正文

科学的配方

隐藏的逻辑 作者:(美)马克·布坎南


丹麦天文学家第谷·布拉赫(Tycho Brahe)在他精力最旺盛的几年里都只有一小部分的鼻子,大部分鼻子在1566年被丹麦贵族曼德鲁·帕茨博(Manderup Partsberg)用锐利的刀子砍掉了,事件的起因是他们为了争论谁的数学技能更强。19岁的时候,布拉赫的鼻梁接了一块金银合金片,直到1601年他去世之前,这块合金片都让他的鼻子看上去没什么异样。

据说他的死亡是在一场重要的晚宴上,由于为了顾全礼节而憋尿憋得太久致死的,葡萄酒不停下肚,但布拉赫又不能离开餐桌。晚宴结束后,一部1654年的传记中写道:“剧烈的疼痛随之而来,他整整五天不能入眠。之后,他排出了少量的尿液,睡得极不踏实。”十天后,布拉赫就去世了。

除了悲剧的一面,布拉赫的一生还有其他各种各样的怪癖。布拉赫的城堡在丹麦和瑞典之间的汶岛(Hven)上,在那儿他养的宠物是一头会喝啤酒的驼鹿,这头驼鹿整天跟在主人的屁股后面,主人走到哪儿,它就跟到哪儿。然而,布拉赫的生活可一点都不像许多富人那样好逸恶劳。他对科学研究的坚持不懈,树立了一种典范,告诉人们好科学是如何研究的。几十年来,布拉赫日日夜夜都在一个小小的天文观测台里,用他自己手工制作的仪器,记录火星的位置,有时候从地平仪上看出去,火星只是一个微小的略带红色的亮孔。在那个时候——还没有发明显微镜的时候——天文学家对星球究竟是什么并没有多少概念。他们只知道火星在天空中的运动绝对不简单。根据每天同一时刻的记录,火星的位置逐渐从西向东漂移,然而,大概每隔两年,这颗星球的运行轨道有一个短时间的转移,运行速度也慢了下来,会稍微向后运动,或者绕个圈移动(见图3a),之后火星才明显找回感觉继续它的常规运动。

在布拉赫那个时代,没人能够解释这是怎么一回事。然而1601年布拉赫去世后,德国天文学家开普勒(Johannes Kepler)对布拉赫记录在笔记本上的数字进行研究。八年之后,他发现了一个隐藏的逻辑。开普勒发现,布拉赫笔记本上那些反映火星疯狂徘徊的奇怪数字,其实并非那么怪异。开普勒的数学计算显示,火星和地球都围绕着太阳,在两条简单的椭圆形轨道上运行,而地球则运行在靠近太阳的内侧轨道上。大部分时间,地球不是非常靠近火星的时候,从地球上观察到的火星就是从西向东移动(在图3b中此时地球从位置1向位置3移动)。但是由于地球在轨道上运行的速度比火星快,于是地球又赶上了火星,每隔两年就与火星擦肩而过。当我们经过火星身边的那几个月,火星看上去反而从东向西移动了(在图3b中此时地球从位置4向位置5移动)。开普勒是有史以来第一个用理解力来观察天空的人——因为他知道什么是模式。后来,开普勒的发现启发了牛顿(Isaac Newton),使牛顿为这一明显的规则找到了一个精确的解释——地心引力和行星运动的数学公式。

布拉赫、开普勒和牛顿三人一起向我们展示了科学研究的诀窍——收集数据、明确模式,然后找到一种机制去解释它们。模式显示了规律,告诉我们为什么看似复杂的事物其实并非如此。那些模式背后的自然法则通常都会让我们做出大胆预测。理解了流体动力学的模式之后,现在的物理学家和工程师就可以用电脑来模拟航行,并对模拟的结果信心十足。

像波音这样的飞机制造商甚至再也不需要试飞他们的产品。正如几年前一位波音执行官告诉我的,他们只有为了让公众放心才会做飞行试验,因为公众很难相信科学能有这么大的能耐。量子论和相对论得以使物理学家做出准确率惊人的预测。现在对于电子磁感应强度也就是磁矩的预测,精确度相当于劈开人的一根头发,或是十多千米开外射中一枚针头。

通常而言,科学法则看上去就像配方,给你成分A和成分B,你就能肯定结果是C。氢和氧混合,经过反应之后产生水。一旦你明白了这种法则,你就可以一遍又一遍地加以运用。牛顿的法则解释了火星的运行,解释了一颗通信卫星或一颗彗星的运行轨迹就好比是一个棒球在飞往本垒时做的曲线运动。

现在,我们再回过头来看看时代广场。如果把时代广场的复兴背后的“真相”称为“城市复兴法则”的话,那么显然,用相似的理解方法来解释发生的事就很容易了。或许有一种解释是,20世纪90年代早期,政府明智地把条件A和条件B放到一起,然后——根据斯特恩的“城市复兴法则”——结果就是可预计的C:钢筋水泥的高楼、滚滚的财富和明亮的光线。然而,当时没有人能预测这一点。

我们再考虑一下,除了斯特恩的解释之外还有没有其他解释。也许,时代广场的复兴只是一个偶然事件。一些主要投资者机缘巧合地在差不多同一时间来到了时代广场,接着他们的投资活动吸引了其他人。或许也有人会说时代广场历来沉沉浮浮,兴衰轮回,突然复兴也没什么稀奇。再或许,存在着一种自然的循环机制,钟摆摆向一方——物业降价——是钟摆摆向另一个方向的开始。

根据你个人的经历和智慧,上述解释中或许会有你喜欢的,也有可能你会选择一种我没有提到过的解释。但是,你不得不承认,所有这些假设的解释都缺乏说服力,因为它们都是事后的解释。没有人预计到时代广场的复兴,同样的,也没有让人信服的理论来预计犯罪率的变化、群体狂热的爆发以及政府意料之外的命运。我们无法准确预测下个月甚至明天的股市会发生什么,尽管许多人依靠说服别人相信他们的预测而活得心安理得。

正如英国哲学家阿尔弗雷德·诺斯·怀特海(Alfred North Whitehead)所写的:“科学思维的目的是为了在个性中发现共性,在瞬间中发现永恒。”不幸的是,在人类社会中,发现模式,尤其发现人类事件背后的自然法则,就算不是毫无可能,怎么说也是一件非常困难的事情。然而,解释常常只停留在无休止的争论和似是而非的叙事上,比如时代广场的例子就是这样。或许有人会说人类科学在很大程度上是一种“叙事”科学,把一件事和另一件事联系在一起讲故事。我们讲故事是因为我们喜欢故事,细节详尽、充满戏剧性和意料之外的曲折离奇。此外,也因为我们缺乏一种对人类社会科学法则的理解。

不管怎样,人还是由原子和分子组成的,我们也是大自然的一部分。如果说大自然遵循着某种贯穿于自然法则的模式,我们人类难道就不该是这样吗?150年前,一个名叫亨利·托马斯·巴克尔(Henry Thomas Buckle)的人肯定也是这么想的。


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