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什么是科学?科学的本质是什么?

     要问我科学的本质是什么,我真的不知道,谈论「某个东西的本质」,是一个哲学「本体论」问题。

     那么,「科学的本质是什么」,是【科学哲学(philosophy of science)】问题,搞科学的人不关心这个问题的。

     虽然目前并没有给科学下一个准确的定义,但不要以为什么「是科学」、「不是科学」分不清,也不要说什么「科学的尽头是神学」这种鬼话。

     哲学问题,就是追问一个究竟,一直到追问道不证自明,疑无可疑为止,然后再进行推理,并做到逻辑自洽。

     所以,我只有用哲学的思维方法,讨论一下「科学的本质」是什么,一家之言,也可能不对,或有漏洞,不周,欢迎批判审查,提出不同意见。

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科学本质1:科学理论建立在「假设」之上。


【科学理论建立在「假设」之上】的等价命题是【科学理论是可证伪的】。


我们经常说「科学理论是可以被证伪」?这是什么意思呢?为什么科学理论是可以被证伪的呢?


我们经常说的「可证伪性」,其实是哲学家卡尔波普的提出的一个理论,



wiki对「可证伪性」的一段解释,我觉得还可以,引用过来:

  • 可证伪性(英语:Falsifiability),又称可反证性、可否证性,在科学和科学哲学中用来表示由经验得来的表述所具有的一种属性,即“这些结论必须容许逻辑上的反例的存在”。
  • 作为对比的则包括形式上的或数学的表述,如重言式(由于定义的原因它们总是真的),数学公理和定理——这些表述不容许逻辑上反例的存在。
  • 一些哲学家和科学家(如卡尔·波普尔)宣称:一切从经验得来的假说、命题和理论必须逻辑上容许反例的存在,才是科学的。一个主张“可证伪”并不意味着这个主张是“假”的。宗教和伪科学是不可证伪的。
  • 引自:维基百科词条--可证伪性
  • https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%AF%E8%AF%81%E4%BC%AA%E6%80%A7


简单说一下,这个推导过程:


「可证伪理论」其实源自苏格拉哲学家休谟发现的一个认识论(epistemology)上的「难题」,叫做「休谟难题」:

  • 1、因果难题

  • 2、归纳难题
  • 3、实然、应然难题。

伟大的康德说休谟将他「从独断论的迷梦中惊醒」,我第一次读到「休谟难题」,非常震撼,身上起鸡皮疙瘩,比量子力学的双缝实验还震撼:

这么简单,这么深刻,那么多古希腊先贤、伽利略、牛顿没有发现,竟然要等到被这个外貌与智慧不沾边的苏格兰胖子发现。


与科学有关的是「因果难题」和「归纳难题」,「因果关系」也是「归纳法」得到的,也可以统一叫做「归纳难题」:


我们怎么知道「因果关系」的?很简单,是通过「观察枚举」的「归纳法(Induction)」

  • 我们首先发现两件事件有「相关关系」,

  • 如果两件「相关事件」呈现出时间上前后相继性:如果A则之后事件B

  • 经过多次观察,不会出现反例。

当然,也包括「一果多因,一因多果」,原理是一样的。

也就是说「因果关系」是从「特称判断」直接过渡到「全称判断」:

  • 有些事件A之后会出现事件B。

  • 所有事件A之后之后会出现事件B。

一些典型的从「特称判断」到「全称判断」:

·美国的天鹅是白的,中国的天鹅是白的,英国的天鹅是白的。。。。。

  • 世界上所有的天鹅是白的。


问题来了,从「特称判断」能够下「全称判断」吗?「有些是」怎么过渡到「全部是」?


仔细想问题,你就会发现完全不能,这当中有个巨大的断层,前者不蕴含后者,逻辑上推不出。


因为科学的经验的,而我们不可能经验所有时空的事件。我们只能经验到一部分事件,「一部分是」不是能推理出「全体必然是」,再多的「特称」也推导不出「全称」。


你看到再多的白天鹅,也不能排除「黑天鹅」存在的可能性,事实上在澳大利亚真的发现了黑天鹅。


这就是「归纳难题」:「因果关系」、「全称判断」使用的「归纳法」,「归纳法」的可靠性还是通过「归纳」来验证,这是一个「循环论证」,是一个无限原地打圈的死胡同。


正是因为科学方法之一「归纳法」有这样的认知缺陷,「归纳结论」永远是不完全归纳,从逻辑上来说不具备一般性和普适性,有错误的可能,有发现「白乌鸦、黑天鹅」的可能,这就是「可证伪性」




所以,科学的第一原理,都是全称判断,是一种「假设、公设、假说」,然后在第一原理的基础上做出逻辑推理,也就就能实现超越时间、空间做出预言。


比如:【MM实验】发现绕地公转地球上不同方向上光速没有差别,爱因斯坦假设:光速不变,无论是在哪一个惯性参考系,无论是在三十万光年以外,还是三十亿年以后,你侧得到的光速是一个常数。并以此为基础,推导出狭义相对论。光速不变的基础上,我们可以推导出几亿年前的宇宙图景。


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直到今天,「归纳难题」并没有很好的解决,如果不做出假设,弥补这个断层,会得出这样明显违反常识,从逻辑上却是正确的结论:


我们从过去的经验知道,从十楼跳下来必定摔死,但你就是没办法预言,你从十楼跳下一定会摔死。


似乎可靠的只是逻辑形式,比如:重演反复的废话——男人是人,归纳法的断层甚至会导致连数学的「公设」都不是很可靠。


比如「平行公设」:平行线永远不相交,几乎是不证自明,但我要问下你,你无限延长过平行线吗?延长到三十亿光年以外也不相交?


