23.2 科学知识网之缺口

我们称为科学的知识构架中存在着裂缝,一个缺口。热衷于科学的年轻人填补了这个缺口,他们没有背负睿智前辈们强加的包袱。而这个缺口让我对科学的空间充满了好奇。

科学知识是一种平行的分布式体系。没有中心,没人处于控制地位。其中容纳着无数智慧的头脑和分散的书籍。它也是一个网络,一个事实和理论互相作用互相影响共同进化的体系。但是作为在崎岖不平的神秘王国中并行探索的行动者的网络来说,科学研究的领域远比我在这里已经谈及的任何领域都更为宽广。仅仅适当地论述科学的结构,就需创作出比我至今已完成的著述更冗长的一本书。在此结尾的章节中,对此复杂体系我只能点到为止。

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知识、真理和信息在网络和群体系统内流动。我一直醉心于科学知识的构造,因为看上去它似乎凹凸不平、厚薄不匀。我们共同了解的很多科学知识都发源于一些小的领域,而在这些领域之间却是大片无知的荒漠。我可以将现在的观察数据解释为由正反馈和吸引子带来的结果。一点点知识就可以阐释周围的许多现象,而新的阐释又启发了知识自身,于是知识的角落迅速扩大。反之亦然,无知生无知。一无所知的领域,人人都避而远之,于是愈加一无所知。结果就出现这样一幅凹凸不平的图景:大片无知的荒漠中横亘着一个个自成体系的知识山峰。

在此由文化产生的空间中,我最着迷的是那些荒漠——那些科学认知的缺口。对于未知的事物我们能知道些什么?进化理论隐现的最大希望是揭开生物体为什么不改变的神秘面纱,因为静态比改变更为普遍,也更难解释清楚。在一个变化的系统我们对于不变能了解多少?变化的缺口向我们明示了变化整体的什么情况?因此,我跃跃一试要探个究竟的是整体空间中的认知缺口。

这本特别的书遍布缺口以及整体。我不知道的远远多于我知道的,但是很不走运,论述我不知道的却远远难于论述我所知道的。由于无知的本性,我当然也无法知道自己所拥有知识的所有缺口。承认自己无知真是个不错的秘诀。科学认知也是如此。全面勾绘出人类在科学认知上的缺口或许就是科学的下一次飞跃。

今天的科学家相信,科学是不断革新发展的。他们通过进行着微小变革的模型来解释科学如何发展。按此观点,科研学者建立起一种理论来解释事实(比如,因为可见光是一种波,所以能生成彩虹)。而理论本身又能指引寻找新的事实。(你能弯曲光波吗?) 。又是收益递增法则。把新发现的事实整合进理论体系,就使得理论更加有力也更加可靠。偶尔,科学家们会发现不易用理论解释的新事实(光有时的表现像粒子)。这些事实被称为异常事件。当与起支配作用的理论一致的新事实不断涌现时,最初的异常事件就被搁置不理。到了某个时刻,经验证,累积的异常事件太大、太讨厌、或太多了,再也无法忽略了。这时,必然会有一些激进分子提出变革性的另类模型来解释异常事件(比如,光的波粒二象性)。旧的理论被扫地出门,新的理论迅速占据优势地位。

按照科学史家托马斯·库恩[1]的说法,起支配作用的理论形成被称为典范的自我强化思维,来指定哪些是事实,哪些只不过是干扰。在此典范内,异常事物是些微不足道的、稀奇古怪的、凭空幻想的、或是不合格的数据。赞同典范的研究计划就会获得拨款、实验空间和学位认可。那些忤逆典范的研究课题——那些涉猎分散琐事的课题——就什么都得不到。然而,拒绝了资金支持和学界信任而又作出伟大变革发现的著名科学家比比皆是,这样的故事已经很老套了。在本书中,我引述了几个那样的老套故事供大家分享。其中一个例子介绍了涉及的那些被忽略的工作,是用拥有与新达尔文教条相抵触思想的科学家们所做的。

