殊途同歸：理論物理學與古典哲學跨越千年的相逢

回首歷史，天馬行空的想法成了推動科學進步的核心力量，它們背後優秀的先驅思想家們卻湮沒在歷史的塵埃中。

6:06 Le Papillon-Nicolas Errèra 來自未來論壇

小編友情提示，本文配合吳國盛老師在理解未來第15期講座上的演講（丨未來·頭條丨吳國盛：科學的人文起源）一起閱讀，風味更佳。

現代科學家用大爆炸理論解釋了宇宙的誕生，用狹義相對論和量子力學闡釋了這一宇宙的根本特點。當多元宇宙和弦理論橫空出世，他們又開始拋出各類假設。這些假設之宏大，即使是它們所依傍的理論框架也難以承受。現在，研究微小有粒子加速器，研究廣袤有大型望遠鏡，帶著這些充足的裝備，研究者們開始回身向複雜的根本問題進發，追問宇宙及其包括人類在內的構成部分究竟為何存在以及如何存在。

許久之前，前蘇格拉底前的哲學家們也曾對同樣的問題苦苦探尋，而且在蘇格拉底於公元前470年出生前，這些智者就已作出了自己的回答。他們是西方世界的第一批經驗主義者。巴門尼德和阿納克薩哥拉將地球融入了宇宙學，而恩培多克勒、留基伯和德謨克利特則摒棄了形而上的神學轉向客觀世界。在當時，他們的理論被認為是謬論、空想和臆斷。但後來，他們的許多假設都被希臘人一一證實，有些時至今日也依然成立。即便如此，這些前蘇格拉底哲學家的貢獻仍被許多現代科學家和歷史學家們所忽略，這在很大程度上是因為他們的理論大都源自猜想。但是，如同任何弦理論家都可以解釋的那樣，猜想必定先於證明。

今天的思想家也面臨這樣一個選擇：嚴肅對待與直覺相悖的假設，或直接完全不予理會。正如前蘇格拉底哲學家一樣，許多現代科學家也都面臨被譏諷的風險。如果歷史曾給我們任何啟示，那一定是：即使現代科學家發現了通往新知的道路，他們也有可能被未來的研究者忽略或批判。不過，至少今天的科學家理解這個循環：理論家是實驗者的引路人，而榮譽簿上卻鮮少有他們的名字。

丹尼爾·格雷厄姆是楊百翰大學的古典哲學教授，他寫的《前蘇格拉底科學》一書，就是希望給予那些前蘇格拉底哲學家遲到已久的肯定。格雷厄姆稱，自他們建立理論之初，這些哲學家就開始被懷疑。歷史給出的結論是，原科學家的想法很酷，但卻「無法對他們的任何理論進行證實或證偽。」格雷厄姆說，「他們提出了許多理論，證明的卻極少，而且也沒有一個系統的方法去證明」。

但是，其中有一些猜想的確為後來被證明的概念描繪出了理論藍圖。恩培多克勒提出了宇宙構成元素理論，雖然他自己僅想像出了四個元素（即所謂的「四根說」）。巴門尼德在他的《論自然》中發展了宇宙學，在「意見」章節，他提出，晨星與晚星相同；月亮的光芒得自太陽；地球是一個球體。就我們目前所知，他是史上第一個正確指出地球形狀的人。

這些想法給下一代的科學家們帶來了啟發。比如阿納克薩哥拉利用這些發現，提出了日蝕和月蝕的正確理論。格雷厄姆說，這些理論後來被亞里士多德稱為「科學解釋的範式」。「亞里士多德說，阿納克薩哥拉的理論是一記漂亮的進球。這是天文學史上具有革命性意義的一刻。突然之間，一個假設被證實，所有的其他假設被同時證偽。他的理論成了對天體持續存在的有力解釋。」

