科学的范式

Author: 摸象的盲人 | Origin link: wechat link

科学永不正确,正确则无科学。

在前文 《思维的范式与陷阱》 中,提出了人类思维的四分法,即:

宗教 ——既不能证明,也不能证伪

数学 ——既可以证明,也可以证伪

科学 ——必不能证明,但可以证伪

社会学 ——虽可以证明,但不能证伪

宗教和数学的范式已经讲过了,今天我们就来聊聊科学的范式,略烧脑,请坐稳扶好。

世人对科学误解之深广,令我瞠目结舌、肝肠寸断,在学阀塑造的语境中,科学完全成了正确的同义词,这种观点错得极其离谱,完全是南辕北辙,其危害酷烈到几乎要杀死科学的程度。事实上,我曾考虑过把本文的标题定为《科学之死》,只因过于惊悚超过无知者的承受极限有哗众取宠之嫌而作罢。须知,科学与正确毫不相干,相反,科学总是伴随着错误成长,如果非得讨论正确和错误的话,科学的定义应该是 ——可以被证明为错误的学说,或简称“可证伪”。

卡尔 ·波普尔对科学有一个最经典的定义,而这也是爱因斯坦最推崇的定义,那就是:

一个理论是科学的,当且仅当它能够通过观察或实验被潜在地否定。即,理论必须作出明确的、可检验的预测,存在某种可能的观测结果,如该结果发生,将证明该理论为假。

科学理论的核心要素从来都不是 “必须对”,而是“可能错”。

科学永不正确,正确则无科学。

“正确的科学理论”,就像齐天大圣孙悟空一样,是个完全想象的虚无概念,过去不存在,现在不存在,将来也绝对不可能存在。

世界上存在过的科学理论只有两种,一种是已被证伪的理论,另一种是尚待证伪的理论。

牛顿万有引力理论是伟大的科学理论,它经历住了天王星、海王星的考验,但没能熬过水星轨道近日点进动的考验,于是已经被证伪。虽然已经被证伪,但仍然不失其伟大,理应永远在科学史上占有显赫的一席,并且在精度要求不高的情况下仍然是一种近似简便算法,具有工程学上的实用价值。

爱因斯坦相对论也是伟大的科学理论,它以非凡的勇气和智慧,预言了星光在太阳附近的弯折,提前计算并公开宣布了星光弯曲的角度( 1.75 角秒)。如果观测(相对其他一切竞争性理论,特别是牛顿引力理论)显著偏离该数值,就意味着相对论被证伪,这就叫可证伪性。幸运的是,它经受住了这次考验,从而取代牛顿引力理论的科学地位。

但这就意味着相对论正确吗?甚至是绝对真理吗?反正爱因斯坦本人从来没有这么说过,相反,他于 1933 年在演讲中说到,“我们的理论只是暂时的假设,它们随时可能被新的实验推翻。”还在给朋友的信中曾写道,“我并不认为自己发现了宇宙的终极秘密,我只是提供了一种更好的描述方式。”他还曾讲过,“真理是一个崇高的目标,但科学的目标是寻找更好的解释。”

爱因斯坦的这些表态,绝非惺惺作态的谦虚客气,而是一位真正的、纯粹的科学家的基本价值观,并且与他推崇卡尔 ·波普尔“可证伪”标准的态度高度一致。“随时可能被新的实验推翻”,代表爱因斯坦从来没有觉得自己已经证明了真理,而是明白相对论只是“暂时的假设”而已,也就是暂时还没有被证伪,所以是目前最好的理论,但暂时最好并不代表正确。

为什么科学是绝对不能被证明的?