库恩在他那本有创意的著作《科学变革的结构》[2]中提到,科学史上真正的发现,只能「从了解异常事物开始。」进步源自对反面意见的认可。受到压制排斥的异常事物(及其发现者)凭借反面事实揭竿而起夺取王位,颠覆一系列已确立地位的典范。新的理论至少在一段时间内占居优势地位,直到它们自身也僵化起来并对后起的异常事物麻木不觉,最后自己也被赶下宝座。

库恩的科学典范更替模式如此令人信服乃至自己也变成一种典范——典范的典范。现在,我们在科学领域内外随处可以看到典范和推翻典范的事例。典范更替成为我们的典范。如果事物没有真正地那样演化,那么,这个事实就是异常事物。

阿兰·莱特曼和欧文·金戈里奇在1991年的一期《科学》杂志上发表论文《异常事物何时出现?》声称,和库恩的占统治地位的科学模式相反,「只有在新的基本概念范围内对某些异常事物做出令人信服的解释,它们才能为大家所公认。在此之前,那些特异的事实在旧框架内要么被当作假想的事实,要么被忽视。」换句话说,最终颠覆典范的真正异常事物,最初甚至没被看作异常事物。它们被视而不见。

基于莱特曼和金戈里奇的文章,这里有一些简短的例子来解释「事后识别」。

南美洲和非洲的地形就像锁和钥匙一样契合,这一事实从未困扰过二十世纪六十年代前的地质学家们。对此现象的观察,以及对大洋中脊的观察也未对他们或他们的大陆成形理论造成任何困扰。尽管自打第一次有人绘制大西洋海图时这一显著的契合就被注意到了,但这个即存的事实甚至不需要解释。只是后来对此有了解释,大家才事后识别这一契合。

牛顿精确测量了很多物体的惯性质量(使物体运动的内在动力,就像钟摆开始往复的动力)和它们的引力质量(以多快的速度向地表坠落),以此来确定这两种力是均等的,如果不均等,在做物理学运算时可能就会互相抵消。几百年来这两者的关系从未有人质疑。可是,爱因斯坦惊讶于「牛顿定律在宇宙中的大厦基石里找不到任何位置。」和别人不同,他对此穷追不舍,最终成功地以创新的广义相对论阐释了这个现象。

几十年来,宇宙动能和重力能之间几乎精准的平衡——这对作用力使膨胀中的宇宙得以在暴涨和坍塌间维持平衡——天文学家顺便注意到了这种现象。但是,这个现象从未被当做一个「难题」,直到1981年革命性的「宇宙膨胀」模型问世,才使这一事实成为令人不安的悖论。对此平衡的观察,开始并不是异常事物,直至典范更替后,回顾过去,它才被看作麻烦制造者。

以上例子的共同主题都是说,一开始异常事物都只是人们观察到的事实,完全不需要解释。这些事实不是引起麻烦的事实,它们只是事实。异常事物不是典范更替的原因,而是更替的结果。

在一封写给《科学》杂志的信里,戴维·巴拉什讲述了自己的经历。1982年他写了本生物社会学的教科书,书中他写到「自达尔文开始,进化生物学家们常被此现象烦扰:动物常常做一些看上去利他的行为,而往往自己要付出极高的代价。1964年,威廉姆·汉密尔顿出版的包括适应性理论的刊物开创了生物社会学。他的理论提供了尽管有争议但是切实可行的方法来解释动物的利他行为。」巴拉什写道,「受莱特曼—金戈里奇论文的启发,我当时回顾了大量1964年以前的有关动物行为和进化生物学方面的教科书,却发现,事实上——和我上面引用的主张(生物学家的烦扰)相反——在汉密尔顿顿悟之前,动物界出现的明显的利他行为并没困扰进化生物学家们(至少他们没有对此现象投入精力做多少理论探究或是实验考察)。」他在去信的结尾半开玩笑地建议,生物学家们「来给大家上一课,讲讲我们所不了解的,比如说动物的行为。」

托马斯·库恩(Thomas Kuhn, 1922~1996)美国哲学家,曾任麻省理工学院心理学讲座教授。他认为类似爱因斯坦发现「相对论」的事件在科学研究中并非常态,而是革命性的创举。

《科学变革的结构》:The Structure of Scientific Revolutions