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“远离日常经验”的理论是“伟大”的吗?

已有 1508 次阅读 2022-10-11 22:16 |系统分类:观点评述

远离日常经验”的理论是“伟大”的吗?

  经调查,大学生对相对论和量子力学理论的学习普遍感到困难,表示难以理解,教学效果往往不好,主要的原因被认为是“相对论与直接感受大相径庭”【1】“思维方式与经典力学差异较大,量子力学现象在日常生活中比较少见”【2】。据说当爱因斯坦的相对论刚提出来不久,有人问爱丁顿爵士:“据说世界上只有3个人懂相对论,您是其中之一”。爱丁顿不屑地说:“请问,除了我和爱因斯坦本人,第三个人是谁?”而被认为是继爱因斯坦之后最伟大的物理学家费曼被问到有多少人懂量子力学时,他说:“我可以肯定地说,世界上没有人真正懂量子力学,包括我自己”。很少人懂甚至没有人懂的理论,在大学课堂上经常出现的一幕是:只有老师在讲,学生被动地听,气氛很压抑。连老师自己都不懂的理论还堂而皇之地开设大学课程,甚至有的高中也开设了,真正是“以其昏昏使人昭昭”。然而,相对论和量子力学理论却被誉为是继牛顿力学之后最伟大的理论,是划时代的、革命性的、颠覆性的科学理论。相对论和量子力学理论的共同特点就是“远离日常经验”、“有悖常识常理”,正因为此,人们对其难以理解。

当然,相对论和量子力学理论之所以难懂,除了远离日常经验”、“有悖常识常理”之外,它们还有另一个共同的特点,那就是采用了极其复杂的数学方法,比如广义相对论的黎曼几何、量子力学的薛定谔方程、狄拉克方程、各种场方程等等,要搞清楚这些数学方法没有学完高等数学就够呛,那些在外行人看来“乱七八糟”的算符就跟“鬼画符”一个样。但是,数学方法毕竟是工具,物理学还是要“讲理”的,也就是要讲物理概念、物理意义和物理机制。撇开数学工具(方法)、数学语言(模型),能不能讲清楚“物质运动的道理”?我想大部分还是可以的,只是难以作出在精确的计算和预测。而能够用日常经验、常识常理来理解的物理学,现在被称为“经典物理学”,而经典物理学实际上也会用到很高深的数学工具,比如经典电磁学的麦克斯韦方程组等。可见,相对论和量子力学理论之所以难以理解,主要还不是因为它们使用了极其复杂难懂的数学方法,恰恰就在于它们缺乏了能够被理解的日常经验、常识常理基础。所以说,相对论和量子力学理论被称为是最伟大的理论,是划时代的、革命性的、颠覆性的科学理论,主要就是因为它们远离日常经验”、“有悖常识常理”。

那么,如何判断一个科学理论是否“伟大”?是否越是“远离日常经验”、“有悖常识常理”的“科学理论”就表明该理论越伟大?

显然,大家都会觉得这不大对头,因为通常情况下,越远离日常经验”、“有悖常识常理”就越离谱,越是错误的。

那么,如果一个科学理论显得远离日常经验”、“有悖常识常理”,我们怎么判断它究竟是划时代的、革命性的、颠覆性的科学理论,还是荒谬透顶的、离谱到家的错误理论呢?

依据是什么,标准是什么?

