大家好，我是@郭哥聊科學(xué)，普及科學(xué)知識、傳播科學(xué)思維。本文要跟大家聊的是物理學(xué)發(fā)展變慢這樣一個(gè)有趣又有意義的話題。說這個(gè)話題有趣，是因?yàn)轭}目里說對物理學(xué)感到絕望的必看，那是不是沒絕望的就可看可不看呢？說它有意義，是因?yàn)檫@涉及了科學(xué)的基本研究方法問題，涉及到了科學(xué)思維。下面我就沿著科學(xué)發(fā)展的路徑圍繞科學(xué)思維和物理學(xué)的研究思路來跟大家探討一下我的觀點(diǎn)。
一、巫術(shù)誕生
從第一只古猿走到地面，人類經(jīng)過了400萬年左右才進(jìn)入到文明社會，這期間發(fā)生了什么事情，具體的都不可查，但是文字出現(xiàn)之前的一些事情還是可以從一些神話傳說中找到一些端倪。
不論中外，在大約5000~6000年前，幾乎同時(shí)進(jìn)入到了文明社會，這期間主要的標(biāo)志就是符號和文字的出現(xiàn)。從神話傳說和已經(jīng)出土的早期人類文字可以知道，有三種基本能力是人類脫胎換骨、從動物中分離出來的關(guān)鍵：其一是，模仿；其二是，試錯；其三是，聯(lián)想。
所謂的模仿，就是通過模仿自然界的現(xiàn)象從而可以加持自然界的力量，比如古人在身上刻下像鱷魚那樣的傷疤，就會認(rèn)為可以擁有鱷魚的力量。至今仍然有土著部落這么干。
所謂的試錯，就是用不同的方法做同一件事，直到實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)。就像道家煉丹，結(jié)果弄出了火藥；而玻璃也是歐洲人在研究東方燒制陶器的時(shí)候無意中發(fā)現(xiàn)的。
聯(lián)想就比較簡單了，利用人的主觀意識來認(rèn)識客觀世界，把客觀世界中相似的東西歸納成為一類，并以此建立對客觀世界的基本分類。
巫術(shù)文明時(shí)期的最大特點(diǎn)是，相信人或物之間存在著超距離的交互感應(yīng)作用。這里例子太多了，不論中外都有很多，我也曾經(jīng)寫過文章，敘述了一些如今我們認(rèn)為是文化習(xí)俗的一些生活現(xiàn)象，其實(shí)都是源自古代的巫術(shù)。
大家不要以為巫師就是我們今天的身邊的那些神棍，在當(dāng)時(shí)，巫師可是人類中的精英，他們是最具智慧的一群人。包括我們的三皇五帝，其實(shí)他們都是大巫，也是部落中的精英。直到后來春秋戰(zhàn)國時(shí)代的諸子百家，其實(shí)都是從巫師演化而來。
然而，建立在人類早期粗陋的智力能力之上，以最簡單的聯(lián)想律和相似律，是不可能真正找到正確的自然規(guī)律。
二、從巫術(shù)到宗教。
隨著時(shí)間的推移，一部分人逐漸認(rèn)識到巫術(shù)的無效，轉(zhuǎn)而尋求可以替代巫術(shù)的理論。這些人首次意識到，春去秋來，萬物生息，都不是由于巫術(shù)，自然并不在人類的控制之下。在這種反思之下，引發(fā)了一場思想的革命。
人們逐漸認(rèn)識到有一種有意志的超自然的理論主宰了世界，而不是無知無畏的人類。人類逐漸放棄了直接控制、壓迫自然的努力，走向了另一個(gè)極端，轉(zhuǎn)向?qū)@種力量，即神的頂禮膜拜。
這也是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，出現(xiàn)了階級分化之后開始出現(xiàn)的。那些從巫師變身而來的宗教人士，成為了“神”在人間的代言。所以，從另外一個(gè)角度來說，神和巫之間其思維方法上沒有本質(zhì)的區(qū)別，其區(qū)別只是，與天地溝通的權(quán)利從所有人轉(zhuǎn)移到了少數(shù)人身上。
這個(gè)時(shí)期的人類，科學(xué)和哲學(xué)是不分家的，人類對于自然規(guī)律的探討，更多的是在于思辨。并將之前人類的各種巫術(shù)整合起來形成各種巫理論。
其實(shí)這也很符合人類自身的發(fā)展和認(rèn)識事物的規(guī)律，畢竟都是從簡單到復(fù)雜的過程。所以我們看到，其實(shí)不同文明早期的理念都是很接近的。比如中華文明的陰陽五行、天人合一理念、古印度的五元素說、古巴比倫的四元素學(xué)說等等。
三、宗教到科學(xué)
時(shí)間來到了中世紀(jì)，這個(gè)時(shí)期的歐洲，正處于黑暗的滅巫時(shí)代。當(dāng)時(shí)古希臘和古巴比倫時(shí)期的一些經(jīng)典文獻(xiàn)在歐洲廣為流傳，少數(shù)善于獨(dú)立思考的歐洲科學(xué)家們從這些巫術(shù)的典籍中找到了解決問題的方法：實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)表達(dá)。
有三個(gè)關(guān)鍵人鍵人物促成了這場轉(zhuǎn)變——開普勒、伽利略和牛頓。
開普勒是一名占星術(shù)士，其實(shí)他對占星并不虔誠，在他看來，那些運(yùn)行不規(guī)律的星象變化與地面上人類之間的聯(lián)系太過牽強(qiáng)。他繼承了他的老師（第谷，是一個(gè)更有名的占星術(shù)士）的全部觀星數(shù)據(jù)，利用自身強(qiáng)大的數(shù)學(xué)能力，搞出了行星運(yùn)動的三大定律。