两个原因,世界是无限的,世界是熵增的。

在真实世界的领域,无限的事物天然是不能被证明的,而只能被证伪。哪怕你拿出一万头、一亿头乃至无穷头黑猪,你也不能证明 “猪是黑的”,相反,我只要拿出一头白猪,就能证伪“猪是黑的”。哪怕人类世世代代在低海拔地区烧开水,并且确认水的沸点在 100 ℃(允许测量误差),你也不能说你证明了水的沸点是 100 ℃,我只要在珠峰烧一次开水,就能证伪你的理论,并且引入压强、饱和蒸汽压对沸点的影响。在物理领域,哪怕你做了一万次实验都没有出现量子隧穿现象,但只要出现一次,就足以宣布经典理论被证伪,也就是被波函数理论打到破产。但请注意,这也并不意味着波函数理论的正确,因为科学理论就永远不可能正确,严谨的说法只能是,波函数理论尚待证伪。尚待证伪,就是对一个科学理论的最高评价,任何超过这个程度的评价都是伪科学。

而且,真实世界的无限性,不仅仅体现在数量、时间、空间的无限增长上,更会体现在往宏观和微观两个方向的发展上,还会体现在物质的堆积导致的几乎无上限的场强上,要多么狂妄无知的人,才敢假设人类未来不会发现全新的物理现象?既然还有新的物理现象没有被发现、观察和分析,人类怎么敢假设现存的任何一个理论是正确的?

而熵增则意味着有序度的减少和信息的消散,由于物理研究的都是宏观综合统计信息,不会也不能去分别标定每个原子,在这种情况下,香农熵(信息论中的熵)基本上就与吉布斯熵(热力学中的熵)同比变化,任何封闭系统的熵增同时就意味着信息的减少。请问,你怎么用 1M 的信息去证明 1G 的信息???非常严格地讲,在任何一个信息量不断减少的系统中,没有任何办法可以用下一刻的信息来精确无损地推断上一刻的信息,因此也绝无可能实现严格意义上的证明。

简而言之,多个维度的无限性和不可逆导致的熵增和信息灭失,使得物理系统与数学系统非常不同,任何所谓证明都是鬼话!但我们的科学界人士为了哗众取宠,却长期大量向公众灌输此类鬼话,随便举几个例子吧,由浅入深慢慢来。

天文学界已经屡次宣称发现了类地行星,他们会详细描述这些行星的特性,甚至对其大气层进行描绘,以突出它们适宜人类移居的可能性。但我经过详细考察发现,目前的技术完全无法对这些类地行星的大气成分进行任何观测,具体而言,无法观测到任何气体的吸收谱线。所谓的大气成分,完全是按照太阳系的 “常识”进行的猜测和模拟,然而在他们的口中,这些信息却好像是确凿无疑的事实一样被表达了出来。

在生物学界,经常会利用一些化石对古生物进行复原,并且复原得纤毫毕现、惟妙惟肖,好像这些动物就躺在我们面前的解剖台上一样。但事实上,除了食性可以在一定程度上通过爪牙特征推测之外,包括运动能力、智力水平、代谢水平、繁殖模式、社会结构等绝大部分生物特性都源自于胡乱的猜测和随意的类比,根本没有任何证据可以证明,特别是关于外表方面。话说,你怎么可能通过骨骼化石来推断该动物是体表是鳞片、绒毛、羽毛还是光滑皮肤呢?但他们就是能,他们甚至还能向你展示该动物是什么颜色的、是怎么捕食的、是怎样互动的,等等,基本全都是胡扯。

更夸张但却因抽象而不好理解的是很多看似 “高端”的物理实验和观测。比如,通过宇宙微波背景辐射的第三个峰就宣布证明暗物质的存在,通过深非弹性碰撞散射实验就宣布证明了三夸克模型,通过对高能粒子碰撞的残骸分析就反推、重建和证明了一个又一个的所谓基本粒子,等等。这些所谓的证明全都是对科学的亵渎。

