逻辑与发现:物理学领域经典范例启示录

作者: 冯琦

来源: 科学出版社

发布日期: 2023-01-20 09:01:38

本文探讨了逻辑在科学发现中的重要性,特别是从古希腊到现代物理学的发展过程中,逻辑如何帮助科学家们揭示自然规律。文章通过具体的例子,如农业领域的二十四节气、颐和园的十七孔桥设计、火药和造纸术的发明,以及针灸和《本草纲目》的实践,展示了古代中国在实验和经验总结方面的成就,但也指出了系统性理性分析和因果关系探索的不足。

冯琦往古来今谓之宙,四⽅上下谓之宇。——《淮南⼦·⻬俗训》(⻄汉)浩瀚的宇宙都掩藏着什么样的秘密?古往今来的智者凭什么来逐渐揭开那些神秘的⾯纱?

1953年,在致斯威泽 (J.E.Switzer) 的信中,爱因斯坦谈到科学的发展时写道:⻄⽅科学的发展⼀直以来都根植于两项伟⼤的成就,就是希腊哲学家发明的 (融合于欧⼏⾥得⼏何中的) 形式逻辑体系,以及后来 (⽂艺复兴时期) 发现的由系统实验找出因果关系的可能性。在我看来,没有必要对中国先贤没有迈出这⼏步感到惊讶,令⼈惊讶的事情是这些发现居然被摸索出来了。

虽然我们在我国古代先贤留下的记录中能看到对于逻辑的摸索仅在墨⼦和荀⼦那⾥起步,并且很难看到令⼈信服的对“由系统实验找出因果关系”展开系统性摸索的事例。但是,对⽇常⽣活中出现的⾃然现象的观察和总结,甚⾄归纳,⽤于指导⽣活实践的典型例⼦还是很丰富的,有些涉及物理过程和化学过程的例⼦甚⾄可以令⼈相信先贤⼀定经历过⼀系列的反复实验。

⽐如,在农业领域为了适应农业⽣产的需要,从⻓期反复观察中总结出来的⼆⼗四节⽓的变化规律,尽管没有可以⻅到的记录来回答“何以如此”,但“就是如此”这⼀事实则⼴为⼈知,可以相信我国古代先贤在对天象、⽓象和地理的⻓期观察中积累了丰富且合乎现实的经验总结。

⼀个令⼈惊讶且信服的例⼦就是在颐和园的⼗七孔桥的设计和建造中所展现出来的精准,当且仅当每年冬⾄的那⼀天,太阳⻄下的时候阳光以完整充填的⽅式穿过⼗七个桥孔,显现出⼀幅精美绝伦的景象。⼜⽐如,⽕药和造纸术的发明,⽆疑都是在经过反复的物理和化学实验之后才能以丰富的经验得到⼀套制造的“标准化”⼯艺流程,只是很可惜,似乎没有证据表明曾经有过对那些“标准化”⼯艺流程背后的原理是什么的问题合乎现实的回答或思考。

再⽐如,指南针的发明也⼀定是经历过很多次观察实验之后得到的结果,只是同样遗憾似乎没有证据表明曾经有过对吸铁⽯能够吸铁的原因进⾏卓有成效的思考。另外⼀个⾮常有说服⼒的例⼦应当是针灸,⼀部《⻩帝内经》,⼀整套可以⽤来指导医疗实践的经验总结以及脉络⽳位图谱,必定是经过⻓期的反复的实验摸索总结出来的结果。

即使到了今天,针灸依然适⽤,甚⾄在⻄⽅开始被⽤于医疗实践,但是依旧不能从理性、⾼度系统性的理论上解释为什么当银针刺激相应的⽳位时能够缓解甚⾄治愈那些病痛。与此相关的,李时珍的《本草纲⽬》也是他⾃⼰在经历过⽆数次反复尝试之后留下的经验总结。似乎可以说,实验总结或者经验总结是我国先贤为我们留下的丰富遗产,但是系统性的理性分析是⽋缺的,“由系统实验找出因果关系的可能性”似乎也没有被真正发现。

为什么会这样呢?这⾥的原因可以有很多,但其中的⼀条似乎⽐较清楚,因为要想找出因果关系,⾸先需要意识到或者相信具有因果关系,有其然必有其所以然,以及有必要找到因果关系,不仅知其然还应当知其所以然;其次就是在因果关系的探索过程中,思考者需要有系统性的⾃觉和使⽤逻辑⼯具的⾃觉,⽽现有可查的记录显示对于逻辑的摸索仅仅只是刚起步。

在没有能够保障正确性或者没有保障⾜以说服⾃⼰和建⽴⾃信的规矩与⼯具的情形下,追求“所以然”,追求因果律,即便充满欲望、饱含动机,仍然有可能是令⼈困惑与茫然甚⾄⼀⽆所获的事情。

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