正文

科學(xué)的配方

隱藏的邏輯 作者:(美)馬克·布坎南


丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫(Tycho Brahe)在他精力最旺盛的幾年里都只有一小部分的鼻子,大部分鼻子在1566年被丹麥貴族曼德魯·帕茨博(Manderup Partsberg)用銳利的刀子砍掉了,事件的起因是他們?yōu)榱藸幷撜l的數(shù)學(xué)技能更強(qiáng)。19歲的時候,布拉赫的鼻梁接了一塊金銀合金片,直到1601年他去世之前,這塊合金片都讓他的鼻子看上去沒什么異樣。

據(jù)說他的死亡是在一場重要的晚宴上,由于為了顧全禮節(jié)而憋尿憋得太久致死的,葡萄酒不停下肚,但布拉赫又不能離開餐桌。晚宴結(jié)束后,一部1654年的傳記中寫道:“劇烈的疼痛隨之而來,他整整五天不能入眠。之后,他排出了少量的尿液,睡得極不踏實?!笔旌螅祭站腿ナ懒?。

除了悲劇的一面,布拉赫的一生還有其他各種各樣的怪癖。布拉赫的城堡在丹麥和瑞典之間的汶島(Hven)上,在那兒他養(yǎng)的寵物是一頭會喝啤酒的駝鹿,這頭駝鹿整天跟在主人的屁股后面,主人走到哪兒,它就跟到哪兒。然而,布拉赫的生活可一點(diǎn)都不像許多富人那樣好逸惡勞。他對科學(xué)研究的堅持不懈,樹立了一種典范,告訴人們好科學(xué)是如何研究的。幾十年來,布拉赫日日夜夜都在一個小小的天文觀測臺里,用他自己手工制作的儀器,記錄火星的位置,有時候從地平儀上看出去,火星只是一個微小的略帶紅色的亮孔。在那個時候——還沒有發(fā)明顯微鏡的時候——天文學(xué)家對星球究竟是什么并沒有多少概念。他們只知道火星在天空中的運(yùn)動絕對不簡單。根據(jù)每天同一時刻的記錄,火星的位置逐漸從西向東漂移,然而,大概每隔兩年,這顆星球的運(yùn)行軌道有一個短時間的轉(zhuǎn)移,運(yùn)行速度也慢了下來,會稍微向后運(yùn)動,或者繞個圈移動(見圖3a),之后火星才明顯找回感覺繼續(xù)它的常規(guī)運(yùn)動。

在布拉赫那個時代,沒人能夠解釋這是怎么一回事。然而1601年布拉赫去世后,德國天文學(xué)家開普勒(Johannes Kepler)對布拉赫記錄在筆記本上的數(shù)字進(jìn)行研究。八年之后,他發(fā)現(xiàn)了一個隱藏的邏輯。開普勒發(fā)現(xiàn),布拉赫筆記本上那些反映火星瘋狂徘徊的奇怪?jǐn)?shù)字,其實并非那么怪異。開普勒的數(shù)學(xué)計算顯示,火星和地球都圍繞著太陽,在兩條簡單的橢圓形軌道上運(yùn)行,而地球則運(yùn)行在靠近太陽的內(nèi)側(cè)軌道上。大部分時間,地球不是非??拷鹦堑臅r候,從地球上觀察到的火星就是從西向東移動(在圖3b中此時地球從位置1向位置3移動)。但是由于地球在軌道上運(yùn)行的速度比火星快,于是地球又趕上了火星,每隔兩年就與火星擦肩而過。當(dāng)我們經(jīng)過火星身邊的那幾個月,火星看上去反而從東向西移動了(在圖3b中此時地球從位置4向位置5移動)。開普勒是有史以來第一個用理解力來觀察天空的人——因為他知道什么是模式。后來,開普勒的發(fā)現(xiàn)啟發(fā)了牛頓(Isaac Newton),使牛頓為這一明顯的規(guī)則找到了一個精確的解釋——地心引力和行星運(yùn)動的數(shù)學(xué)公式。

布拉赫、開普勒和牛頓三人一起向我們展示了科學(xué)研究的訣竅——收集數(shù)據(jù)、明確模式,然后找到一種機(jī)制去解釋它們。模式顯示了規(guī)律,告訴我們?yōu)槭裁纯此茝?fù)雜的事物其實并非如此。那些模式背后的自然法則通常都會讓我們做出大膽預(yù)測。理解了流體動力學(xué)的模式之后,現(xiàn)在的物理學(xué)家和工程師就可以用電腦來模擬航行,并對模擬的結(jié)果信心十足。

