如果我们大多数人因为衣服敝旧和家俱质量不高而感到耻辱，那么让我们更要为思想陈旧和哲学水平太低而感到耻辱吧。 ——爱因斯坦 

知识的本质

文/R．A·李特莱顿

当有人问起人们希望知道科学研究指向何处时，脑子里就会出现一个问题：科学研究真的会被指导向那里发展吗?的确，诸如牛顿、麦克斯韦[1]等天才人物一旦为我们奠定了某—学科的原理时，那么科学研究就可以根据他们指引的方向去研究，虽然这里需要有用高深的数学技巧和丰富的想象力克服困难的伟大创造性，才能用原理来解释已知的观察和预测未来。月球运动理论就是一个恰当的例子：深奥的数学问题不断提出来并加以解决，从而大大提高了预言的精确性，但即使在牛顿以后三个世纪的今天，月球运动还是有令人困惑不解的特性。上面所谈问题的困难大吗?要作出多大努力才能充分了解并成功地解决它们呢?谁来解决这些问题呢?怎样才能对这些问题作出恰如其分的评价?早期为了更精确地测定原子量，认为原子量必须为整数比，因而建议舍去一些不必要的数值(小数)，但是恰恰在这里隐藏了巨大的原子能。

    在说明我认为最好在那些方面作出努力之前，让我们先看看：我们的教育制度，它提供了从幼儿到博士各级水平关于纯粹和应用数学、化学、物理学以及科学其他各个方面的教育，为的是使学生成功地通晓并熟谙已有科目。只要这个科目不是行将消亡，那么理想的目标就应该是很好地学好它，做到能对它科学地进行评论，从而促进它的发展。空前巨大的经费使大批人员转入科学研究领域，所有的人都为有可能在新发现和在基本原理方面作出重要贡献而受到鼓舞。但当一个领域尚未充分建立或还未建立原理作为指导时，一旦出现新的想法提出一种新假，就会引起争论，出现尖锐的意见分歧，而且总是不那么愉快地进行讨论。确实，有些人对自己的想法深信不疑，并热切希望这些想法能广泛传播，以致求助于不足取的方法来维护这些想法(亲爱的读者，如果你从未经历过这一类事情，那末你比绝大多数人要幸运得多)。

    简要地说，我的回答是当今科学最最需要的是，告知所有的科学工作者科学究竟是干什么的，它的真正的目的是什么，这种需要是如此紧迫，以致在某些领域里，如果再不作出努力，科学本身就有遭到窒息的厄运。当然，每一位科学家都认为自己懂得这一点，认为自己所想的和所做的都是正确的；可是也得承认许多严肃认真、慎重而学识渊博的人，孜孜不倦地毕生从事科学工作，却是毫无建树；另一些人相比之下是少数人，他们看似漫不经心，不那么博学，但显示出具有探究人们意想不到的事物的思想，这使他们在所选定从事的任一学科中得出有价值的想法。前一种人中少的几个人几乎很少改变他勤奋的习惯停下来考虑这样一个问题：人们怎样知道在什么时候才能够知道呢?讨论这一论题的文章，确已写得很多，但由于这些作者对科学和数学的技术性缺乏富有经验的鉴别，甚至对他们所讨论的问题本身缺乏了解，因而这些文章有一定的缺陷。据报导，一位有点自命不凡的女主人，一次问爱因斯坦，相对论的哲学涵义和宗教涵义是什么，爱因斯坦对此当然作了正确的回答“就我所知，一点也没有”。少数几个能恰当地理解科学的性质和目的的人，常常由于他们忙于根据自己的看法所提出的工作，埋头于无止境的、富有成果的研究，以致他们除了实际搞科学以外，几乎没有时间去管旁的事情。与之相反，那些并不懂得科学的真正目的的人，逐渐地在科学上安身立命，也许担任行政职务，并乐意成为非科学态度的牺牲品，或者是写一些通俗文章，并由于给托儿所写文章而达到象著名科学家那样的声誉。已故的纯粹数学家H·F·巴克(H．F．Baker)是非常坦率的，当向他征询有关了J·金斯(James Jeans)爵士所写的一本著名的天文学普及读物的意见时，他说：“我希望能真正弄懂他写的是什么内容”。

