自然科学及真理随想

自然科学在建立严格的观测、实验、基于数学公理进行演绎推理后,从此和神学,哲学的辩证撕逼法中独立出来,引领人类点亮了文明的科技树。

# 自然科学如何处理争论

现代自然科学不是没有争论,而是所有争论都可以有公认的方法去证明,可质疑性、可证伪性、叶贝斯概率、实验可预测性等一系列原则下,再基于精准数学语言演绎,最后用奥卡姆剃刀(形式上选更简洁的)选出公认的理论。自然科学简单的方法论,让“真理”变成了一个非少数神学家的教条,杜绝到处扣帽子、撕逼,而是基于科学方法的推出严密的结论。也就是这些结论能用标准的数学逻辑去判断是否存在漏洞,也可以不断基于更新的实验去推翻、或涵盖旧理论,如相对论对牛顿力学之上的结论。后来科学名声大噪,神学家也经常用一些公式去论证上帝存在,但因为其论证过程终究不可证伪性,上帝也只能算是一种“猜想”

对于未被预测和验证的科学理论,我们一般也叫猜想,比如宇宙大爆炸,暗物质等。自然科学的猜想比和其他学科本质区别是,它并非“口出狂言”,而是做基本假设,用已有可证的公理,数学公式进行严格推导,并且能对已有观测数据做出解释。比如弦论,多维宇宙等模型就是这种模型,虽然数学上很完美,但没有实验和可预测性数据支持,物理学仍然只是把它当做美妙的猜想。

为避免争议,本文的科学,代指“真自然科学”的方法论。但目前人类的其他学科,都想打着“科学”名字,但真正的科学家从来不关心这些研究成果是不是有“科学”名字,而是其研究的过程是否为公认的科学方式。

这些想要冠名的其他学科处于非常原始的“辩证”(争议)讨论阶段,如主流的经济学,社会学,心理学等,理论层出不穷,且彼此不能融洽,在讨论思想逻辑上和几千年中国的诸子百家之辩,白马非马等本质没有区别,都是基于非完全经验归纳法推理。归纳推理确实是人类非常重要的猜想来源,但它却不能证明正确,有一百种视角,就可能有一百种归纳。比如你到一区旅游,从一定时间和空间尺度看到 10 个都是男人,于是归纳出这个地区都是男人;比如你看到某个区域人类不断分裂、统一,于是得出分久必合,合久必分的道理,比如你统计到童年经历和成年情绪的思维关联,于是得出基于回顾童年的精神分析法。这些归纳理论有个特点,就是不具备的普遍性实证,在辩论过程可以随意用人类非精确的语言解释,统计学样本非常少,不能从推理本质。比如想要证明 一个地方都是男人,归纳法必定要进行穷举,反之要证明一个地方不只有男人,则只需要发现一例反面例子就能推翻。

朴素的归纳不能作为真理的另一个问题是缺乏用精准语言解释,比如为什么会分久必合,合久必分,帝国经济和农民战争的关联性,非数学语言总是可以加入新的解释,这导致无预测性,无法设计被证伪的实验。

直接归纳得出的结论如果都能为真,那么归纳为真的结论就会无穷多,所以,历史性行为解释、社会学解释流派之多,争论之多非常容易理解。社会学科的“粗糙”在于,不仅难以有像自然科学那样有严密的数学推理,连社会共识,公理等基本定论都在不断争议中,更不论人类政治组织冲突,世界各国各种左、右之争都等。这一源头是现代社会学之父奥古斯特·孔德提出的实证主义,声称“现象论观点为出发点,进行归纳就可以得到科学定律”,近两百对年,人类提出的所谓“社会科学定律”论已经超过上百种,这些定律大部分都是彼此激烈冲突,鲜有像自然科学这样严格推理 ,这些争论,其论证过程连自然科学中的“猜想”都不如。

而自然科学的可证伪性概念,本质就是对归纳推理结论的剔除(或者降低其可信度),加上用数学语言、逻辑演绎替代非精准的“人类语言解释”。

经济学可能相对走得远一点,试图不断引入自然科学的数学方法论,模型等进行解释,但是经济学假设的主体——人的理性会失效,经济学的经济预测能力非常有限(不然经济学家都买股票了),仍然在攀登中。

