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[转载]以什么样的态度对待重大创新理论才是正确的?

(2021-05-25 09:24:03)
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以什么样的态度对待重大创新理论才是正确的?

马海飞

http://blog.sina.com.cn/gfis 2016711日)

由于已经有太久的时间在科学领域没出现重大创新理论了,因此今天的多数人早就忘记了面对这样的理论应该采取什么样的态度才是正确的。后人以史为鉴可以少走很多弯路。科学理论的发展也是如此。今天我们如果能够认真地回顾科学历史上的重大创新理论在刚刚诞生的时候的处境,就有可能帮助今天的创新理论免遭不必要的误解和延误。

本文以哥白尼的日心说和牛顿的万有引力这两个对科学发展产生重大影响的理论为例进行分析和说明。

众所周知,哥白尼的日心说对延续了上千年之久的地心说而言是一个颠覆性的创新理论。在这个理论提出来之际,科学界几乎不知道应该如何面对这样一个重大的创新理论。当时的人主要是用常识来判断它的对错。由于这个理论在很多方面都违背常识,因此当时的主流认为日心说是错的。经过了半个多世纪,直到开普勒和伽利略用科学研究和观测结果进一步证实这个理论是正确的之后,日心说才渐渐在科学界得到了认可。总之,这个重大创新理论并不是一夜之间,也不是在一、两年或一、二十年内得到主流认可的。其经历之艰难是可想而知的。

日心说的经历之所以如此艰难,很多人都以为那是因为当时的统治集团基于宗教之类的原因造成的。其实并非完全是这样。宗教的实力再怎么强大也压制不住科学的发展。哥白尼的日心说提出之后一直得不到承认的主要原因还是来自学术界的抵制和阻碍。主要原因有以下几个:

1、违背常识。日心说是一个违背当时科学常识的理论。例如,当时的科学常识认为:如果地球运动的话,人就应该会感觉到地球在动,而且应该会感觉到因为地球运动所产生的迎面而来的风。不但如此,如果地球运动的话,垂直上抛的物体就不会落回到原地。所有这些常识都是可以用乘坐马车的实验得到验证的。基本上没人怀疑。

2、与旧理论相比显示不出明显的优越性。哥白尼的日心说并不是我们今天说的日心说。在哥白尼的日心说中,行星围绕太阳转的轨道是正圆形的。根据这样的轨道对行星运行规律的计算结果与实际观测结果之间的误差明显大于托勒密地心说的计算结果。除了日心说对行星轨道的描述比地心说简单明了之外,日心说在其他所有方面几乎都显示不出比地心说更优越。

3、物体自由下落的方向问题。当时人们普遍认为宇宙中所有物体自由下落的方向是宇宙的中心。而人们可以观察到的所有自由下落的物体都落向地球。无论是来自天外的流星还是身边的物体都是如此。当时的人们不知道万有引力现象。所以说地球才应该是宇宙的中心。如果太阳是宇宙中心的话,空中的物体都应该落向太阳才对。

4、在世界观上太具有颠覆性。日心说与地心说在世界观上截然相反。也就是说,日心说不但是一个科学理论,而且是一个改变人类基本观念,也就是世界观的理论。而观念的改变从来都不是容易的事情。由于观点不同,那些从事了一辈子地心说教学和研究的专家学者们从心里上就对日心说有抵触情绪。哥白尼的日心说不但违背常识,而且在计算结果上也不准确。这些都可以被专家学者拿来作为依据来证明这个理论只不过是一种不切合实际的幻想式理论。它除了对宇宙的运转提出了一个与地心说完全不同的观点之外,几乎没有任何其他的创新和优越性。

