科学的极限和局限

 

在讨论科学极限问题之前,我们先了解一下什么是科学的研究对象和研究思路。

 

科学大厦的建构

 

科学(自然科学,以下统称为“科学”)是研究有限物质的学问,实验验证是科学最重要的前提,因为实验不可能验证无限的事物,所以决定了科学永远无法讨论无限的问题。而科学理论体系是大约2300年前以亚里士多德提出的前提条件、逻辑推演和结论建立的。到了文艺复兴时期,欧洲的科学家制造了观测实验的各种仪器,这样就可以验证科学理论的真伪,以及其是否具备可重复性。

科学体系中的前提条件是科学大厦的基石,逻辑演绎是科学大厦的框架,结论是科学大厦的外观,所以说科学最为重要的是前提条件的讨论,其次才是逻辑演绎,最后得到结论就变成了自然而言的结果。

欧洲科学家早期都是通过学习欧几里得的《几何原本》完成科学思维训练的。这本书开篇通过23个定义、5个公设和5个公理,来完成前提条件的设立,然后开始讨论几何学的问题。文艺复兴后期,一批经过了这样科学思维训练的科学家诞生了。

如果以果实做比喻,科学体系中的前提条件是果子里的内核,而结论只是果子的外表。但是现在中国的科学评价体系主要以发表SCI数量和引用率作为考核指标,往往科学论文之所以发表,主要是因为有比较好的结论,并不一定注重讨论科学体系中的前提条件。

而科学论文引用率的高低也并不能体现出科学的内核,《Nature》杂志通过统计多年论文发现,最高引用率的文章大多数是统计方法和工具类的文章,提供了研究科学问题逻辑演绎的手段,这可能是因为不同年代大家需要使用这个时代所拥有的工具来完成所要达成的任务。

 

科学的前提条件

 

但科学的前提条件才是最本源和重要的。牛顿和爱因斯坦无疑是人类最伟大的科学家,虽然他们没有多少SCI论文和引用率。如果大家更明白科学研究的思路,就很容易理解他们之所以伟大,是因为他们更多地提出物理学科的一些基本的前提条件,例如牛顿三定律奠定了经典力学的根基,爱因斯坦1905年完成的6篇具有划时代意义的论文,影响了百年来物理学的发展,等等。

当前提条件被突破时,就是学科大发展的契机,就是建立新学科的开始。非欧几何(非平面几何),例如黎曼几何(球面几何)等的出现就是在欧氏几何(平面几何)的前提条件改变以后才出现的新几何学。

在19世纪末期,经典力学的大厦已经非常宏伟,这个大厦的根基就是经典力学的前提条件,即牛顿定律F=ma,当时被视为是永恒真理,但是后来科学家发现这个定律并不适用于高速、微观的情况下,只有在低速、宏观的时空背景下,这个定律才适用。

到了20世纪初期,爱因斯坦突破了经典力学的前提条件,提出了狭义相对论和广义相对论。

所以千万不要迷信科学,科学的前提条件不是永恒的真理。视不永恒的为永恒,是老科学家常常打击和排挤新理论的思想根源,这其实就是一种拜偶像的反应,因此阻碍科学发展的情况在历史中也多次出现。

因为我的百姓作了两件恶事,就是离弃我这活水的泉源,为自己凿出池子,是破裂不能存水的池子。”(《耶利米书》2:13)这句话指的两件恶事,就是首先否认上帝是永恒的绝对真理,然后用非永恒的东西代替上帝。

其实很多科学家内心深处都坚信存在一个绝对真理,这也是其奋斗一生的动力源泉。其实,关于宇宙的永恒真理上帝早已启示给人类。上帝的启示不但是科学终极的前提条件,也告诉了我们科学的边界和极限。

 

科学的三大极限

 

有能力指明科学的边界和极限的科学家,一定是非常伟大的。例如很多非常聪明的研究生,在求学阶段可以发表多篇高质量论文,但是毕业后离开导师,就很难再有非常高水平的成果出现,最为主要的原因大概是,这些同学并没有很好地了解此学科的科学边界、极限或者前提条件,所以相应的学科根基就浅,在自己独立开始科研的时候,经常没有头绪,不知从何入手。

笔者认为,现代科学主要有以下三大极限:

 

1、宇宙的从无到有

宇宙大爆炸,大约138亿年前。当人们利用天文望远镜的时候,发现距离地球越远的星系所发出的光波越偏向于红色,这种红移效应说明宇宙之间的星系都在逐渐远离。而到了1978年,诺贝尔物理学奖颁发给了证明宇宙背景辐射存在的两位科学家,他们发现宇宙爆炸后有处处残留的余温存在。

宇宙大爆炸的理论,基本已经被科学界所认同,截止到现在,人们可以利用标准的宇宙模型理解宇宙爆炸后10的-34次方秒以后的变化情况,人们有可能还会继续认识宇宙大爆炸之后的微小时间的变化,但是在这之前的宇宙是个奇点,那个时候所有的物理定律都是不适用的。因此宇宙怎样是从无变为有的,变成了人们理解宇宙大爆炸理论的认识极限。

 

2、生命的从无到有

其实最微小的生命体并不是细胞,细胞里面包含细胞核,细胞核里有染色体,染色体是由多个双螺旋形状的DNA组成,DNA又可以分成多个基因段,每个DNA和基因段都是由ATCG这四种碱基组成。但是,DNA是如何产生的,目前仍然是个谜。没有DNA,在地球之初又怎么能产生生命呢?这是人类认识生命起源的极限。

 

3、人类的从无到有

在《人类简史》中提到智人之所以可以从其他的人种中脱颖而出,是他可以讲故事,可以谈论他们眼前看不到的事情,这是进化理论完全无法解释的。圣经中说:“耶和华上帝用地上的尘土造人,将生气吹在他鼻孔里,他就成了有灵的活人,名叫亚当。”(《创世记》2:7)人有灵魂,有上帝的形象,具有了前所未有的创造性。人类起源问题也是科学的一个极限。

如果让牛顿和爱因斯坦时光穿越到今天,我想他们一定会发现他们工作的科学价值,都是在三个科学极限基础之上的工作,而这三个科学极限是他们科学工作的前提条件。

科学的以上三大极限,都跟在3000多年前上帝启示摩西所写的圣经《创世记》第1章里所讲的宇生命和人类的起源有关。所以我相信上帝的创造和启示是科学最终极的前提条件。

 

 

参考文献:

《自然》杂志解密百年来最高引用率研究成果

http://news.bioon.com/article/6661331.html

原始文章出处The top 100 papers 《Nature》 2014-10-24

http://www.nature.com/news/the-top-100-papers-1.16224

量子重力场论——物理的最终前沿?2015-12-12 台湾大学陈丕燊教授 http://www.gewuphysics.com/2015/12/lec-quantum-gravity/

南京大学 李俊教授《科学启蒙》课程http://mooc.chaoxing.com/sitesearch?fid=145&keyword=%E6%9D%8E%E4%BF%8A

唐崇荣牧师《创世记》《希伯来书》《约翰福音》查经的音视频

徐理强教授《走出抑郁症》

《人类简史》2014年中文版出版,作者是[以色列]尤瓦尔·赫拉利

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