知道我们不知道，并且明确知道哪些问题我们没法知道，也是很了不起的成就

文/毛培元（知乎）

本文系作者授权“清南”发布

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今天讲讲我对物理学和科学的一些想法吧。

去年的时候回答了一个问题：天体在太空中为什么不会「下沉」？，里面谈到了时间和空间的一些特性，还简单说了说为什么宇宙没有“外面”， 大爆炸没有“之前”。很多知友都很关注，也发表了好多评论。好多评论都很有意思，但也在里面看到许多没有科学背景的知友所体现出来的对科学讨论的一些误解和疑惑。

有位知友给我私信，提了这么一个非常好的问题：

我们能否把爱因斯坦的出生和宇宙的诞生做一类比(因为有时候个人觉得很多事物不论大小他背后的道理都是想通的)，从爱因斯坦出生的那一刻起他有了自己的“光锥”（就像宇宙大爆炸以后有了时空），爱因斯坦不断长大(就像宇宙不断膨胀)，他体内的各种物质，机能遵循着一定的规律，就像我们遵循着宇宙的规律一样。假如在爱因斯坦体内的某个细胞内有一个“银河系”，那里的“智慧”同样问了这样一个问题，然后那里有一个想你一样的人说，问这个问题没有意义，因为爱因斯坦出生（宇宙诞生）后，才有了时间和空间，在那之前是没有时间和空间的，所以问这个问题是没有意义的。可是，事实上，按照这个类比来看，在爱因斯坦之前早有时间和空间，只是他体内的那些“智慧”认知能力不够罢了，更大尺度时间、空间可能他们无法理解，但是应该不妨碍到问宇宙外面是什么这个问题。所以我认为可能从逻辑和时空的概念定义来看你是对的，但“时空”外面是什么样的，或者这个宇宙之前是什么样的，我觉得可以问，也是有意义的。或者不是我们存在的宇宙创造了时间，而是更大尺度的时间里产生了我们这个宇宙，更大尺度的时间早都有了！

其实刚开始接触天体物理的时候，对于时间和空间的认知也是这样的：时空外面肯定还有更大的时空嘛，只不过我们不知道罢了！当然当时我自己使用的说法不是“更大尺度的时间”，不过想法是一致的。在做了好多年物理的科研以后，这个理解当然改变了：科学研究严谨的本质，导致很多问题我们没法知道答案。这个理解是否更正确，那是见仁见智的事。在这就和大家分享一下我现在的理解吧。

1. 在物理学里，包括在所有的现代科学里，“术语” (Terminology) 和“符号” (notation)都是极其重要的。科学争论里需要小心避免的一个重要问题就是“鸡同鸭讲”。你说的概念和我说的概念，是同一个概念吗？当你在公式里写下x的时候，你的x和我的x是同一个变量吗？这些看似吹毛求疵的问题，其实反映了科学研究的一个本性，那就是严谨。咱们中国从过去数千年科学上的独孤求败，到近现代的落后追赶，科学理念上的先天不足占了相当大的比重。早期人类发展的时候，用一些通俗易懂的概念类比去阐述观点自然是妥妥的，可是当科学发展到今天，还在不同学科不同问题之间用类比来做论证，就显然有些不甚合理了。举个很简单的例子，在之前那个问题的评论里，有人给时间和空间定义说“上下四方为宇，古往今来为宙”，附和者都不在少数的。这样的定义，写在小说、杂志，甚至哲学上都是可以的，写在一个严肃的科学讨论里，未免稍欠妥当。这样模棱两可，看似深奥的解释，其实就是没解释。越是严谨的定义，从语言上来说越是平白而干涩：每个字都得准确，每个词都得毫无疑义。所以回到上面的问题，在我们没有明确定义什么是“更大尺度的时间”之前，我们没法对有没有“更大尺度的时间”进行讨论。

2. 对于爱因斯坦的这个例子，我应该多解释一句。在严肃的科学讨论里，做类比其实是非常不妥当的。类比这个在文学社会学里很好的工具，在自然科学里非常不适宜，因为很容易产生误解或是另外的解读。一千个读者自然有一千个哈姆雷特。但就算是一万个人，也只能有一个万有引力定律。 当时举这个例子的原因主要是因为回答问题的受众以科普为主，科学讨论为辅，不举例子纯说术语显得晦涩难懂，艰深无趣。但假如我们真要从科学的角度深究时间和空间，这个例子就不恰当了。硬要从例子本身去回答这个问题，我只能说当我们把宇宙和爱因斯坦类比的时候，都只能把各自当作自我包含的整体，不能因为爱因斯坦之外有人类社会就类比到宇宙有“外面”和“之前”。

3. 一切不谈“限度”(limitation)的科研都是耍流氓。简单来说，每一项科学的研究都是在一个框架里产生的，而这个框架也就自然成为了这个研究的“限度”。举个例子，在动物身上试验得药效再完美的新药，也只能谈在动物身上的有效性，对于人类则没有扩展性。同样的，在我们这个宇宙里所进行的任何物理实验和思考，也只限定在我们的时间和空间里。以目前科学的体系和认知（请注意，是体系不是手段），我们永远也不会知道在我们宇宙的范畴之外有没有除了空间和时间更多的维度。所有的科学结论都来自于实验和观测，而对于这个问题，我们永远也没有办法设计一个实验，更毋宁观测了而现代科学的态度是，凡是无法验证答案的问题（区别于目前没有答案的问题），其答案都是没有。笔者教过一节Astronomy 101（天文学入门）的课，课上第一个概念就是要教会学生理解什么是scientific theory（科学理论）。一个科学理论必然是能做出预测(prediction) 并且可证伪 (falsifiable)的。想必大家都听说过车库里巨大会喷火但是隐形且无法检测的龙。这样的龙可能存在吗？当然可能！但是我们永远也无法验证，所以在科学上它不存在。宇宙有没有“外面”和大爆炸有没有“之前”必然可以有无数的臆想和论断，但是最符合科学精神的答案是：没有，因为我们永远也无法验证。

洋洋洒洒写了这么些，可能还是没能给大家满意的回答。不过对于我来说，这正是科学的魅力所在之一：知道我们不知道，并且明确知道哪些问题我们没法知道，也是很了不起的成就。

(配图来源：Sky's the limit - Big Bang by David A. Aguilar）