与哥白尼的日心说相比,牛顿的万有引力理论则要幸运得多。主要是因为万有引力理论是一个应运而生的理论。而且,万有引力理论并不像日心说那样需要需要与任何主流的旧理论产生正面冲突。因此,牛顿的万有引力理论一经问世,就引起了科学界的关注。说它应运而生是因为当时哥白尼的日心说已经开始登上主流殿堂,但还需要更多的证据来支持它。当时遗留的一个问题就是:如果说宇宙的中心是太阳而不是地球的话,为什么天空中的所有物体都落向地球而不是落向太阳?牛顿提出的万有引力理论恰恰解决了这个令当时的科学家们头痛的问题。不仅如此,万有引力理论还解释了地球上的潮汐现象与月球之间的关系。说明了地上与天上的自然规律是相同的等等。这些解释给人们带来了对自然世界的全新认识。因此,牛顿的万有引力理论很快就被主流接受了。

我们今天这个时代的很多人对牛顿万有引力理论的形成过程都有误解。认为,牛顿建立的万有引力理论就是我们今天在教科书里看到的那个既有文字说明又有引力公式的牛顿万有引力定律。其实不然。牛顿直到离开人世的那一刻也没见过万有引力公式长什么样子。更不知道还有个引力常数。牛顿的万有引力理论在牛顿手里并不是一个具有运算功能的理论。当时的万有引力理论纯粹是一个从理论上解释自然现象的理论。除此之外,这个理论没有任何实用价值。

虽然牛顿的万有引力理论可以解释苹果落地和月球围绕地球转遵循相同的自然规律,但是。这个理论与哥白尼当时提出的日心说一样,也存在很多解释不了的问题。例如,万有引力是从哪里产生出来的?相距遥远的天体之间是如何传递万有引力的?等等。牛顿对他自己也无法回答这些问题而感到不知所措。因此,在牛顿提出万有引力理论的时候,其实也有一些人对这个理论的正确性表示怀疑。但后来英国科学家卡文迪什找到了引力常数之后,完善了具有实用价值的万有引力公式,并且在这个公式展现出了它的实用科学价值之后,才让众多怀疑牛顿万有引力理论的人陷入了沉默。

尽管牛顿引力公式的出现让很多人对牛顿的引力理论坚信不疑或陷入沉默,但这并不能回避当年牛顿自己也无法回答的问题还依然存在这个事实。万有引力是怎么产生出来和如何传递的?这些问题并没有随着万有引力公式的建立而得到解决。因此在牛顿的后人之中一直都有人在思考和试图回答这些问题。其中之一就是伟大的爱因斯坦。他使用了弯曲时空的几何效应来解释万有引力现象的产生原因。由于爱因斯坦的这个理论否认了有引力存在,因此这就没有必要追究引力来源和传递的问题了。从表面上看,爱因斯坦解决了牛顿遗留下来的问题,但因为爱因斯坦的理论十分暧昧,很难理解,因此他的解释是否正确也一直是后人争论的一个焦点。

从哥白尼的日心说和牛顿的万有引力理论的经历中我们可以看出这样一些现象:

1、新理论最初的优越性都表现在对自然现象的解释上。也就是说,重大创新理论的形式是属于文字性的。而不是公式性的。哥白尼日心说的优越性表现在对行星运行的解释比地心说简单明了。牛顿万有引力理论对天上和地球上物体的运动规律做出的解释让人们有茅塞顿开的感觉。只要具有这些特点就足够称得上是一个新理论了。

2、新理论在数学计算上未必具有优越性。按照哥白尼的日心说计算出来的行星运行结果与实际观测结果之间的误差很明显,甚至大于用托勒密的地心说计算出来的结果。而牛顿在他的《原理》一书中提出万有引力理论的时候根本就没有可以用来计算万有引力的数学公式。

