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《科学之思》
原著:敬虔科学家

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目  录
1.从科学发展看科学与信仰

2.进化论突破

3.近代物理与新认识论

4.残形宇宙学可推翻大霹雳学说之响应

5.科学与信仰的对话

6.科学哲理

7.科学简史

8.《魔鬼盘据的世界》第二章书评

9.科学研究背后的情感渴望

10.生活经验之外的伟大意义

11.中国人起源的Y染色体研究

12.二十世纪三大重要科学研究

13.科学必然否定创造论?

14.宇宙和地球对生命的适宜性

15.生物的信息及复杂性

 
 
 
《科学之思》敬虔科学家 著 福音云阅读 FUYINTUSHU.COM
1.从科学发展看科学与信仰

    从科学发展看科学与信仰
    作者:ronald。

    壹、前言

    曾经听到两个人争辩着:上帝不符合科学。当然,你可以赞成上帝是符合科学的,或者上帝是不科学的。只是,上帝符不符合科学并不是我接下来所要讨论的主题。我们接下来要讨论的是:在科学的发展史中,上帝究竟扮演了什么角色。至于上帝科不科学,我认为就留待对科学本质认识不清的人去争论不休吧!

   在这份报告中,我将探讨几位在科学史中占有一席地位的科学家,并谈论他们的信仰,以及当时的社会环境与科学家之间的互动关系。藉以看看上帝在科学的发展中所扮演的角色为何?最后再试着企图为科学与信仰间的关系提出一套较好的解释。

贰、科学发展简史

   首先,我们先来看看天文学的发展。

   古代的巴比伦人、埃及人、和中国人至少在公元前 3000 年就有基本天文和数学,包括对天体的运动都有相当准确的了解和预测的能力。这可从他们的年历和其它的记载看出来。

   在古希腊时代,我们可以当时杰出的思想家作为当时科学的代表。然而事实上,当时的哲学与科学并没有明显的区别。因此,一个哲学家往往也是科学家。当时的人民并不把科学与其它问题划分开来。在这个时代里以亚里斯多德的科学成就为最。亚里斯多德的物理学的第一个假设是「作用力造成运动速度」。这是建立在日常经验上。若你看到一个东西在移动,你就会寻找一个推动它的东西。当没什么东西推它时,它就会停止运动。有少数的现象似乎是例外,譬如说,拋物体能飞在空中,却看不见有什么东西在推它。但这也可以想办法来解释,只要说空气从拋物体的前面移开,再跑到后面去推它。

   第二个假设是「地球是宇宙的中心」,这就是「地球中心说」。这也建立在我们看到的所有东西上。天空看起来是一个以地球为中心的球面,而且所有的东西都绕着地球跑。物体很自然的不是往地球走,就是背着它走。

   第三个假设是有关物质的成份。亚里斯多德的化学很简单,他说地上的东西是由土、气、火、水这四种元素组成的。用这个理论他们就能解释当时所观察到物质的属性和变化。

   亚里斯多德说天体(太阳、月球、行星、恒星)是由另外第五种元素「以太」 (ether) 组成的,跟地上的物质不同的是它永远不变、完美。 所以天上会变的东西,像流星、彗星、新星都在天空之下、在地球大气层空气中,而不是在恒星和行星中。以太的自然运动不是往地球的直线运动而是绕地球做等速圆周运动,自然形状也是光滑的球形,因为球或圆圈是最完美的形状。

   住在埃及亚里山大城的「托勒密」( Ptolemy, 公元后 150 年)延伸了亚里斯多德的系统。他发明周转圆圈( epicycle )的观念,就是说用很多层周转圆来解释行星、月球、太阳的复杂运动。这些天体所呈现的运动不是等速圆周运动,反而会快会慢甚至于偶而会往后退,亮度也会有变化。Epicycles 是圆圈上的圆圈,像有一种机器使这些天体在天空行走。托勒密自己大概不是真的认为天空中真有这样一套机器,而只是把天体的运动分析成这些圆圈以计算未来运动的工作。但后来的人认为这些圈子是真的,是由一种透明的材料组成的。

