作者簡介：
卡洛·羅韋利，意大利理論物理學家，圈量子引力理論的開創者之一。曾在美國、意大利工作，現在法國帶領量子引力研究小組，著有暢銷科普作品《七堂極簡物理課》《現實不似你所見》等。羅韋利以其簡潔詩意又充滿熱情的科普講述驚艷世界，被譽為“讓物理變性感的男人，下一個史蒂芬·霍金”。《七堂極簡物理課》這本一百頁的小書在意大利出版后創造了驚人的銷售成績，旋即被譯為 40 種語言，引爆了全球科普閱讀熱潮。
書籍摘錄：
第八章 科學是什么？對阿那克西曼德、愛因斯坦和海森堡的思考（節選）
19 世紀的幻想破滅
最近幾十年，人們對科學認知本質的思考一度非常活躍。一些哲學家比如卡納普（Carnap）、巴歇拉爾（Bachelard）、波普爾、庫恩（Kuhn）、費耶阿本德（Feyerabend）、拉卡托斯（Lakatos）、蒯因（Quine）、范·弗拉森（Bas van Fraassen），還有許多其他哲學家推薦的讀物改變了我們對科學活動的理解。在很大程度上，這種思考是由一個沖擊引發的，即 20 世紀初牛頓物理學的意外崩塌。
在 19 世紀，我們總認為牛頓不但是全人類中最聰明的人之一，還是最幸運的一個。因為世上就只存在一套基本定律，正好被幸運的牛頓發現了。今天，這種觀點會讓人忍俊不禁，并反映出 19 世紀存在的嚴重認識論錯誤：正確的科學理論是永遠絕對的、有效的。
到了 20 世紀，人們為這種幻想做出了清楚的界定。許多嚴謹的實驗證明，在某些具體情況下，牛頓定律是不成立的。比如，水星就不是按照牛頓定律運行的。阿爾伯特·愛因斯坦、維爾納·海森堡 和他們的朋友共同發現了一套全新的基礎定律——廣義相對論和量子力學，這套理論代替了不再有效的牛頓定律，比如在理解水星運行軌道、電子在原子中的運動這些問題上，牛頓定律就不能發揮作用了。
人們由此得出了經驗，今天，已經很少有人會相信“絕對的定律是存在的”這種觀點了。愛因斯坦和海森堡提出的新定律也會有局限性，總有一天會被更好的新定律替代，這種主張已經得到一致認可（但是，仍然有一些科學家認為我們掌握著，或即將掌握世界的終極理論）。其實，新理論的局限性已經慢慢展現出來了，在愛因斯坦和海森堡的理論中，存在著一些微妙的不相容的地方。因此，我們并沒有掌握世界的終極絕對定律。這也是我們要繼續研究的原因。作為理論物理學家，我的職責就是參與研究，找出能夠統一愛因斯坦和海森堡二人的理論的定律。
關鍵在于，廣義相對論和量子力學完全不是對牛頓定律的小修改，這不是修改一個方程式、一個古老的等式，或者加入新的公式的事情。這些新理論完全顛覆了我們對世界原有的認識。對牛頓來說，世界是一個廣大空曠的空間，像小石頭一樣的“微粒”在這個空間中運動。愛因斯坦認為這個空間本身就像是暴風雨中的大海，它可以折疊、彎曲，甚至可以（在黑洞中）被撕裂。在愛因斯坦之前，沒有任何一個人認真地思考過這種可能性。與此同時，德布羅意（De Broglie）、薛定諤、海森堡和其他幾位科學家則發現牛頓理論中的粒子并不是真正的粒子，而是在法拉第的電磁場中運動的、介于波和粒子之間的奇怪混合體。總之，在 20 世紀，人們發現世界的結構與牛頓設想的世界大相徑庭。
一方面，這些發現進一步證明了科學的認知能力。就像牛頓和麥克斯韋在數個世紀前的發現一樣，它們促進了技術的飛速發展，一次又一次地改變了我們的世界。法拉第和麥克斯韋的科學理論催生了廣播和所有通信事業。愛因斯坦和海森堡的理論催生了電腦、原子能，還有成千上萬種改變我們生活的技術革命。
但是，另一方面，牛頓理論下的世界形象是錯誤的這一發現又讓人困惑不已。在牛頓之后，我們自認為已經完全理解了物理世界的基本結構，但是，我們錯了。會不會有一天，愛因斯坦和海森堡的理論也被證明是錯誤的？那么，這是否意味著我們不能夠相信科學，甚至科學呈現給我們的更好的世界形象？關于這個世界，我們到底知道些什么？科學到底教會了我們什么？
科學不能歸結于可證實的預測
盡管存在不確定性，但科學仍然是值得信任的。在愛因斯坦提出相對論之后，牛頓的理論并沒有失去價值。如果需要計算一座橋上的風力，我可以用愛因斯坦的理論，但同樣可以運用牛頓的理論。二者在這個問題上的差距極小。對于解決如何建造一座不塌的橋這類具體的問題，廣義相對論帶來的修改是完全多余的。而牛頓理論可以完美解決這類問題，是非常可信的。換句話說，這些理論仍然適用于某些方面，這取決于我們觀察和測量這個世界的具體方式。對于運動速度低于光速的所有物體，牛頓的理論仍然有著用武之地，是有力、可信的。在某種意義上，愛因斯坦的理論甚至強化了牛頓的理論，因為我們從此更加清楚牛頓定律的應用條件。一位工程師用牛頓的公式進行計算之后說我們正在修建的屋頂太脆弱了，只要下雪就會塌掉，如果我們仍然因為愛因斯坦推翻了牛頓的理論而不相信他的建議，那我們就太愚蠢了。
