以“清洁力”为例揭示科学的误区

2012年10月16日 9:11     评论»
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牛顿的万有引力理论本身并没有揭示引力作用的实质。图为太阳系天体示意图。(NASA)  

在艾尔兰的〈揭开科学之谜〉一文中,介绍过一个很有趣的假想实验:我们观察市区街道上的菸头、果皮等垃圾,把它们作为研究对象,用现代科学的方法研究其运动的规律。请严肃,这不是开玩笑,是严肃的科学试验。

我们发现,垃圾每天白天在街道上逐渐变多,到了第二天早上,就没了。这是一个很明显的周期性的规律,按照现代科学的方法,我可以用数学,把这种规律描述得 更科学一点,更精确一点。我可以选择市中心一百米的街道范围,按时间抽样清点此范围内白天不同时间垃圾的数量,可以画出一条每天垃圾数量变化的曲线。

这样我们看到了每天垃圾数量变化的规律,下一步就要探寻导致这种变化规律的决定因素。垃圾数量的最主要变化规律是,到了早晨五、六点钟,所有的垃圾突然变 没了。(假定我们不知道它是清洁工人在每天清扫,我每天不起早,也看不到人清扫。)我认为有一种“力”的作用,使垃圾变没了,我把它命名为“清洁力”。

我的垃圾理论推出之后,还有人继续在这一领域研究。发现我的垃圾理论并不完备,发现不是每天垃圾都按时消失,会有特例。还有的时候,一天出现远远超出平常的大量垃圾。而这些特例的出现次数没有甚么规律。

当然,在我们知道人活动导致这一切变化的基点看来,那特例不过是有时清洁工生病了,没能按时上班而已。

而有的时候垃圾超常的多,是因为那天有足球比赛,人流量大,扔的垃圾多导致的。可是在不了解背后人工因素的情况下,对于仅从物质表面进行研究的人来讲,这特例的出现实在是深奥,以致至今没有完善的理论解释这一特例。

采用数学的描述方法,看似严谨,但没有甚么实质意义。

上面的实验看起来很简单或许像笑话,但揭示的问题却并不简单。这个实验使我们有机会清楚地看到了运动背后的实质成因,也看到了在排除了导致物质运动背后的 生命因素时,仅从物质表面盲人摸象式地研究其运动规律和成因,是多么的不得要领。另外,其采用数学的描述方法,看似严谨,但没有甚么实质意义,这在特例出 现时,已经表现得犹为清楚。再有,所推出的“清洁力”的假说是在没有认识到运动本质成因情况下的一种牵强的解释而已,并没有揭示甚么实质,如果我们再追问 下去,“清洁力”是哪里来的呢?还是不得而知。

我们从这个例子,再来看现代科学对我们这个世界的认识。我们以万有引力为例。万有引力的发现首先归功于早期天文学家大量的观测积累。科学家们从观测中,发 现了一些行星运行的规律,简而言之,就是关于行星运动的开普勒三大定律。为了解释行星运动的这些规律,牛顿(Isaac Newton)将自己的第二定律应用于天体,认为行星的椭圆轨道表明其运动受制于一个外力,他用严格的数学推理,导出这个外力的作用特点,最终得到了万有 引力公式。

大科学家牛顿认为自己对万有引力的成因并没有答案。(维基)

尽管牛顿对重力的描述对于众多实践运用来说,十分的精确,但牛顿的理论与实际观测还有不吻合的地方,比如,它并不能完全解释出,水星在沿其轨道运动到近日点时出现的进动现象。

牛顿理论的预言(由其他行星的重力拖曳产生)与实际观察到的进动相比,每世纪会出现四十三弧秒的误差,等等。此外,世界上某些地区,会出现特异的现象,用万有引力理论还无法解释。

比如美国加州圣塔柯斯(Santa Cruz)小镇的郊外,有一个叫作“神秘点”的神秘地带,这里有一片茂密的树林,奇怪的是所有的大树都向同一方向大幅度地倾斜。更为离奇的是:人在此地也 无法垂直站立,身体竟会不由自主地与树木向同一方面倾斜而不跌倒,而且在行走时步履稳健,毫不费力。在这个地方,凡是挂着的东西,都无法与地面形成直角, 总是处于倾斜状态,甚至从空中落下来的物体,也是倾斜地落下。如果把圆球放在一块斜土坡上,球竟会从低处向高处滚动。至今仍然无人能揭开这个谜。

 

“我还没有能力,去从现象中发现产生这些重力特性的原因……”--依萨克.牛顿 

更重要的是牛顿的万有引力理论本身并没有揭示引力作用的实质。牛顿自己对此也一直不满意,他说:“我还没有能力,去从现象中发现产生这些重力特性的原 因……一个物体可以不通过任何介质穿过真空间的距离,对另一个物体产生作用,在此之上它们的活动和力可以传送至对方,这对于我来说简直就是一个天大的谬 论。因此,我相信,任何有足够的哲学思维能力的人都不会沉溺于此。”

引力理论要求,引力作用不需要任何媒介瞬时进行超距传输,这也是现代物理学家对之不满意的一个原因。现代物理学家不断的进一步探索,试图揭示引力的实质。

广义相对论、量子引力理论、弦论等都是现代物理学家的努力方向,但迄今为止,还没有人得到满意的结果。

我们看到,上述这个科学发现过程和前述例子“清洁力”的发现,从方法上讲是一样的。仔细比较两个例子,有助于揭示我们关于科学的认识上的误区。

假定我们的科学规律,包括万有引力的背后,真有超越人类能观测到的这个物质空间的高级生命在控制着,那么现代科学的探索之路,从基点上就偏离了,就像“清洁力”的探测一样。如果不改变对这个宇宙、生命认识的基点,那么也许永远也探索不到关于宇宙本质的真相。

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