公元前5世紀末，留基伯和德謨克利特提出假設稱原子存在。這個假設後來一直存在，但也僅僅是停留在假設階段——直至1905年愛因斯坦實際證明原子的確存在。愛因斯坦因為這一發現受到舉世稱頌，這自然是理所應當。但是，他所使用的概念，其實要追溯到歷史深處那兩位充滿想像力的哲學家。先有猜想，而後才是證明。但由於他們所用的方法在今天看來不夠科學，這些前蘇格拉底哲學家常被視作過時的哲學家，而非照亮科學前進的閃耀星辰。

今天的哲學家已經不再仰望星空，也不是正在成長中的經驗主義者，而只是忙於埋頭咬文嚼字、剖析論據——今天的哲學已經退化，失去了原有的功能。前蘇格拉底哲學家為科學方法奠定了基礎，而後亞里士多德和其他後蘇格拉底哲學家將其打造成一門技藝。格雷厄姆解釋說，「當哲學家發現了某種嚴謹的方法，這方法就會逐漸衍生為一門新的學科——比如物理學、經濟學和心理學。哲學的進步方式很奇妙：它是其他科學的發源地。」

但格雷厄姆認為，今天的科學家可以在古典哲學中找到「靈魂伴侶」。「那時的哲學家已經開始像科學家一樣思考，即使他們尚未擁有科學的工具，也並沒有找到嚴謹的實驗方法。」現代宇宙學家也可以通過回溯到最初的哲學根源找到慰藉，甚至靈感。「說來很有意思，因為前蘇格拉底哲學家的出發點是『這一切從何開始？』而這也正是現代宇宙論者正在探尋的方向：大爆炸如何開始？大爆炸之前是怎樣？這一切究竟如何運作？諸如此類。從某種意義上來說，現代人探究的問題踏上了回歸的歷程。」格雷厄姆稱。

這些宏大問題曾是前蘇格拉底哲學家辛勤探尋的方向，今天又再度被重拾，但在這前後之間，它們無人問津。在20世紀初之前的許多世紀里，人們都對宇宙學不屑一顧，物理學家無心追溯宇宙的本源。到20世紀20年代，埃德溫·哈勃等人意識到，宇宙是在不斷擴展的。隨著這一發現漸獲支持，那些關乎宇宙根本的大問題才又重新回到公眾的視線中。

格雷厄姆表示，「當你的範式正常運作時，你無須擔心事情會如何發展；但當事情開始陷於混亂，你就需要跳出範式另闢蹊徑。這常常意味著，你要開始像哲學家一樣思考了。」而當你開始走向哲學時，有些科學家就會開始嘲笑你。「哲學中的假設無法被證明，」，而科學應該與那些可被證明的假設打交道。格雷厄姆補充說，「但是有些假設你不能逃避。」

野村泰紀是加州大學伯克利分校的理論物理學教授，他的研究方向是多元宇宙論和弦理論。他對前蘇格拉底哲學家們深表同情。「那些古希臘科學家們一定曾基於他們的經驗和思考提出過類似的合理猜想。」但和古希臘的哲學家們一樣，野村也經常被他的同儕即其他現代頂尖物理學家批判，說他的研究中猜想的成分太重。

野村表示，「我們說可能存在多個宇宙，但許多人會辯稱，『你無法去到宇宙之外啊，簡直是無稽之談。』但科學的方法論亘古不變。一個人只能基於其可測量的東西去建立理論。」只要理論嚴謹、論據充足、可被證偽，科學家們就應該予以考慮。這三項要求，野村所做的工作全部符合。

此外，野村認為，多元宇宙理論符合直覺，也符合邏輯。「除了地球之外，太陽系中還有七個行星；除太陽系之外，星系中還有成千上萬個太陽系；除了銀河系之外，還有眾多其他星系。所以在21世紀的今天，怎麼就能確定，我們所認為的宇宙就是全部呢？」雖然這麼說，但野村的方程其實是超越直覺的，而且他的方程也傳達出了同一個「瘋狂」的理念：可能存在多個宇宙。

