科學的不確定性
   作者:費曼
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      (本文為《這個不科學的年代》中第一章,費曼(Richard P. Feynman)於1963在華盛頓大學演講,吳程遠翻譯,天下遠見出版,ISBN:957-621-561-7)

       我打算直接切入正題,討論科學對其他學門中各方觀念所帶來的衝擊及影響。這是丹茲先生特別想要探討的題目。在這系列演講的第一講裡,我要談談科學的本質,特別要強調的是牽涉其中的「存疑」和「不確定性」。在第二場演講中,我要討論科學觀點對政治問題,特別是所謂國家公敵以及宗教問題等等,所帶來的衝擊。而在第三場演講呢,我想描述一下在我眼中這社會長什麼模樣 我可以說,我要談的是在一名科學家眼中,這社會是什麼模樣:但事實上這只是我眼中所見。此外,我也想描述,未來由於科學的新發現而可能衍生出來的社會問題。

       我懂多少宗教和政治呢?華盛頓大學物理系和其他各地的一些朋友取笑我說:「我也想跑來聽聽你有什麼要說。我從來不知道你對這類題材有興趣哪。」他們的意思當然是,我對那類題材有興趣,只不過我沒膽量談那樣的議題而已。

       任何人想要談某個領域中的觀念如何衝擊另一個領域中的觀念時,結果都會自曝其蠢,自找麻煩。在這個講究專業專門的年頭,沒幾個人能同時深入了解兩個不同領域的知識,因此總是會在其中一個領域裡出盡洋相。

       其實,我想描述的都是些古老概念。今天晚上我所要說的,極有可能早在十七世紀時就被當時的哲學家談過、論過的了。那麼,為什麼要再重複這一切呢?因為,每天都有新一代誕生。因為,人類歷史上建立起來的許多偉大觀念,必須靠我們刻意地、明確地一代一代傳諸後世,否則這些觀念就會失傳。

       很多古老觀念早已演變成普適常識,用不著再作討論或說明了。但是,當我看看周圍的人時,就會覺得,跟科學發展這個大題目相關的諸多觀念,並不是人人都能領略或欣賞的。沒錯,有很多人懂科學,懂得欣賞科學,特別是在大學殿堂之內,大部分的人都了解科學是怎麼一回事;你們今天晚上也許全跑錯了地方,不是我心目中的聽眾。

       在這場十分不好講的演講中,我會從尾巴開始講起,尾巴部分是我最了解的部分。我的確了解科學,我很清楚科學的概念、科學使用的方法、科學看待知識的態度、它進步的原動力,以及它在心智上的紀律。因此,在這第一埸的演講中,我將要談一談我所了解的科學,而把我那些比較荒誕不正經的話留到下兩場演講再說。到那個時候,我猜想,聽眾會愈來愈少。不確定性

【科學到底是什麼東西?】

       「科學」到底是什麼東西呢?一般來說,科學指的是三種東西的其中一種,又或者是三種東西的混合體。我不覺得我們需要說得十分精確;太精確未必一定是個好主意。

       有些時候,科學指的是追根究柢的某些特別方法。在另一些情況,科學指的是追根究柢之後湧出來的一堆知識。科學也可以是指追根究柢發現了些什麼之後,因此可以做到的新事物、新計畫,又或者指實際著手進行新事物和新計畫本身。最後這個領域一般叫作「技術」(technology)──但如果你讀一讀《時代》(Time)雜誌的科學專欄,就會發現專欄中大約有一半的篇幅是用在介紹新事物的發現,另外一半篇幅涵蓋的卻是新事物是些什麼以及如何弄出來的。因此,一般大眾對科學的定義,是包含了技術的成分在內的。

       而我想把科學的這三個層面反過次序來討論。首先我會從你能夠弄出什麼新東西談起──換句話說,從技術談起。科學最明顯的一個特徵,就是它的應用特性,即是說,由於科學的發展,結果我們就具備了做某些事情的力量。而這個力量的效應已經不太需要再多費唇舌來說明了,如果不是科學的發展,整個工業革命差不多不可能發生。今天,我們不必靠奴隸制度,我們容許眾人自由存活、全力生產,而且有能力生產足夠數量的食物以應付這麼龐大的人口,以及控制疾病;此一事實極可能就是由於發展出科學化的生產工具而出現的結果。

       現在我要說的是,這種「做新事物」的力量並沒有附上使用說明指示,不管是用於善的或用於惡的都沒有。因此事實上,這種力量的產出物是善是惡,完全要看它被如何運用。我們很喜歡看到全球生產有改善,但對於自動化大家都很有意見。我們對醫療的發展很滿意,然後又擔心新生人口的數字,擔心由於我們把某些細菌消滅掉之後,再沒有人會因這些疾病而死亡。又或者,同樣是掌握了關於細菌的知識,有些人卻建立起秘密的實驗室,拚命地、偷偷地想製造出無人能治的疾病。我們很滿意航空運輸的各種進展,那些巨大的飛機真是令人印象深刻,但我們也警覺到空戰的諸般恐怖。我們更加高興眼下國與國間的通訊方便,不過大家又擔心會很容易被監聽。人類進人太空固然令大家很興奮;但是,毫無疑問,以後這方面也一定會碰到麻煩。類似的不平衡感覺之中,最有名的要算核能和因它而來的問題了。

【你可以上天堂,也可以下地獄】

       那麼,科學到底有沒有什麼價值呢?

