我們可以從物理學爭議中學到什么？

江澤珍/編譯

關于科學：

我們可以從物理學爭議中學到什么？

江澤珍/編譯

究竟什么是科學？最虔誠的答案應該是：科學是面對疑惑的好奇心；是對待實驗結果的公正客觀；是不斷積累的新數據；是科學實驗用的精密儀器。我們注視，科學家看見；我們呆望，科學家凝視；我們猜測，科學家知道。

但是，仍然有修正派的學者質疑科學家作為魔術師的角色。思考一下我們對科學多么信以為真，即便是對非專業人士眼中的科學奇跡。原始人（在化石記錄中發現的類人猿、半猿人等，正如達爾文預測的）的進化取決于對幾塊發黑的塞倫蓋蒂下顎的解釋，這需要經過一生的訓練才能真正評估。

更糟糕的是，像我們這種原本相信科學的人逐漸動搖。每隔幾周，我們都會在《科學時代》上發現，一些宇宙基本問題解決了。但是，我們好奇：為什么直到問題解決了才告知我們？發布的肯定成果卻證明難以重復，成果似乎是事先安排的。這導致一些修正主義的歷史學家和哲學家認為：科學是某種騙局，是社會約定的虛構，并不比其他社會虛構有更多的經驗基礎，是另類的信仰。當以前人們用信仰的眼光看到斷裂骨頭和破舊牙齒時，人們稱之為遺跡；我們用其他信仰看到這些斷裂骨頭和破舊牙齒時，我們稱之為證據。區別在哪里？

反對上述論斷，對科學進行辯護證明是復雜的。簡單的理由是：作為一項社會活動，科學具有根植于任何社會活動的趣味性：集體思考、自娛自樂、減少競爭，以獲得客戶（或者：本案例中的政府）資金。因此，所有有關科學史的書籍應當要記錄科學和科學家，記錄科學家的發現和科學家獲得發現的方式。好的科學作家必須向我們展示：發現科學理論的人也會出錯；然后，向我們展示：當人類的缺陷消失后，為什么科學理論依然可靠。

沒有經過很好驗證的科學概念比《幽靈般的超距作用》書中的概念更驚人。這是《科學美國人》的特約編輯喬治·繆塞爾（George Musser）出版的一本新書。該書表面談論量子糾纏的力學問題，實則是在說量子力學專家的糾結。繆塞爾展示了物理學中難以理解的“非定域性”問題，其問題不是這個古怪的概念是否真實，而是這個概念已經出現多時，眾多科學家卻不愿意面對。是什么阻礙了科學事實的傳播。

量子理論早期發展的故事要追溯到20世紀20～30年代。當時，愛因斯坦反對關于確定粒子和波的概率觀點，青年一代的理論物理學家持有這種觀點。愛因斯坦創造了一個自認為的歸謬法。他指出：假設像光子、電子等粒子確實具有波的特性，粒子只有在測量時才能判斷出屬性。那么，如下結論也是正確：單一波函數的粒子會永遠糾纏，無論這些粒子距離多遠。如果有一盒單一波函數的光子，有一個光子逃脫了盒子，這個光子會和留下的其他光子保持糾纏，即使他們相距億萬光年。就好比往河里丟石子濺起的漣漪，永遠是按同一個圓心向外擴散。愛因斯坦的觀點是：這種現象只能意味著：粒子之間可以在超光速情況下進行瞬間相互交流，這違背了自然界的規律。因此，他把這種現象稱之為“幽靈般的超距作用”。

玄學派詩人約翰·多恩（John Donne）如果生活在現在，人們可以想象這位熱愛科學的詩人可能會做一個絕美的比喻：一對戀人不管相距多遠，都可以步調一致地翩翩起舞。繆塞爾做過更好的類比：就像兩枚魔法硬幣，你在宇宙不同角落投擲它們，它們總是會出現同正或同反的結果。（幽靈般的超距作用只有在同時測量時才會產生，粒子可以分享狀態但不會發出信號。）

當歸謬法證明了宇宙在某些方面的荒誕時會發生什么？當缺陷成為特征以及現在成為事實會產生什么？繆塞爾帶我們走進了科爾蓋特大學恩里克·加爾維斯（Enrique Galvez）教授的實驗室。加爾維斯做了一個簡單裝置，通過這個裝置他能讓光子發生糾纏，然后顯示：“光子和魔法硬幣表現的一樣，沒有接觸也沒有已知力進行連接，但這些光子的行為就像同一個粒子”。就在繆塞爾出版這本書的同時，特夫特大學科學家完成了另一個突破實驗，他們測量了245對糾纏的電子，比以前更加嚴格地確認了這種現象存在。繆塞爾指出：幽靈般的超距作用發生的確定性挑戰了定域性的觀念。我們本能的觀念是：一些事情只能在這兒發生，一些事只能在那兒發生。所以，真正發生的不是幽靈般的超距作用，而是通過作用而顯現的幽靈般的距離。