在真实世界,事件的信息量是不断衰减的,这在方法论上是一个十分重要的基本出发点。你不可能通过 1M 信息去反推、重建和证明 1G 的信息,正如你不可能通过遗址的断壁残垣去反推、重建和证明原建筑的每一个精美细节,不可能通过一具遗骨去反推、重建和证明这个死者生前的所有特质。你有一个猜想,你进行了实验和观测,发现结果与猜想不矛盾、可兼容,仅此而已,但结果并不能证明猜想,因为在理论上可以存在无数个猜想,与这个结果都不矛盾、可兼容!从细节充分的猜想到信息衰减的结果,是多对一的关系,存在着无穷的可能性,以宣布真理的口吻来宣布一个猜想已经被证明,就是在扼杀新理论的可能性。

科学就是用来被证伪的,科学是永远不能被证明的,这是科学面临的研究对象的特质所决定的,也是科学的基本范式。那么,在尚未被证伪的各种竞争性的科学理论中,有没有优劣高低呢?有。相对来说,越简洁的理论就越优秀,注意,不是数学推导简洁,而是逻辑起点简洁,具体体现为该理论的公理的数量,在科学领域往往可以将其约化为一个自由参数,也就是不能推导出来,而必须从现实中测量出来的参数。

比如,牛顿万有引力理论和爱因斯坦相对论都是非常简洁的理论,前者只有 1 个自由参数 G ,后者也只有不超过 3 个自由参数,一个是 G ,一个是基于光速不变原理的光速 c ,实在要加的话,还可以加上一个宇宙常数,目前不要这个参数也可以。

但反观我们今天最主流的粒子物理理论 ——标准模型,有足足 25 个以上的自由参数,比如各种基本粒子的质量、各种场相互作用的耦合常数、希格斯机制参数和两组矩阵常数等,这些参数,全部都不能在标准模型的框架内实现互相推导,都必须一个一个地测量出来。这样的理论,非常不简洁,带有极强的人为拼凑、过度拟合的痕迹,必然只是一个典型的唯像理论,只能被当作经验公式来暂时使用。更不要说,该理论不完备,既无法兼容相对论,也无法解释引力现象;且该理论已经被证伪过一轮,中微子震荡现象表明中微子质量不为零,与标准模型最初的假设不符,只好又人为增加新的补丁和自由参数。

标准模型所依赖的数学工具 ——量子场论实在是太漂亮了,这导致后来几乎所有人都把数学概念当作物理实在来膜拜,量子场论这种形式体系已经极大的束缚了后人的想象力,似乎不用这种工具则不配谈论物理。但物理是基于事实的,而非基于数学的,数学只是工具,而且是近似的工具,但绝非统治者,如果有新的理论,不用这么高深的数学工具,但同样能够解释大量实验事实,并且要简洁得多,并且具备直观性,我们又有什么理由去不假思索地否定它呢?

本人目前就在开发这样一套理论,有望用仅仅 4 个自由参数(相比之下,标准模型有 25 个自由参数),拟合所有的粒子物理实验现象,并用不超过 10 个自由参数,统一目前的物理学。初步理论建模现在已经完成,但中间主要的理论困难是,大概率需要开发全新的处理混沌系统的数学工具,而且这种工具是与黎曼几何、量子场论这种神级数学工具等量齐观的。我的数学水平当然差了十万八千里,再活几辈子多半也搞不定,只能采取一种取巧的办法,那就是大力出奇迹,直接采用计算机模拟来进行拟合,因为我假设的物质单位足够小,物质性质又足够简单,所以可以在初等数学框架下进行编程模拟。目前,这个全新的模型已经可以定性地解释大量微观物理现象,包括电子电量的量子化(即为何不会有 1.5 个电子)、核子电量的量子化、核外电子角动量的量子化和轨道分层、电子对自旋值的自行反向分化、量子纠缠、粒子的波粒二象性(基于单电子双缝干涉实验)、质子和中子的三夸克幻象(基于深非弹性碰撞散射实验)、夸克禁闭与渐近自由现象、β衰变、重核子的稳定性(即放射性)差异,等等。目前唯一的定量成果是,在家用电脑上,已经可以模拟一个宇宙 / 质子,在仅仅 4 个自由参数下,该宇宙 / 质子可以自行实现循环往复的加速膨胀、减速膨胀、加速收缩、减速收缩、然后又转向膨胀的过程,并且在膨胀收缩的过程中,会逐步涌现出伪核心(类似于夸克性质的点,“静止质量”远小于“动态质量”,且夸克禁闭、渐近自由)。一维空间,就只有 1 个核心,二维平面,就有 2 个核心,限于电脑算力,我暂时无法模拟三维空间的情况,但合理推断,由于空间角动量分布,大概率会涌现 3 核心,也就是对应三夸克模型。我现在是多么渴望有一台超算啊!

