「清洁力」的假设和关于科学的误区(图)

牛顿的万有引力理论是依据行星运动规律推导出来的。图为太阳系示意图。

【明慧网二零零七年九月十三日】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烟头、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什么规律。

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。可是在不了解背后的人工因素的情况下,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。

上面的实验看起来很简单或许象笑话,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的背后的生命因素时,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,其采用的数学的描述方法,看似严谨,但没有什么实质意义,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,并没有揭示什么实质,如果我们在追问下去,「清洁力」有是哪里来的呢?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,他用严格的数学推导出这个外力的作用特点,最终得到了万有引力公式。

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,比如它并不能完全地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(由其它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43 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。

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,就象「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。(明慧周报编辑整理)


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