格物论(十一) 致知(二) 科学祛魅 一_风闻
付延明-03-25 09:59
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牛顿曾经说过:如果说我比别人看得更远些,那是因为我站在了巨人的肩上。这句话后来被解释为多个版本,甚至有“对某个矮子的嘲笑”之说。但其应当被传播的思想:知识需要积累,这却是无疑的。不能否认科学家的伟大,但也不能否认前人的积累。这种积累,直观地以人类观察世界的能力来表现,即人类借助工具(以智能为基础)达成的能力进化。科学思想,绝不是某种“觉悟”的立地成佛,而是对科技成果的总结,也是“能力进化”的结果。
相应地,不同时代,对“科学思想”的理解是不一样的,我们看古人,后人看我们,感受可能是相同的。所以,万万不可有“一切尽在掌中”的错觉。科学是人类认识世界的方法,也是成果;科学本身不是形而上,也不基于形而上,它仍在发展。相对论与量子力学所建立的体系自有其前提假定,即数学自在(隐含着人认识世界的合法性)、数学与世界绑定(隐含着物理规则的永恒性)。
波普尔把科学表述为范式的革命,即原有体系成为新体系的特例。这种情形,显然是人类“进化”的结果:凭借科学创造的工具,人类视野得以在深度和广度上拓展!是眼界的放大导致了范式的革命,而眼界放大是一个实践的积累过程,绝非顿悟而来。某些所谓哲学家并未理解科学,由此建立的思想体系,缪以千里。必须从实践的角度辨认科学和科学史。人类正在展开智能之精彩,精彩之一(或者说起点)就是超出生物极限的感知能力:测量。
科学与计量
秦始皇统一中国,最重要的历史贡献之一是统一了全国的度量衡。现代社会中,安全、科研、生产、物流、贸易等各方面都离不开计量基础的保障。国家建立(或直接采用国际标准)并有效执行一套量值传递体系(质量监督),通过计量检定(或其他传递方法),将计量基准所复现的单位量值传给下一等级的计量标准(比如砝码),并依次逐级地传递到工作用计量器具,以保证测量的准确一致。简单说就是:生活中无处不在的量具,都是由国家质量监督部门担保的,日常量具相比国家基准可能有误差,但在允许范围之内。
作为测量的前端,传感器(sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。基本感知功能分为热敏、光敏、气敏、力敏、磁敏、湿敏、声敏、放射性敏、色敏、味敏。传感器产品门类共10大类42小类,近6000个品种。--百度百科
现代计量技术属于现代科学体系,传感器、测量设备/仪器/仪表工业是现代工业的重要基础组分。凭借测量设备,人类的“感知能力”早已超出生物属性及其想象:电子天平可称量0.1微克,大型称重设备可以称量千吨以上,货轮水尺称重可达数十万吨;光学显微镜的分辨率为0.2μm,电子显微镜的分辨率为0.2nm;碳硫分析仪:碳测量可达千分之一,硫测量万分之五;温度测量精度优于0.01…。
科研单位面向前沿的测量需求,不断制造或组合新的测量设备(占科研投入的相当大部分),某种意义上讲,大型粒子对撞机也是一种测量设备。这些测量设备是科学的造物,借助它们,科学家实现了肉体不可能到达的“感知能力”。
计量单位制一般采用国际单位制(英制、市制可等价),粒子物理领域多采用自然单位制(光速c=1)。在国际单位制中,将单位分成三类:基本单位、导出单位和辅助单位(弧度和球面度,已并入导出单位)。七个严格定义的基本单位是:长度(米)、质量(千克)、时间(秒)、电流(安培)、热力学温度(开尔文)、物质的量(摩尔)和发光强度(坎德拉)。上述基本单位在量纲上彼此独立,导出单位由基本单位组合构成。
国际单位制以及背后的科学体系,为关于自然的交流提供了坚实的基础。应当感谢国际标准化领域的科学家和工程师,他们也是自然语言的工程师。扩展开来,博物学、质量领域,以及其他专业领域的专家/组织,同样也是广义的国际标准化专家,也是自然语言的工程师。他们为一部分“概念”提供了可靠的定义。
计量是一门基础科学,同时又是科学的基础。从认识论的角度看计量,从进化论的角度看科学,有助于我们理解科学。哪怕没有接受高等教育,凭借日常经验和基本的推理,我们也可以远观现代科学体系之大略,而不产生根本性误解。
