科学的进步是一场古怪的接力赛

薛巍

科学思维的诞生

我们对科学家的印象是，他们是一群在实验室或书斋里潜心思考、研究、不问世事的人，而理论物理学家伦纳德·蒙洛迪诺指出，科学的发展离不开个人的、心理的、历史的以及社会的条件。比如量子理论，基本是一群中欧科学家创造的，而“创新需要适宜的自然和社会环境，那些处于偏远地区的人没有做出多少贡献绝非偶然”。

物理学诞生于古希腊也并非偶然。在古希腊初期，人们对自然的认知是这样的：天气恶劣是因为宙斯消化不良;农民收成不好是因为天神发怒了。古希腊人认为，在宇宙成形之前，它处于混沌状态，在世界形成之后，诸神也没有投入多少精力给宇宙带来秩序。这些天神自私、不忠、善变，不断地因为疏忽大意或愤怒给人类带来灾祸。古人缺乏数学和科学传统，以及现代科学的概念框架：精确的数值推算的观念，重复试验会产生相同结果的概念，以时间作为参照跟进未开展的事项。

公元前6世纪，古希腊人开始理性地探究自然，认为宇宙不是毫无规律可言，而是存在某种秩序。这种转变何以能够发生呢？蒙洛迪诺说，首先是因为城市的兴起。“古希腊启蒙运动的先锋出现在米利都城，这个城市位于拉特摩斯海湾的海岸边，这一地理位置赋予了它前往爱琴海甚至地中海的便利条件。到公元前600年，米利都在某种程度上变成了古代的纽约，吸引着整个希腊寻求更好生活的贫穷但勤奋的人民。”

城市聚集了四面八方的人，“数十种不同文化背景的人在此相遇、交流，传统与传统相遇，迷信与迷信碰撞，这给新思维方式的产生和文化创新提供了空间”。在这种环境中，出现了一群思想家，他们开始质疑对于自然的宗教和神话解释。比如地震，当时人们认为地震是海神波塞冬发怒，用他的三叉戟敲击地面引起的。泰勒斯则提出，世界是一块漂浮在水上的半球，当水涌动时地震就发生了。这是把地震的原因归结为自然的运行，而不是寻求超自然的解释。

蒙洛迪诺说，亚里士多德是古代一位维基百科式的人物，研究过各种学科，但他的研究方法有一个问题：定性而不定量。今天的物理学是一门量化的科学，能算出当你猛然坐在椅子上时，椅子施加在你脊柱上的力是多少——在一瞬间超过了1000磅（450多千克）。

理论物理学家伦纳德·蒙洛迪诺

亚里士多德另一个比较严重的问题是，他对普遍意见、对他那个时代的惯例和观念表现出极大的服从。他说：“所有人都相信的就是真的。”对于怀疑者，他说：“摧毁了这个信仰的人将很难找到一个更可靠的信仰。”蒙洛迪诺说，今天的科学家和创新者常常被描绘成古怪和不按常理出牌的人。这种刻板印象是有一定道理的。对于科学家或任何谋求创新的人来说，传统思想可不是一个好态度，科学是成见和权威的敌人。要想取得革命性的突破，必须具备公然对抗人人都相信的事实的意愿，并能用可信的新观念替代旧观念。“如果说在科学发展史和普遍的人类思想中存在着一个阻碍进步的障碍，那就是对于过去观念的愚忠。”英国皇家学会的会训是，不要把任何人的话当作真理，这里任何人的话尤其指的是亚里士多德的话。

近代物理学的重要人物是牛顿：他在研究光学时，曾经用一枚针状的锥子戳自己的眼睛，用力压它，直到眼前一片空白，只能看见彩色的圆圈。牛顿每天工作18个小时，才30出头时，就已经满头灰发，通常还不梳理。牛顿后来投入到对炼金术的研究，这项研究持续了30年，比他投入到物理学研究上的时间多得多。“他还对《圣经》作數学分析，预言说世界将在2060到2344年之间的某个时间毁灭（不知道这会不会被证明是真的，但奇怪的是，这确实和地球气候变化的某些场景非常符合）。”牛顿对神学和炼金术的研究被视为非科学行为，但蒙洛迪诺说，牛顿研究神学和炼金术跟他研究物理学一样，都是为了了解世界的真相。在研究炼金术时，牛顿依然保持着一丝不苟的科学态度，仔细地展开实验，详尽地做笔记。后来经济学家凯恩斯在拍卖中买下了牛顿关于炼金术的大部分著作。

科学创新的诸要素

蒙洛迪诺在讲述伽利略、达·芬奇等大科学家的成长和工作经历时，总结了科学家取得突破的一些因素，尤其是想象力、勇气等非智力因素：“成功的科学家应该具有的性格特征是，灵活多变和不墨守成规的思考方式，耐心的探索，对他人相信的东西缺乏忠诚，改变自己看法的价值，相信一定存在答案并且我们能够发现答案。”

大科学家都是以一个略微不同的视角来审视问题的人。关键在于正确地提问，然后就能轻松地找到答案。“问题难就难在如何找到这个视角。这就是为什么只有具备超常智力和创造力的人才能创造出牛顿的物理学、门捷列夫的元素周期表和爱因斯坦的相对论。从某种程度上说，人类理解能力的进步靠的正是一连串的想象，它们每一个都是以略微不同的视角看待世界的人创造的。”

蒙洛迪诺说，艺术家比科学家有更大的优势。在艺术领域，无论有多少同事或批评家说你的作品糟糕透顶，都没一个人能证明它，但在物理学领域就能够证明。“在物理学领域必须艰难地维持一种平衡，既要仔细选择你准备研究的问题，又不能因为太过谨慎而从不敢做新的尝试。这就是终身教职制度为什么对科学如此宝贵的原因，它让科学家即使失败了也有安全保障。”

人们通常认为伟大的科学家都拥有非凡的智慧，在社会上，特别是在生意场上，我们倾向于躲过那些不能很好地融入集体的人，但正是那些与众不同的人经常能看到别人看不到的东西。科学史上的人都“非常顽固，甚至傲慢。大多数伟大的发明家也是如此。他们必须如此”。

蒙洛迪诺通过一个故事解释了意外或者说运气在科学研究中的意义。他说因为他的名字很难拼写和发音，所以他在餐厅订座位时，总是声称自己叫马克斯·普朗克。有一次一位20出头的领班认出了这是一个大物理学家的名字，问他是不是那个“发明了量子理论的人”的亲戚。蒙洛迪诺开玩笑说他就是普朗克本人。

我们或许会说，这个服务员混淆了“发明”和“发现”，但或许他是故意的。我们都知道，发明是创造某个以前没有的东西，发现是看到某个以前人们没注意到的东西。但物理学家到底是发明还是发现了量子理论，这个问题并不简单，某种程度上这是一个哲学问题：理论描绘的画面是我们发现的真实的现实，还是物理学家发明的理论得出的世界的模型？因为这个世界通常可以其他方式塑造成其他的模型。

发现和发明还有一个区别：发现经常是偶然得到的，发明则是有计划地设计和建造，意外因素很少。爱因斯坦构想相对论的时候，他知道他要做什么，而且也这么做了，因此可以把相对论称为一种发明。但量子理论就不同了，在它的发展过程中，许多无意中的发现跟人们希望和期待的发现截然相反。所以，“科学的进步像是一场接力赛，但这是一场相当古怪的接力赛，因为那些接棒的人经常会向着上一个赛跑者意想不到，也不会认可的方向前进”。