正文

科學的配方

隱藏的邏輯 作者:(美)馬克·布坎南


丹麥天文學家第谷·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)榱藸幷撜l的數學技能更強。19歲的時候,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什么異樣。

據說他的死亡是在一場重要的晚宴上,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餐桌。晚宴結束后,一部1654年的傳記中寫道:“劇烈的疼痛隨之而來,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?!笔旌?,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都不像許多富人那樣好逸惡勞。他對科學研究的堅持不懈,樹立了一種典范,告訴人們好科學是如何研究的。幾十年來,布拉赫日日夜夜都在一個小小的天文觀測臺里,用他自己手工制作的儀器,記錄火星的位置,有時候從地平儀上看出去,火星只是一個微小的略帶紅色的亮孔。在那個時候——還沒有發(fā)明顯微鏡的時候——天文學家對星球究竟是什么并沒有多少概念。他們只知道火星在天空中的運動絕對不簡單。根據每天同一時刻的記錄,火星的位置逐漸從西向東漂移,然而,大概每隔兩年,這顆星球的運行軌道有一個短時間的轉移,運行速度也慢了下來,會稍微向后運動,或者繞個圈移動(見圖3a),之后火星才明顯找回感覺繼續(xù)它的常規(guī)運動。

在布拉赫那個時代,沒人能夠解釋這是怎么一回事。然而1601年布拉赫去世后,德國天文學家開普勒(Johannes Kepler)對布拉赫記錄在筆記本上的數字進行研究。八年之后,他發(fā)現了一個隱藏的邏輯。開普勒發(fā)現,布拉赫筆記本上那些反映火星瘋狂徘徊的奇怪數字,其實并非那么怪異。開普勒的數學計算顯示,火星和地球都圍繞著太陽,在兩條簡單的橢圓形軌道上運行,而地球則運行在靠近太陽的內側軌道上。大部分時間,地球不是非??拷鹦堑臅r候,從地球上觀察到的火星就是從西向東移動(在圖3b中此時地球從位置1向位置3移動)。但是由于地球在軌道上運行的速度比火星快,于是地球又趕上了火星,每隔兩年就與火星擦肩而過。當我們經過火星身邊的那幾個月,火星看上去反而從東向西移動了(在圖3b中此時地球從位置4向位置5移動)。開普勒是有史以來第一個用理解力來觀察天空的人——因為他知道什么是模式。后來,開普勒的發(fā)現啟發(fā)了牛頓(Isaac Newton),使牛頓為這一明顯的規(guī)則找到了一個精確的解釋——地心引力和行星運動的數學公式。

布拉赫、開普勒和牛頓三人一起向我們展示了科學研究的訣竅——收集數據、明確模式,然后找到一種機制去解釋它們。模式顯示了規(guī)律,告訴我們?yōu)槭裁纯此茝碗s的事物其實并非如此。那些模式背后的自然法則通常都會讓我們做出大膽預測。理解了流體動力學的模式之后,現在的物理學家和工程師就可以用電腦來模擬航行,并對模擬的結果信心十足。

像波音這樣的飛機制造商甚至再也不需要試飛他們的產品。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做飛行試驗,因為公眾很難相信科學能有這么大的能耐。量子論和相對論得以使物理學家做出準確率驚人的預測?,F在對于電子磁感應強度也就是磁矩的預測,精確度相當于劈開人的一根頭發(fā),或是十多千米開外射中一枚針頭。

通常而言,科學法則看上去就像配方,給你成分A和成分B,你就能肯定結果是C。氫和氧混合,經過反應之后產生水。一旦你明白了這種法則,你就可以一遍又一遍地加以運用。牛頓的法則解釋了火星的運行,解釋了一顆通信衛(wèi)星或一顆彗星的運行軌跡就好比是一個棒球在飛往本壘時做的曲線運動。

現在,我們再回過頭來看看時代廣場。如果把時代廣場的復興背后的“真相”稱為“城市復興法則”的話,那么顯然,用相似的理解方法來解釋發(fā)生的事就很容易了?;蛟S有一種解釋是,20世紀90年代早期,政府明智地把條件A和條件B放到一起,然后——根據斯特恩的“城市復興法則”——結果就是可預計的C:鋼筋水泥的高樓、滾滾的財富和明亮的光線。然而,當時沒有人能預測這一點。

我們再考慮一下,除了斯特恩的解釋之外還有沒有其他解釋。也許,時代廣場的復興只是一個偶然事件。一些主要投資者機緣巧合地在差不多同一時間來到了時代廣場,接著他們的投資活動吸引了其他人?;蛟S也有人會說時代廣場歷來沉沉浮浮,興衰輪回,突然復興也沒什么稀奇。再或許,存在著一種自然的循環(huán)機制,鐘擺擺向一方——物業(yè)降價——是鐘擺擺向另一個方向的開始。

根據你個人的經歷和智慧,上述解釋中或許會有你喜歡的,也有可能你會選擇一種我沒有提到過的解釋。但是,你不得不承認,所有這些假設的解釋都缺乏說服力,因為它們都是事后的解釋。沒有人預計到時代廣場的復興,同樣的,也沒有讓人信服的理論來預計犯罪率的變化、群體狂熱的爆發(fā)以及政府意料之外的命運。我們無法準確預測下個月甚至明天的股市會發(fā)生什么,盡管許多人依靠說服別人相信他們的預測而活得心安理得。

正如英國哲學家阿爾弗雷德·諾斯·懷特海(Alfred North Whitehead)所寫的:“科學思維的目的是為了在個性中發(fā)現共性,在瞬間中發(fā)現永恒?!辈恍业氖?,在人類社會中,發(fā)現模式,尤其發(fā)現人類事件背后的自然法則,就算不是毫無可能,怎么說也是一件非常困難的事情。然而,解釋常常只停留在無休止的爭論和似是而非的敘事上,比如時代廣場的例子就是這樣?;蛟S有人會說人類科學在很大程度上是一種“敘事”科學,把一件事和另一件事聯系在一起講故事。我們講故事是因為我們喜歡故事,細節(jié)詳盡、充滿戲劇性和意料之外的曲折離奇。此外,也因為我們缺乏一種對人類社會科學法則的理解。

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。如果說大自然遵循著某種貫穿于自然法則的模式,我們人類難道就不該是這樣嗎?150年前,一個名叫亨利·托馬斯·巴克爾(Henry Thomas Buckle)的人肯定也是這么想的。


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