那為什么愛因斯坦的這一問題在當時排除在著名物理學家之外很長時間？幾代物理學家避之不談的理由在于社會方面。繆塞爾告訴我們：時尚、性格、時代思潮、意志都會影響辯論、論據和論點。

繆塞爾查看了20世紀20年代布魯塞爾舉行的索爾維科學會議的會議記錄（恩斯特·索爾維（Ernest Solvay）是一位富有的比利時化學家，他對科學情有獨鐘），愛因斯坦和尼爾斯·玻爾會面并一直與他爭論。繆塞爾寫道：玻爾并不關心愛因斯坦關于空間遠距離聯系的問題，而愿意聚焦在關于自然界的隨機性與概率性方面的爭論。

繆塞爾解釋道：大的議題的解決主要在于擱置一邊，時代的重要性勝過論據的重要性。相同的事情使愛因斯坦成為大眾喜愛的天才，也使他易于成為傲慢的反對目標。一些青年理論家對他不屑一顧，玻爾的同事之一嘲笑道：如果一個學生引起了愛因斯坦的反對，我會認為該學生有才華和前途。

這場爭論沒有結果：沒有確定性的辯論、沒有關鍵實驗、甚至沒有制勝的觀點。有一個物理學家承認：“大多數物理學家（包括我）都認為玻爾贏得了爭論，但是，和大多數物理學家一樣，我難以用語言說明這一點。”現在討論非定域性的問題已經過時了。

在現代科學中，同樣出現了回避、討論過去和承擔時代特征等，似乎回到了非定域性的可能性。繆塞爾指出：粒子物理學家喬弗利·丘（Geoffrey Chew）對物理學基礎規律的概念進行了抨擊。英國數學家羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）在90年代時對弦理論進行了抨擊，他的觀點雖然新穎但過于偏激和不確定。“彭羅斯并沒有用坦率的懷疑論證明自己的觀點……他的批評也許有效，但這些批評沒有拉近他和同事的關系。”

確實，通過專注于經驗的解釋，繆塞爾建議：將“非定域性”的復興作為物理學的一個主題，其原因在于：非定域性的特征愈發可能，“從技術本身來講，現代通信技術并不是非定域性，但是，人們卻實實在在感覺現代通信技術是”。生活在長距離的聯系中，發生在班加羅爾的事也可能會發生在波士頓，所以我們更加接受宇宙中有如此離奇秩序的觀念。繆塞爾用了一句格言總結道：“如果詩歌是平靜中聚集的感情，那么科學就是感情中聚集的平靜”。自然世界的中立秩序似乎成為物理學家的激情洋溢的舞臺。

那么，科學是否像其他社會活動一樣，有迷信、時尚，有陰謀家、夢想家和沒有資格的申請者？在科學和其他社會活動中間有沒有一條清晰的界限？繆塞爾表達的主題之一就是：在難以解釋的魔術活動與可解釋的物理現象之間，其界限是一個模糊范圍。就拿潮汐月球理論來說，伽利略反對它就像愛因斯坦反對量子理論，認為月亮運動神秘影響海洋，明顯是無意義的魔術。這個反對卻成為牛頓的觀點：神秘影響可以清醒理解，可以解釋星球的運動。魔術的東西變成了數學和世俗的東西。“魔術的”解釋就像幽靈般的超距作用一樣，不斷修改和推翻，最終重新詮釋和接受。在科學和魔術之間沒有明顯的界限，而是不斷跳躍和移動以及重新劃分的界限。就像卡通片《兔八哥》里演的那樣，兔八哥在地上畫了一條線，說山姆肯定不敢跨過這條線，結果山姆就跨過去了。兔八哥又畫了一條，山姆又跨過去了。兔八哥不斷地畫線，山姆不斷地跨越，在他跨越最后一根線時，就墜入了懸崖。正如繆塞爾指出的：現實生活中，科學和魔術的界限就像兔八哥畫的線，在不斷移動。

在過去的幾十年里，可以肯定的是占星術與天文學以及煉金術與化學之間，界限是模糊的。研究科學革命的歷史學家不再堅持為科學和早期的魔術進行劃分。人們曾經尋找劃分科學和非科學（或偽科學）的邏輯標準，其中最有名的要數哲學家卡爾·波普（Karl Popper）的“可證偽性”標準。他認為：在原理上可以證明是錯誤的理論才是真正的科學理論。很多科學歷史學家和哲學家都認同這個想法，認為這就是科學界的運作法則。他們看到很多古老魔術、偶然實驗等都是有結果的社會實踐，但并沒有遵循清晰的邏輯。