    当最出类拔萃的人能够认识某些事物基本上难以发现时，那些打算进行科学研究的大多数人所持的态度看来是相信他们自己正在试图找出一个真正物质世界的属性，这个物质世界确实是独立存在的，并以某种明显的机械方式进行工作，而且只要足够仔细地进行研究，“观察、观察、再观察”，这种方式就可以弄清楚；最后只要经过长期而艰苦的努力，就会出现和世界本身符合一致的“解释”。但是即使这样做了，也很少会出现过上述情况，因为许多观察揭示这么多看起来似乎错综复杂的矛盾，以致几乎任何假说都可能被排除。一个新思想就好象一个新生儿，它需要精心哺育和周密的照料，而不是硬要新生儿去吃吞咽不下的食物，因为不能证明一口就立即能吃成一个胖子的。在这方面，曾猜测过如果牛顿已经知道了现在所了解的有关月球运动的所有复杂细节，他可能决不会相信可用与距离平方成反比这样简单的定律来解释月球运动。其实，即使在他死后，观察到的近地点的增量(牛顿实际上已解决了这个问题)，看来还是如此费解，以致提出建议：必须加上与距离立方成反比这一项来解决。同样，必须认识到，往往只有有了某种现象的理论时，才可能有新的发现，创造出新的或改进的理论。水星近日点的进动，直到牛顿理论得到应用之前甚至还没有被设想过，也没有被发现。由此看来如此简单的现象所提出的问题半个多世纪末未能得到解决而有待于广义相对论给出正确的解释。

    但是，重要的在于检验，如果可能的话，对大家关心的现象的各个方面都进行测量。如果说这样做只是科学的开端，还不是科学本身，就象建造和装备一所高尔夫球场，还不是高尔夫球本身一样。这种说法对于某些人也许会感到惊异，甚至不乐于接受。科学的真正目的是提出假说，根据假说发展出数学的理论和体系，从而能对所认识的客体作出预言。但这种说法进一步提出了的问题，首先是客体来自何处，如果允许人们以所想要的客体来确定自己的存在，那么这种客体就是不需要讨论的主观对象了。其次需要讨论的是假设来自何处，是怎样创造出来的?牛顿运动力学使得对行星运动以及远远超出这范围的现象作出预测，麦克斯韦方程(Maxwell's equatins)在电磁领域作出预测，而量子论则在原子和分子的范围内作出预测。

    现在，虽然观察有趣的现象和对这些现象(如有可能)至少进行最低限度的实验是系统叙述科学理论的重要前提，但更重要的是只有从理论上理解这些现象或更确切地说只有根据假设和由此建立的理论理解这些现象对还是不对，才能对任何观察给出可靠的意义和解释。在这里遇到了科学的一种奇异的悖理性质：首先要根据现象的观察激发人们设想出一个适当的理论，但对这些观察在一个有效的、正式的理论可用之前，却不能声称对这些观察有了适当的理解；特别是在涉及—些新现象的地方，当还没有一种理论方法能有把握的估价这些观察和实验时，尤其是如此。在假设和理论被验证之前，既不可能有“事实”，也不可能有确实的“证据”。在引力出现以前，彗星被人们认为是最重要的天体，那时对这一现象的官方传统理论(书面的)是：这是上帝发出的不祥之兆，告诫人民瘟疫和暴力即将降临。人们可以观察到铁路路轨在远处相遇，解释这一现象，需要用某种空间理论，当然铁路路轨也可能真的相遇，假如一个调皮工程师在一英里左右处让铁路路轨碰到—起的话!究竟是平行还是相遇是可以经受实际检验的；例如通过沿线查勘或根据假说或空间理论(在此情况下欧几里得几何是适用的)作精确的局部测量。伟大的牛顿就是这样犯错误的，因为当他发现把引力理论外推到月球的距离时，根据“已知的”地球大小进行计算，得出了一个不适合于说明月球运动的加速度，他的理论由于与“事实”相抵触，所以他放弃了。在六年之后，发现测得的地球大小有很大误差，才证明引力理论没有错误。观察决不是总能信赖为可靠的指导。