像波音這樣的飛機(jī)制造商甚至再也不需要試飛他們的產(chǎn)品。正如幾年前一位波音執(zhí)行官告訴我的,他們只有為了讓公眾放心才會做飛行試驗,因為公眾很難相信科學(xué)能有這么大的能耐。量子論和相對論得以使物理學(xué)家做出準(zhǔn)確率驚人的預(yù)測?,F(xiàn)在對于電子磁感應(yīng)強(qiáng)度也就是磁矩的預(yù)測,精確度相當(dāng)于劈開人的一根頭發(fā),或是十多千米開外射中一枚針頭。

通常而言,科學(xué)法則看上去就像配方,給你成分A和成分B,你就能肯定結(jié)果是C。氫和氧混合,經(jīng)過反應(yīng)之后產(chǎn)生水。一旦你明白了這種法則,你就可以一遍又一遍地加以運(yùn)用。牛頓的法則解釋了火星的運(yùn)行,解釋了一顆通信衛(wèi)星或一顆彗星的運(yùn)行軌跡就好比是一個棒球在飛往本壘時做的曲線運(yùn)動。

現(xiàn)在,我們再回過頭來看看時代廣場。如果把時代廣場的復(fù)興背后的“真相”稱為“城市復(fù)興法則”的話,那么顯然,用相似的理解方法來解釋發(fā)生的事就很容易了?;蛟S有一種解釋是,20世紀(jì)90年代早期,政府明智地把條件A和條件B放到一起,然后——根據(jù)斯特恩的“城市復(fù)興法則”——結(jié)果就是可預(yù)計的C:鋼筋水泥的高樓、滾滾的財富和明亮的光線。然而,當(dāng)時沒有人能預(yù)測這一點(diǎn)。

我們再考慮一下,除了斯特恩的解釋之外還有沒有其他解釋。也許,時代廣場的復(fù)興只是一個偶然事件。一些主要投資者機(jī)緣巧合地在差不多同一時間來到了時代廣場,接著他們的投資活動吸引了其他人。或許也有人會說時代廣場歷來沉沉浮浮,興衰輪回,突然復(fù)興也沒什么稀奇。再或許,存在著一種自然的循環(huán)機(jī)制,鐘擺擺向一方——物業(yè)降價——是鐘擺擺向另一個方向的開始。

根據(jù)你個人的經(jīng)歷和智慧,上述解釋中或許會有你喜歡的,也有可能你會選擇一種我沒有提到過的解釋。但是,你不得不承認(rèn),所有這些假設(shè)的解釋都缺乏說服力,因為它們都是事后的解釋。沒有人預(yù)計到時代廣場的復(fù)興,同樣的,也沒有讓人信服的理論來預(yù)計犯罪率的變化、群體狂熱的爆發(fā)以及政府意料之外的命運(yùn)。我們無法準(zhǔn)確預(yù)測下個月甚至明天的股市會發(fā)生什么,盡管許多人依靠說服別人相信他們的預(yù)測而活得心安理得。

正如英國哲學(xué)家阿爾弗雷德·諾斯·懷特海(Alfred North Whitehead)所寫的:“科學(xué)思維的目的是為了在個性中發(fā)現(xiàn)共性,在瞬間中發(fā)現(xiàn)永恒?!辈恍业氖牵谌祟惿鐣?,發(fā)現(xiàn)模式,尤其發(fā)現(xiàn)人類事件背后的自然法則,就算不是毫無可能,怎么說也是一件非常困難的事情。然而,解釋常常只停留在無休止的爭論和似是而非的敘事上,比如時代廣場的例子就是這樣。或許有人會說人類科學(xué)在很大程度上是一種“敘事”科學(xué),把一件事和另一件事聯(lián)系在一起講故事。我們講故事是因為我們喜歡故事,細(xì)節(jié)詳盡、充滿戲劇性和意料之外的曲折離奇。此外,也因為我們?nèi)狈σ环N對人類社會科學(xué)法則的理解。

不管怎樣,人還是由原子和分子組成的,我們也是大自然的一部分。如果說大自然遵循著某種貫穿于自然法則的模式,我們?nèi)祟愲y道就不該是這樣嗎?150年前,一個名叫亨利·托馬斯·巴克爾(Henry Thomas Buckle)的人肯定也是這么想的。


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