開普勒的最大貢獻(xiàn)是把數(shù)學(xué)作為語言，運(yùn)用到了描述自然規(guī)律上面。雖然他不是第一個(gè)這么做的，但他是第一個(gè)用詳實(shí)的數(shù)據(jù)做支撐之后，第一個(gè)明確這么做的人。他的方法，正是后世物理學(xué)家們所采用的普遍方法。
伽利略是另外一個(gè)奠基人，大家最熟知的就是其著名的自由落體實(shí)驗(yàn)。其實(shí)伽利略采用的實(shí)驗(yàn)方法還有很多，比如斜面實(shí)驗(yàn)、單擺實(shí)驗(yàn)、拋射體實(shí)驗(yàn)等等。伽利略在研究物體運(yùn)動規(guī)律的時(shí)候，從古巫術(shù)的試錯中找到了實(shí)驗(yàn)的方法。
實(shí)驗(yàn)的前身其實(shí)就是試錯。只是用了全新的方法進(jìn)行試錯，先給這個(gè)試錯過程設(shè)定一個(gè)目標(biāo)，然后對試錯過程進(jìn)行分析，排除干擾（所有不相關(guān)因素），把實(shí)驗(yàn)逐漸向要尋找的答案方向靠近。這也是現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)所采用的方法——隔離法。
真正讓科學(xué)站立起來的是牛頓。牛頓總結(jié)了開普勒和伽利略的研究思路和研究成果，第一次把實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)工具結(jié)合起來，出版了那本著名的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書。
大家沒看錯，這個(gè)時(shí)候的物理被稱為“自然哲學(xué)”。很顯然，這也是牛頓的宗教思想的時(shí)代局限性導(dǎo)致的，但這并不能遮蔽牛頓的偉大，因?yàn)樗_創(chuàng)了一種全新的認(rèn)識自然界的方法。這就是通過實(shí)驗(yàn)對規(guī)律進(jìn)行研究，再利用數(shù)學(xué)對規(guī)律進(jìn)行描述，形成可以預(yù)言物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律并進(jìn)行精確計(jì)算的一種方法。
牛頓研究的物質(zhì)運(yùn)動的領(lǐng)域知識，被稱為物理學(xué)，他所采用的研究方法被稱為了科學(xué)。從這個(gè)角度來說，巫術(shù)、宗教、哲學(xué)這些都為科學(xué)的誕生做出了貢獻(xiàn)，稱它們?yōu)榭茖W(xué)之母并不為過。今天的科學(xué)仍然會從哲學(xué)中汲取營養(yǎng)。
四、物理學(xué)研究方法
如果我們給開普勒、伽利略和牛頓時(shí)期的研究做一個(gè)總結(jié)的話，前面兩人（開普勒和伽利略）用到的都是歸納法，而牛頓同時(shí)運(yùn)用了歸納法和演繹法。
所謂的歸納法，其實(shí)就是通過觀察或者是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來總結(jié)出規(guī)律。開普勒行星運(yùn)動三大定律、伽利略的相對性原理，牛頓三大定律其實(shí)都是歸納法的結(jié)果。
所謂演繹法，是指人們以一定的反映客觀規(guī)律的理論認(rèn)識為依據(jù)，從服從該認(rèn)識的已知部分推知事物的未知部分思維方法。是由一般到個(gè)別的認(rèn)識方法。演繹法是認(rèn)識“隱性”知識的方法。萬有引力定律就是利用這種方法，結(jié)合了開普勒三大定律與牛頓三大定律之后的推演結(jié)果。
當(dāng)然了，不管是歸納法，也好還是演繹法也罷，物理學(xué)研究的成果必須要經(jīng)歷的一步就是必須要經(jīng)得住實(shí)驗(yàn)的反復(fù)驗(yàn)證。只有窮盡了所有的實(shí)驗(yàn)方法或者說是巫術(shù)中的試錯過程，都沒有找出與研究成果不一致的現(xiàn)象，才可以謹(jǐn)慎地說，這個(gè)成果是可靠的，才可以將之上升為理論。
愛因斯坦就是演繹法運(yùn)用的高手。大家都知道，老愛不是一個(gè)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，但是他大膽地把別人的觀測成果光速不變上升為一條原理，提出了狹義相對論；又把引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量等效上升為一條原理，與光速不變原理結(jié)合提出了廣義相對論。
而后，相對論經(jīng)過了幾十年才真正被學(xué)術(shù)界所接納，這是因?yàn)?，愛因斯坦根?jù)自己的相對論提出了一些可以驗(yàn)證自己理論、并且當(dāng)時(shí)還未觀察到的一些現(xiàn)象（預(yù)言）作為佐證。隨著這些理論預(yù)言被觀測所證實(shí)，相對論才逐漸被科學(xué)界所認(rèn)可。
五、物理學(xué)研究方法的轉(zhuǎn)變