       我覺得,這種讓人能達成一些什麼的力量,總是有它的價值的。至於達成的結果是善的事物抑或是惡的事物,就要看這力量如何被運用;但力量本身是具備價值的。

       有一次在夏威夷,別人帶我去參觀一座由佛教徒蓋的廟宇。廟裡面有個人跟我說:「我要告訴你一些你永遠忘不了的事情。」按著他說:「上天給每個人一把打開天堂之門的鑰匙。而這把鑰匙也可以用來打開地獄之門。」

       科學的情形也一樣。

       從某些角度來看,科學是打開天堂之門的鑰匙,但它同時也是打開地獄之門的鑰匙,而我們沒接到任何關於哪道門是哪道門的指示。我們是否應該把鑰匙丟掉,從此也放棄進人天堂的方法?還是說,我們繼續跟這個「怎樣善用鑰匙」的問題搏鬥?當然,這是很嚴肅的議題,但是,我想我們不能就此否定了這把可以打開天堂之門的鑰匙的價值吧。

       所有由於「社會和科學兩者之間的關係」而衍生出來的重大問題,其實都不出這個範圍之外。當科學家被告知他必須為自已對社會的影響負點責任時,一般指的都是科學的應用部分。如果你研究的是核能,那麼你必須明白,它也能用在對人有害的用途上。因此,在某些科學家的討論會中,你會預期這將成為最重要的議題。但我不會再作進一步的討論了,我覺得,把這些當作科學問題來處理實在太誇張了,它們比較屬於社會問題。

       事實是,這力量如何運作是十分明確清楚的,但怎樣駕馭控制它則十分不明顯,而且也不是什麼科學的事,這更是科學家不怎麼懂的議題。

【說個巴西的小故事】

       讓我再舉個例子,來說明為什麼我不想談這些。前些年,大約在一九四九年或一九五○年的時候,我跑去巴西教物理。當時有一個叫作「點四」的援助計畫,那很叫人興奮──每個人都準備去援助那些未開發國家。當然,他們需要的是技術知識囉!

       在巴西時我住在里約市。里約市內有些小山丘,山上的房子都是用撿回來的破木塊搭建成的,那些人真的窮得不得了,他們沒有下水道他沒有自來水。取得日用水的方法,是找個舊汽油罐,頂在頭上走下山來,走到一個工地。因為那裡正在蓋新房子,由於攪拌混凝土,工地用到很多水。於是那些窮人把舊汽油罐注滿水,再帶回山上。隔沒多久你就會看到,有些水經過一條髒水管又從山上流到山下來。整個情況十分可憐,慘不忍睹。

       而就在這些山丘旁邊,卻是可巴卡班那海灘(Copacabana Beach)的精釆建築、漂亮樓房……等等。

       我跟「點四」計畫的朋友說:「問題是否出在技術知識上?他們不懂得怎麼從山下鋪條水管到山上嗎?難道他們不懂得鋪條水管到山頂之後,至少大家可以提著空罐子上山,再把罐子裝滿髒水帶到山下倒掉嗎?」

       因此,這並不是技術知識的問題,鐵定不是。因為就在鄰近的高樓大廈裡,水管唧筒一應俱全,終於我們弄清楚了這點。現在我們又覺得,這是一個經濟援助的問題,我們也不知道援助究竟有沒有用。但在我看來,計算每座山鋪一條水管、安裝唧筒要花多少錢等等問題,並不值得討論。

       儘管我們不知道解決這個問題的答案,讓我先指出,至少我們試過兩樣方法:技術支援和經濟援助。這兩方面都不成功,令人沮喪,目前我們正在試別的,而等一下你們就會發現,我覺得這些新嘗試令人鼓舞。我想,做任何事情的不二法門,就是不斷地嘗試新方法。