经济学和社会学不同于自然科学,重要差异是:人作为变量是最大的不确定性,没法设计严密且完美,可不断重复的实验。人作为整体和个体,都在动态发展,某个时间点和区域的实验并非有永恒代表性。大规模社会实验不仅危险,还涉及伦理道德,社会意志等问题。所以涉及和人群体行为本身相关的科学研究,都非常艰难。

# 非自然学科复杂性在哪里

三体问题的复杂性是源于其混沌性,混沌是指确定性动力学系统因对初值敏感而表现出的不可预测的、类似随机性的运动。这是人类在科学领域遇到的另一个难题,两个天体相互影响可以很好的用牛顿力学进行计算,而三个天体相互运动,在初始速度和位置确定的情况下,却无法精准计算出未来时间的速度和位置,庞加莱在数学上证明过三体问题是不能精确求解。而目前人类预测这类三体问题的方式,主要是通过模拟建模、用计算寻得更高的精度的近似解。

但人类群体可以近似的看做是一个更复杂的 n 体问题,这个 n 可以是人类群体数量,更可以是人脑中神经冲动的总和。人与人相互影响和作用,其混沌不可预测性远大于三体问题。宇宙中生命出现的条件非常苛刻(推测概率宜居行星带相对宇宙的尺度,同时目前至少可观测内未有证据发现第二颗生命天体),而智能生命进化的路径更不可预测,人工智能也是在黑盒中摸索,在混沌系统中,人类的研究就像遇到量子力学的不确定性原理一般,处于被“锁死”阶段。

# 归纳的知识有用吗

并不是说自然科学方法论以外的得出的知识没有价值。人类并没有能力对一个复杂的混沌系统做出观测、实验,也缺乏用数学推理预测系统行为的能力,但归纳推理仍然是重要的局部认识,这是我们认识世界最简单有效的方式。智人学会石头使用、钻木取火,观察太阳东升西落等从原始社会到农业文明等都有赖于归纳总结,并且在一些猩猩智力测试中,它们会具备一些“低级”的归纳能力。

归纳不能证明,但非所以问题都会像自然科学一样“寻根刨底”。 归纳的局部知识有助于让我们理解局部现象,解决局部问题,这些局部知识不断经过概率上检验,最终沉淀为“暂时最优解”。比如神农尝百草,并不需要分析百草成分,作用性质,而是能用基于经验的“尝试”,对尝试后的结果做记录,这些记录在传承中会把治愈率相对更高的的种类过滤下来。比如心理学各种门派虽然五花八门,但每个门派都有一套逻辑自洽,且能够治愈患者的方案,现实治疗中,大部分心理咨询师采取实用主义,哪个好用就用哪个,哪个疗效对患者显著就用哪个。你可以说这种方法没有自然科学理论的唯一性,客观性,但现实就是它解决了现实问题,在数据统计中发生了作用,比如有效遏制自杀,抑郁等心理疾病。

这些特征在现代生物学、医学等领域都有类似表现:实用主义,局部解释。现在医学的药物和治疗方式相对传统医学,它把这种“经验值”具体化,数字化,比如每一个药物的有效率是多少,双盲实验则能排除更多的干扰。在解释上,则使用了现代物理、化学、生物学等科学知识,这些知识经过实验验证。也就是从概率上,现代医生治愈率更高,传统医学在概率上更低。

在实用主义下,我们不追求自然科学那种普遍性真理,反之统计有效概率成了重要的事情。这是人类科学技术能力对未知的妥协,在无法全知全能下,总要有有一个能用的方案。

# 小心真理

讲了这么多,其实希望大家就置信度而言,要知道可数学演绎推理、可证伪性、可实验、可预测的自然科学的知识要大于其他知识,其他学科知识中,经过实验检验的置信度大于未实验的,能数学演绎推理的可信区间大于简单归纳推理。那些自己宣称为“真理”的知识一定要小心谨慎对待,比如过去的“神学”,和现在的各种“社论”。