由于本文的主旨是思维的范式,而非我的物理模型,所以在本文中不会展开论述我的模型,但部分初期内容在 《宇宙的真相》 《宇宙的奥义》 两篇文章中已有阐述,并且我在其中作出了鲜明的可证伪预言。我只讲讲我的思路起源以及我的模型为何如此简洁,之所以产生有关宇宙 / 粒子图景的想法,是基于两种哲学的共同作用,一是混沌理论,二是佛教思想。混论理论揭示,在大型非线性混沌系统下,往往会产生分形同构的现象,这种分形同构是如此普遍,比如雪花、湍流、磁铁、海岸、地层、血管、肺泡、叶脉等等各种风牛马不相及的事物,都体现出典型的分形同构现象,于是我就大胆假设,宇宙与核子也是分形同构的。佛教思想认为万物流变、皆无自性,从小受到这种思想的熏陶,我本能排斥“基本粒子”这种概念,我认为物质是无限可分的,是连续流变的,没有任何东西是固定不变的,表面的离散,是动力系统模式和观测者偏差导致的表观现象而已,也就是说,量子性不是最终本质,而是一种涌现出来的现象,更大胆地说,一切量子性都是虚假的,可解构、可分析、可模拟。对于天文学的热爱,让我找到了不少宏观微观对比的现象,比如行星轨道量子化现象,比如可以稳定存在的三体(三合星)系统,也让我找到了一些检验我理论的方式,比如星系旋转曲线异常可用一阶长程力定量完美解释,比如宇宙长城这种横跨上亿光年的超大尺度片状结构可以用永潮力来解释,这一点我甚至都已经在电脑上模拟了出来。

对于不熟悉我的读者来说,有必要介绍一下我的背景:我高中物理竞赛的初赛是四川省最高分,只是由于复赛黑幕才没进入省队;高考时,由于化学错了大题,我的理科综合只有 289 分,屈居四川省第二;本科在清华自动化,由于与系里的矛盾,我几乎就没学习,总体成绩一塌糊涂,然而大学物理仍然考了全系第一名(并列);考研究生时,我转考经济学,数学为 148 分, 2 分扣的是证明题步骤分,事实上也没有仅仅 2 分的选择题、填空题或大题的分问题。我知道,对于那些吃学术饭的人而言,上述成绩当然不值一提,就像小孩子炫耀自己加法算得好一样。但这些经历至少可以说明,本人不是一枚神棍,而是经过严格基础科学训练的高度理性的人,或许,比很多学术圈的人还稍稍多一点天才和悟性。

少数熟悉科学哲学这个小众领域的读者可能会发现我的一个矛盾,我很喜欢用范式这个词,但同时我又非常推崇可证伪性,要知道,范式理论正是托马斯 ·库恩发明出来反驳卡尔·波普尔的可证伪性理论的呀。嗯,对我来说,一点也不矛盾,范式理论很好,对思维、表达模式极其变迁的总结很到位,他唯一的小小缺陷就是,忽略了范式不仅仅存在于科学理论中,也存在与宗教、数学和社会学理论中,从而将宗教等其他领域的研究范式引入了科学研究当中。在后文中,我会逐步向读者展示当代科学是如何变异的。

