正文

科學(xué)的配方

隱藏的邏輯 作者:(美)馬克·布坎南


丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫(Tycho Brahe)在他精力最旺盛的幾年里都只有一小部分的鼻子,大部分鼻子在1566年被丹麥貴族曼德魯·帕茨博(Manderup Partsberg)用銳利的刀子砍掉了,事件的起因是他們?yōu)榱藸?zhēng)論誰(shuí)的數(shù)學(xué)技能更強(qiáng)。19歲的時(shí)候,布拉赫的鼻梁接了一塊金銀合金片,直到1601年他去世之前,這塊合金片都讓他的鼻子看上去沒(méi)什么異樣。

據(jù)說(shuō)他的死亡是在一場(chǎng)重要的晚宴上,由于為了顧全禮節(jié)而憋尿憋得太久致死的,葡萄酒不停下肚,但布拉赫又不能離開(kāi)餐桌。晚宴結(jié)束后,一部1654年的傳記中寫(xiě)道:“劇烈的疼痛隨之而來(lái),他整整五天不能入眠。之后,他排出了少量的尿液,睡得極不踏實(shí)。”十天后,布拉赫就去世了。

除了悲劇的一面,布拉赫的一生還有其他各種各樣的怪癖。布拉赫的城堡在丹麥和瑞典之間的汶島(Hven)上,在那兒他養(yǎng)的寵物是一頭會(huì)喝啤酒的駝鹿,這頭駝鹿整天跟在主人的屁股后面,主人走到哪兒,它就跟到哪兒。然而,布拉赫的生活可一點(diǎn)都不像許多富人那樣好逸惡勞。他對(duì)科學(xué)研究的堅(jiān)持不懈,樹(shù)立了一種典范,告訴人們好科學(xué)是如何研究的。幾十年來(lái),布拉赫日日夜夜都在一個(gè)小小的天文觀測(cè)臺(tái)里,用他自己手工制作的儀器,記錄火星的位置,有時(shí)候從地平儀上看出去,火星只是一個(gè)微小的略帶紅色的亮孔。在那個(gè)時(shí)候——還沒(méi)有發(fā)明顯微鏡的時(shí)候——天文學(xué)家對(duì)星球究竟是什么并沒(méi)有多少概念。他們只知道火星在天空中的運(yùn)動(dòng)絕對(duì)不簡(jiǎn)單。根據(jù)每天同一時(shí)刻的記錄,火星的位置逐漸從西向東漂移,然而,大概每隔兩年,這顆星球的運(yùn)行軌道有一個(gè)短時(shí)間的轉(zhuǎn)移,運(yùn)行速度也慢了下來(lái),會(huì)稍微向后運(yùn)動(dòng),或者繞個(gè)圈移動(dòng)(見(jiàn)圖3a),之后火星才明顯找回感覺(jué)繼續(xù)它的常規(guī)運(yùn)動(dòng)。

在布拉赫那個(gè)時(shí)代,沒(méi)人能夠解釋這是怎么一回事。然而1601年布拉赫去世后,德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒(Johannes Kepler)對(duì)布拉赫記錄在筆記本上的數(shù)字進(jìn)行研究。八年之后,他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)隱藏的邏輯。開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn),布拉赫筆記本上那些反映火星瘋狂徘徊的奇怪?jǐn)?shù)字,其實(shí)并非那么怪異。開(kāi)普勒的數(shù)學(xué)計(jì)算顯示,火星和地球都圍繞著太陽(yáng),在兩條簡(jiǎn)單的橢圓形軌道上運(yùn)行,而地球則運(yùn)行在靠近太陽(yáng)的內(nèi)側(cè)軌道上。大部分時(shí)間,地球不是非??拷鹦堑臅r(shí)候,從地球上觀察到的火星就是從西向東移動(dòng)(在圖3b中此時(shí)地球從位置1向位置3移動(dòng))。但是由于地球在軌道上運(yùn)行的速度比火星快,于是地球又趕上了火星,每隔兩年就與火星擦肩而過(guò)。當(dāng)我們經(jīng)過(guò)火星身邊的那幾個(gè)月,火星看上去反而從東向西移動(dòng)了(在圖3b中此時(shí)地球從位置4向位置5移動(dòng))。開(kāi)普勒是有史以來(lái)第一個(gè)用理解力來(lái)觀察天空的人——因?yàn)樗朗裁词悄J?。后?lái),開(kāi)普勒的發(fā)現(xiàn)啟發(fā)了牛頓(Isaac Newton),使牛頓為這一明顯的規(guī)則找到了一個(gè)精確的解釋——地心引力和行星運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)公式。

布拉赫、開(kāi)普勒和牛頓三人一起向我們展示了科學(xué)研究的訣竅——收集數(shù)據(jù)、明確模式,然后找到一種機(jī)制去解釋它們。模式顯示了規(guī)律,告訴我們?yōu)槭裁纯此茝?fù)雜的事物其實(shí)并非如此。那些模式背后的自然法則通常都會(huì)讓我們做出大膽預(yù)測(cè)。理解了流體動(dòng)力學(xué)的模式之后,現(xiàn)在的物理學(xué)家和工程師就可以用電腦來(lái)模擬航行,并對(duì)模擬的結(jié)果信心十足。