3、新理论并不是完美的理论。哥白尼的日心说中不完美的地方现在都已经很清楚了。所以,在教科书里不会用正圆形的行星轨道来描述行星的运行形式,也不会用哥白尼的计算方法去计算行星的运行规律。更不会说太阳就是宇宙的中心。但哥白尼日心说的不完美并不会影响到这个理论在科学发展历程中的里程碑地位。另一方面,牛顿的万有引力理论其实也是一个不完美的理论。只不过,对万有引力理论中的不完美之处还很少有人知道。虽然爱因斯坦看出了其中的不完美,但在他的新理论中存在着更多的不完美。其实,在牛顿的万有引力理论中,只有万有”这个理论部分才是正确的。除此之外的所有其他理论部分都是错的。而万有这个理论恰恰是对解释天空中的物体为什么不落向太阳、地球上的苹果和天上的月亮遵循相同自然规律所做出的最重要贡献。解释这些现象并不需要牛顿引力理论中的其他部分。例如,物体之间存在相互吸引作用的理论部分等等。尽管牛顿的万有引力理论中也存在不完美的地方,但它在科学理论发展的历程上中的里程碑地位也是不可否认的。

4、新理论并不可能一下子就解决掉所有现存的问题。哥白尼的日心说在刚刚问世的时候几乎什么问题都解决不了。把刚刚出现的牛顿万有引力理论说成是一个高谈阔论的抽象理论也未必不可。因为牛顿的引力理论除了可以从理论上抽象地解释一些自然现象之外,没有任何直接的实用价值。也无法用它来解决其他问题,例如物体为什么具有惯性的问题等等。

以上用哥白尼的日心说和牛顿的万有引力理论为例从新理论的诞生后的经历和诞生初期的特征等方面进行了讨论和说明。接下来要说的是:我们从历史的教训中应该领悟到什么,以及今天当我们面对一个颠覆性的创新理论出现在我们面前的时候应该采取什么样的态度?这对科学的发展来说是一个十分重要的问题。处理得好,就会让科学发展少走弯路,顺利进行,处理得不好就会像哥白尼的日心说那样让一个重要的理论被误解并延误数十年之久。

一、从对待创新理论的态度大体可以分为四类人:1)天真型,2)老成性、3)开明型和4)随大流型。

天真型的人顾名思义就是想法比较天真。这些人总是认为一个新理论如果是正确的话,它就应该可以解决目前物理学中存在的所有问题。用今天的例子来说,这些人期待创新理论应该可以把从宇宙的起源问题,到氢原子的构造问题以及电场磁场有关的问题,宇宙膨胀和暗物质问题等等都一下子都解决了才对。如果新理论不能解决他们提出的问题,于是就认为这个理论是错的。从哥白尼的日心说和牛顿的万有引力理论经历中可以看出,这种天真的想法是不现实的和有害于科学发展的。一个新理论只要在某一方面具有创新性,这个理论就是有科学价值的。它不可能在诞生出来的那一刻一下子就把所有问题都解决掉。天真型的人还比较喜欢使用科学常识和教科书里的观点和概念去对待新理论。认为新理论的创立者“连最基本的科学知识和概念都不懂”。这些人处处都表现得很天真。

老成型的人基本上都是学究式的人物。他们的知识很丰富。懂得很多。但思想非常守旧和顽固。对创新内容总是不以为然。这些人对新理论有一套僵硬的评价标准。例如他们认为:新理论必须要建立在旧理论基础之上并是对旧理论的延续和发展,要能解决许多旧理论解决不了的问题,新理论必须要能做出可以被后人证实的预言,新理论在计算结果上一定要比旧理论更准确。新理论在各方面都应该比旧理论明显地更优越。新理论必须要符合常识。同时还要有复杂的数学运算与之配套等等。只要不符合这些标准中的任何一项,他们就认为这样的新理论是毫无价值的。这些人的思想非常顽固。很难沟通。在这些人的眼里没有什么是新的。不管什么人提出个什么创新的东西出来,他们总可以从他们掌握的知识中找出证据说那个创新早就有人提出来过。而这些证据往往都是东拉西扯和牵强附会的东西。例如,把发明飞机或火箭的创新说成是模仿孙悟空翻跟头。把创新理论中提出的新数学公式说成是某个前人公式的数学变换。等等。联想很丰富。这类人顽固不化,至死也要坚持故有观点。他们是阻碍科学创新的主要力量。