       這些就是科學的應用層面,它們是那麼的明顯,我想我們不必再討論下去了。

【驚心動魄、狂野十分】

       科學的另一層面,是它的內容本身,所有的新發現本身。這是收穫,是黃金,是令人興奮的部分,是你刻苦思考努力工作之後的回報,這些努力全不是為了某種應用而做的,完全是為了發現新事物時的振奮人心。也許你們之中大部分的人都知道這種感覺。但如果你不明瞭這種感覺,我差不多不可能就在這場演講中讓你理解科學的這個重要面相,無法讓你了解這教人興奮的部分、而且也是做科學的真正原因。但如果不了解這些,你就根本沒抓到重點。如果你不理解、不懂得欣賞這場劃時代的偉大冒險,你簡直就無法弄清楚科學到底是怎麼一回事,也弄不清楚科學跟其他事物的關係。除非你明白到這是場驚心動魄、狂野十分、令人興奮的大冒險,你就根本沒有活在這個世代裡。

       你覺得科學沈悶嗎?其實它一點都不沈悶。這真是最難說清楚的部分了,但也許我可以略說一二。讓我隨便講起吧,就從一個概念開始好了。

       比方說,古代的人相信,地球是一隻大象的背部,大象站在一隻烏龜上,烏龜則在一個海裡游來游去,海是沒有海底的。當然,這個海又是由什麼支撐著,就完全是另一個問題了,那時候的人對此沒有答案。

       古人這信念,來自他們的想像力。這是個充滿詩意、十分美麗的想法。看看我們今天如何看待同樣的問題吧,會沈悶嗎?我們現在說,這世界是一個不斷轉動的球,球上黏滿了人,有些人在倒立著,而我們繞著太陽呼嘯而過,就像一小塊吐出來的小骨頭般在一個大火球面前亂轉。這真是更羅曼蒂克、更刺激了。我們是靠什麼留在地球上?重力,重力不單只是地球上的「東西」,而且它正是打一開始使地球變成球狀的東西,使太陽成為太陽,使地球繞著太陽飛、不要老想脫離軌道的力量。重力不單只控制著星球,更主宰著星球與星球的運作。眾多星球在星系中不分方向,不分遠近,全都被安置在各自的位置上。

       已經有很多人嘗試過描述我們的宇宙了,但這會繼續下去,永遠摸不到邊,就像前面那個想法中沒有海底的海一樣 同樣的神秘、同樣讓人耳目一新、啟迪心靈,也同樣不完整,跟古老充滿詩意的描述一模一樣。

【真是奇妙,真是美麗】

       但注意,大自然的想像力要遠遠超過人類的想像力。任何人,如果沒試過從實際觀測中領略過這種感受的話,是永遠無法想像出像宇宙這樣繽紛的事物的。

       又或者想像一下地球和時間。你有在任何書本中讀到過、由任何詩人寫的任何談到時間的篇章,是比得上實際的時間、比得上那漫長緩慢的演化過程的嗎?呃,我說得太快了。起先,那裡有個地球,上面沒有生物。幾十億年過去,這個球就這麼轉動著,日出、日落、海浪聲以及一些吵雜聲音,沒有半個活的東西來欣賞這一切。你們有沒有辦法想像、能不能了解、或是把這情景嵌進你的思維當中;沒有任何生物的世界具備了什麼意義?我們是那麼的習慣從生物觀點來看這世界,大家已經無法明白「沒有生命」是什麼意思了。可是其實,絕大部分的時候地球上是沒有任何生物的。今天,宇宙中絕大部分的星球上,大概也是什麼生物都沒有。

       又或者想一想生命本身。生命的內部結構、各部件之間的化學運作,是十分美麗的。最後發現,原來所有生命都跟其他生命息息相關,一環扣一環的。

       葉綠素裡頭有個小小的化學結構,在植物的氧氣處理過程中扮演十分重要的角色。這個化學部件十分漂亮,形狀是有點方形的環,叫做「苯環」。跟植物八竿子也扯不上關係的,就是像我們這些動物;而在我們儲存氧氣的系統裡,換句話說,在血液的紅血球內,竟然出現同樣有趣及奇特的環結構。只不過在植物的環裡,中央是一個鎂原子,但在紅血球的環裡,中央換成鐵原子,也因此我們的血液是紅色而不是綠色,但兩種環的化學結構完全一模一樣。

       此外,細菌的蛋白質和人類身體裡的蛋白質也是同一樣東西。事實上,最近才發現,細菌體內負責製造蛋白質的機制能夠接受紅血球發出的命令,製造出血紅蛋白。生命和生命之間就是如此的相貼近!生物界深層化學裡的這種共通性質,真的十分奇妙和美麗,而一直以來人類都太驕傲了,總是不願意承認我們和其他動物的親戚關係。

       還有原子。排列得好長好長的晶體,裡頭一顆顆小球般的原子不斷重複同樣的模式──其是美呆了。有些看起來很安靜不動的東西,例如一杯水,上面蓋了個杯蓋的,放在那裡很多天,其實卻是活動頻繁:很多原子脫離開水面,在杯子裡彈來撞去,又回到水裡。在我們粗糙肉眼中十分死寂不動的,卻原來是一場狂野、動感十足的舞蹈!