如果世人特别是研究者普遍认为某种理论正确,那么就等于宣布了该领域进步的终结。这种虚假的正确会锁死后来者的研究路径,以社会压力和研究经费为武器,迫使后人放弃竞争性理论的开发,进而形成强大的学术利益共同体(学术共同体也是托马斯 ·库恩发明并推崇的概念,不过我结合现实,加上了利益二字),即所谓学阀。学阀的存在从来不是以科学进步为目的,而是以打压反对声音、瓜分科研经费、剥削青年才智、攫取社会声望、染指政治议程、建立封建传承为目的。

学阀的工作当然与科学进步相关,但可惜是负相关,更可惜的是,人类今天已经步入了学阀统治学术圈的可悲境地。人文社科领域的学阀且不去说他,单单在硬科学领域,就已经涌现了很多学阀势力,以我有限的涉猎来看,至少在宇宙学、环境学、免疫学等方面,学阀势力已经占据了垄断性的优势,甚至在高能物理这种理应最科学的领域,科学的标准也遭到了严重的侵蚀。

在当今的宇宙学和环境学领域,基本的研究方法不是科学性的,而是神学性的。

科学性的方法是:

提出的理论,不仅要能解释目前的一切现象和实验,而且要具备可证伪性。也就是说,要作出鲜明的预言(观测或实验),且该观测或实验在当前的技术水平下是确实能够进行的。

科学的基本态度是,无论发生什么情况,都无法证明我的理论,即便我的预言成功了,也只是说明我的理论经受住了第一轮证伪的考验,将来我还要继续设计新的可证伪预言,并同时积极参加其他竞争性理论提出的证伪比赛。

但如果我的预言失败了,我就必须大大方方承认我的理论失败了,这里没有任何马虎眼可以打。当然,作为研究心血的产物,我不必直接抛弃整个理论,但我必须承认,我的理论至少需要大幅度修正,在修正之后,我应当重新进行证伪。在通过新的证伪考验之前,这种理论顶多可以上参考书,而绝对不能在教科书上存在,也不应在大众媒体上宣扬,因为这是对年轻学子极大的局限和误导,也是对教学和科研资源的极大浪费。

请注意,只要理论经过了修正,就应当提出全新的预言以进行证伪,而不能仅仅局限于上一轮的证伪预言。这是因为,对于真正的天才而言,如果理论的颗粒度足够小,也就是说假设的参数和机制足够多,那么理论总是可以解释一切现实。从方法论上来讲,对于有限的事实,总是有无限种理论可以对其进行解释,这就好像如果不限制多项式的项数和次数,那么总是可以用一个多项式对任何连续函数进行无限拟合逼近(魏尔斯特拉斯逼近定理)。但是,使用过多的自由参数对现象进行拟合,被称为过度拟合,这种理论只能被称为唯像理论,也就是类似于经验公式之类的东西,虽然也可以在很大程度上解释观测现象,但是却远离了物理本质。

如果去除束缚,人类的想象力和构建力是几乎无穷尽的,比如本人,就曾经提出过三套不同的宇宙模型,但前两套都在研究中被我自行证伪了,只有暂时无法证伪的第三套,我才发表了出来,也就是 《宇宙的真相》 一文。

而神学性的方法是:

拒绝作出可证伪的预言,相反,只做出可证明的预言,观察和实验的出发点都是验证,而非证伪。如果没有获得符合预言的结果,也绝不承认理论的失败,而是认为观察和实验的力度还不够,只需要继续投入资源搜寻理想的结果即可,只要找到一个案例,就可宣布大功告成。

为什么说这是神学性的方法,因为这就是各大宗教在数千年来采用的研究方法和标准。不管有多少信徒多么虔诚地祈祷却没有见证任何神迹,都不能证伪神的存在;但是,只要在茫茫人海中找到一名宣称见到神迹的信徒,就可以充分证明神的存在,并四处巡讲宣扬。