   一千多年之间,世人都同意托勒密的理论是正确的。有两个非常合乎人性的因素,使大家特别容易接受他的假说就是真理:

   第一、托勒密理论主要是以人类可以观察得到的现象为基础。人人可以看得到;因为肉眼看到的是那个样子,自然便觉得他的说法是很「合理」的。

   第二、他的理论满足了人的自我。试想,以地球为宇宙的中心,所有的星辰都围绕着地球运转,同时人又主宰着地球,这是何等令人类自欣自慰的消息;听起来仿佛都是由人类一手造成的。

   托勒密的 epicycle 系统,为了要符合所观测到行星的位置而受到很大规模的调整,圆圈的数量增加到八十以上。据说有一个国王提议说,若在创造的时候他在场,就会建议天空的创造要简单一点。住在波兰的「哥白尼」( Nicolas Copernicus, 1473——1543 年)研究天文以后就看的出,若epicycles 系统改成以太阳为中心,那会使计算更简单更准确。这就是说太阳是中心而地球不是,地球是绕太阳走的。他计算了从运动中的地球来看别的行星所在的位置。这跟亚里斯多德的教导,也是天主教会的教导,有重大的出入。哥白尼只敢说这是效率较高的计算方式,连这也等到他知道快要死时才敢发表。但地球在走也是真的吗?他的一些间接的话好象暗示着他是这么想,一个理论这样简单又准确,应该是离真理不远。

   在科学界与一般人之间,对于哥白尼的理论接受得都很缓慢,除了极少的例外,当时的反应大都是强烈的反对。天主教方面直到一六一五年,才对哥白尼的理论加以驳斥。一六一六年,这本书被列入《禁书索引》;同时并宣布,「凡属肯定地动说的其它著作,均应一并查禁。」然而,「真理毕竟只有一个」,而哥白尼的理论是接近真理的。所以学术界经过继续的研究,终于证实了哥白尼理论的成立。修正了人类一千四百年来错误的宇宙观。

   在后世科学家不断的研究修正之后,世人常会提出一个问题:「哥白尼的理论究竟是不是真确的?」哥白尼所留下的理论,的确是不够完整的,而且在许多方面是不正确的。但是哥白尼理论体系中最重要的一点,他选择了日球为我们居住的行星系统的中心,是发现有关宇宙奥秘基本的真理;同时,由于他这一重大的启示,奠定了近代天文学的基础。

   在看完了天文学的这一段发展简史,我必须提出两个核心问题:

   第一、无论是亚理斯多德、托勒密或者其它哲人科学家,都抱持着一个共同的信念——这宇宙间有一个真理(规则)存在。

   第二、即使是造成天文学一千多年以来的革命的哥白尼,他的出发点仍是以上帝造万物为基本前提,之后才能进而提出这个宇宙运行的真理应该更简单、精巧。

   哥白尼的贡献是不容置喙的。举其中一位歌颂哥白尼最为透彻的人士,史泰森( Harlan True Stetson )。 他说:「当我们检读长长的历代名人姓氏表,其中有许多位是对于促进世界史上科学的进步具有重大贡献的人物。如果要我举出其中三个最重要的人物,我将不加迟疑地答复,哥白尼、牛顿,和达尔文。他们三个具有共同的特性,使他们在赢得进步的过程中不可分。这些特性就是想象力,无尽的天才,以及在悟解新观念中表现的创造性。如果将这些因素都考虑在内,则在此三位伟大的天才之中,桂冠应归于哥白尼。因为是他奠定了现代天文学的基础;如果没有他的理论,牛顿将无法建立其万有引力定律。而且,哥白尼打开了通往革命式思想的大门,向流传已久的正统学说挑战。因为有了哥白尼作先驱,进化论才能在我们的思想中获得一个立足点。」

   的确,这样的革命式思想已经启蒙,同时更替科学披上了理性、客观甚至正义的外衣。于是科学的某部份特质不断的彰显,人们依赖科学、相信科学,仿佛歌颂科学万能。但是,万万却没有想到,所有从古至今的科学家,都相信宇宙间有着永恒不变的真理。这份相信真理的信仰,不正是由非理性因素构成?就如同基督徒信仰上帝般,没什么原因,就是感受得到上帝的爱。

