即使一切可能的科学问题都已经得到回答,也还完全没有触及人生问题。当然那时不再有问题留下,而这也就正是解答。
若夫乘天地之正,而御六气之辩,以游无穷者,彼且恶乎待哉。
科学家常被认作是生活在象牙塔中的人,生活乏味,并且与社会脱节。也许当看到身边的家用电器和日用品时,某些人可能会想到其中的电子器件、无处不在的电力和电子信号以及随手可得的化工产品,也许还会想到正是科学家的努力和科学的发展奠定了现代技术革命的基础,为现代人带来了丰富的物质生活。也许某些人还能够超越以上对科学的工具式的理解,把科学看作对人类有益的精神财富。但即便这些人也很难摆脱对科学的象牙塔式的认识,而仅仅只是把物理学之类的基础科学看作为一缕美好的但是距人遥远的理性之光。卢梭的言论集中体现了这种理解。一方面,卢梭赞叹近代科学巨人以及近代科学带来的理性光辉,另一方面他却认为科学工作只需要少数天才,而与大多数人距离遥远,并且与大多数人的日常精神生活无关。这种盛行于世的对科学的象牙塔式的理解表明:人们对科学对于人生的意义缺乏足够的认识,特别是对物理学对于人生的意义缺乏理解。
那么,物理学对于我们每个人有什么意义呢?
此外,在现代社会,科学教育已经成为基础教育的一部分,特别是对物理学中经典力学的教育已经在中学普及。除了作为必备的常识之外,这种在现代社会人人都应学会的物理学对于人们又有什么特别的意义呢?
要回答这些问题,我们需要了解近代以来的物理学给予了我们什么教益。
古代世界包罗万象的哲学或者宗教学说长期以来把人类的思想置于其掩护之下,一方面驱除变化多端的自然现象带给人的神秘感和恐惧,另一方面还可以使人感受到人与自然的和谐一致以及美,为人们寻找到人生的意义和存在的价值。古代的自然哲学通常作为一个环节出现在这些包罗万象的伟大学说之中。
伽利略以来的科学革命带来的一个重大变化是,人们学会了从自然中抽离出来,学会了冷静客观地看待世界,学会了探究具体的问题而对包罗万象的终极问题存而不论。自然世界不再是人生的模板,反而成为人们试图理解、掌握和改造的对象,科学也与人生意义无涉。科学家试图破解自然的奥秘,当然也试图发现自然之美,但是科学试图解决的核心问题还是对自然的认识。毫无疑问,科学并不提供对人生意义的答案,正如维特根斯坦所说:
即使一切可能的科学问题都已经得到回答,也还完全没有触及人生问题。
不仅如此,在现代自然科学带来的思潮的冲击之下,为人生提供解答的众多古老哲学和宗教思想也纷纷倒闭或者遇到严重困难。一位作者这样评论:现代科学愿意承认自己的无知......就现在这个体系而言,我们假设自己并非无所不知,现有的知识也并未定案,但这也同样适用于那些让数百万人得以有效合作的虚构故事。
不再有思想权威为现代人提供对人生的现成答案。人们不再生活在前现代社会中那些伟大学说的精神笼罩之下,获得了极大的自由,但是也被放逐到精神的虚无之地。这片虚无之地可以成长为丰茂的大地,也可能成为纯粹的荒野,人们不得不自谋生路,不得不艰苦地努力才可能实现自己的自由和精神的丰富。现代人需要通过艰苦的努力去自己找到人生的答案和人生的意义,甚至可能永远找不到,因为没有任何证据显示这个答案一定存在。
以物理学为代表的科学消解了宏大的叙事和意义。那么,物理学对于人生的意义又在哪里呢?考察科学革命的教益,我们可以发现,
物理学对于人生的意义就在于它可以帮助人们实现自身的自由和精神的丰富。
伽利略和牛顿创立的经典力学是近代科学的第一个不朽成就。继伽利略对惯性运动和自由落体的研究之后,牛顿认为物体的运动速度的变化(加速度a),与所受外力(F)成正比,与物体的质量(m)成反比:F=ma。这就是著名的牛顿第二运动定律。但是,什么是质量呢?牛顿说质量等于外力除以加速度:m = F/a。也许很快有人就会说:难道这不是循环论证吗,难道牛顿说出了有价值的东西吗?牛顿确实说出了非常重要的东西。李政道先生曾经说起,在他的少年时代,当某天他读懂了牛顿力学之后感慨道:牛顿有一手。
要真正回答“什么是质量”这一问题,就是要回答“质量的本质是什么”。这是一个非常深奥和困难的问题。牛顿回避了纠缠于这样一个非常困难的问题。牛顿力学以一种操作式的定义对质量进行了说明。首先,根据对自由落体的研究可以知道:物体在地球表面具有重力加速度,不同重量的物体的重力加速度相同。其次,如果两个物体的重量相同,可以认为它们的质量相等。最后,可以取一个标准物体作为标定物体质量的标准单位;如果某一个物体的重量与这个标准物体的重量相同,则这个物体的质量与标准物体的质量相等;如果两个质量相等的物体引起的总重量与标准物体的重量相同,则这两个物体的质量分别等于标准物体质量的二分之一;依次类推,可以标定任意物体的质量相对于此标准物体质量的相对大小。这些内容简单地说就是: m = F/a。
以上对于质量的说明虽然没有解释“什么是质量”,但是它提供了一个可以操作的、关于如何标定质量的相对大小的办法。它虽然不能解释质量的本质,但是它足以帮助我们研究物体的质量引起的现象,足以帮助我们把对物体的运动现象的研究建立在牢固的根基之上。牛顿把对运动现象的研究从“什么是质量的本质”这样一个深奥和复杂的问题中解放了出来,从此后人类得以系统和有序地探讨物体运动的知识,并最终把这些知识总结为具有牢固基础的经典力学体系。