如果说一般工具延伸了人类的操作能力,那么计量工具(以传感器为触角的仪器仪表)则延伸了人类的感知能力(直观及其综合)。从这一点上,可以说:科学全面提升了人类的感知能力,从而进一步拓宽了生物进化的道路。可以从国际单位制原器的精度方面,对现代科学技术带来的“感知能力”有个直观的认识。
长度单位:1889年第1届国际计量大会批准国际米原器(铂铱米尺)的不确定度为10-7;1960年第11届国际计量大会对米的定义更改为氪-86长度基准,不确定度为4×10-9;1983年第17届国际计量大会采用了光速基准,不确定度为10-9。
质量单位:铂铱合金国际千克原器,1889年第1届国际计量大会批准,不确定度约在10-7;2018年第26届国际计量大会,采用了普朗克常数定义,不确定度在10-8。
时间单位:最初,“秒”被定义为平均太阳日的 1/86400;1967年第13届国际计量大会,采用铯原子钟,不确定度达到10-15,2千万年误差不超过1秒。我们日常用到的GPS、北斗,授时精度在纳秒级(10-9)。没有高精度原子钟,就不可能实现米级的全球定位。
…。
2018年26届国际计量大会通过了决议,国际单位制中的3个基本单位(千克、开尔文、安培)改由自然常数来定义,并于2019年国际计量日(5月20日)起正式生效。至此,国际单位制7个基本单位全部由基本物理常数定义,量值的实现进入了量子化时代。
国际计量基准已经进入量子化时代。普通人可以不去了解量子力学,但应当知道,量子力学已经从最底层渗透了人类的社会生活。由此亦可佐证:科学已经成为人类的生活常识。
回到人类与恐龙的比较。《侏罗纪公园》系列电影作品让我们直观感受了恐龙的强壮。假设恐龙代表了肉体(基因)进化的方向,人类代表了智能进化的方向,那么,人类完胜恐龙。抛开热兵器不谈,仅以力量计,恐龙不可能挑战吊车、压力机、载重车辆,甚至不能挑战钳子、扳手、锯子。恐龙可能拥有比人灵敏的嗅觉、视觉,但不能挑战人类制造的检测仪器…。生物个体层面如此,社会/群体层面则差距更大,人类有语言、文字,知识可以传承,可以组织起远超动物可能性的团队合作。即使不考虑现代科学,人类也能通过组织团队配合,建设城墙、陷阱、大型机弩等击败恐龙,小型团队也可用火自保甚至反击。
站在生物进化的角度,智能生物的进化表现为借助工具。前面一直使用“延伸”一词,人类发明的工具从两个方面提升了生物个体的能力:力量和感知。某种意义上讲,工具就是人的力量和感知的延伸。赤手空拳的话,现代人可能不见得比古人强,但凭借工具,现代人的“力量”和“感知”将全面碾压古人。现代人和古人的生物特性可能变化不大,但凭借工具,现代人看得更远、更清,举得更高、更重,上天下海…。现代人相对古人已经“进化”了:眼光更锐利,手臂更强壮,体能更充足…。
进行“人类对抗恐龙”推演,可以求证“什么是最宝贵的”。人类的优势集中体现为组织能力:语言(包括八卦)所建立的关系网络远大于动物的嗅觉认同;理性对未来的期许使得人类能够让渡部分个人利益以换取团结,从而为更大规模的组织奠定基础;更大规模必然要求更精确的计划性;更大和更高效的组织,让智能得以发挥,科学得以发展;科学创造了新的延伸力量和感知的工具,每代人都有所“进化”。网络科技的发展,使得信息可以几乎没有延时地传递到每个节点,创造了“全人类组织起来”的可能性。
人类的优势表现为“传承”。人类以文字为载体,记录前行中的知识。人从出生那一刻起,就已经站在了前人堆砌起来的平台之上,他只需进入语言,就已经开始了与所有先哲们的对话。如果把全人类比作一个意志(类似‘盖亚’),那么,“她”的成长过程中,“文字”是一个特殊的里程碑:“她”站立起来,迈出了探索世界的脚步。全人类的意志表达为认识世界,组织是为了“盖亚”的合成,文字使得她有了记忆,科学是她的进化,计量则是进化的刻度。这些共同展开了人类的“智能进化”之路。
如果消灭恐龙的“神”仍在观察地球,它的感觉可能是饶有兴趣。人类智能,创造出了远超恐龙时代的精彩,更关键的是,科技还在进步,未来或许真的值得期待…。那么,人类是否有时略有疑惑:科学所创造的工具和尺度,“神”是否早就知道?科学所发现的规律性在不断排除“神”的存在,“神”是否默许?