如果用这些人的标准去评判哥白尼日心说和牛顿的万有引力理论,没有一个是符合他们的创新理论标准的。

上述两类人对科学理论创新所产生出来的作用都是负面的。在这些人当中有很多历史上的大科学家或哲学家。但当他们否定的创新理论最终被证明是正确的之后,这些人的名字就渐渐在科学的发展过程中褪色了。今天很少有人再提他们。

开明型的人不会随便否定别人的创新,而是尽量去领悟创新理论与旧理论之间的不同以及创新理论中的新颖之处。这些人不拘泥于常识和硬性指标。无论这类人的背景如何,他们的这种开明的心态是最令人尊敬的。在这类人中,那些悟性比较好的人可以很快看出新理论与旧理论的不同以及新理论的价值所在。这类人不轻易否定新出现的理论,而是以讨论的形式提出不理解的问题,并尽力去理解新理论以及新理论比旧理论优越的地方。有能力者会按照新理论指引的方向进行研究并发展和补充新理论中的不足。

在哥白尼日心说的经历中,敦促哥白尼出版《天体运行论》一书的雷蒂库斯、为宣扬日心说而被活活烧死的布鲁诺,用科学研究和观察结果证实日心说的开普勒和伽利略等等都是这种开明型的人。对牛顿万有引力理论而言,卡文迪许等都是这种开明型的人。这样的人是推动创新和科学发展的主要力量。他们都因为对创新理论所做出的贡献而青史留名。

随大流型的人基本上是属于没有独立思想的人。这些人的做人原则就是怎么安全怎么来。而最安全的方法就是跟着主流走。但主流之所以声势浩大,其实主要还是因为有这些随大流人的加入。也就是说,在主流群体中,主要的成员其实都是随大流型的人。从表面上看,随大流型的人并不对创新理论造成直接阻碍,但因为多数创新理论在刚刚诞生的时候都属于非主流理论,因此他们跟随在主流之中壮大主流队伍的这个行为本身就会间接地给创新理论的成长造成不良影响。任何老旧理论所表现出来的巨大惯性其实与这些随大流的人有密切关系。

二、事实证明,对创新理论来说,没有任何硬性指标可以用来判断它的正确性。日心说和万有引力理论刚提出来的时候都是解释自然现象的理论。属于观点性理论,而不是公式性理论。观点性理论是非常复杂的。面对同一个自然现象,观点不同就会得出不同的结论。在哥白尼的时代,谁也无法直接验证到底是地球围绕太阳转还是太阳围绕地球转。所以无论是日心说还是地心说,其实都是想象中的东西。也就是纯理论的东西。牛顿的万有引力也是如此。其实直到今天也没人可以直接证实万有引力的存在。认为万有引力存在的唯一证据就是用牛顿的引力公式可以计算出这个力的大小。而在牛顿提出万有引力理论的时候,引力公式还不存在。所以,那时的引力理论与哥白尼的日心说一样,也是一种想象。其实际作用也不过就是一个全新的观点而已。任何硬性指标都无法套用到观点上。

由此可见,颠覆性的重大科学理论创新都是对观念的改变。其中的主要成分都是想象。在这些想象的基础上继续发展,如果越来越走向光明,就说明这个理论是正确的,越来越走向黑暗,则说明这个理论是错误的。

三、占据科学主流的理论并不一定都是正确的理论。我们今天的很多人有这样一个误解,认为只要是科学主流理论就一定是正确的理论。其实非也。在哥白尼日心说提出之前,占据科学主流的理论是托勒密的地心说。而且占据主流长达一千多年之久。既然地心说最终都成了一个错误的理论,我们今天又有什么理由可以百分之百地相信经典物理学和现代物理学中的那些重要的基本理论就不是错的呢?单单靠数学公式吗?

