科学研究中失败与错误的价值

■李亚宁 张增一

德国伟大的诗人歌德曾说过，“人们若要有所追求，就不能不犯错误”。这句话对于追求和探索科学真理的科学家来说尤其合适。由于科学家往往是在与疑难和不确定性打交道，是向人类的未知领域发起挑战，是要解决前人未解决的问题。他们仿佛是在黑暗中摸索，没有任何人能够确切地告诉他们要寻找的答案是什么，也没有任何现成的方法指导他们怎样才能获得成功，因此，科学家在研究过程中犯错误或有失误是不可避免的。事实上，在某种意义上来说，正是这些错误与失误为科学家指明了通向真理和获得成功的方向。为了引起和加深人们对错误的认识，我们先来了解一下科学家对错误的论述。

科学家谈失败与错误

标准的科学教科书和大多数科学史的著作留给人们的印象往往是科学沿着既定的目标直线式发展的，但是，实际的情况是，科学家所提出的理论和观点绝大多数是错误的，只有一小部分经受住了检验，被作为正确的理论保留下来。因此，科学家对真理与错误、成功与失败的亲身体验是人们正确认识和理解科学研究的宝贵材料。

爱因斯坦曾说：“科学理论家是不值得羡慕的，因为大自然——或者更准确地说，实践——总是毫不留情并且很不友善地评判科学理论家的工作。它从来不对一项理论说‘对’，即使是最获青睬的理论也只不过得一个‘也许’的评价，而绝大部分理论都被它评一个‘否’字。如果实践同理论相符，那么这项理论就得到一个‘也许’，如果不相符合，那就是个‘否’字了。也许每一项理论或早或迟都要吃个‘否’字——大部分理论形成不久就被‘否’掉了。”

日本物理学家、诺贝尔奖得主汤川秀树也有同样体会，他说：“当回顾理论物理学的历史时，我们说过，这个历史几乎可称之为错误史。在许多科学家所想出的所有理论中，大多数是错误的，因而没有生存下来。只有少数正确的理论才继续生存。仅仅考虑这些现存的理论，会给人们形成一种不断进步的印象。但是，没有少数成功背后的许多失败，知识几乎不可能有任何进步。”

英国物理学家开尔文爵士在回顾他的科学生涯时说：“我坚持奋战五十五年，致力于科学的发展。用一个字可以道出我最艰辛的工作特点，这个字就是失败。”数学家罗巴切夫斯基曾说：“人类的认识历史，也就是一部认识错误的历史。”我国数学家华罗庚也说过：“许多科学家和作家，都是经过很多次失败，走过很多弯路才成功的。成功的论文和作品只不过是作者们整个创造和研究中的极小部分，甚至这些作品还不及失败的作品的十分之一。”科学家的这些话，不但道出了科学研究的艰辛，而且也表明犯错误在科学研究中是不可避免的。

因此，许多科学家认识到科学中的错误是科学事业的重要组成部分，是科学前进的基础，他们呼吁人们要重视和认识错误而不是回避和鄙视它们。美籍华裔物理学家李政道就说过：“在科学上，要得到正确的东西，总要先犯很多销误；如果你能把所有的错误都犯过之后，那最后得到的就是正确的结果了。”科学家钱学森曾说：“正确的结果，是从大量错误中得出来的，没有大量错误作台阶，也就登不上最后正确结果的高座。”英国化学家戴维也说过：“感谢上帝没有把我造成一个灵巧的工匠。我的最重要发现是由失败给我的启发。”俄国心理学家巴甫洛夫也说：“实验上的失败，可能会成为发现的开端。”贝弗里奇在总结科学家的成功与失败的经验时说：“犯错误是无可非议的，只要能及时觉察并纠正就好。谨小慎微的科学家既犯不了错误，也不会有所发现。怀特黑海（现多译怀特海）这点说得好‘畏惧错误就是毁灭进步’。”