科学与常识
科学可以给出不同的解释,但科学不能改变常识。牛顿的万有引力定律不会改变天体的运行,爱因斯坦的相对论同样不会;高能物理、量子力学也不会造成物质的崩塌。事实上,如果理论所预言的结果与常识(只要不是错觉)不符,那么,应当质疑的是这个理论。
现代化学给出了水银(汞)在常温下呈液态这种现象的相对论解释(汞在元素周期表中是80位,与它相邻的铂、金、铊、铅等在常温下都是固态的)。有没有相对论解释,水银在常温下呈液态这一常识不会改变。同样的还有黄金呈现“金色”的相对论解释。英国科学家观察到光合作用中能量转化的量子机制,并证明正是这一量子机制使光合作用能很好地消除环境干扰,而光合作用已经在地球存在了数十亿年。无论人类是否发现量子力学,不改变人类此前观察到的光合作用如此这般的性质。元素周期表所展示的元素性质的规律性,早于量子力学给出的核外电子能级的量子化解释…。未来,无论高能(粒子)物理如何发展,不会造成人类生存其中的宏观世界忽然崩塌或异常(这并非来自世外的保证,而是人类飞蛾扑火般的命运)。
玻尔曾说:“没有‘量子世界’,只有抽象的量子力学描述。我们不应该以为物理学的工作是发现大自然的本质。物理只涉及我们怎样描述大自然”。玻尔是哥本哈根学派的创始人(在量子力学的江湖中相当于少林派掌门),对二十世纪物理学的发展有深远的影响。国际单位制的量子化是“悄无声息”完成的,对生活没有影响!科学,只是在不断揭开“已在”的真相(包括人们的常识)。
上世纪七十年代末期国内开展的关于真理的大讨论:实践是检验真理的唯一标准,这是一个可靠的结论。现代科学深刻地改变了人类所处的世界,但这种改变是以人类实践的方式实现的,而不是凭空改变了大自然。更深刻地,科学只是描述大自然的方式,人类并不能声称发现了大自然的本质,如果发现了不相符的实验结果,应当改变的是科学理论。这种认识也是科学成为科学的根基所在。
因此,首先应当驱除的思想是:科学的神秘化。这是另一种经过包装了的“大全”,只不过包装物换成了科学名词。应当确信:**大自然(包括人类自身与社会),是一种比“科学”更加坚实的“存在”****。**原因在于:无论科学定律是否被人类发现,大自然早已“应用”了它们,而人类以及人类的常识,是这种“应用”的结果。人类的思考以及思考的物质基础大脑,不会因为量子力学的测不准、不相容、波函数坍缩、观察者效应等等,而忽然可疑起来。事实上,承受了认识世界的天命,就意味着科学只是人类认识和改造世界的工具,是属于人的能力,而不是可以表达的人类的“命运”。
超出科学自有范畴的讨论,是“不诚”。
每个人,除了拥有知识,还有亲人、朋友、事业、国家…。人们愿意接受科学思想,是因为它的实践有效性,而不是“绝对”,无论它如何深奥、神秘,都不是怀疑人生的理由。科学是“望远镜”和“显微镜”,它将人类的视野引向深空和微观,但无论多么深远,人类的立足地还是人的生存,不因镜片而失焦或散焦。或许在“神”的眼里,人类只是感恩节前的火鸡,但那不是人类放弃立足的理由:物的尺度和人生的价值都在于人。这是对科学应有的态度。
科学与自然
现代科学的体量,早已超过个人能力的极限,没有人可以号称全面了解科学(何况还有数学)。网络上常有“谁是人类历史上最后一个全才”的讨论,达芬奇、朗道、庞加莱、希尔伯特…。但这种“全才”更多的是后人对其学术修养的崇敬,而不是定论。何况,应当相信,后人会对世界有更加深刻的认识。