   这样的结论我们仍然可以从物理学的发展得到相似的印证。从前面对亚里斯多德的思想介绍,我们大约的可以了解当时对于物理学的一些基本观念。直至十七世纪的牛顿出现,物理科学又再一次的产生重大进步。十七纪学术分科未若今日之精密;当时所称的物理科学,包括了数学、化学、物理学与天文学;牛顿便是一位集大成而又开拓了学术上新疆域的大人物。其重要的三大发明则足以使牛顿挤身于古今最伟大的科学家之中而无愧。这三大发明便是:1. 发明微积分;2. 牛顿发明光的组成定律,由此更分析了颜色的性质与白光的性质; 3. 「万有引力定律」的发现,牛顿的贡献在于:他证明了引力在实际运作中是有普遍性的。

   另外,牛顿的学说精华也集中在一六八七年初版的《数学原理》。《数学原理》这部书,想要用日常生活的语言来作一个简洁的说明,是十分困难的事情。全书是以数学的方法,说明星体的运动,共分三册。首册讨论力学,解释空中物体运动的道理。第二册讨论在有阻力——如空气和水——的环境中,物体如何运动。第三册中,牛顿利用前两册中建立的原理,说明整个太阳系的结构和运作。 他利用拉丁文 gravitas (译为重量或重)创造新字gravity (重力)。他还精确解释木星的卫星、土星和地球的运动,兼及环绕太阳的所有行星。他的说明精密正确,两百多年来,没有多少重大修订的地方。接着他又说明如何利用地球的质量,计算太阳和行星的质量。他精密描绘月球运动,解释地球潮汐是月球和太阳的引力作用引起的。《数学原理》讲的都是宇宙间种种现象,并没有解释造成这种现象的原因;换言之,它只是讨论「如何」而不涉及「为何」。牛顿在此书出版后,为答复读者的批评,曾声明他的书完全是一种机械式的说明,绝不敢对于至高无上的创造者缔造宇宙的最高动机妄加一词。《数学原理》第二版出版时,牛顿曾在书中加上下面一段自白,以说明他个人的信念——数学原理一书封面

   「这一至美至善的包容了日球、行星、慧星的大系统,惟有出于全知全能的上帝之主张......犹如一个盲人对于颜色毫无观念,我们对于上帝理解万事万物的方法,也是一无所知。」

   我们可以说,牛顿相信,科学的作用,乃在建立知识;当我们的知识丰富时,便越能了解上帝创造世界的道理——虽然,人类也可能永远都不能发现支配自然界真正的科学法则。

叁、结论

   在第二部份的科学发展简史里,物理科学的发展我只谈到牛顿。后来影响科学发展甚大的爱因斯坦等人却没有提及。主要的原因是,我将在结论的部份以爱因斯坦为例作一个结束。

   历史上真正能影响后代、流芳百世的人物,往往是在身后始享盛名。像爱因斯坦( Albert Einstein,1879——1955 )可算是极罕见的例外之一。 爱因斯坦理论之难于了解,是由于他研究的范围、性质极其复杂艰深。但是爱因斯坦理论中的某些要点,毕竟仍然可以不必凭借数学上的象征符号而加以说明。不过我们必须在心理上先准备接受一个狂想的世界观。譬如说,照爱因斯坦的理论解释,空间是曲线的;两点间最近的距离并非一条直线;宇宙间是有定限的但没有一定的疆界;并行线最后仍必相交;光线是曲折的;时间是相对的,所以不能在任何地方都用同样的方法去衡量;长度是随着速度而改变的;宇宙是圆柱形的,而不是如过去所相信的球形;物体在运动中,大小将要收缩,但质量却要增加;除了大家已经熟悉的高、长、宽等空之外间观念,还有一个四度空间,那便是时间。总之,爱因斯坦对于科学的贡献能名震当时,流传后世,主要是由于其相对论——他在这方面的成就,霍夫曼曾加以总结说,「《相对论》具有划时代的意义,使其作者可以置身于古往今来最伟大的科学家之林,与牛顿或阿几米德分庭抗礼。」