牛顿的这种把“对现象的研究”从“对本质问题的讨论”中解放出来的思路取得了巨大的成功。这是近代科学对于哲学的超越。此后,当哲学家们还在关于本质问题的讨论中纠缠不清之时,物理学家已经在对现象的研究中高歌猛进,不断取得巨大的成就,并且通过不断地剥离并回答本质问题中较易解决的问题,不断地加深人类对于本质问题的认识牛顿之后的一些此类著名例子包括:统计力学对于具体的微观规律的影响的回避、量子力学对“量子到经典过渡”的存而不论、量子场论中的重整化理论、量子色动力学中的因子化理论等。物理学的发展和不断取得的成功有力地证明了这种思路的威力。
2013年10月8日,诺贝尔奖委员会宣布把2013年度诺贝尔物理学奖授予比利时人 Englert和英国人Higgs,以表彰他们对基本粒子质量起源机制的贡献。为验证他们的质量起源机制,全世界的高能物理学家花费大约十年时间,合作建造了耗资约几十亿美元的大型强子对撞机,其后大约共六千名实验家在ALTAS和CMS这两个实验组利用这一对撞机从事了长达两年的实验研究。在距牛顿的时代约300年之后,人类终于对质量的本质有了较深入的认识。再回顾牛顿对质量问题的回答,我们不得不感慨他的高明之处。如果牛顿当年纠缠于质量本质的问题,陷入对质量本质的空想之中而不是研究现象学,不难想象他很难在有生之年驱散质量之谜的一点点迷雾。
首先,我们应该试图去找到可以解决的问题,而不是不断地纠缠于某些大问题,陷于对大问题的空想之中而不能自拔。有些人总想要解决大问题,甚至解决所有问题,却不仔细想想这些问题是否可能得到快速地解决,是否有一劳永逸的解决办法。有些古人说的“为万世开太平”,就是属于这一类想法。物理学的历史告诉我们:承认某些问题可能是目前无法解决的,对我们并无坏处;谦逊不仅是美德,它也能帮助我们走上求真之路。
其次,我们应该力图使自己的认知建立在牢固的基础之上。在我们身边有许多优美的观念、伟大的学说和深奥的理论,每个人或多或少都会受到其中一些观念、学说和理论的影响。但它们中有多少是可靠的呢?人们应该学会分辨自己的认知世界中哪些知识和观念是可靠的。物理学家强调研究简单问题的目的就在于:只有研究较简单的问题,我们才能够比较容易地解决问题,并确立关于这些问题的牢固可靠的知识;在此基础之上,我们又能够进一步提出和解决更加本质的问题,逐步深入我们对本质问题的认识;只有这样,我们才能一步步地使我们对世界的知识建立在牢固的基础之上。
最后,我们应该学会锻炼自己分辨问题、知识和观念的能力。这包括:
(1)学会分辨哪些问题是较易解决的,问题的要点在哪里,哪些问题是有价值的。
(2)学会分辨知识的适用范围,分辨哪些知识是可靠的,哪些是不一定可靠的。常有人在学到一套理论之后把它当作普遍有效的东西随处乱用,这些人正是犯了“不知道适用范围”的错误。更加糟糕的是不少人没有意识到这一方面的重要性。
(3)学会分辨哪些观念是有现实基础的,哪些还仅仅是人们头脑中的空想。近代科学的高明之处就在于:科学家不满足于“停留于头脑中的玄思妙想”,而要找到办法检验自己的思想。每个人都应该学会区分空想和科学,并且有一天能够把自己的美好空想变为科学实践。
分辨问题、知识和观念的能力应该是我们每个人应该具有的基本能力。特别在现在知识大爆炸的时代,这样一种能力对于我们十分重要。它可以帮助我们获得一双犀利的眼睛,帮助我们看清这个世界,使我们成为知识和思想的主人而不是沦为知识和思想的工具。物理学为如何锻炼我们的能力提供了丰富的和系统的经验和教益,具有难以替代的价值。
当某人不能听或不能看,我们会对此十分遗憾,因为他不能充分地了解和享有这个世界的丰富;当某人不能欣赏精美的文艺或者美妙的音乐,我们也会对此遗憾,因为他不能享受这个世界的美好之处。但是大概没有多少人会对没有受到良好的物理学教育而心怀遗憾。这说明我们对物理学对于人生的意义缺乏足够的认识。
物理学的教益不仅可以帮助我们在坚实的基础之上迈上求真之路,它还可以为我们的福祉做出难以替代的贡献。古人感叹世人挣扎于各种观念和理论之中而不能使它们为世人所用,提出“莫若以明”,希望世人能够“枢始得其环中,以应无穷”。这正是希望世人能够心地清醒明白,能够熟练地掌握前人留下的知识而又不迷失于其中,使这些知识真正为世人所用以便应对无穷尽的世界。物理学的丰富和系统的教益可以帮助我们厘清自己的认知世界,帮助我们成为各种知识的主人,使知识为我们所用以应对无穷尽的世界,造福于人类。
当我们能够娴熟自由地运用各种知识和思想观念而又不被它们的种种局限之处所束缚之时,我们就能够自由轻松地畅游于思想观念的海洋之中而自得其乐,借用古人的话,这就是能够乘天地之正、御六气之辩、以游无穷、得无为之乐。物理学的教益的价值还在于:它可以帮助我们每个人克服各种思想的束缚,使我们畅游于精神世界而不迷失于其中,得无为之乐。这些就是物理学的教益对于真、善和美的价值。
-----摘自廖玮《科学思维的价值:物理学的兴起、科学方法与现代社会》