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科學

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大發現:一場以科學來型塑世界的旅程(CKZ0059)
TO EXPLAIN THE WORLD

類別: 自然‧科普‧數理>科學
叢書系列:科學人文系列
作者:史蒂文.溫伯格
       Steven Weinberg
譯者:蔡承志
出版社:時報文化
出版日期:2017年03月24日
定價:450 元
售價:356 元(約79折)
開本:25開/平裝/384頁
ISBN:9789571369457

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作者序內文摘錄



  內文摘錄

伽利略死於一六四二年,死時仍在阿切特里接受軟禁。不過類似伽利略著作的擁哥白尼體系書籍則是直到一八三五年才從天主教會禁書目錄挪除,不過在那之前許久,哥白尼天文學其實早在多數天主教國家和基督新教國家所廣泛為人採信。伽利略在二十世紀獲得教會的平反。一九七九年,教宗若望.保祿二世(Pope John Paul II)稱伽利略〈致克莉絲蒂娜信函〉已經「建立了具有一種認識論性質的重要規範,而這正是融通調合《聖經》與科學所不可或缺。隨後一個委員會經邀集來調查伽利略案,結果顯示,伽利略時期的教會錯了。教宗就此回應,「當代神學界的錯誤在於,當他們堅守地心說時,心中乃是認為,我們對物理世界結構之認識,理當依循某種方式,由《聖經》經文字面意義所強行賦予。」(十一章)

    就我本人看來,這種說法十分不宜。教會當然不能無視於(如今所有人都認同的)這項認識,承認他們就地球運動的立場一直都是錯的。不過假定教會是對的,而伽利略的天文學理念錯了,則教會依然犯了錯,他們不該判伽利略監禁,也不該剝奪他的出版權力,就如同當初他們燒死布魯諾這般異端人士時也犯了錯。所幸,儘管我不知道這是否已經受教會明確認可,不過如今他們是不能指望採取這種行動了。除了某些依然處罰褻瀆或叛教的伊斯蘭國家之外,全世界已經普遍學到教訓,政府和宗教權威完全不該以刑事罰則來懲處宗教見識,無論該見識正確與否都一樣。(十一章尾)

    沒有人能操控天體,所以,第十一章討論的天文學偉大成就,必然都是基於被動觀測所得結果。所幸太陽系中的行星運動比較簡單,單純得在歷經許多世紀運用愈趨精密的儀器投入觀測之後,這些運動起碼都已經能夠正確描述了。不過為求解決其他問題,這時就不能只侷限於觀察和測量,還必須投入進行實驗,並以人為操控物理現象,來測試或提出概略性理論。(十二章第一段)

就某種意義而論,人類始終在進行實驗,他們使用嘗試錯誤來找出做成事情的方法,從熔煉礦石到烘焙糕餅等都不例外。本章論題是實驗的開端,我只專注討論用來發現或測試大自然相關通論的實驗。(十二章)

    從這個角度來考量,我們不可能精確指明實驗方法的起始時間。阿基米德說不定曾經以實驗方法來測試他的流體靜力學理論,不過他的《論浮體》專著完全以數學的純演繹風格來論述,絲毫看不出用上了實驗的跡象。希羅和托勒密做實驗來測試他們的反射和折射理論,不過他們樹立的楷模,直到好幾個世紀之後才有人仿效。(十二章)

    自然哲學家不再寄望自然會主動向漫不經心的觀測者揭示它的原理。他們改弦更張,把大自然當成一個狡猾的對手,唯有發揮巧思,建構人為環境,費盡心思,才能揭穿她的祕密。(十二章最後一段)
    科學發現只能直接產生自對自然界不偏不倚的審慎觀測,而非從第一原理推導得出。他還就一切沒有直接實用價值的研究提出批判。(十三章頭)

    求進步得仰賴種種或能歸結出普適原理的觀測或實驗,還必須從這些原理推導出能以新的觀測或實驗來予測試的學理。尋求具有實用價值的知識,利於修正不受控制的猜想,不過無論是否能發展出有用的事物,解釋世界本身就有其價值。在十七和十八世紀的科學家心目中,培根是能夠拿來和柏拉圖與亞里斯多德抗衡的人物,有點像是美國政治家動輒搬出傑弗遜(Jefferson),即便他本人絲毫未曾受到傑弗遜言談舉止之影響。我不清楚有哪個人的科學研究,果真受了培根著作的影響而變得更好。伽利略不須要培根來告訴他怎樣做實驗,我想波以耳或牛頓也都一樣。伽利略之前一個世紀,另一位佛羅倫斯人,李奧納多.達文西(Leonardo da Vinci)也做了落體、流體和其他多類不同實驗。我們之所以知道這些研究,完全歸功於他死後才編纂出版的兩部分別談繪畫和流體運動的相關專論,還有此後不時發現的達文西筆記,不過即便達文西的實驗對科學進展毫無影響,起碼那些著作仍能證明,早在培根之前,實驗已經隨處可見。(十三章中)