    但是许多理论已经提了出来并作为科学的理论。事实上这些理论是完全不合格的。有些理论只不过是多少有点创造性地重复描述已知资料，而且有时不是全面地而是有选择性地重复叙述这些资料，它本身只是根据已经建立的理论来描述并不增添任何内容。例如地球形状需要欧几里得空间理论进行描述，虽然关于地球形状近似圆球的假设，并不总是可以由科学思考来检验。但理论除非能对自己作出某种预测，或提出某种决定性实验，说明本身就是一种预测，如只有字面上的理论能做到这一点，它就不能算是真正的科学理论。然而今天很多科学文献充斥着字面的“理论”，这些理论作为已确立的描述，包含可作多种解释的大量资料，而对那些还没有为人所知但同样已经确立的资料却被认为不相干而略去了。乔叟[2](Chaucer)了解这种字面的所谓“合理性”，他告诫说：“你可以论证一个地方有二十英尺宽一英里长的空间”。这些理论不能增添任何资料，甚至反而降低资料的价值，而且除非叙述能作出理论本身所独有的某种可证实的预言，并和其他有用的数据不相矛盾，人们才可能全面接受这些资料。根据字面上的理论，如果引力中止了，就要用—根钢索把月球拴住才能和地球维系在一起；力在毕直的方向上，可能要制成一根二十五万英里长的钢索由宇航员把一端拴在月球上，如此等等。但当这个数字(理论)提出时，这种字面上的理论立即崩溃了。要知道这样一根钢索必须用粗达几百公里的极其牢固的钢材。字面上描写的理论好比是通过许多点(比如说代表一系列的观察)标出—条曲线：例如，在一个平面上给定许多个点，就可能以人们所希望的数学精确度画出一条通过各点的曲线，但除非这样的曲线能预测下一点和再下一点(不须绝对精确)，那么这条曲线就不代表该现象的理论，因而是毫无价值的。当然正确的理论可以不完全通过其中的每一个点。

    在讨论新理论赖以建立和检验的新思想和新假设是如何发明之前，我们先暂且抛开这个问题，考虑一下科学家对这种新事物或实际上对现存的思想和理论应持什么态度。梅德瓦(Medawar)³于最近的一篇讲演里，对此提出了扼要的忠告，“千万不要迷恋你的假说”。但是还是要有热情和干劲十分仔细地去建立和检验一个假说，如果一个人真的完全不迷恋于自己的想法，以致削弱到失去一个人的判断和批判的能力，那么他对于这种新思想不管是他自己还是别人的，又能起什么作用呢?这显然是个主观问题，不管人们认识还是不认识。如果一个科学家意识到一个新思想，他将开始对它采取某种态度，而这种态度是由这种新思想和他先前所有的经验(包括记得的和遗忘的经验)和他的个性、气质等相互作用的结果，也就是说这些自然而然的结合起来，决定了他的态度。

我认为（我们谈的是主观方面的事物），对于任何一个假设所采取的科学态度，可用一个简单的小珠模型来表示。小珠能在一根很短的水平线上移动(见下图)。设左端用0表示，右端用1表示。令0表示对假设的完全不相信，而右端1表示对假设的绝对信任。我奉劝所有有关的科学家们，对任何一个假设的实用原则是：

永远不要让你的小珠完全达到0或1的位置

    这是完全可能的，因为不管把小珠放得多么靠近端点，根据新的数据或论据以及其他等等，在两个方向上小珠都有无数个点可以移动。如果真正的科学数据引起了你的注意，也就是增加了你对假说的信任，那就把你的小珠适当地向1方向移动，但决不能把小珠完全放到1的位置；如果由于真正的科学数据使你对假说的信任程度下降了，就是把小珠向0移动，同样也不能把小珠移到0的位置。信任程度的变化，必须根据自己对数据、论点、证据或其他等等作出的科学判断，而不是根据提出论据的人的声望，更不是根据相信或不相信的人数多寡等来决定的。当爱因斯坦听到名为《反对爱因斯坦一百条》的书出版时，他只是说：“一条就足够了!”对于牛顿动力学和麦克斯韦方程来说，我的小珠十分接近于1，而飞碟和尼斯湖里的怪物简直接近于0。但是必须强调的是，这不过是我主观的拨珠方法，看来还有这么一些人，他们对UFOs所拨的小珠接近于l，甚至拨到l，也可能超过，其后果我们将继续讨论。