       我們也發現,這整個世界都是由同樣的原子組合而成的,天上的星球和我們身體用的材料都一樣。因此,接下來的問題是,用來造成我們身體的材料到底從哪裡來?不單只是「生命從哪裡來」或者是「地球從哪裡來」,而是問「用來造成生命和地球的材料從哪裡來?」看起來,這些「東西」乃是由於某些恆星的爆炸而噴發出來的。這東西像塊泥土般被丟出來後就等在那裡,逐漸演化和改變,等了四十五億年之後,於是現在就有一隻怪物站在這裡,拿著一些工具對著一大群叫作「聽眾」的怪物講話。這真是個多麼奇妙的世界呀!

【「發現」的價值】

       再看看人類的生理結構。其實我說什麼都一樣。如果你看任何一樣東西看得夠仔細的話,就會發現再沒有什麼比事實真相更教人興奮了。而事實的發現,正是科學家努力不懈的報酬。

       談到人體生理,你可以想一想血液循環,想像有個小女孩在跳繩。在小女孩的身體內發生什麼事呢?血液被驅動著,神經縱橫交錯──肌肉神經受到的影響,以難以置信的速率回饋腦部去,說:「現在我們碰到地面了,趕快提高血壓以免腳後跟受傷。」當小女孩跳上跳下時,由另一組神經主控的肌肉則在數著:「一、二、三,噢,一、二、三……」而當她這麼跳著數著時,也許她還衝著正在觀察她的生理學教授微笑呢!那也是生理的一部分!

       再來是電。正電和負電的吸引力是那麼的強,而任何正常物質裡的所有正電和負電,卻剛好平衡抵消掉,每樣東西都跟別的東西處得好端端地。有很長一段時間,甚至沒有人注意到電這個現象,除了偶然有人磨擦了一塊琥珀之後,發現它能把小紙片吸起來。然而今天我們發現──把這些東西弄來弄去之後發現,裡頭有很多令人驚訝的機制。又可是,大家對科學依然不大了了。

       舉個例子。我讀了法拉第(注一)寫的《蠟燭的化學史》,這是六篇寫給兒童看的聖誕演講紀錄。法拉第演講的重點,是無論你從什麼東西開始著手,只要你看得夠仔細,最後你都在觀察整個宇宙。因此,透過觀察蠟燭的每種特徵,像燃燒、蠟燭的化學等等,都能得到這個結論。但那本書的導讀在介紹法拉第的生平以及一些發現時卻說,法拉第發現電解過程中用掉的電量,跟被剝掉的原子數乘以電價成正比。這本書接下去還解釋說,法拉第發現的這個原理今天被用在鉛鍍、鋁的陽極塗膜著色,以及其他幾十種工業應用上。

       我很不喜歡這些說法。以下是法拉第對他的發現的形容方式:「物質裡的原子乃是透過某種方式跟電力搭上關係的,電力讓它們展現出最令人驚訝的特質,其中之一是它們共同擁有的化學親和力。」法拉第發現了主宰原子如何湊在一起的「東西」,像主宰著鐵如何和氧組合在一起變成氧化鐵的,就是因為它們有些帶正電、有些帶負電,使得它們相互吸引時依著一定的比例。他還發現,電都是一單位一單位地出現,一小顆一小顆的。其實兩個發現都很重要,但第二個發現最為教人興奮,是科學史上最戲劇化的時刻,是那種很罕有的時刻:兩個大學門合而為一,統一成為一個理論了。法拉第突然發現,原先兩個看起來完全不同的東西,其實是同一樣東西的兩面。有人研究電學,也有人研究化學,忽然之間,原來這兩門學問是一體的兩面 化學變化出現了電力結果。今天,大學裡還是如此這般地看這個現象。因此,單單說那些原理被應用在鉛鍍上是不可原諒的。

       報紙呢,就正如你們知道的,每當有生理學上的新發現時,總是用標準的老套說法:「發現者說,這項發現可能對治療癌症有幫助。」但他們無法說明發現本身到底有什麼價值。

       對人類的思維能力而言,「企圖弄明白大自然的運作方式」是一場極為嚴酷的考驗,牽涉了很多深奧微妙的訣竅。你必須走過由邏輯絞成的一條美麗鋼索,才不致在預測接下來會發生什麼事時犯下錯誤。量子力學和相對論中的許多觀念都是好例子。

