科學雞湯

花了兩天時間讀完《反叛的科學家》，作者是弗里曼.戴森(Freeman Dyson)，他是略晚於愛因斯坦的科學家，成就無數。對其具體經歷有興趣的可以自行搜索，這裡只談這本書。這本書是各種雜文和書評的集合，所以是一堆觀點的組合，總體上是有趣的，雞湯不少，但還是屬於科學的雞湯，我盡量把無關的部分抽掉，再把雞湯熬干，在這裡記錄一下。

<1> 偉大的數學家大衛.希爾伯特經過30年的智力爆發之後，最終走進了還原論的懷抱，他在晚年時制訂了一個形式化計劃，目標是將數學都變成一組形式化命題，這些命題採用一個由有限個符號組成的字母表，以及一個由有限條公理和推理規則所組成的集合，再將數學還原成寫在紙上的一組數學符號，剔除了給這些數學符號賦予含義的思想與應用背景，然後再加入一個通用過程的方法來求解各種數學問題。如果成功，所有的數學問題都可以通過這個方法得以證明和解答。結果到了希爾伯特70歲的時候，哥德爾證明了一個定理：在包含普通算術規則在內的任意數學形式化系統中，存在一些有意義的算術命題，無法證明其真偽。這就是哥德爾定理。在科學史中，常會出現這樣的情況：不理解一個複雜系統的各個組成部分，就無法從整體上把握它。有時因為一個基本方程的發現，對整個科學領域的理解會突然向前跨進一大步。同時也會出現另一種情況：不從整體上理解一個複合系統的特性，就無法理解該系統的各個組成部分。比如不詳細的理解一個方程的解，就無法理解這個方程的數學特徵，黑洞就是一個明證。哥德爾證明了，在數學中，整體總是大於局部的總和，數學是一個可以不斷擴展領地的思想王國。這個定理一錘定音的證明了還原論在純數學領域行不通。歷史上有好幾位最偉大、最有創意的科學家，在放飛自己無拘無束的想像力，作出了重要的科學發現之後，都在晚年迷上了還原論哲學，從此再也沒能取得新的成就。希爾伯特是一位，愛因斯坦是另一位。但這是有原因的。物理學唯一目的就是：將世界上的物理現象還原成一組數目有限的方程，所有的特解都是與此目標相背離的令人討厭的事物，比如黑洞。科學家們總是不自覺的被一次性解決所有基本問題的夢想迷住了心竅，所以科學家既不是聖人也不是魔鬼，而是具有人類共同弱點的普通人。科學是一項人類活動，是一種藝術形式，而不是一種哲學方法。科學上的偉大進展通常得自新的工具，而不是得自新的學說。要想讓科學發展，就要允許人們自由的使用手頭的各種工具，而不是先入為主的受科學應該怎樣之類的觀念約束。

<2> 科學技術的進步會帶來很多新的事物，但基本上，當科學產生的效果是為小部分的富人提供玩物時就是作惡，為大部分的窮人提供生活必需品時就是行善，科學家和企業家應該積極推進那些對窮人和窮國更友好的新技術。因為不這麼做，窮人遲早會奮起反抗技術的暴政，用非理性和暴力的方式進行反撲，其結局就是均貧。所以在我看來，所謂的互聯網和大數據思維就是將技術用很低的甚至是免費的方式提供給大眾，一方面避免技術鴻溝，一方面通過覆蓋大量的人口達到盈利的結果。

<5> 生物學是現在的熱門，以目的為標準它分為兩種流派，一種是俄國派，也叫綜合主義生物學，是將生物融入生態環境和地球過程，並以這種方式來理解生物；一種是西方派，也叫還原主義生物學，它朝著一個具有強烈還原主義氣息的方向發展，其目標是將生物拆解成基因和分子，以此來理解生物。以價值觀為標準也可以分成兩種流派，一種是自然主義，他們相信大自然知道得最清楚，研究生物學的最高價值就是尊重事物的自然秩序，人類對自然環境的任何嚴重破壞都是罪不可赦的。這種價值觀類似中國的道家思想，無為方能有為。一種是人本主義，他們相信人類是大自然必不可少的一部分，通過人類的思想，生態圈獲得了掌控自己進化的能力，如今我們在當家做主。人類有權對自然進行重組，以便人類和生態圈共同生存和繁榮。這種價值觀類似中國的儒家思想，以有用之身做有用之事，齊家治國平天下。但不管是哪種流派，都要認識到一點：生物很複雜，任何試圖用簡單的術語描述其行為的理論都有可能是錯誤的。

