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通识大讲堂 | 王永雄:直尺该怎么用——科学的直线与局限

发布时间 :2019/01/02  编辑:刘纯友   资料来源:   点击次数:

2018年12月20日下午15:00,武汉大学樱顶老图书馆座无虚席,香港中文大学通识教育基础课程副主任王永雄博士为全校师生带来了一次别开生面的科学之旅。王博士学兼文理,既在物理学领域有精深造诣,同时又是哲学博士,对科学的局限有着深刻的反思。王博士的讲座语言生动有趣,深入浅出,不仅规避了复杂的数学计算和物理公式,而且仅仅只采用了初中生的欧姆定律和高中的自由落体和牛顿三定律就完成了一番对科学的精深的探索与追问。


本次是通识教育大讲堂第十一讲,由武汉大学《自然科学经典导引》首席专家、物理科学学院博士生导师桑建平教授主持,讲座开始前,桑教授向王永雄博士颁发了通识大讲堂主讲人纪念证书。

讲座伊始,王老师通过发生在课堂上的“空间”问题向大家介绍了港中大的各种空间,并特别提到图书馆对自己童年成长的重要作用。王老师现身说法,以“想当年——玩游戏——明疑问”的三部曲形式,充满童趣而又不乏机智幽默的思考和语言展示了自己对科学的认识与反思。


首先是“想当年”,忆往昔峥嵘岁月,王老师是如何与物理结缘的呢?他当时觉得,物理学就是宇宙最基本的原理,只要知道了此刻所有的物理量,就能推知过去未来所有的物理状态,也就是说可以未卜先知、预测未来。想想就觉得这是一件多么伟光正的事情啊,也许有点好笑,但这确实是王老师学习物理的初衷(后来,量子力学残忍地摧毁了王老师的美丽梦想,这个世界只有或然而没有必然,他很伤心)。然后是“玩游戏”,进入物理学的大厦之后,每个人都要做实验、测数据,然后画直线。王老师以欧姆定律为例,在电路不发生变化的情况下,实验告诉我们,电压和电流成正比例关系,这可以说是每个初中生的常识。至于那条直线,想必每个初中生都画过。然而,如果我们多问一句,事情真的如此简单吗?恐怕未必。我们只测试了有限个点,根本无法确证所有的点都会落在直线上。实际上,即便是这些有限点,也都或多或少地与直线有所偏离。那么是什么让我们毫不犹豫、义无反顾地就画了直线并且相信无论多少个点都会是直线呢?我们这种画直线的行为是绝对正确的吗?王老师接下来带着大家玩了很多次游戏,游戏很简单,通过有限个点来推知事物的全貌,有时大家猜测正确,猜测错误也时有发生。这表明,人类并不百分百具有由部分推知整体的能力。最后是“明疑问”,其实“玩游戏”的过程中已经有了很多疑问,但如果仔细思索,就能发现还有很多很多疑惑在等待着我们。如果我们进一步追问,电压从何而来,电流从何而来,欧姆定律是否适用于任何条件等诸如此类的问题,就会发现,科学理论可能只是暂时正确,不能保证永远正确。


欧姆定律是每个初中生都学过的,实验也是众所周知,然而扪心自问,我们可曾对此有所反思。恐怕并没有,我们只停留在“画直线”的技术操作,而不去思考直线何以成立的问题。王老师则通过充满童趣天真的“三部曲”式追问,启迪着对科学本身的思索,并关联到科学的实质与局限之所在。这由此也启示我们,“好奇心”与“追问”是科学精神的重要表现。

“石头为什么向下跌”?这个问题在古希腊亚里士多德时代就已经有所思考,当时的看法是,所有的土元素都有趋近地球中心的性质,故物体会落向地面,且下落速度与物体重量成正比。到了伽利略时期,他首先通过思想实验推翻了这个结论,又通过物理实验验证了自己的猜想,得出了自由落体定律,即物体的下落速度与重量无关的结论。然而这只是解决了“如何”与“现象”层面的问题,依旧没有回答“为何”与“本质”的问题。直到牛顿时代,提出了力学三定律,并由此发现了万有引力,统一了天上与地下,似乎在一定程度上解决了“为何”的问题。


但问题依旧层出不穷,“万有引力”从何而来,为什么会有“万有引力”,牛顿的数学化宇宙在任何情况下都是有效的吗?科学的发展告诉我们并不是这样,在微观领域我们需要量子力学,而在宏观领域我们则必须考虑相对论,此乃其一。其二,数学化的宇宙依旧只是用数学来描述整个宇宙,然而宇宙真的能完全用数学关系进行表达吗?其三,数学化的宇宙仿佛是超级大机械,我们只知道它在运转,但却不知道它从何时开始运转,也不知道它运转的目的是什么,进一步,我们也不知道时间和空间到底是什么(然而一切物理和数学描述都建立在这个基础上),此外,我们深信可以由部分而还原整体,并相信科学规律的存在,然而这一点谁能证明呢?以上只是对科学进行的“科学性”的反思。


更重要的是,在这样数学化的机械宇宙中,意义与价值无处安放了!科学仪器越是精密,意义与价值就越无家可归,世界成了冷冰冰的齿轮,人性茫然无措,退化为机器性的存在。王老师进而指出,实际上存在着四个层面的问题,即观察、推论、意义和价值。观察问的是现象,即是什么;推论问的是规律性的后果,即会怎样;意义关涉的则是人生,即对人怎样;价值问的是伦理,即该怎样。科学所研究的主要是前两类问题,对后两类问题似乎有点无能为力。


除此之外,科学的还原论还存在着一些问题。如《寻找记忆的痕迹》一书指出,科学有两大难题亟待解决,其一是统一性问题,其二是主观性问题,前者相对容易,而后者则极为困难。主观性涉及意识,而意识似乎并不存在基本单元,不像生命活动中有细胞,科学活动中有原子,我们只能经历一个意识,不能重复,不能拆分,因此用不上还原论。最后,王博士提到,这种还原论思维的典型方法论就是分析与综合,而中国古代科学则更多地使用类比与联想的方法,他进而认为,类比与联想有可能是未来科学发展的一个方向。实际上,人类有很多科学问题与发现确实是通过类比联想完成的,如太阳黑子与极光的联系、仿生学的诸多运用等。


王老师的讲座是极佳的通识课程标本,不仅在技术层面规避了复杂计算,只使用了大家习以为常、耳熟能详的基本科学知识,而且在理论层面对科学进行了深刻的反思。讲座过程中,王老师充满童趣的幽默让老图书馆欢笑不断,又发人深省,与人领悟。这启示我们,在不假思索地画直线的同时,也应该去思考直线背后存在的问题,不仅要看到直线之上,也要看到直线之外,不仅要观察直线如何,更要探究何以直线,并进一步理解直线与人、世界之可能性的关联。