像波音這樣的飛機(jī)制造商甚至再也不需要試飛他們的產(chǎn)品。正如幾年前一位波音執(zhí)行官告訴我的,他們只有為了讓公眾放心才會(huì)做飛行試驗(yàn),因?yàn)楣姾茈y相信科學(xué)能有這么大的能耐。量子論和相對(duì)論得以使物理學(xué)家做出準(zhǔn)確率驚人的預(yù)測(cè)?,F(xiàn)在對(duì)于電子磁感應(yīng)強(qiáng)度也就是磁矩的預(yù)測(cè),精確度相當(dāng)于劈開(kāi)人的一根頭發(fā),或是十多千米開(kāi)外射中一枚針頭。

通常而言,科學(xué)法則看上去就像配方,給你成分A和成分B,你就能肯定結(jié)果是C。氫和氧混合,經(jīng)過(guò)反應(yīng)之后產(chǎn)生水。一旦你明白了這種法則,你就可以一遍又一遍地加以運(yùn)用。牛頓的法則解釋了火星的運(yùn)行,解釋了一顆通信衛(wèi)星或一顆彗星的運(yùn)行軌跡就好比是一個(gè)棒球在飛往本壘時(shí)做的曲線運(yùn)動(dòng)。

現(xiàn)在,我們?cè)倩剡^(guò)頭來(lái)看看時(shí)代廣場(chǎng)。如果把時(shí)代廣場(chǎng)的復(fù)興背后的“真相”稱為“城市復(fù)興法則”的話,那么顯然,用相似的理解方法來(lái)解釋發(fā)生的事就很容易了。或許有一種解釋是,20世紀(jì)90年代早期,政府明智地把條件A和條件B放到一起,然后——根據(jù)斯特恩的“城市復(fù)興法則”——結(jié)果就是可預(yù)計(jì)的C:鋼筋水泥的高樓、滾滾的財(cái)富和明亮的光線。然而,當(dāng)時(shí)沒(méi)有人能預(yù)測(cè)這一點(diǎn)。

我們?cè)倏紤]一下,除了斯特恩的解釋之外還有沒(méi)有其他解釋。也許,時(shí)代廣場(chǎng)的復(fù)興只是一個(gè)偶然事件。一些主要投資者機(jī)緣巧合地在差不多同一時(shí)間來(lái)到了時(shí)代廣場(chǎng),接著他們的投資活動(dòng)吸引了其他人?;蛟S也有人會(huì)說(shuō)時(shí)代廣場(chǎng)歷來(lái)沉沉浮浮,興衰輪回,突然復(fù)興也沒(méi)什么稀奇。再或許,存在著一種自然的循環(huán)機(jī)制,鐘擺擺向一方——物業(yè)降價(jià)——是鐘擺擺向另一個(gè)方向的開(kāi)始。

根據(jù)你個(gè)人的經(jīng)歷和智慧,上述解釋中或許會(huì)有你喜歡的,也有可能你會(huì)選擇一種我沒(méi)有提到過(guò)的解釋。但是,你不得不承認(rèn),所有這些假設(shè)的解釋都缺乏說(shuō)服力,因?yàn)樗鼈兌际鞘潞蟮慕忉?。沒(méi)有人預(yù)計(jì)到時(shí)代廣場(chǎng)的復(fù)興,同樣的,也沒(méi)有讓人信服的理論來(lái)預(yù)計(jì)犯罪率的變化、群體狂熱的爆發(fā)以及政府意料之外的命運(yùn)。我們無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)下個(gè)月甚至明天的股市會(huì)發(fā)生什么,盡管許多人依靠說(shuō)服別人相信他們的預(yù)測(cè)而活得心安理得。

正如英國(guó)哲學(xué)家阿爾弗雷德·諾斯·懷特海(Alfred North Whitehead)所寫(xiě)的:“科學(xué)思維的目的是為了在個(gè)性中發(fā)現(xiàn)共性,在瞬間中發(fā)現(xiàn)永恒。”不幸的是,在人類社會(huì)中,發(fā)現(xiàn)模式,尤其發(fā)現(xiàn)人類事件背后的自然法則,就算不是毫無(wú)可能,怎么說(shuō)也是一件非常困難的事情。然而,解釋常常只停留在無(wú)休止的爭(zhēng)論和似是而非的敘事上,比如時(shí)代廣場(chǎng)的例子就是這樣?;蛟S有人會(huì)說(shuō)人類科學(xué)在很大程度上是一種“敘事”科學(xué),把一件事和另一件事聯(lián)系在一起講故事。我們講故事是因?yàn)槲覀兿矚g故事,細(xì)節(jié)詳盡、充滿戲劇性和意料之外的曲折離奇。此外,也因?yàn)槲覀內(nèi)狈σ环N對(duì)人類社會(huì)科學(xué)法則的理解。

不管怎樣,人還是由原子和分子組成的,我們也是大自然的一部分。如果說(shuō)大自然遵循著某種貫穿于自然法則的模式,我們?nèi)祟愲y道就不該是這樣嗎?150年前,一個(gè)名叫亨利·托馬斯·巴克爾(Henry Thomas Buckle)的人肯定也是這么想的。


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