正是因為有了這樣一種形式的確定性作為基礎，我們才能真正相信科學。舉個例子，如果我們得了肺炎，科學告訴我們如果什么都不做，就很有可能失去生命，如果服用青霉素，就極有可能恢復健康。應該懷疑的并不是這個常識，我們可以安心地確定，有了青霉素，我們存活下來的可能性大大提高，這與我們是否深入理解什么是肺炎并沒有什么關系。在已知的一定誤差的范圍內提高治愈的可能性，這就是一種確定的科學預測。
如果某種理論可以為我們提供預測，那么我們可以只將它看作適用于某個特定領域，并且允許一定范圍的誤差存在。我們甚至可以認為提供預測是這類理論唯一有用和有意義的地方，而其他部分則是無用的。
如今，部分現代思想就選取了這種方向對科學進行思考。這是一種理性但缺乏說服力的方向，因為它讓一些問題變得懸而未決：世界是如牛頓描述的那樣，還是像愛因斯坦描述的那樣，還是說世界并不像任何人所描述的那樣？我們了解這個世界嗎？還是說我們根本什么都不了解？如果我們能夠回答的只是“這就是用來計算某些物理現象的公式，得出的結果可能是近似值”，那么科學就失去了幫助我們理解世界的能力。從這個角度看，在我們目前掌握的科學知識的指導下，世界仍然是難以理解的。
科學變為可證實的預測，其中問題在于這種變化并不能在科學實踐、科學真正的發展方式、科學實際的用途和科學最終吸引我們的原因這些方面還科學一個公道。我將用一個例子來解釋這種觀點。
哥白尼發現了什么？如果用我剛才提出的角度出發，他什么也沒有發現，他的預測系統也并沒有比托勒密的系統好，甚至更差。好像這些還不夠，哥白尼認為自己找到了宇宙的中心——太陽，但現在我們已經知道太陽并不是宇宙的中心 。那么哥白尼的科學理論價值何在？從上文提到的實證主義的觀點來看，它沒有任何價值。
但是，如果我們認為哥白尼什么都沒有發現，這又有什么意義呢？假設我們堅持這種立場，我們會認為伽利略的研究并沒有道理，真正有理的是貝拉爾米諾總主教（Robert Bellarmine），他狠狠地抨擊了伽利略的計算方法，認為這僅僅只是一種計算，而不是能夠證明太陽位于太陽系中心，或地球與其他行星一樣的論據。但是如果貝拉爾米諾的論點得到認可，牛頓的理論和現代科學都不會存在了。而我們還會認為自己處于宇宙的中心。
如果某種科學定義總結出“太陽位于太陽系的中心，地球不是宇宙的中心”這個事實是不科學的，那么我認為這種科學定義已經顯示出它的局限性。
科學預測至少在兩個方面有著巨大作用。第一，它可以讓科學技術得到實際應用（比如，不用等到下大雪，我們也能夠計算出屋頂是否會因為承重能力弱而塌掉）。第二，它是選擇和驗證這些理論的主要標準（正是因為伽利略用他的望遠鏡觀測到金星的相位正如哥白尼的模型中預測的那樣，我們才相信了日心說）。但如果將科學歸結為一種預測的技術，則混淆了科學和科學技術的應用，把科學看成了一種用來進行確認和驗證的工具。
科學不能簡化為定量預測，也不能被歸結為計算技術、應用層面的規程、假說演繹的推理方法。科學中的定量預測、計算技術、應用層面的規程、假說演繹的推理方法只是一些基礎和有力的工具。它們是真理的保障、排除錯誤的工具，是讓錯誤假設不再停留在錯誤層面的方法。它們僅僅是工具，能在科學活動中發揮作用的工具。它們服務于這種智力活動，而后者的本質遠非如此。
數字、技術、預測可以用來提出假設、進行測試和確認，還可以讓各種發現得到應用。但是，這些發現的內容本身卻沒有絲毫技術性可言：宇宙并不是圍繞著地球轉動；圍繞在我們周圍的每一種物質都是由質子、電子、中子構成的；在宇宙中存在著上千億個像銀河系那樣的星系，每一個星系都擁有上千億顆像太陽那樣的恒星；雨水是從大海和地面蒸發的水；一百五十億年前，宇宙在一顆致密熾熱的原始火球爆炸中形成；父母和孩子之間的相似性是由一種叫 DNA 分子的遺傳物質傳遞的；我們的大腦中存在著上千萬億個突觸，在我們思考時交換電子脈沖；極其復雜的化學被完全簡化成了質子和電子之間簡單的電荷力；在地球上生活的所有生物有著同一個祖先……這些都是科學思想為我們揭示出的事實，這一切完全改變了我們對世界和自身原有的認識，同時具有直接且巨大的認知意義。