時(shí)間到了19世紀(jì)30年代的時(shí)候，物理學(xué)確實(shí)出現(xiàn)了一些研究方法上的轉(zhuǎn)變。帶來轉(zhuǎn)變的人就是狄拉克。狄拉克有著深厚的數(shù)學(xué)和工程學(xué)的背景。面對在量子力學(xué)中有很多是當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)條件不具備，甚至是現(xiàn)在也不具備的，已經(jīng)無法研究下去，狄拉克在物理學(xué)中引入了工程學(xué)的黑箱子研究方法。
所謂的黑箱子研究方法，其實(shí)就是把目前還不能實(shí)際觀測到的現(xiàn)象封裝起來，先不管它內(nèi)部是怎么運(yùn)作的，只關(guān)心這個(gè)黑箱子的輸入和輸出的現(xiàn)象。這個(gè)黑箱子外部的現(xiàn)象是實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴^測到，可以取得數(shù)據(jù)。
他利用數(shù)學(xué)工具，為這個(gè)黑箱子建立數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)工具來預(yù)言黑箱子外部的物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律。
但科學(xué)沒有變化的是，即使是一個(gè)黑箱子的數(shù)學(xué)模型，也只有通過實(shí)驗(yàn)的無數(shù)次試錯，才能確認(rèn)其理論是否可靠。
后來的楊振寧的規(guī)范場論也是在這樣一個(gè)背景下的產(chǎn)物。隨著最后一個(gè)上帝粒子被歐洲高能粒子對撞機(jī)的發(fā)現(xiàn)，至此，基于規(guī)范場論建立的所有基本粒子都已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中找到，為這個(gè)理論畫上了一個(gè)完美的句號。
應(yīng)該說，科學(xué)或者說是物理學(xué)發(fā)展到這里都沒出什么問題。狄拉克的黑箱子雖然不能解決箱子里面的問題，但是對于箱子外面的世界描述都還是客觀的，都是經(jīng)得住實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的理論。
然而，真正讓人擔(dān)心的還不是黑箱子，而是弦理論。
六、物理學(xué)研究方法的爭議
應(yīng)該說，弦理論的誕生初期也還是沒什么問題的。同樣是沿著狄拉克的思路，面對量子力學(xué)中一些不能解釋的現(xiàn)象，物理學(xué)家們用黑箱子的辦法，尋找新的數(shù)學(xué)工具來解決箱子外面的問題。
問題出在，隨著弦理論的不斷發(fā)展，這個(gè)理論所能解決的箱子外面的問題，其實(shí)同時(shí)期的其它理論也都能解決，并沒有什么新的內(nèi)容，但是該理論提出的預(yù)言，卻成為了新的無法驗(yàn)證的東西。
什么平行宇宙、多維空間，成為了弦理論解釋物理現(xiàn)象的工具。然而這些聽上去玄之又玄的東西卻是無法驗(yàn)證的。面對弦理論驗(yàn)證的難題，即使是財(cái)大氣粗的中國，也在超級對撞機(jī)面前收回了自己的勇往直前的腳步。
對于這樣一個(gè)超級費(fèi)錢，又給不出任何實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)估的理論，誰敢輕易向人民作出承諾？科學(xué)家不應(yīng)該為了一己私利，而浪費(fèi)納稅人的血汗錢。畢竟需要花錢的地方還太多，同樣值得花錢的地方也有很多。
另外一個(gè)非常重要的影響因素是：如果弦理論可以被學(xué)界認(rèn)可，那么這種純粹的數(shù)學(xué)思辨，沒有任何試錯（實(shí)驗(yàn)）的理論，必將把科學(xué)帶回到巫術(shù)思維（不需要驗(yàn)證）。這不僅是科學(xué)的悲哀，也是全人類的悲哀。
結(jié)束語
其實(shí)科學(xué)并沒有偏離軌道，科學(xué)的研究思路仍然在幾百年間形成的規(guī)范內(nèi)。就像，光速不變、等效原理提出已經(jīng)100多年了，至今仍然在利用各種新手段做驗(yàn)證。各國粒子對撞機(jī)的日常性工作就是進(jìn)行狹義相對論的驗(yàn)證。而等效原理的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)從地面試驗(yàn)進(jìn)入到太空試驗(yàn)的階段。各種對于量子力學(xué)的基礎(chǔ)性驗(yàn)證試驗(yàn)更是從來沒有停止過。
大家還是要對科學(xué)有信心，雖然我們看到的實(shí)際情況是科學(xué)發(fā)展的腳步慢下來了，這是因?yàn)榭茖W(xué)研究的內(nèi)容變深入了，越來越需要建立更加極端的實(shí)驗(yàn)條件，帶來的實(shí)驗(yàn)難度和實(shí)驗(yàn)成本急劇增加導(dǎo)致的。
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