来的她)的想法,这种想法与我们可以通过观察、讨论和改变我们对世界的看法来增加知识的想法同时诞生。民主和科学是亲姐妹。

因此,科学的核心不是对确定性的追求。相反,它深刻地接受了我们持续存在的不确定性和我们广阔的无知。科学诞生于这样的发现:面对我们尚未理解的世界的无数方面,接受我们的无知并乐于逐步学习,比编造一个故事并坚持下去更有成效。

我认为,如果公众对科学的看法在这些问题上更清晰,那么许多当代辩论就不会那么荒谬。例如,达尔文主义在美国受到攻击,理由是它“只是一种理论,因此是不确定的”。我们不确定达尔文的进化论是关于地球生命发展的最终结论,但我们非常确定它比其神创论替代方案要好得多!同样,对气候变化的警报被低估了,理由是气候科学家“不能完全确定”。这就像当房子着火时什么都不做,除非人们“完全确定”房子确实会被烧成灰烬。我们无法获得,也不需要在生活中获得确定性:我们需要可靠性,这在哲学上可能要弱得多,但在实践中却更有趣。

这引出了第二个思考,它关系到阿那克西曼德开创的新的思维模式与神话和宗教思维之间的关系,新的思维模式正是从神话和宗教思维中脱离出来的。科学思维与宗教思维之间的冲突早在古希腊就开始了。在过去的26个世纪里,它以交替的阶段持续发展。它可以被部分遏制,也找到了暂时的妥协方案,但冲突最终是不可避免的。在表面层面上,这是因为神圣领域和科学领域之间的界限始终存在争议。

但有一个更深层的原因。这不是因为科学假装“回答所有问题”——正如它经常被指责的那样。而是因为恰恰相反的原因:因为,与宗教不同,科学思维并不假装回答所有问题。它意识到我们的无知并接受它。更重要的是,它不断质疑已接受的知识。

宗教是一种复杂的现象,它触及我们生活的不同方面并发挥多种功能。对于大多数(并非全部)有组织的宗教来说,科学思维固有的持续怀疑和对传统知识的本质不信任是难以忍受的。它们建立在不容置疑的真理之上。夏娃对知识树的果实感到好奇,但上帝不喜欢这样。

阿那克西曼德用自然主义方法理解世界,取得了连他自己都难以想象的成功。但是,阿那克西曼德抛弃的有神论思想仍然是我们星球上最普遍的思维方式。阿那克西曼德提出的问题在今天仍然具有现实意义,甚至令人深思。它分裂了我们的文明。是否有可能在不将现实、世界的复杂性和我们自己的生活归因于若干神或一位上帝的反复无常的情况下,更好地理解它们?在26个世纪前,提出在不提及神的情况下构建对世界的理解的想法是激进的。它代表了现代性最深刻的根源之一。但这并不是一个已经普遍接受的想法。我们世界中的许多人,甚至可能是大多数人,仍然持不同意见。

卡洛·罗韦利 是一位理论物理学家和作家。他与法国的艾克斯-马赛大学、加拿大的西安大略大学和圆周理论物理研究所,以及新墨西哥州的圣塔菲研究所有关联。他的最新著作是《白洞》(River­head Books,2023年)。

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