其实,正是因为对「平行公设」的质疑,发现另一套曲面几何学。


比如球面上的直线就是大圆线(Great circle),球面两直线必定相交,没有平行线。球面的直线叫「测地线、短程线」:两点之间最短。


任意两个人在地球上走直线,他们必定有一天会碰头。从北极走直线,必定会到南极,


飞机如果不考虑补给,就需要尽可能的走测地线,中美航线其实走的跨越北极上的大圆线:


西雅图到伦敦的走的也是大圆航线,平面上看起来是弯的,其实这条弯的是大圆航线,比另一条看起来是直线的航线要短:



地球公转轨道也就是走的三维弯曲时空的测地线,三维时空的弯曲脑子无法想象,只有数学可以理解,或者降维,以二维膜弯曲模型进行理解:

这是爱因斯坦非常了不起的成就,相当于蚂蚁发现了地球是球体。






科学本质2:依赖模型的现实主义——是在感官经验的基础上构建逻辑自洽的数学公理体系。


我看到有人说:科学是「客观」的,观测「事实」。。。。等等之类的,我们可以追问一下这个『客观、事实』是什么意思?


  • 牛是色盲,它看到的世界是黑白的?我们和牛看到的世界谁更客观?更事实?
  • 蝙蝠依靠超声波感知世界,它看到的世界客观与否?是不是事实?


你可能认为,当然是人看到的世界更「客观」,是「事实」,但是:

  • 我们看到的五颜六色,只不过是不同频率的光波而已,颜色是大脑加工的结果。颜色只存在于大脑中,那颜色是不是事实?客观与否?
  • 我们眼睛是看不到不可见光的,例如:红外线,如果用红外形夜视仪观测的世界,是不是比不用红外线观察世界更客观呢?


同样「声音、嗅觉、视觉、味觉」是不是「事实」?你怎样觉察到的?是外界「光、声音、气味」跑到你脑子了?


没有,都是生物电信号,经过你大脑加工而成的。你感知到的一切绝对是主观的。


就如同手机摄像机将光信号加工成电磁信号储存,你认为存储在手机存储卡里的电磁信号是「客观」的?手机CPU处理的0和1电子信号是「事实」?



「客观、事实」这个词是好像我们都懂,但经过诘问的,好像我们不那么确定。


「事实」「客观」其实来自是我们的感官,是被大脑加工、修正以后的世界图景,这一点我们可以非常肯定,我们唯一可以依赖的就是我们的感官,这就是我们的「经验」。


斯蒂芬·霍金在大设计一书中,举了一个例子:一只圆形金鱼缸中的金鱼,他看到的世界图景被玻璃扭曲了,但是这一点都不重要,假如这只金鱼足够聪明,他依然可以通过自身经验,做出假设,构建一套物理规律,一样做出预言。


只有「上帝」才知道信息完备的世界是怎样的图景。比如:我们能跳出宇宙以外看到宇宙的全貌吗?

不能,我们只有在宇宙内部,观察、摸索,像拼图一样拼凑出宇宙的摸样:我们观测宇宙星系彼此退行、宇宙微波背景辐射、氦元素丰度等多个「拼图」,构建宇宙标准模型,计算宇宙的年龄。


人受感官限制,观察到的世界就是不完备的,经验永远是局部的,我们只有不断在观测技术上进步,尽可能达到认知极限,更大尺度、更小尺度、更精确的观察,获得更加多的经验细节,不断拓展我们的认知边界,通过拼凑无限逼近所谓的「客观、事实」。



     我们只要知道:在不同的经验片断的基础上,诉诸逻辑和数学构建一套规律或者叫模型,而这个模型可以超越我们的经验,可以预言某些结果,与我们经验一致,我们就可以相信这个用数学规律描述的认知模型。


     斯蒂芬·霍金称之为:依赖模型的现实主义((Model‎ -depen‎ dent Reali‎ sm)


     换句话说:「客观事实」是什么我们不知道,也不重要,即便「客观事实」被我们你感官被扭曲、加工,或者不真实,但只要经验与逻辑自洽,可以很好的预言,我们就可以暂时相信这个模型。




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     综上所述:

     所以,人类理性的底层,其实并不比一只认为「铃铛」和「食物」之间有「因果关系」的巴普洛夫狗更聪明。


     但区别是:我们知道自身受经验和感官所限,是有认知缺陷,那么,我们有可能是是错的,不是全知全能的,而狗不知道这一点。


     我们只有做出一些假设,科学才成为可能,在有限的信息之上进行逻辑思考,构建模型做出预言,并不断验证、修正。


     所以,如果没有科学假设,就完全沦为不可知论了。如果是信息是完备的,我们就是上帝了。

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