【「觀測」是終極大法官】

       我要談的第三個科學層面,是追根究柢的方法。這個方法的基礎,是認定觀測(observation)是「檢驗某些事物是否為真」的大法官。當我們明白,觀測才是「判斷某個想法是否包含真理」的終極大法官時,科學的其他面相或特色就都變得明顯易懂了。不過,科學上的所謂「證明」(prove)在這裡的意思其實是檢驗(test),對大眾而言,這整個想法應該翻譯為「任何法則都必須接受異常情況的考驗」;或者用另一種說法,「『例外』證明了某個法則的錯誤。」這就是科學的原理。任何法則如果出現例外情況,而如果這例外情況經過觀測之後證實不虛,那麼原先設定的法則就錯了。

       這些例外本身都是十分有趣的,因為它們顯示了舊法則的謬誤。而因此,找出正確的法則(如果有的話),就是最教人興奮的事,大家會深入研究這些例外個案以及其他出現差不多結果的情況。科學家總是在嘗試找出更多的例外,判定這些例外情況的特性。這種過程愈發展下去愈教人興奮。科學家不會企圖掩飾法則出了錯這件事;剛好相反,這是一種進展和刺激十分的事。事實上,他還想儘快地證明他原先的想法有錯誤不周之處。

       「觀測是最後的裁判」這個原理,嚴格限制了我們可以問的問題種類。我們能夠問的問題只限於像「如果我這樣這樣做,會發生什麼事?」這些問題都是可以做做看,看看結果到底如何的。像「我應不應該這樣做?」以及「這有什麼價值?」等類似的問題,完全是另一種形態的問題。

       但是,假如有些不怎麼科學的東西,儘管我們無法透過觀測來檢驗,卻並不表示這個東西一定行不通、錯誤或者是笨得要命。我們並不是說,科學就一定是好的而其他東西就都不好。科學只考慮那些可以靠法則進行分析的東西,因此所有現在稱作科學的東西全都被發現了;但還有很多遺漏掉的東西,是科學方法無能為力的。這不等於說那些東西不重要,其實從很多角度看來它們才是最重要的。但在決定任何行動之前,當你必須決定下一步該做什麼時,永遠牽涉了「應不應該這樣做?」這重考量,你不能單從「如果我做這些道些會發生什麼事?」的角度來找出解決方案。你說,「當然可以,你可以先看看會發生什麼事,然後再決定想不想這些事情發生。」但最後那一步──決定你想不想這些事情發生,正好就是科學家幫不上忙的一步。你可以弄清楚將會發生什麼事,但你必須決定是否喜歡那樣的發展方式。

【「徹底」不等於「科學化」】

       從「以觀測為裁判」這個科學原理,還衍生出好幾個技術性的後續結論。例如,觀測不能做得太粗糙。你必須極為小心,也許儀器裡頭有一塊髒東西,使得被觀測的東西顏色變了,而跟你原先設想的不一樣。你必須仔細檢查觀測結果,檢查再檢查,確定你很清楚所有的實驗條件,確定你沒有錯誤地詮釋你所做的一切。

       有趣的是,很多時候這種「徹底」的做法、這種好習慣,會被誤解或歪曲掉。當有人說某件事的做法很科學化時,許多時候他的意思只不過是這件事做得很徹底。我聽過有人說德國很「科學化」地屠殺猶太人,但其實這件事一點都不科學,而只不過是夠徹底。在整個屠殺事件中,完全沒有任何為了判定什麼而進行觀測、檢查所用的觀測方法等類似問題。如果依照這種定義,早在古羅馬時期或其他時期,當科學還沒有像今天的進展,大家還不怎麼注重觀測的時期,早就出現過「科學化」的屠殺事件了。但在這些情況中,大家應該稱之為「徹底」或「徹底進行」,而不是「科學化」。

       玩這種觀測遊戲時,有幾個特別的技巧,所謂「科學的哲學」談論的其實大部分都是這些技巧。如何詮釋觀測結果就是其中之一。有個很有名的笑話說,一名農夫跟他的朋友抱怨他農場上發生了神秘事件:他養的一群白馬吃的食糧分量比另一群黑馬多。他為此擔心得要命,不明白為什麼會這樣,直到他朋友提出:也許他養了比較多的白馬!

       這聽起來很荒謬,但想一想有多少次當你在做各種判斷時,也犯了差不多的錯誤。你說:「我妹妹著了涼,兩星期之後……」如果你仔細想想,這也是那種白馬數量比較多的情況。科學思考要求的,是某個程度的修練,而我們應該教導和傳播的,正是這種修練,因為就算在最等而下之的層次,類似的錯誤都是不必要的。

       科學的另一個重要特色,是它的客觀性。分析觀測結果時必須客觀,因為作為實驗觀測者的你,有可能比較喜歡某個特別的結果。於是你重複這個實驗好幾次,但由於各種狀況,例如有髒東西掉進儀器裡之類的,使得數據變來變去,一切都不全在你掌握之中。但你希望會出現某種結果,因此每當出現你喜歡的數據時,你就說:「看,結果就是這樣。」再重複做一次實驗,結果完全不一樣,而其實也許在前一次實驗中有髒東西在儀器裡,但你視而不見。