显然,这就涉及到科学真理的标准问题。

哲学家卡尔·波普尔曾提出过著名的判断科学理论和伪科学理论的标准。他认为,科学理论必须具有“可证伪性”,不具有“可证伪性”或具有“不可证伪性”就只能表明它是“伪科学理论”。然而,在科学界,特别是物理学界,许多科学家往往受到另一种思想的主导,认为只要依据理论所做出的预测能够得到实验的验证(证实),即理论值与实验值相符(在一定的误差范围内),该理论就算得到了验证,被“证明”是正确的科学理论。这种主导思想实际上是错误的。波普尔认为,“可证实性”并不能排它地保证理论是科学的,因此以“可证实性”来判断理论的科学性是不严谨的。也就是说,以实验结果验证理论的正确性是不可靠的。举个不太恰当的例子,考试时经常有这种情况,考生解题过程或方法虽然是错误的,但是最后结果(比如填空题或选择题)却与标准答案一致。我们能认为只要他的结果与标准答案的结果相一致,就认为该学生的解题方法是正确的吗?这就说明了仅仅依据实验结果是否与理论预测相一致来判断理论的正确性是不完全靠谱的,因为不能排除即便理论错了,也能得出与实验结果相一致的预测(计算)结果的情况。这就是为什么波普尔坚持要以“可证伪性”代替“可证实性”来判断理论科学性的原因。当然,“可证伪性”仅仅只是判断理论是否属于解决科学问题的理论,并不作为理论正确性的判断,即只判断该理论是不是“伪科学”理论。如果某个理论被“证伪”了,就表它错了,虽然是错误的科学理论,但不属于“伪科学理论”。如果该理论被“证实”了(实验结果与理论预测相一致)却并不能保证其一定是正确的理论。

那么,如何判断一个科学理论的对错呢?

对此,本人早有论述(参见“《如何检验科学理论的正确性?[3]》):我们都知道“实践是检验真理的唯一标准”,检验科学理论是否正确当然是要依靠“实践”。实践是一个哲学概念,它实际上包含了人类自我自觉的一切活动。在这个活动的过程中,必然经历主体与客体之间的相互作用过程。在这个相互作用过程中,人类获得了经验与知识。也就是说,所谓的常识或日常经验,不过是无数的人从古到今经过无数次的实践“检验”,并且现在无数的人每天正在进行实践“检验”的常见事实。由此可见,常识或日常经验所反映的常见现象是最最基本的客观事实

然而,有些人却以“太阳从东边升起”的日常经验得出错误的“地球中心论”为例子否定“日常经验”,认为日常经验靠不住。但这个例子中,“太阳从东边升起”这个现象本身并没有错,这是一个不容抵赖的基本事实,错误的是“地球中心论”这个“科学理论”。这恰恰证明了被“证实”的科学理论不一定正确。

因此,实践“检验”科学理论的正确性不能仅仅靠“证实”,即与实践结果(客观事实)相符,而更应该看它是否违背客观事实。这就回到了卡尔波·普尔的观点,即科学只能证伪。如果一个理论违背了基本客观事实,那就可以判定它是错误的理论。而如果它符合客观事实呢,则不一定是正确的。当然,一个正确的理论必然是要求符合客观事实的。常识或日常经验,实际上就是最最基本的客观事实。显然,只要一个理论违背了常识或日常经验,就它就必定是错误的。

本人比卡尔波·普尔更全面、更进一步,提出了科学理论的逻辑检验标准,即科学理论不能违背最基本的逻辑——同一律或不矛盾律。与波普尔观点类似,科学理论“符合”基本逻辑也不一定就是正确的,所以不能以某个理论能够“逻辑自洽”来证明自己是正确的。而最最基本的逻辑——同一律或不矛盾律,就是所谓的“常理”,或曰“常识理性”。可见,只要某个理论违背基本逻辑,违背常理,就能判定它是必错无疑。

可见,我们无法判定一个科学理论是“对”的,因为即便你通过时间检验它与基本逻辑相符,与基本事实相符,与实验结果相符,都不能排除它也有可能是错误的。但我们却能判定一个科学理论是错的,因为只要发现它与基本事实或基本逻辑任何一条相违背,就把它证伪了。所以,任何科学理论,只要发现它不符合不符合日常经验,不符合常识常理,就能断定它必错无疑。

现在在回过头来看相对论和量子力学理论,它们都与日常经验大相径庭,完全违背常识常理,您还认为它是伟大的理论吗?那些违背基本事实与基本逻辑,违背常识常理,远离日常经验的理论,您还认为是划时代的、革命性的、颠覆性的科学理论吗?

 

[1]陈梦姣,袁海泉,朱国斌.大学生相对论学习准备的调查研究[J].物理与工程,2011,21(05):59-62+65.

[2]李小华,孙小东,郑波,路兴强,张振华.问题式教学法在量子力学课程中的教学探讨[J].教育教学论坛,2014(24):102-103.

[3]曾纪晴。如何检验科学理论的正确性?https://blog.sciencenet.cn/blog-52021-1292687.html




https://blog.sciencenet.cn/blog-52021-1359029.html

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