其实在我看来,牛顿的万有引力理论与哥白尼的日心说类似,它只有在“万有性”上是正确的。在相互吸引作用(即吸引力)上是错的。爱因斯坦的理论更像是托勒密的地心说理论。

四、数学公式对科学理论的创新来说并不是绝对必要条件。在今天的物理学教科书中有很多数学公式,例如牛顿引力公式,爱因斯坦方程式和洛伦兹变换等等,但没有以哥白尼名字命名的公式。尽管如此,却没人否定哥白尼对科学发展所做出的贡献在历史上的重要性。而且日心说的重要性一点也不亚于那些有公式的理论。而事实上,牛顿的万有引力公式也是在牛顿过世之后才建成的。所以,僵化地非要用数学公式来判断创新理论的做法并非是正确的。不过,只要是正确的理论,它最终都是可以用数学方法去表达出来的。那些根本就无法用数学方法进行表达的理论肯定不是正确的科学理论。目前以太理论就面临这个问题。始终没人能够对以太做出数学上的表达。

五、科学理论研究的主要目的是为了解释自然现象。所以,一个新的理论只要在解释自然现象方面比旧理论有任何优越的地方并且不违背逻辑的话,那个理论就应该是有价值的。例如,哥白尼的日心说只有理论价值,没有任何实用价值。在哥白尼提出它的时候,日心说除了对行星运行规律的解释比地心说优越之外,其他任何方面都不如地心说。但这就足以让它最后战胜了地心说。科学理论是否正确的最终决定权在那个理论对自然现象的解释是否符合客观事实上。哥白尼对太阳系的解释符合事实,最终被证明是正确的。而牛顿的万有引力理论中的万有性被证明与事实相符,因此在这个方面它是正确的。但万有引力是否存在的问题却无法用事实来证明。然而,自由落体运动现象反而可以证明万有引力是不存在的。因此,牛顿的万有引力理论并不是一个完全符合客观事实的理论。用牛顿的万有引力理论难以解释很多自然现象。这就是为什么万有引力问题至今还是科学领域的一个重大问题的缘故。

六、科学常识和书本知识都是不可盲信的。科学常识通常来自某个科学理论。如果那个理论是错的,来自那个理论的常识一定也是错的。例如,在地心说统治科学界的时代,地球不动就是一个人人都知道的常识。书本知识也是一样,基本上都来自原有的理论。当一个新理论与旧理论形成对峙的时候,常识和书本知识一定是站在旧理论一边的。很多人在面对一个新理论的时候都会用常识或书本知识来做判断。他们总会发现一些新理论不符合常识和与书本知识不一致的地方。这实际上是正常现象。但有些人却质问创新理论的人:你学过物理没有?连这么基本的常识都不懂。提出这些质问的人明显是十分幼稚。

七、新理论并不一定非要是旧理论的延续和发展。日心说是对地心说的颠覆和取代,而不是延续和发展。日心说与地心说在世界观上完全不同,根本就无法延续和发展。所以,新理论并不非要建立在旧理论的基础之上。牛顿万有引力理论中的“万有性”是牛顿悟出来的,而不是从前人某个理论的基础上发展出来的。科学理论与科学技术不同,科学技术通常都是在前人基础上的延续和发展。而科学理论并不一定非要延续和发展旧的理论不可。

从以上讨论可以看出,对科学的发展而言,不仅实验观察和撰写论文以及著书立说很重要,而且端正对待创新理论的正确态度也十分重要。退一步从个人身后的名声上来说,那些否定最终被证明是正确的创新理论的人很快就消声灭迹了。而只有那些最早站出来支持创新理论的人才能与创新理论一起青史留名。与他们生前的科学头衔高低无关。与他们对创新理论的推广贡献大小有关。

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