       這些說來好像很顯而易見,但大眾在衡量科學問題、甚至只是跟科學沾上邊的問題時,往往沒好好注意這些事情。例如,當你分析「股票漲跌」跟「總統說過什麼或沒說什麼」有沒有關係時,可能心中早有某些定見。

【理論愈明確,愈有趣】

       另一個極端重要的技術重點,是提出來的理論愈明確,遮常也愈有趣,換句話說,如果這個法則愈是論述明確,測試它的真偽時就愈有趣。如果有人提出說,行星之所以會繞著太陽運行,乃是因為行星的物質有一種喜歡動來動去的傾向,讓我們稱之為「噢姆乎」,這個理論同時可以解釋好幾種其他現象呢。那麼,這是個好理論囉,不是嗎?不,它萬萬比不上「行星乃是在向心力的影響之下繞著太陽運行,向心力的大小與行星中心點及太陽中心點之間距離的平方成反比」這個理論。

       後面這個理論比較好,因為它說的是這麼的明確;一切都很明顯地不可能是運氣造成的結果,行星的運行若有一點點差異,就足以證明理論不正確。另一方面,根據第一個理論,就算觀測結果發現行星四處亂動,你也可以說:「呃,這都是『噢姆乎』的奇怪作用。」

       因此,提出來的理論愈是明確,它的威力就愈強大,更容易受到例外的挑戰,也因此更有趣、更值得花工夫去檢驗。

       許多時候,「字」是沒有多大意義的。一堆字湊在一起,提出一個假說,然而這些字的用法讓你無法獲得任何明確的結論,就像我的「噢姆乎」例子。那麼這個理論就差不多毫無意義了,因為憑著「所有東西都喜歡動來動去」這樣的說法,你幾乎可以解釋世間一切事物了。哲學家在這方面談了很多,他們說所有字都必須極端精確地定義。其實我不太同意這種論調,我覺得「極端精確地定義」很多時候都不大需要、不大值得花力氣去做,有些時候也不大可能做得到──事實上,大部分時間都是不可能做到的,但今天我不要陷進這些辯論裡。

       哲學家談到科學時,其實大部分談的是如何確保科學方法行得通的各個技術層面。這些技術重點在其他不以觀測為最後裁判的領域中還有沒有用,我就不知道了。我不會說所有事情都要用這個「從觀測找例外」的方法。在不同的領域,也許我們不用太在意字的意思或者法則必須明確……等等。我不曉得。

【新概念從哪裡來?】

       談了這麼多,有一些很重要的東西還沒談到。我說過,觀測是檢驗一個想法的大法官。但想法從哪裡來呢?科學的快速發展,迫使我們拚命發明一些方法來進行測試。但在中古時期,大家以為只要進行許多許多的觀測,定律就自然而然地從觀測結果裡冒出來。但實際上定律並不是就這樣出現的,其中需要更多的想像力。因此接下來我們要談的是新概念從哪裡來。

       其實新概念從哪裡來無關重要,只要有新概念就好了。我們知道如何檢定某個想法是對是錯,而這些檢定方法跟想法來自何方完仝無關:我們只需把這個想法跟觀測結果互相對照便可,因此在科學世界裡我們並不關心到底新想法從何而來。

       在科學世界中也沒有權威這回事,一個想法是好是壞,不是由權威人士來決定,我們再不需要找權威人士來幫忙判斷某個概念的真偽。當然,我們可以告訴權威人士一些事情,讓他提出建議;之後進行測試,看看這概念是否為真。假如它不是,那麼也沒什麼──只不過權威人士再沒以前那麼權威而已。

       科學家之間的關係起先是爭鬧不休,比一般人之間的關係要嚴重得多,例如在物理學剛開始萌芽的時候。但在今天的物理學界,人際關係十分和諧,科學的爭論很可能滲雜了許多笑聲,爭論的雙方同樣不那麼確定己見,他們往往各自構思實驗,甚至下賭注賭結果。在物理學這一行,過去累積下來的觀測數據是那麼的多,你差不多不可能想得出跟以前想法完全不一樣的新概念,但同時又與所有已知的觀測結果吻合無衝突。因此,如果你能從任何人或任何地方得到任何新東西,歡迎都來不及了,根本不會爭論為什麼誰誰誰會說「如此這般才對」。

       然而,很多科學領域並沒有發展到這樣,而還像早期物理學界的情形,由於數據不多而出現許多爭辯。我提起這件事,因為很有趣的是,如果出現一套獨立公正的檢核誰是誰非的方法,連人際關係都能夠減少齟齬。