<16，17> 研究科學有兩種方法，一種是培根式，是業餘的，以收集為主：培根認為，科學家應該自由的進行實驗，並收集關於世上萬物的事實，到了適當的時候，累積的事實就會表明大自然的行為方式。科學家可以從累積事實的儲藏庫中推斷出自然規律。一種是笛卡爾式，是專業的，以研究為主：笛卡爾認為，科學家應該靠純粹的推理得出自然規律，其出發點是數學公理和我們對上帝存在這一事實的確知。只有在驗證自然規律的邏輯推理是否正確時才需要做實驗。我們需要培根式的科學家去探索宇宙，並找出其中還有什麼要解釋的，同樣需要笛卡爾式的科學家來對我們已發現的東西做出解釋和歸總。兩方的觀點總是彼此衝突，這是正確的、健康的，而任何一方對另一方表示蔑視都是錯誤的。

每一門科學都會經歷三個發展階段。第一階段是培根式的，科學家們探索世界，去弄明白那裡都有些什麼。在這個階段，業餘愛好者佔優勢。第二階段是笛卡爾式的，科學家進行精確的測量並構建定量的理論。這個階段，專業人士和專家佔優勢。第三階段是培根式和笛卡爾式的混合，業餘愛好者和專業人士一樣，都因為第二階段產生出的大量新技術工具而提升了實力。此時價格便宜、功能強大的工具讓各種類型的科學家都可以自由的去探索和闡釋。如果禁止業餘愛好者使用專業人士可使用的工具，這將是科學的悲哀。業餘愛好者在人口中所佔的比例，在很大程度上代表了一個社會的自由程度。IT行業能夠蓬勃發展這麼久，或許就是因為在這個行業里同時充斥了業餘和專業人士，並且都可以找到立足點。

<18> 在科學上，導致新理論發現的事件中，往往是哲學思辨和技術發明混在一起，密不可分。事物的常態是一種緩變的平衡，只要佔主導地位的正統理論可以解釋觀察到的現象，就不會受到嚴重的質疑，科學家的工作就是解決出現在公認教條範圍內不太重要的謎題。但是在一些罕見時刻出現的新發現或新思想，會對公認的教條產生質疑，然後就有可能產生科學革命。而要引發一場科學革命，新發現必須足夠強大，可以推翻佔主導地位的舊理論，而且必須存在一組準備取代它的新思想。托馬斯.庫恩(Thomas Kuhn)認為，推動科學革命的是新思想，科學進步中那些巨大的飛躍都是由思想驅動的。而彼得.加里森認為科學的進步是由工具驅動的，科學的歷史是工具的歷史，而不是思想的歷史。不過事實上是兩者交互的結果，以相對論為例，它的誕生需要的是這樣一個臨界時刻：讓工具、思想和哲學反思撞擊在一起，並凝聚成一種新的思維方式，最終促成了相對論的誕生。

<19> 科學的進步往往建立在後來得到糾正的錯誤理論之上，出錯總比含糊好。一種科學理論要想有用，它不一定是正確的，但必須是可測試的。自然定律往往是簡單而美麗的，而發現自然定律的源泉在於數學。理論科學大致可以分成兩類，分析科學和綜合科學，分析科學將複雜的現象還原成更簡單的組成部分，綜合科學則利用較簡單的組成部分構建複雜的結構。但不管是哪種，都要面臨一個事實，科學有三個向前推進的鋒面，而且始終保持開放，一是數學前沿，基於哥德爾定理，純數學是無窮無盡的；二是複雜性前沿，我們正在研究的對象（分子、細胞、動物、大腦、人類、社會等）具有不斷增加的複雜性；三是地理的前沿，我們未探索的宇宙在時間和空間上還在不斷擴展。因此，宣布「我們完工了」的那一天永遠也不會到來。