如果非要找一个“全才”,那只能是大自然,人格化的自然神。
科学之所以令人信服,原因在于不断重复的“预言成真”。牛顿、爱因斯坦莫不如此。牛顿经典物理体系建立之后,学界一度形成了某种乐观又悲观的氛围。科学家可以乐观地认为,物理学终结了,后续工作是力求精确(小数点后的工作了);哲学则不得不悲观地认为,未来已定,只是暂时难以计算而已。
但人们显然低估了计算的“难度”。愚公移山或许还有可能,推演大自然则完全不可能。用电脑游戏来做类比。游戏中的NPC显然是一段代码,最简单情形,NPC只重复几句话“村东头老李家的牛走失了,你去帮他找回来…”。游戏中的石头,并不具有石头的性质,只是挡路而已,小草也没有味道,大树也不能真的爬上去…。为了追求“真实”,设计人员开始考虑“对象化(仿真)”游戏中的人物和物品:把对象包装起来,赋予对象一组性质,让对象根据不同情况做出反应。比如NPC可以聊天,石头可以翻动,小草可以拨出,甚至阳光在不同时间有不同的照射角度…。但仿真取决于服务器的运算能力,也取决于赋予的“性质”的全面性。只说仿真一块石头,要做到全面仿真,需要设计人员了解石头的全部特征,比如翻动要用多大的力量,比如锤子击打时,多大力度可以打碎、碎成几块、崩到哪里、砸坏什么…,比如拿来磨刀,多大力度、磨损多少、发热情况、多少灰尘…。很显然,全面仿真是做不到的。至于NPC仿真,更是想都不要想,除非GM后台亲自扮演。
大自然却是“真的”,所有人物、物品都是本色出演。借用“物自体”概念,大自然中的角色就是物自体。此时,人类不再是设计者,而是参与者和观察者:观察物自体的反应,总结归纳形成知识。无论人类对物自体了解多少,无论对此物的规律掌握多少,物自体自会按它的规则行事(石头碎了就是碎了,不用等到触发什么科学和数学的计算结果)。大自然的推演结论,必定是“真实”的,出现“反常”现象,是人类了解其中规则的机会,而不是大自然“出错”了。从这一角度,就是黑格尔的“存在即合理”。但大自然不说话,只是自行演化。也就是说,没有任何人可以预知未来。
意识,人类仍然知之甚少,但也在大自然的“推演”之中。人类也只是在大自然中本色出演。人们伐木烧火与森林火灾,其影响对大自然没有区别。也就是说,对于大自然而言,影响在于人类的行为,而不在某个人的思想,除非思想影响了行为。
地球有意识吗?地球的意识就是人类的意识。想象中的“盖亚”是人格化的地球本身。自然的警告是人类理解的警告,“警告”作为一个概念,其意义也是人赋予的,大自然不言。与黑格尔的“绝对精神”一样,我们把大自然人格化,是一种思想的方法,而不是真实。这种思想方法,为人类确立了一个准则:人可以指望大自然。或者可以这样说,大自然的演化即是“道”之显、“神”之使、“思”之本,是人类存在和思考的最大最可靠的“靠山”。
这里可以补齐关于“地心”的类比:理性对应地心,人的直观以及求知欲对应地核,大自然对应地幔,现有的科学体系则对应地壳。科学是由大自然背书的(请忽略地核地幔关系)。