現在，幾乎所有科學家都認為，我們所在的宇宙理應就是唯一的宇宙，而大爆炸就是這一宇宙的起源。但這一理論最開始也只是猜想。野村表示，「我們從未穿越回過去直接檢驗大爆炸理論。我們只是理所當然地把他視為必然成立的先決條件，而後基於此推出各種結果。」宇宙擴張即是這樣推出的結果之一。「我們一直在探索自然，也不斷收集符合這一圖景的證據。當有證據明顯違背這一圖景時，我們就把它棄之一旁。這是一個很高的標準。」

按照野村的理解，哲學是科學的培養皿。同時他也承認，幾乎所有重大的科學飛躍最初都始於看似瘋狂的猜想。野村認為，因為某種猜想「僅僅是哲學」就對它們不予理睬是很危險的。我們應該嘗試去證實或證偽，因為這樣的探索總會讓我們有所收穫。「放手去嘗試，實踐出真知。這就是我的哲學。原則上來講，我們是有可被證偽的理論的。」

《科學革命的結構》一書的作者托馬斯·庫恩一定會欣賞野村的觀點。革命者或守舊者，預言家或循規蹈矩的科學家，庫恩都一樣讚頌。野村說，「我認為保持科學家的多樣性很重要。從歷史的角度看，有一半的科學家所從事的工作最終都不會開花結果，但這種所謂的『浪費』是必須的。」

而且，誰也無法揣測究竟什麼能讓一位科學家躋身偉大之列。格雷厄姆將愛因斯坦的成功歸因於他驚人的想像力。正是因為有了這種想像力，愛因斯坦才會去思考如果以光速移動世界看起來會是什麼樣子。格雷厄姆說，「有些時候，你必須要有這種想像力，而不是只按部就班地埋頭苦幹。」先有啟示，然後才有方法論。

前蘇格拉底哲學家們就曾這樣「以身試險」。他們藐視傳統，並因此給下一代人照亮了前路。今天的理論物理學家們可能也扮演著同樣的角色。與真正的古希臘哲學家不同，歷史會決定他們是否會因為他們的貢獻得到應有的認可。

普林斯頓大學的理論物理學家史蒂芬·格布瑟解釋說，「嚴謹」確保了今天的物理學家在漫長的科學史中將佔有一席之位。他說，儘管他們的理論距離數學概念還有差距，但「通常，從測量的現象到數學概念之間都有一條頗為直接的道路。」他說，共形場論就是一個極佳的例子。「雖然這項工作很多都是抽象的，但是它也很容易面向經實際研究的事物，比如磁鐵或天然氣-蒸汽系統等。」

對格布瑟和許多其他科學家而言，創造力和勤奮之間並沒有嚴格意義上的分水嶺。一個實驗導向另一個，如此往複，所得的結果就會推進研究領域的進步。有時，要得出突破性的推論是需要一些想像力的，但好的、方法論的科學仍然最重要。

格布瑟表示，「很多時候，科學的進程都是非線性的。即使把時間限制在短短十年之內，我們也很難確切知道到底什麼工作最終會是重要的。所以我們能做的就是去研究那些有意義、有可能推動人類認知的東西，然後保持一顆開放的心態，看最終它們會如何以出人預料的方式為我們所用。」

格布瑟不會否認前蘇格拉底哲學家的歷史地位，而愛因斯坦毋庸置疑可以永垂不朽。天馬行空的想法應該受到歡迎。只要理論家和實驗家之間還存在共生，科學就會進步。科學家和理論家不會將這些自古已有的宇宙問題拋之腦後，他們會繼續步步追問探索。而我們，也會給予那些最初看起來瘋狂的猜想應有的重視。

宇宙的下一扇大門正等待著我們的開啟。

作者：Joe Carmichael 來源：Inverse編譯：未來論壇 飯小羯審校：未來論壇 商白文章轉載請註明出處為 「未來論壇」微信賬號（ID：futureforum）未來論壇官網：www.futureforum.org.cn

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