但科學革命的舊概念在獲得新的信任。戴維·伍頓（David Wootton）的新書《科學的發明》中，承認了在魔術和科學之間的界限是模糊的，但堅持認為：革命是根植于新方式的公共特性。他認為煉金術的消失并不是因為實驗，他寫道：

煉金術消失的原因在于不斷要求：實驗必須在出版物上公共報道，實驗的細節必須清晰說明，實驗必須可以重復和獨立驗證。而煉金師堅持秘密教學，他們認為只有少數的人才能了解如此神圣的秘密，而且金子如果在市場上泛濫的話，整個社會秩序會崩潰......于是如此機密的知識就被新形式的知識所取代，這取決于公開出版和公開或半公開的行為。封閉社會被開放社會取代。

伍頓雖然不同意波普的“可證偽性”理論，但仍在書中引用了他的一條政治哲學標準：科學領域是一個開放的領域，一天說潮汐運動是神秘的，第二天認為它是科學的；其中的改變是人們討論這些現象的方式。

伍頓反對現代學術界的單一可觀測事實的觀點，堅持認為：他稱之為“殺手事實”的概念確實戰勝了古代權威。事實本身并不明顯，人們必須創造事實的事實并不斷加入驗證，一旦我們認可這樣的事實，事實將發揮重要作用。就像托勒密的天文學一樣，它有著1 000多年的歷史，但伽利略發現了金星軌道后，托勒密天文學就終結了。這一殺手事實“作為唯一、堅固和有力證據，建立了圍繞太陽運動的革命性理論，沒有留下任何可以懷疑的空間。”伽利略寫到。伍頓寫道：“沒有人會愚蠢到去爭論這些論據。”

觀察滲透理論，伍頓展示了一幅非常漂亮的月球環形山的畫，這是一位英國天文學家在閱讀伽利略著作時所畫，而環形山實際上并不存在，這說明事實受到我們想法的影響。

從伍頓的觀點可引出若干想法，其中之一就是：在科學中，集體思考常常是真正的思考。科學是由一個社會關系網組成的，但是，只有大家愿意看到“殺手事實”，這個科學界共識的力量才是有價值的。哈佛大學的理論物理學家麗莎·蘭德爾（Lisa Randall）出版了她的新書《暗物質與恐龍》，該書的論點是：銀河系中存在著暗物質，擾亂彗星的運動軌道，使彗星周期性向地球運動，這可能導致火山爆發和物種滅絕。這個理論似乎合理是因為：“殺手事實”推翻了以前的理論，該理論認為：在宇宙中有一顆看不見的星星，叫“涅墨西斯”星，該星擾亂行星的運動軌跡，造成物種滅絕。但是新一代的太空望遠鏡并沒有在天空中發現這顆星星，而今天天空中出現的暗物質剛好代替了涅墨西斯星。

相同的事情也發生在尋找“火神星”上。19世紀時，人們假設在水星與太陽之間有一顆火神星，以解釋水星運動軌跡的變化。正如托馬斯·利文森（Thomas Levenson）在他的書《探尋火神星》中解釋的，19世紀的天文學家如此喜歡消失的行星這一想法，以至于大多數天文學家堅稱曾在望遠鏡中看到這顆行星，而實際上是被隨機陰影所迷惑。直到1915年，愛因斯坦對水星運動軌跡的偏離提出了新的詮釋后（與時空彎曲的重力有關），才阻止了天文學家看到不存在的火神星。

如今，大眾科學界對“模因”的探討很多，但真正的模因不是觀念、人工制品等，而是形成觀念、人工制品的方式，是思維的習慣而非思維的產物。科學并不是把事實投進去而獲得真理的自動售貨機。科學是一種特殊的社會活動，包含了許多不同的人類軌跡（如固執、好奇、權威的怨恨、同行的倔強、勉強的閱讀等），最終產生可靠的知識。比爾·詹姆斯(Bill James)關于棒球的觀念，從油印的講義傳播到紅襪隊的辦公室，就是一個很好的例子，即如何把科學觀念傳播到科學領域之外。

總之，科學就是科學。基礎研究有價值，因為基礎研究可以產生應用技術，這個觀點或許是正確的。但是，這不是企業應用的核心。科學家的思考方式會影響普通人的思考方式。英國文學評論家塞繆爾·約翰遜（Samuel Johnson）說道：表演者同時騎在三匹馬上并不能說明什么，但他會提升我們對人類能力的尊重。科學家向我們展示大自然同時騎在三匹馬或者兩匹馬上時，也會擴大我們對我們的想象力的尊重。正是這樣的行為，在幽靈般的超遠距離，與我們的思想發生糾纏。

[資料來源：www.newyorker.com][責任編輯：岳峰]