   爱因斯坦即使成名后仍是孜孜不倦地研究,他所要完成的研究被称作「统一场理论」,试图解说大自然的和谐一致。从这里我们又可以看到一位伟大的科学家对真理的信仰。按照爱因斯坦的观点,物理定律凡适用微小的原子者,应该也适用于庞大的天体。「统一场理论」将把一切物理现象都包容在一套理论体系之中。引力、电力、磁力、原子能以及世间一切的力量,都将受到此一理论的规范。不过,由于数学上的困难,「统一场理论」还没有能够与既存的物理学理论一一相互验证。爱因斯坦本人对于这一套理论怀有不可动摇的信心。他认为统一场理论将来必对于「能的原子性格」提出充分的解释,并且可以展示出来宇宙间「万物有序」的秩序。

   不仅如此,在一次讲学中,爱因斯坦在讲词中显示了他性格中重视精神情感的一面——「我们所能体验到的最美妙最深邃的情绪,乃是对于神秘的惊奇感。这种惊奇感乃是一切真正科学的播种者。如果一个人对于这种情绪感到陌生,如果他对于神秘的事物皆不感到惊奇而只是凛然兀立,这个人可以说是虽生犹死了。能够知道有些事情的确是我们无法理解的,承认自然本身便是最高的智能,最为光华耀目的美,以我们浅漏的知识来说,仅能理解其最原始的形式——这样的知识,这样的情感,便是真正虔诚的宗教感的中心。」

   谈到这里,不难发现我所反复论证及说明的,正是从古至今的这群科学家的一个共同特征——对于宇宙(自然)间真理的探寻。我们可以说这些科哲学家,在先验的信仰上已经假设了有一定的真理、规则。我们看到了这些科哲学家对于科学知识的建构不遗余力,但是这些知识的构筑事实上有其内在的危机。孔恩的《科学革命的结构》一书在 1960 年问世后,便对以往的科学线性发展史发出挑战。科学史学界在二十世纪的新发展,其影响大略有三: 1. 新发展严重地打击了「启蒙时代」以来所代表的光明、理性、希望的

   形象; 2. 在对前启蒙时代的巨人及其传统作内容分析以及预设分析时,许多人发现这些科学研究传统的预设中有不少「哲学」的因素; 3. 对许多「科学革命」作科学史的研究,所得的结果有很有趣。「学圈」当初在划分科学与哲学的区别时,一定涉及了一个问题:一个科学理论凭什么优于另一个科学(或玄学)理论?我们可以说,在科学史的新发展里对于过往科学研究的典范的勾勒,同时也帮助我们发现科学崇拜背后的信仰。如果真是如此,科学的哲学专家肯不肯说几乎整部科学史都是非理性的呢?——因为科学的发展不符合他们的理性判准。不过,大概没有一个科学家愿意随便牺牲科学在过去的光辉形象。

   这里我们终于回到了最前面所举的例子:上帝不符合科学?我并无意讨论上帝是否符合科学这件事,而是要来质疑科学本身作为衡量上帝的判准的正当性。科学研究作为知识的累积,这样的贡献我并不打算予以抹除。但是,科学本身对于客观、真理和简单而划一的宇宙规则的向往不正是非理性的因素所构成?从科学的发展简史上看来如此,从科学哲学的角度看来亦是如此。因此,我们不得不对我们平日所崇拜的科学持些许的保留。并且能对科学与信仰的关系能有进一步的认识。两者的关系也许并不是对立的,而是一体的两面,如同热与冷、光与影的关系一般。至于,对于上帝科不科学的质疑,我则认为信不信在个人的意愿、情感的问题,用科学研究去质疑上帝的存在,在现在看来似乎已经不是那么明智的想法了。

网友psb修正并响应:

   就着微分几何学而言,其实我们并不能『预设』这个宇宙的空间是的什么样子。只有在『光速不变』的实验结果之下,我们才能写出这个宇宙的『度规』(两点之间的长度数学代表式),我不太喜欢『空间是曲线』的这种说法,这种说法是预设了宇宙是内在于另外一个更高维的空间之内,由这个空间看来我们现在居住的这个空间是曲线的。但事实并不必然如此:我们所居住的空间很可能就仅仅只是四维的。但是由数学家惠特尼证出的一个甚难的数学定理中,任何度规都可能看成是更高维的欧几里得空间(就是在高中学习的那种空间)的一个曲面:所以这种说法,有一种数学上的味道。

   另外就是,两点之间最近的距离,是所谓的短程线。就着居住在任何一种维度上的生物而言,他所能做的,并不是跑到更高维的空间去观察,决定两点之间那一种距离是最短的,他所能做的,是比较『所有他所能找到的路径』,来找出那一条路径是最短的。在地球表面上的生物移动的唯一方法,就是沿着地球表面运动。只有更高维空间的生物,才会认为他们为何不直接穿过地球运动。但这点观点,在更更高维的生物看来,可能还不是最短的。在这里我们看到度规一变,短程线也就跟着变动。但是我还是要强调:我们并不必然『内在』于另一个更高维的空间之内,如果我们把一点到另一点的最短距离定义为『直线』,那我们就是在走『直线』而不是『曲线』。

   至于爱因斯坦的方程式是动力学方程式:他只告诉你如果初始条件是这样,他会按那一种方式变化,从爱因斯坦的方程式并不必然推出宇宙长的是什么样子。宇宙是『闭』的,是『开』的,或是『平直』的,是在假设了宇宙的大尺度性质是『均匀』的和『各向同性』的性质之后,由数学推导出来的结论。其实在这里我们可以看到一个更有意思的问题:就是近代科学不喜欢把人类弄到宇宙中一个特别有利的位置上,人在宇宙中和任何其它的生物一样的平凡,当然这也并不必然如此。就我所知,在这种假设下,宇宙的大尺度形状还要取决于两个参数,但现在也未找出这两个参数确实的数值。

   我自已觉得这一点很有意思:物理学必然有一个统一理论可以说明所有的现象吗?现代的物理学家对这点与其说是有真正的了解,毋宁说是抱持着某种信念。如果理论是理解真实的工具,统一场论的企图就是要大家全部使用同一种工具来达成理解真实的目的。现实生活中是很难出现一种工具(不管是物质的或是理论的)可以取代掉所有其它的工具的。在什么样的领域中容许出现这样的一种工具,这也许是另一个有意思的问题。当然,我也许扯的太远了。

参考书目:

   1. 刘大卫《科学简史》  
   2. 奥康诺着《批评的西方哲学史(上)》台北市:桂冠,民87,页103。  
   3. 奥康诺着《批评的西方哲学史(上)》台北市:桂冠,民87,页114——124。  
   4. Robert B. Downs《改变历史的书》台北市:联经,民87,页187。  
   5. Robert B. Downs《改变历史的书》台北市:联经,民87,页199——200。  
   6. Robert B. Downs《改变历史的书》台北市:联经,民87,页223。  
   7. David Eliot Brody,Arnold R. Brody着;范昱峰 译《发现科学:七大科学理论及大师》台北市:先觉,民88,页68。
   8. Robert B. Downs《改变历史的书》台北市:联经,民87,页234。  
   9. David Eliot Brody,Arnold R. Brody着;范昱峰 译《发现科学:七大科学理论及大师》台北市:先觉,民88,页133——173。  
   10. Robert B. Downs《改变历史的书》台北市:联经,民87,页282。  
   11. Robert B. Downs《改变历史的书》台北市:联经,民87,页294。  
   12. "学圈"即指在典范下工作的科学家们。  
   13. 孔恩着;程树德等译《科学革命的结构》台北市:联经,民83,页9——11。  
   14. 典范一词的意义出自于 孔恩《科学革命的结构》台北市:远流,民83,页54。
  


   典范的主要论点在于其对于科学发展过程上的型态论述:  
   ↗典范更趋完整

   前典范时期→常态科学时期→典范危机的出现

   ↘回到前典范时期的状态

 
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