【法則真是奇蹟】

       大部分的人發現「科學界並不關心到底是誰首創某個概念,或者是不關心觀念創作者的原始動機」時,都會十分驚訝。科學家會做的是聆聽,如果對方說的聽起來很值得嘗試,他的想法很是與別不同,粗看之下沒有和以前累積下來的觀測結果矛盾,那麼就很讓人興奮,值得一試。你不會擔心他到底研究了多久或者是為什麼他要你聽他說。就這方面而言,新想法從何而來根本無關重要。新想法的來源是「不知道」,我們稱之為人腦的想像,深具創造力的想像──是那些「噢姆乎」的一種。

       教人驚訝的是,一般人不相信想像力是科學的一部分。當然,科學家的想像力和藝術家的想像力是不一樣的。最困難的,是要想像一些你從未看過的事物,這些事物必須跟已經看到過的東西完全吻合不悖,同時又要和已被想出來的完全不同;此外,它更必須是一些明確、不模糊的設想。那真是困難呀。

       順帶一提,單單是有法則可讓我們驗證,就已經是奇蹟了。能夠找到像重力的平方反比律,還真的是個奇蹟。我們並沒有真的了解這個定律的種種,但它把我們帶到「預測」的可能性。換句話說,還沒著手做實驗,它就告訴你在這個實驗你可以預期會發生些什麼。

       很有趣而且絕對重要的是,科學的各個法則必須並行不悖,相互沒有矛盾。由於觀測結果同樣是那一些,因此不能說一個法則這樣預測,另一個法則卻有不同預測。所以,科學並不是專家玩意,而完全是全宇宙通行的。我在生理學談到原子,在天文學、電學和化學也談到原子,它們是共通的,必須相互不矛盾。你不能隨意從一些不以原子造成的東西開始。

       更加有趣的是,經過推理之後,我們猜測出法則:而這些法則呢,會慢慢愈來愈簡化──至少在物理學界是如此。之前我提到過化學法則和電學法則的合而為一,這是很漂亮的例子,事實上還有很多其他的例子。

       似乎,描述大自然的各個法則都帶有數學味道。但這並不是「以觀測為裁判」的結果,數學也不是所有科學必須具備的特性,只不過,碰巧我們的法則可以用數學的形式來寫出,至少在物理學是如此,而且更據此可作出威力強大的預測。至於為什麼大自然是數學的,則是一個謎。

【不據理猜測,才是不科學】

       現在我要談一件很重要的事情:舊有的定律可能是錯誤的。觀測結果怎麼會是錯的呢?如果一切都經過仔細核證,怎麼還會錯?為什麼物理學家永遠都在修改定律?答案是,首先,定律並不等於觀測結果,以及第二,實驗永遠都不準確,所有的定律都是猜想出來的定律,而不是觀測結果告訴你一定會怎麼樣怎麼樣。它們只不過是一些優秀的猜想、一些觀察的外推,是到目前為止還能通過驗測的篩子而已。往後出現新的篩子時,上面的洞比以前更小,這回定律就被卡住再也通不過去了。因此定律只不過是一些猜測,是從已知外推到未知。你根本不曉得會發生什麼事,因此你放膽一猜。

       例如,大家曾經相信、曾經發現一件物體在運動時,它的重量不會受到影響。如果你轉動一個陀螺,稱它的重量,等它停下來再稱一次,重量是一樣的。這是個觀測結果。但是,事實上當你稱它的重量時,你沒辦法量到無限個小數點,甚至到幾十億分之一的單位的。但現在我們知道,旋轉中的陀螺比靜止中的陀螺要重,大約增加幾十億分之一。如果陀螺轉得夠快,快倒接近光速的每秒鐘約十八萬六千英里,增加的重量就十分明顯──但到這時候才明顯。在早期的實驗中,陀螺的旋轉速率遠低於光速,看起來轉動中陀螺的質量和沒在轉動的陀螺質量完全相同,有人因此推測,質量是永遠不會改變的。

       多笨呀!真是笨蛋!這只不過是個憑臆測而得到的定律,是一種外推。那個人為什麼會做出這樣不科學的事情?但事實上這件事沒有什麼不科學;這只不過是不確定。如果當時的人不作出猜測,那才真的不夠科學。因為,這種向未知外推才是唯一有點真正價值的事情。只有在面對仍未做過、驗過的情況,你還在猜想「應該會這樣發生」的時候,才有一探究竟的價值。如果你只能告訴我昨天發生什麼事,這樣的知識是沒有什麼真正價值可言的。知識必須能夠告訴我,如果我這樣做明天會發生什麼事才行 不一定需要真的做這些事,但那很好玩。不過你也必須願意承擔錯誤的風險。

