关于科学的演讲 (费曼)

不爱吱声

关于科学的演讲 (费曼)

　　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麽一回事。

“观测”是终极大法官

　

　　我要谈的第三个科学层面，是追根究柢的方法。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後证实不虚，那麽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），就是最教人兴奋的事。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。这种过程愈发展下去愈教人兴奋。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。　

　　“观测是最後的裁判”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於像“如果我这样这样做，会发生什麽事？”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“这有什麽价值？”等类似的问题，完全是另一种形态的问题。

　　但是，假如有些不怎麽科学的东西，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。这不等於说那些东西不重要，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麽时，永远牵涉了“应不应该这样做？”这重考量，你不能单从“如果我做这些会发生什麽事？”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麽事，然後再决定想不想这些事情发生。”但最後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麽事，但你必须决定是否喜欢那样的发展方式。

“彻底”不等於“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後续结论。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麽而进行观测、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，大家还不怎麽注重观测的时期，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，不明白为什麽会这样，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，两星期之後……”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。於是你重复这个实验好几次，但由於各种状况，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“总统说过什麽或没说什麽”有没有关系时，可能心中早有某些定见。

理论愈明确，愈有趣

　　另一个极端重要的技术重点，是提出来的理论愈明确，通常也愈有趣，换句话说，如果这个法则愈是论述明确，测试它的真伪时就愈有趣。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。那麽，这是个好理论罗，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。後面这个理论比较好，因为它说的是这麽的明确；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，提出来的理论愈是明确，它的威力就愈强大，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。那麽这个理论就差不多毫无意义了，因为凭著“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後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？

　　谈了这麽多，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重要，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，我们再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；之後进行测试，看看这概念是否为真。假如它不是，那麽也没什麽，只不过权威人士再没以前那麽权威而已。

　　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麽确定己见，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麽的多，你差不多不可能想得出跟以前想法完全不一样的新概念，但同时又与所有已知的观测结果吻合无冲突。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，根本不会争论为什麽谁谁谁会说“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，由於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，他的想法很是与别不同，粗看之下没有和以前累积下来的观测结果矛盾，那麽就很让人兴奋，值得一试。你不会担心他到底研究了多久或者是为什麽他要你听他说。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。

　　教人惊讶的是，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

　　顺带一提，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，还没著手做实验，它就告诉你在这个实验你可以预期会发生什麽。

　　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。由於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，经过推理之後，我们猜测出法则；而这些法则呢，会慢慢愈来愈简化，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，而且更据此可作出威力强大的预测。

    至於为什麽大自然是数学的，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。观测结果怎麽会是错的呢？如果一切都经过仔细核证，怎麽还会错？为什麽物理学家永远都在修改定律？答案是，首先，定律并不等於观测结果，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麽样怎麽样。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。往後出现新的筛子时，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麽事，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於光速，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。那个人为什麽会做出这样不科学的事情？但事实上这件事没有什麽不科学；这只不过是不确定。如果当时的人不作出猜测，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麽事，这样的知识是没有什麽真正价值可言的。知识必须能够告诉我，如果我这样做，明天会发生什麽事才行。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。这是个教人兴奋的可能性呀！而假如往後发现事实并非如此，也不会构成什麽大灾难。一切只不过是不确定，而不确定并不妨害到什麽。处於不确定状态中但提出一些看法，总比什麽都不说好。

我们活著，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麽事作出的猜测，而你无从知道将会发生什麽事，因为你没做过最完备、无所不包的实验。

　　也许，陀螺由於转动而出现的质量改变效应是那麽的微细，你可能会说：“噢，这没什麽差别嘛。”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後，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，我相信其中潜藏著巨大的价值，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，他不知道答案是什麽时，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麽而告诉你：“事情将会这样这样发展，我敢打赌。”那他还是抱著一点疑惑。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。因为我们还存著一点怀疑，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体认到自己的无知，我们就无法得到任何新观念。那样的话，也再没有什麽值得花工夫做查证的了，因为我们应该知道什麽才是正确。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，活著而同时无知，是可能的，两者并无矛盾。有些人说：“你怎麽能够活著而无知？”我不知道他们是什麽意思。我从来都活著，也从来都很无知。那容易得很。我想知道的是你如何能什麽都知道。

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，我觉得我肩负著一种责任。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，而疑惑并不是什麽可怕的东西，而是具有极大的价值的！