大自然演化至今,就是现在可以观察的样子。不管是否来源于大爆炸,不管基本粒子是否可分,甚至可以不管数学和物理定律何时起效,人类就是大自然推演至今的结果(或许不唯一)。科学,是大自然演化过程中展示出来的,人可以理解的东西。如果仅以太阳系为限(近在眼前),那么肯定还有宇宙中允许存在,但太阳系中并不存在的事物,比如黑洞,或者阿凡达的世界;以当前为界,肯定存在将来或许出现,现在并未出现的事物。大自然所展示的,远远大于人类可见的,又远远大于可以理解的,大于可以用数学公式描述的;而大自然尚未展示的,则更是不可言说的。因此,科学只是人类认识自然的方法,是人类进化转向智能方向后的工具,不是自然的“决策者”。拥有科学知识的人类,绝不是大自然的“主宰”,充其量是站在了地球生态链顶端的智慧生物。可以想象一个“绝对精神”,或人格化一个“自然神”,但不能自以为就是。
借用徐胜治先生《太上章》传灯一章中的描述,进一步说明科学与自然的关系:
世上原先并没有灯,直至有人创造了它,然后才有了一种名叫灯的东西。但无论人们清楚不清楚什么是灯,将碟子、草茎、火麻籽油组合起来用于照明,它就会出现,然后可以给它起一个名字,比如叫做灯。在世上根本没有灯之前,其实灯已经存在了,只看人们知不知道它,又能不能发现它、点亮它。如此看来,这世上的万事万物在没出现之前,其实都早有其存在的道理,否则它们就不会出现。万事万物之间的玄妙、无论我们知不知道、知道多少,它就一直在那里。
朱子:天不曾生个笔,人把兔毫来做笔,才有笔,便有理。若在理上看,则虽未有物而已有物之理。
上述思想源于道家,其中的内涵很丰富。
其一,人们已经用各式各样的电灯代替了小说中的麻油灯,凿壁偷光、囊萤夜读、脐脂自照…等都是灯,这世上还有不胜枚举的灯以及尚未出现的灯、暂不可行的灯。因此,从物的一侧,无法给出“灯”的定义,因而“理念论”不通。事实上,只要“发展”并未停止,理念论中的“概念”就是自相矛盾(理念要求‘完善’,而‘完善’是现在完成时态,无法支持将来时态)。所以,只能从人的一侧即“用途”来定义“包含了未来的灯”。
其二,“电灯”必然是早已存在的,只是借由人类在科学的基础上呈现出来。人类也并未穷尽“电灯”的可能性,比如LED光源在技术未成熟前就不能作为电灯。大自然还允许什么样的灯,人们并不知道。人们只是在“科技树”上找到了电灯分枝,枝上的可能性,人类并不敢声称已完全展开。
其三,之所以找到灯这一分枝,原因在于“有用”,即人类需要这一分枝。那么,大自然所允许的可能性中,有多少是人类不需要因而并未展开的分枝呢?未来又有多少重新“有用”而再度打开的分枝呢(比如等离子体电视技术)?以及已经打开却发现有害因而应当关闭的分枝呢(毒品、化学及生物武器…)?
其四,“存在”与“呈现”之间以“实践”连接:需求造就了“呈现”。随着“枝叶”的不断呈现,人们开始意识到“树”的存在。那么,哪些“枝叶”更容易让人联想到“树”呢?
其五,人与智能也是早就存在的。在核能-化学能的能量瀑布之下,碳基生命也是早已存在的,只看运气。热力学规定的熵增,可以理解为“大势”。所谓宜居,就是大势下的逆流之势,碳基生命顺此势而存。逆流之势既成,则人已“存在”。
如果世界是可以“推演”的,那么推演者只有一个,就是“自然”。人类本身是自然推演至此的内容:人的智能和基于智能的推演,都在自然的推演之内。在大自然面前,人类应时刻保持谦卑:科学知识体系,远未到达可以总括自然的程度。
真理不在蒙满灰尘的权威著作中,而是在宇宙、自然界这部伟大的无字书中。--伽利略