    惠更斯年輕時曾自詡為笛卡兒的追隨者,不過到後來他就漸漸明白,科學原理只是假設,必須拿原理之推論和觀測所得結果進行對照檢定。(十三章倒數第四段)

    笛卡兒和培根不過是好幾個世紀以來,投身嘗試為科學研究制定規則的哲學家當中的兩個。結果始終不曾奏效。我們學會怎樣做科學並不是靠制定如何做科學的規則,而是憑藉親身體驗做科學研究,接著當我們的做法成功解釋某些現象,心中便湧現歡欣喜樂,這種成就欲求,便是科學研究的驅動力量。(十三章最後ㄧ段)
    遇上這種狀況,如同牛頓的潮汐理論所面臨的處境,正確態度就是要有耐性。物理學理論的驗證就看它們能不能提供足夠簡單,也因此充分可靠的做法,來計算出夠多的事項,即便我們沒辦法如我們所願,計算出所有事項也無妨。(十四章)

    牛頓帶給未來一種模型,顯示物理學理論可以是什麼樣子:一組可以精確支配繁多不同現象的簡單數學原理。(十四章中)

   就此歐陸自然哲學家則緊守一種古老科學典範,這可以追溯至希臘時期,主張科學理論最終都只該建立在推理基礎之上。我們已經懂得放棄這種堅持。儘管我們在電子和光學方面非常成功的理論,都能從現代基本粒子標準模型推導得出,而且這個模型最終(我們期望)還有可能從更深入的理論推導得出,然而不論我們推導得多深入,我們仍永遠不可能得出以純推理為本的基礎。就像我一樣,如今多數物理學家也遵從一項事實,我們總要質疑,為什麼我們最深入的理論,並沒有呈現不同風貌。(十四章中)

    這並不是由於牛頓的理論,滿足了某種預先存在的科學理論判別準則。實際上並沒有。他的理論沒有就目的論相關問題提出解答,而這正是亞里斯多德物理學的核心議題。不過它提出了普適原理,讓先前看似神祕的眾多謎團,得以成功計算求得。牛頓理論就是以這種方式,帶來一種不可抗拒的模型,顯示物理學理論應該、可以是什麼模樣。(十四章)

    笛卡兒的追隨者和萊布尼茲對牛頓理論的排斥,點出了科學實踐的一項道德寓意:逕自排斥一項像牛頓理論這樣漂亮解釋了眾多觀測結果的理論永遠不會是安全之舉。成功理論之所以生效,原因有可能連理論創建人都不明白,而且最後也總是發現,它們只是更成功理論的近似理論,不過它們也永遠不會是完全錯誤的。

    牛頓的理論可以視為愛因斯坦理論的一種近似理論,而且就以速率遠低於光速的物體而言,牛頓理論的有效性還逐步提增。愛因斯坦的理論不僅沒有否定牛頓理論;相對論解釋了當牛頓的理論靈光時它為什麼靈光。廣義相對論本身無疑也是某種更令人滿意的理論的近似理論。(十四章)

    別相信它。廣義相對論和牛頓的運動與重力理論在風格上都非常相似:它的基礎是一些能以數學方程式表述的普適原則,接著就能依循這些原則,以數學方法來為五花八門的不同現象推導出其必然後果,接著就可以拿推導結果來與觀測結果比對,從而得以驗證理論。愛因斯坦和牛頓的理論之間的差異,遠低於牛頓的理論和先前一切理論之間的差異。(十四章)

    現代科學是超脫人情的,沒有可供超自然介入的餘地,也沒有(除行為科學之外的)人類價值觀容身之處;科學沒有目的意識;也沒有出現確定性的指望。那麼我們是怎麼發展出現況的?(十四章)

    所以對我們來講,世界就像一台教學機,在靈光乍現之時增進我們的好點子。許多世紀下來,我們學會了如何辨識哪種認識有可能成立,還有如何找到它們。我們學會了不必為目的煩惱,因為這種煩惱永遠不能為我們帶來我們尋求的那種喜悅。我們學會了放棄尋求確定性,因為讓我們開心的解釋從來不是明確定論。我們學會了做實驗,並且不為人為的或刻意的安排感到憂心。我們養成一種審美意識,提示我們哪些理論可以見效,接著當理論見效時,我們的喜悅也會因此加深。我們的認識累增。這一切都不是事前規劃的,而且是無可預知的,不過從這裡我們得到了可靠的知識,享有伴隨而來的歡欣。(十四章最後一段)

    無論如何,我們在這條道路上已經走了很遠的路,而且還沒有走到盡頭。這是一段壯闊的故事──研究天和研究地的物理學如何由牛頓統一,電和磁的統一理論如何發展成形,最後還有辦法解釋光,電磁量子理論如何拓展納入了弱核力和強核力,還有化學乃至於生物學如何被納入一種以物理學為本的局部統一自然觀。我們發現的形形色色科學原理,向來都是朝著還原為更基本物理學理論方向發展,過去這樣,現在也如此。(正文最後一頁)