科學是一種認知活動，還是作為可證實的預測的產物，對這兩種定義的混淆引發了對科學的新批評，批判“技術統治論” 。這種批評在德國、意大利等國家傳播，質疑作為“工具”的科學，但這種批評并沒有關注到真正的問題——即科學的目的是什么——反而批評科學只局限于各種方法，而看不到最終目的。但正是這種批評混淆了科學的方法和目的。從技術方面來批判科學，就像以寫字的鋼筆來評判一首詩一樣。我們對汽車的發動機感興趣，并不是因為它讓輪子轉起來，而是因為它能夠把我們帶到步行難以到達的地方。它只是一套齒輪傳動系統，卻是為我們打開旅行之門的工?具。
探索思考世界的方式
根據這句簡單的思考，請想一想科學知識到底是什么？科學研究的目的不是做出準確的定量預測，而是“理解”世界是如何運行的。那這又意味著什么？這意味著建立和發展對世界的認識，也就是一種思考世界的概念結構，它是有效的，且與我們目前掌握的知識兼容。
科學之所以存在，是因為我們的無知，而且我們還有著堆積如山的錯誤偏見。科學就是從我們不知道的一切中誕生（比如“山的那邊是什么？”），從我們對曾經相信卻經不起事實推敲的一切的質疑中誕生，從合理的批評分析中誕生的。我們曾經認為地球是平的，認為地球是宇宙的中心，我們曾經認為細菌產生于無生命的物質，我們曾經認為牛頓定律是完全正確的……伴隨著每一個新發現，世界在我們眼前被重新描繪一次，經歷一次改變。我們從不一樣的角度更深入地認識了這個世界。
科學讓我們看得更遠，當我們走出封閉自己的小花園的那一瞬間，才明白自己的觀點是多么匱乏。科學讓我們消除偏見，讓我們建立和發展全新的概念工具，用更加有效的方式，在更加開放的背景下思考世界。對科學的認知過程是我們對世界的概念不斷變化和改善的過程。在這個過程中，我們不斷且有選擇地對某些基礎假設和觀點進行討論，以找出最有效的改善方式。
科學探索并重新描繪我們的世界，它為我們帶來對世界全新的認識，教我們對世界展開思考，以及從何種角度去思考。科學是對思考和看待世界的更好方式進行的永無止境的研究，是對全新思考方式的探索。
在成為技術之前，科學是幻想。阿那克西曼德并不知道方程式，但是希帕克斯之所以能得出方程式，阿那克西曼德的努力是必不可少的。布魯諾（Giordano Bruno） 打開了宇宙，也為伽利略和哈勃（Hubble） 開辟了道路。愛因斯坦想知道能追上光線的人眼中的世界是什么樣的，他在他的書中向我們講述，他想象出的時空就像一只巨大的軟體動物。科學夢想著新的世界，更多時候，科學的夢想是展現真實，而不是我們的推測。
這個重新思考世界的過程是永無止境的。一些巨大的概念革命，比如阿那克西曼德、達爾文、愛因斯坦掀起的革命，就像這個過程中最顯眼的峰頂。今天，我們思考世界、組織思想的方式和公元前1000年的某個巴比倫人相比，已經大不相同。這種深層的變化是漫長的知識積累帶來的，而這種積累又源于對世界認識的改變。我們已經獲得了一些成果，比如我們再也不會用跳舞來求雨。有一些成果尚不完整，就像我們知道宇宙還在不斷擴大，它已經存在了一百五十億年，但是并不是所有人都接受這個觀點。有些人仍然固執己見，認為宇宙只存在了六千年，因為這是《圣經》中提到的。另有一些成果已經得到研究團隊的認可，但尚未成為全人類共有的知識財富。愛因斯坦理論下的時空結構、量子力學下的物質本質，這些科學理論展現的世界與我們中的大部分人熟悉的世界幾乎完全不同。我們需要時間來適應，就像哥白尼的天文學革命成果用了兩個世紀才深入歐洲人的意識中。但是，世界是瞬息萬變的，在我們認識世界的過程中，它仍然一刻不停地變化著。科學的預見能力能讓我們看得更遠，讓我們消除偏見，為我們從真相中揭示出全新的領?域。
這場冒險建立在積累的知識之上，但它的靈魂是永無止境的變化。科學知識的關鍵在于，不要被我們確信的一切和我們的固有認識禁錮，要時刻準備通過觀察、討論、提出新觀點和新批評去不斷改變它們，這種能力才是掌握科學知識的鑰匙。科學思想的本質就是批判、反抗，就是排斥一切先驗主義、一切盲目崇拜、一切永恒的真理。
題圖為卡洛·羅韋利，來自：維基百科
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