    看来人类心理上的—个共同缺点是，总是倾向于对任何事物要么全信，要么不信。这不但是在科学上不希望如此，而且必须认识到在科学上是不可能达到的。虽然一个成功的、可以置信的理论在任何时候都能适用，但可能新的数据出现时，就需要调整这个理论。从另一极端讲，在一个假设中，虽然只有很少一点可以置信的东西，但新的数据出现，可以改变这种情况。现在我们可以知道，为什么不允许把小珠拨到刚好在0或1的道理了：就是说，如果这样做，就要掉进与非科学的、甚至是反科学情绪有联系的、深潜在的陷阱中去。在某些情况下，特别在以后的年代里，其深度可能趋于无穷大，而且没有材料与某种信任或不信任矛盾，小珠就不可能从陷阱中跳出来而回到线(小珠串在上面)上的均匀进程。想用数据或者推理把小珠拨到有利位置的意图，有时会进一步证明拨珠者的看法没有科学价值。在这些场合下，讨论与小珠有关的假设或理论可能是没有用的。另一方面，如果小珠总是保持在线上的0与1之间的位置上，而且如有必要的话，拨珠者可以十分稳当地、不必经历情绪上的烦燥很容易地根据新数据来移动珠子。由于对假设和理论作出这样的反应，人们可从调整小珠去考虑新数据和新论证中获得真正的科学上的快慰。但从我的经验所涉及的实例来看，却令人遗憾，即甚至在科学家中间也几乎没有人总能把他们自己的小珠保持在线上，而且如果有人期望把他们的小珠回复到线的合理水平上，可能要绞尽脑汁，如果真的在某些情况下是可能的话。在纳粹德国，他们认为自己是优等民族，命中注定要统治全世界，对这种观点的态度是把线上的小珠拨到几乎接近于1的位置上，这曾是危险的；百分之九十九点九的小珠深陷入了陷阱，只有经过疯狂般地努力才移动其中的几个。因此，我真希望科学家们能做到把他们的小珠安全地保持在水平线上，其目的是使他们在精神上能接受新的思想和取得新的进展。一位姓章的曾说过：“人类的思想象一把降落伞，当张开时才起最好的作用”，这里的张开意味着在水平线上0与1之间的某一位置。

    当问及如何才能得到新思想这个问题时，我们碰到了不讲“科学方法”这个人们不太熟悉的事实：没有正式的程序，没有固定的规则，却能解决新问题，或者在新领域里产生的新论据得到正确的解释，为建立新原理所必要的概念能够通过逻辑归纳法而得到。科学史表明，某些类型思想由于具有一些深刻的见解能比其他类型的思想更深入地看问题，想象出问题的答案是什么，或能看出在开始只能暗中摸索时所需要的理论是什么，虽然它可能仅仅是一种令人鼓舞的猜测，或者仅仅是一系列这么一种猜测，这种猜测揭示什么样的理论可能被证明是解释某些现象和在自己的范围内所作预言的有效理论，但它不是一种任意的猜测。

    一门学科的进展首先而且也是最重要的需要思想深入这门学科的内部，以独特的方式去直接感知现象和以非传统观点去研究问题。事后我们可以清楚地看出，要用当时天文学范畴内任何假说去解决水星近日点的进动这过多这一问题是多么不可能啊! 由想象构成的新思想以及把它们发展为能作出新预测的合理的切实可行的理论，被称为一种智力活动。至少等同于完成所谓艺术领域里的某一作品时的智力活动；但是涉及科学的想象要深远得多。这些想象甚至导致产生控制自然界的力量，而不是给我们精神的享受和满足，没有什么艺术可以给出或可能给出这种力量了。正是这些使科学成为最崇高的工作和最伟大的艺术。这主要是对未来知识的能力，它是真正科学的要旨，是给科学以无比重要的不可思议的特性。

    在试图建立一个理论(字面上的或非字面上的)以说明某种现象之前，头等重要的是所讨论的现象是实际发生的，而不是比方说一种淹没在喧闹声中估计会发生的现象。如果以后弄清楚了现象纯粹是一种幻象和并不存在的东西，那算什么理论呢?近代科学杂志充斥着所谓现象的详尽理论，这种理论实际上还没有充分确立或者只是一种武断的理论，在任何理论的基本要求即产生现象的动力和原因具备之前就提出来的理论。被宣称支持这种理论的证据常常只是由精心导演的反复空洞的文字宣传运动所构成，从而得出—个武断的结论，说这个理论已经被“普遍接受”。事实上这一事实本身就发出一个很明确的警告，要求有保留地对待理论的可靠性，冷静地检验它的依据(如果有的话)而不要顾虑这种理论的支挣者的力量有多大。科学研究的基本部分就是把假定、近似、方法以及其他有关细节公开出来，放到桌面上进行检验和讨论，这样任何可能有关的设想在没有肯定它是不是重要之前就不会被埋没或搁置一边。同样在公开发表科学研究结果时，应当采取这样一种态度即让读者重复达到这一结论的步骤，以便必要时由他自己检验结论。换句话说，一张卡片不亮出来，如仅仅因为这个卡片已经放在机器上准备检验，或者由于无法验证，就不能断言(或辨解)这一步或那—步是正确的。而许多文章在这方面的考虑是很不够的。