打个比方吧,这种所谓的证明方式和证明标准,就相当于:只要在海里抓到一条三文鱼,就证明了海里所有的鱼都是三文鱼:只要找到一个双头婴儿,就证明了世上所有人都有两个头;只要找到一个咽气后又醒转的案例,就证明了人可以死而复生。

不要笑,我讲的一点都不夸张,事实上我讲得还过于保守了,现代物理学的很多实验本质上就是这样的,而且在程度上更加夸张,举个例吧:

各国耗巨资修建了多个深入地下数千米甚至十几千米的实验室(深入地下是为了屏蔽干扰),试图捕捉到一个暗物质粒子。据他们的理论,宇宙中暗物质的数量远远多于正常物质,整个银河系都包裹在暗物质的海洋中(暗物质晕)。他们实验的目的就在于,通过找到一个暗物质粒子,来证明满宇宙都是暗物质,然鹅很遗憾,他们找了很久,仍然没有找到。

但没有关系,找不到也丝毫不能证明理论错误,但只要找到一个,就能证明理论的正确;你看,这就与可证伪性的科学标准完全背道而驰,可证伪性的标准是,不管有多少支持的例证,统统放一边,只要有一个违反预言的例证,即可证伪该理论。两者标准的宽与严,何止天渊之别。

而环境学的研究方法就更加奔放了:

他们专门在历史数据中截取偏离拟合曲线最远的点来作为参考标准,以证明自己的惊悚结论,毕竟,如果你知道,寒武纪的时候二氧化碳浓度是今天的十几倍,但平均温度也才 21 度,并且还产生了生命大爆炸,你就不会对气候变暖那么畏惧了。

他们通过观察纪录珊瑚的死亡来证明气候变暖能导致珊瑚的灭绝,却全然不顾珊瑚总是生活在暖水而非冷水的基本事实,这就像通过观察你的饮水和衰老来证明衰老的原因是喝水一样荒唐。

他们通过拍摄南极冰川崩塌的画面来证明和宣传冰川的消融,殊不知冰川是流动的,正是因为南极冰川近年来持续增加(被 NASA 遥感证实,但被学界隐瞒),边缘冰川崩塌才会频发。这就像因为长江汛期入海水量增大,你就担心长江流空了没水了,可笑乎。

他们竭力宣传二氧化碳减排,却全然不顾最大的温室气体其实是水蒸气这一基本事实,请动动小手,看看百科词条 “温室气体”怎么说,你就知道我所言不虚。

当然,他们还可以直接伪造观测数据,比如著名的气候门。

你说,这群气候教徒,与上古时期跳大神的巫师们有什么本质区别。

更详细而有趣的内容,参见旧日奇文 ——《气候变暖的神话》,用科学事实颠覆你被洗脑的认知。

至于医学特别是免疫学、流行病学这些分支,我都懒得评论了,该说了都在 《疫苗的危害》 中讲过了,该文唯一没有提到的重要事实是,那些研发疫苗的专家们,都已经死了好多个了 ……

简而言之,在这个末法时代,我们真的很难相信人的操守,哪怕是搞科研的群体,都已经腐化不堪了。科学,作为严肃的实证学科,对可证伪性的要求是刚性而不可替代的,可证伪性也是科学表达和思维的基本范式,但现在却普遍被其他领域的思维范式侵蚀了。宗教范式对科学领域的侵蚀是触目惊心的,一切高喊科学已经证明啥啥啥的,都不是真正的科学,而是伪科学,甚至是神学;数学范式对科学领域的侵蚀也不容忽视,数学固然是强大的工具,但是数学与科学的范式并不能平替,数学存在也不必然对应物理存在,在当代物理领域,对于数学化形式系统的极端崇拜,将完全锁死后人的研究思路。

就这样吧,明天再写社会学的内容,社会学嘛,就轻松多了,先剧透一点点,社会学绝不是社会科学,一切宣称自己在搞社会科学研究的人,既不懂社会学,也不懂科学,本质上还是在搞神学。

日月交替谓之易,不常不住

日月麗天谓之明,无漏无偏

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