【图:画得比较仓促】

自然科学方法得到实验验证的理论一定是“真理”吗,并不一定,自然科学方法得出的结论只是说在现有观测范围内,最接近实验数据的理论。可证伪性,可质疑性决定了“终极真理”并不是自然科学争论的焦点,人类能不能认识“终极真理”,自然科学也不关心,这是哲学问题。

自然科学方法论很务实,科学的理论允许不断被检验,推翻,再发展,人们选择更相信自然科学,是因为在概率上和实用角度,选择相信更为有利和可能性更高的知识而已。你当然可以相信世界是金木水火土组成,以此解释世界,但它和已有观测数据,现实预测不符,当然你也可以又说数据不符是因为有更高维度的干扰影响观测,并引入一个变量去再度解释,没错,科学史上也发生过类似的事情,在有多种类似理论,且都能解释同一个物质的场景下,科学家往往选择证明路径最短的那一个,这有叫奥卡姆剃刀。科学总是不屑于无用争论,他们把时间花在设计实验、观测数据、数学推理上面。如果我们人类在其他领域也保持这种对“真理”的敬畏之心,无用争论就会少更多,文明的进程也许会更快一步。

不过好在 21 世纪有这样的一种趋势,自然科学开始扩大了它的领域,因为智能生命是宇宙的组成,人类的智能,人类社会的行为模式也必定有可以总结的宇宙规律。人类在尝试脑神经科学、人工智能计算(虽然目前的方法可能和人脑不一样)、计算社会学、混沌学、复杂性、生物计算等各种交叉学科被重视。未来新的科技跃进,极大可能在自然科学与传统学科的结合道路上。

# ————后续思考————

几百年前的哲学家喜欢自称研究万事万物的学科,其“高格”的风骨让很多人自称为哲学家,牛顿的万有引力还用《自然哲学的数学原理》命名,而当时哲学家又喜欢去解释最新的物理学,经典物理学体系下,哲学家、还有普通人确实能用常识进行解构和理解。物理学进入 20 世纪进入相对论、量子力学阶段后,理论的抽象成都越来越脱离于普通人的表层经验。宇宙从哪里来,要到哪里去?时间是否有开端、空间是否有边界等,原来的哲学家回答这些问题越来越乏力,而自然科学家则早已经用脱离肉体感受用数学工具进行推理。 相对论、量子力学、虫洞、黑洞、宇宙大爆炸、弦论等的这些科学定理及猜想在人类“肉体感官”下无法得到体验,就如你很难说服普通人相信钟曼效应、量子力学的测不准原理等,曾经一段时间“相对论”,“量子力学”等被一些自认为掌握真理的归纳社会学科看成是所谓的“违心主义”、“不可知论”等“歪理”。

这是科学技术发展的一个重要阶段,即——科学抽象结论和基于生物肉体感官经验、事物表象的普通人越来越远。时空的四维有谁能够体验,五维、六维呢?人们的相信是基于对“科学权威信任”,而非大脑演绎推理,真正的推理需要的材料可能是厚厚的一本,信任一旦崩塌,这些科学定理对普通人如同“神学”一般难以理解。

同样,未来其他的非自然科学经过一段时间发展,也必定会进入到这样一个脱离朴素经验主义阶段,社会科学可能用某定律、公式,经过厚厚的推理验证,得出“违背常识”的社会知识,普通人的理解依赖权威背书,这就造成一个潜在的社会信任问题,普通人的认知总是对一些经验归纳更为感兴趣,比如“万事万物 xxx”,"某某主义 xxx" ,本质上是和铁丝网里的小白鼠电网实验一样,小白鼠在多次接触电网后会形成趋利避害条件反射式的归纳,这是生物本能。人类的贫富差距、平穷等只要存在,这些朴素的经验归纳也必定会大为流行,而且用意想不到的方式出现。比如《流浪地球》中,人类科学家观测到太阳风暴在几百年后即将爆发,这一和普通人认知如此遥远的结论,是在考验普通人对权威的信任,而在远离地球流浪了上百年后,忍受各种“折磨”的普通人类终于不再相信科学家,选择了反叛,杀死了权威者,最终太阳风暴又“戏谑”的爆发了。

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