失败与错误的价值

失败主要是指没有达到预期目标的状态或事实；错误主要是指背离或妨碍达到预期目标的行为。但是，从科学家的上述言论中我们不难看出，“失败”一词包括三个方面的含义：首先它是与真理概念相对立的，是指科学家的认识成果不符合客观事实和规律；其次，它指由于科学家在认识上的错误（经验事实方面的、理论推理方面的和方法论与自然观方面的）而导致失去或错过获得正确认识的机会，即认识上的失误（而不是指行为意义上的）；第三，它与成功相对立，即科学家在认识活动中没有达到预期目的的结果。

爱因斯坦曾说：“科学是在错误的基础上向前发展的，只要这些错误不是在琐碎的细节上。”概括起来，科学中的错误或失误的价值可以表现在以下几个方面：

1.过去的错误为后人树立了批判的靶子，只要击中目标就可以获得成功；或者它可以作为预警性的航标，提醒后来者此路不通。

例如，近代科学的发展表明，亚里士多德物理学中的几乎所有具体结论都是错误的。亚里士多德从日常经验出发认为，物体下落的速度与它重量成正比，一个物体的运动需要力，力是产生运动的原因，在解释天体运动时他引入了“第五种物质”。然而，伽利略证明了物体下落的速度与其重量无关，牛顿定律揭示了维持一个物体的匀速运动并不需要力，力是改变物体运动状态的原因，迈克尔逊—莫雷实验否认了以太的存在，并且为相对论的建立铺平了道路。因此，从某种意义上来说，亚里士多德物理学就像是树立在近代物理学家面前的一面靶子，只要击中目标就可以获得成功。但是，亚里士多德物理学暗示着科学问题来自于日常生活，研究科学的方法就是要从日常经验出发提出问题，然后通过合乎情理的推理方式去寻找令人信服的普遍解释，这些思想并没有被近代科学家抛弃。事实上，它们已内化为近代科学思想的一个重要组成部分。难怪有科学史家指出，亚里士多德的错误是“时代的错误”或“光荣的错误”，称他仍是一位伟大的物理学家或科学家。

关于错误的警示作用和启发作用，科学史上有很多例子，有关永动机的设计就是其中一个。鉴于数百年来永动机研制的失败以及世人对永动机设计的热情，1775年法国科学院被迫宣布“本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计”。一方面，它仿佛一个巨大的警示牌提醒后来者，告诉人们“此路不通”；另一方面，它从反面给人类以启迪，使科学家提出这样的问题：永动机不可能制成，是不是说明自然界存在着一条法则——能量既不能创生也不会消失。实际上，德国著名物理学家和生理学家亥姆霍兹(H.Helmholtz)就是从永动机不可能实现的这个事实入手研究发现能量转化和守恒原理的。他在论文中写道：“鉴于前人试验的失败，人们……不再询问‘我如何能利用各种自然力之间已知和未知的关系来创造一种永恒的运动’，而是问道：‘如果永恒的运动是不可能的，在各种自然力之间应该存在着什么样的关系？’”

2.错误的观点或理论包含着正确的思路和方法。

让我们来看一看有关海王星发现的例子。天王星被发现后，随着人们对其轨道的进一步观察，发现它的实际轨道与理论轨道不相符。法国人布瓦德推测很可能是某种未知力量作用于天王星造成的。沿着“未知力量的作用”这一思路，天文学家提出了种种可能性。例如，天王星曾受到一个未知天体的碰撞，或天王星周围有一颗“未知的卫星”。但是，如果真的有这么一颗卫星的话，它的质量和体积应该足以被人们通过望远镜观察到。于是，后来又有人提出存在着一颗“未知行星”的想法。沿着这个思路，两位年轻的天文学家英国的亚当斯（J.Adams）和法国的勒威耶通过艰难的计算，各自独立地计算出了新行星的质量和轨道。遗憾的是，亚当斯率先得出的计算结果，没有引起英国天文学家的注意，直到稍后计算出类似结果后，柏林天文台通过观察宣布发现了一颗新星，并将其命名为海王星。因此，海王星的发现过程，既是“试错法”的范例之一，也是科学家不断地在错误中吸取经验教训，从失败走向成功的一个典型案例。