    必须认识到，不可能用任何先验的假定的理由或根据现有理论表面优缺点所作的判断来检验一种新假说或新理论。这只能在事后加以检验，即在结论已经正确地得出来，达到与适当解释的观察相比较以后，才能进行检验。判断一种理论可以接受到什么程度，既取决于它的结果与已有的数据很好的符合，也根据理论预测未来观察的准确性达到什么程度。当涉及最常见的连续变量时，预测永远不会绝对准确，正如观察不可能绝对精确一样，只有对全部数字进行计算，才有可能作出精确的预言，即使如此，如果理论不够完善，也还是不可能达到的。对新思想采取科学态度很少表明这一情况本身是由于理论招来的荒谬的解释，就是对提出小珠放到水平线上这一有利位置的批评。例如，“最初假定的几率是正确的……”，或用下面一些不相称的好话：“作者看来没有认识到该问题可能被科学上还不了解的某种效应所制约”。这是笔者看到的大量例子中的两个，也是所谓学术团体选出来的代表认真提出来的，如果反对这些说法，就会有人诚恳地告诉你，此意见来自该领域里最有名的、但并非最有权威者，名望和实际本身并不总是一回事。只有当最初假定的想法坚持到同实际数据作比较，或预测得到证实，从而达到估计出这些想法的正确性的阶段时，使用“真实”这个词才有科学公理的意义，要科学家肯定“科学上还不了解的某种效应”，就象要求肯定谁都不了解的炼金术一样。

    如果对小珠保持在水平线上的重要性有足够的理解，如果同样意识到一种思想由于预测与观察不一致，明显地不真实，并不证明预测者弄虚作假，那么这些荒谬的评论就将得到避免。所以有些科学家是如此不能忍受这种人身攻击，以致为了避免卷入新的思想所引起的争论旋涡，蛰居斗室仿照已有的工作致力于常规的观察和测量，有时甚至没有明确的目的。有些人即使收集了许多想不到的“事实”，他们认为这是真正的科学工作，却嘲笑探索有效的假设为不切实际的幻想。把一桶水泼在地上，然后测量所有水珠的形状和大小，制成详细的表格并花费巨资出版，这对流体力学肯定是毫无裨益的，而且显然决不可能由此而得出斯托克斯——纳维尔方程式。其实，这种错误指导下所花费的努力，就是阻碍这种重要的理论进展。但是现代的许多研究工作，都是处于这种情况，那些研究工作不考虑已经全部确定的“事实”的理论家们该倒霉了。

    任何一位献身科学的科学家总是坚持不懈地设想新的概念，即使他认识到这些新概念大部分将被证明是无效的，但只要九次失败有一次成功也足以补偿他所花的努力而有余了。但他将注意检验这些新的想法：通过个人暗中思索，通过与同行作非正式讨论，通过观察或实验加以研究，或有可能时进行正式的分析。如果通过这些步骤，对该想法的置信程度降低到认为对指导下一步工作已无价值时，他就必定会着手设想另一个新的或修正过的想法，以期与论据相符，并提出另一个合适的理论。但是，对当今出版物包括错误的在内的鼓励是如此之大，以致很多人把它看作是很好的“科学”实践，作为对公众教育的一部分。结果，科学文献杂乱无章，充满不够真实甚至是完全错误的材料，一旦受到由于错误安排小珠的位置受到公开指责，就往往无法进行有效的辩护，这是多么严重地伤害作者的自尊心，他们多么不愿意承认甚至最细小的错误。   

作为这一篇的结论和强调本文的主题思想，可以引证五十多年前彭加勒(Poincaré)关于试图用物质的理论结构解释所谓紫外突变现象所说的话，他认为这种“理论”结构用低级探索比用高级的、最后获得成功并导致科学革命的物理学理论更富于启发性。他说：“这很明显，给出适当大小的输送管使与水库连接，并给出适当的漏水值，这一“理论”可以说明任何一种实验结果。但是，这(描述型的)并不是物理学理论的作用。物理学理论不可能对于有多少需要解释的现象就引进多少任意常数。它们应在不同的实验事实间建立联系，首要的是他们应能作出预测。”这是从伟大思想家智慧中得出的带有这种特征的箴言，我希望看到它能持久地，有力地指导科学工作者，因为除了依靠他们再也没有其他途径可使科学进步。 

R. A. 李特莱顿(R．A．Lytlleton)系英国皇家学会会员，理论天文学教授、剑桥大学圣约翰学院研究员，剑桥天文研究所研究员，1959年英国皇家学会金质奖章获得者，1965年皇家学会皇家奖章获得者。他的研究的兴趣包括天体物理学、宇宙进行论、物理学、动力学和地球物理学。 

（原载《科学的未知世界》p11）