       任何一個科學定律、科學原理或實驗觀測報告,都只是某種形式的簡本,細節都不在其中,因為你永遠無法絕對精確地描述任何事物。構思者就是會忘記──寫定律時他應該說「速率不太高時,質量沒改變多少」。這個遊戲就是要提出很明確的法則,看看它能否通過篩子的考驗。當時提出的明確臆測,是質量永遠不會改變。這是個教人興奮的可能性呀!而假如往後發現事實並非如此,也不會構成什麼大災難。一切只不過是不確定,而不確定並不妨害到什麼。處於不確定狀態中但提出一些看法,總比什麼都不說好。

【我們活著,而且無知】

       我們在進行科學研究時所說的一切、所有的結論式描述,全都帶有許多的不確定,這是必然會發生的,只因為它們全是結論。它們是對未來會發生什麼事作出的猜測,而你無從知道將會發生什麼事,因為你沒做過最完備、無所不包的實驗。

       也許,陀螺由於轉動而出現的質量改變效應是那麼的微細,你可能會說:「噢,這沒什麼差別嘛。」但為了要找到正確的定律,或至少找到能夠通過一個又一個的篩子,通過更多觀測結果的考驗,就需要極為不凡的智慧和想像力,以及全盤顛覆原先的哲學,顛覆我們對空間和時間的認知。我指的是相對論。往往發生的是,那些微細的效應現身之後,許多概念便需要進行最具革命性的修改。

       因此,科學家早已習慣面對「存疑」和「不確定性」。所有的科學知識都是不確定的。這種與疑惑和不確定性打交道的經驗十分重要,我相信其中潛藏著巨大的價值,而且這種經驗超越科學。往外延伸。我相信,要解開任何從未被解開過的難題,你必須讓通向未知的門半開半掩地,容許「你可能沒全弄對」的可能性。否則,假如你早已抱有定見,也許就找不到真正的答案。

       當科學家告訴你,他不知道答案是什麼時,他是個無知的人。當他告訴你他有一點點預感,覺得事情應該是如何如何,那他是對事情不確定。當他蠻確定答案應該是什麼而告訢你:「事情將會這樣這樣發展,我敢打賭。」那他還是抱著一點疑惑。而最最重要的是,要進步的話,我們必須認清楚這種無知以及種種疑惑。因為我們還存著一點懷疑,才會建議往新的方向尋找新觀念。科學的發展速率,並不是看實驗做得有多快而已,更重要的,是你創造出新東西的速率。

       要是我們無法或不想往新方向看,如果我們沒有一絲的困惑或體認到自己的無知,我們就無法得到任何新觀念。那樣的話,也再沒有什麼值得花工夫做查證的了,因為我們應該知道什麼才是正確。所以,今天我們稱之為科學知識的東西,其實是一堆不確定的論述,只不過不確定的程度不一而已:有些是最不確定的,有些差不多確定,但沒一樣是絕對確定的。科學家已經很習慣這種狀況。我們都知道,活著而同時無知,是可能的,兩者並無矛盾。有些人說:「你怎麼能夠活著而無知?」我不知道他們是什麼意思。我從來都活著,也從來都很無知。那容易得很。我想知道的是你如何能什麼都知道。

【不要害怕疑惑】

       這一點點存疑的自由,是科學的重要部分。而我相信,在其他領域中也一樣。它是從一場掙扎、一場鬥爭中誕生。這是為了爭取被准許存疑、被容許對事情不確定而發生的鬥爭,我不想大家忘記這些掙扎的重要,不先嘗試一下力挽狂瀾,而自動棄權。

       作為一個知道「無知哲學」的偉大價值、更知道這套哲學可以帶來巨大進步的科學家,我覺得我肩負著一種責任。這些進步乃是思想自由的果實。我覺得我有責任大聲疾呼,宣揚這種自由,教導大家不要害怕疑惑,而是要歡迎它,因為它是人類新潛能的可能來源。如果你知道你不很確定,你就有改進現狀的機會。我要替未來的世代爭取這自由。

       存疑很明顯是科學的一項價值。在另一個領域中是否如此則是個可供辯論的問題,是些不確定的事情。在下兩場演講我預備討論的正是這個論點,我會嘗試證明,存疑是很重要的,而疑惑並不是什麼可怕的東西,相反地,是具有極大的價值的!

      一譯注一

      注一:法拉第(Michael Faraday, 1791-1867),英國物理學家兼化學家,任職於倫敦的皇家研究所(Royal Institution),工作之一是每週設計一個實撿,向那些對科學有興趣的會員示範。由於需要不斷創新點子,使得法拉第成為史上最偉大的實驗物理學家之一。一八三一年,法拉第成功證明了電與磁只是一體的兩面,兩者合稱為「電磁」。