3.对立的观点相互启发，共同促进科学的发展。

在量子力学发展过程中，爱因斯坦与玻尔的争论产生了深远影响。爱因斯坦在1905年提出了光量子学说，但是，由于他后来反对哥本哈根学派解释，与玻尔进行了长期的争论。

这场争论可以追溯到1920年。当时，玻尔不接受爱因斯坦的光量子假说，认为光的波动性与光的量子性在经典力学的框架内是不可调和的。爱因斯坦则强调，光的这两种属性是统一的。1924年康普顿效应的发现，支持了爱因斯坦的观点。可是，玻尔另辟蹊径以能量与动量的统计守恒为基础的纯几率观点取代了爱因斯坦的光量子假设。爱因斯坦虽对玻尔的新观点极感兴趣，但他仍坚持认为玻尔所提出的论据还不足以使他放弃严格的因果性观念。1927年，玻尔提出互补原理，认为互补观念中所包含的实证主义因素，可能促使爱因斯坦放弃因果性与连续性观念。可是，事与愿违，在玻尔的观点被众多物理学家接受的情况下，爱因斯坦仍然坚定地站在同玻尔完全对立的立场上。于是，他们围绕着微观解释的不确定性与宏观测量结果的确定性之间的矛盾展开了激烈论战。

在1930年的第五届索尔维会议上，爱因斯坦设想了光箱子实验，反驳测不准关系和互补原理，玻尔则利用爱因斯坦的相对论摆脱困境，量子描述的自治性终于得到爱因斯坦的确认。然而，爱因斯坦坚持认为像量子力学这样非决定论的、统计性的有效理论，决不能作为整个物理理论大厦的基础，更不能作为探索未来物理学理论的合理出发点。1935年，爱因斯坦与波多尔斯基和罗逊合作发表了一篇论文，提出了著名的EPR（三位作者姓氏的缩写）佯谬。不久，玻尔作出了回应，但是并没有驳倒EPR的论点。于是，争论陷入了僵局。

爱因斯坦与玻尔之间的争论实质上反映了他们在科学信念上的根本对立。在爱因斯坦看来，物理学的任务是探求自然的本来面目，物理规律应该符合严格的因果关系；而玻尔则认为物理学所关心的是关于自然我们能说些什么。

在这场争论中，爱因斯坦以其犀利、敏锐和刁钻的诘难常常使玻尔陷入困境，而玻尔等人的每一次反击都使量子力学趋于严谨和完善。玻尔在爱因斯坦逝世后的一次演讲中说：“今天，爱因斯坦已经离我们而去。但是，我要指出的是，在物理学（量子力学）发展的每一个关节点上，他都敏锐地提出了关键性的问题，指导和推动着物理学（量子力学）的发展。如果没有这些批评，量子力学几乎不可能发展如此迅速。”因此，对立的观点之间的争论，可以相互启发，使双方出于完善自己的理论或反驳对方论点的需要而不断地进行创造性思维，使双方的缺点和错误明确地暴露出来，促进和推动着科学的迅速发展。

科学是一个向错误学习的过程

在科学史上，许多科学成就都是在经历了多次错误和失败之后取得的。然而，无论是标准的科学教科书还是相当数量的科学史著作都把科学描述成是线性或准线性发展的，把科学描述为英雄的历史。这歪曲了科学发展的真实历史，仿佛科学永远是正确的，科学等同于真理，科学家不会犯错误，误导了公众对科学的理解。

造成这种情况的原因主要有两个。一是科学史上大多数有关科学家错误和失败的材料和案例没有很好地保留下来，或人们难以发现它们；二是科学历史的“辉格解释”，科学研究中的错误和失败在这种科学史传统中没有任何位置。它既歪曲了科学发展的历史，又影响了人们对待科学中的失败或错误的态度，甚至妨碍了人们对科学的理解。

总之，尽管人们可以赞同莫兰的反实在论倾向，但是他下面的话对于我们重视科学研究中失败或错误的价值仍有着一定的启发作用。他说：“科学的真理并不存在于它的理论中，而是存在于使它的不同理论可能相互对抗的游戏中，存在于真理和错误的角逐游戏中。科学不拥有真理，而只是玩着真理和错误的角逐游戏。……因此，对于我来说，神圣的东西不是我的真理，而是保卫真理和错误之间的角逐游戏。”也就是在这种意义上他认为，“低估错误的意义是最大的错误”。