「费曼」关于科学方法
「费曼」关于科学方法
一、 科学发现新定律的基本方法
我现在要讨论的是，我们通常如何寻找一条新的定律。我们寻找新定律的过程大致如下：首先，我们猜测它。
然后，嗯，别笑，这确实是真的，然后我们计算这个猜测的推论，看看如果我们猜测的这条定律是正确的，它会意味着什么。然后我们将这些计算结果与自然界进行比较，或者我们说与实验或经验进行比较，直接与观测进行比较，看它是否有效。
二、 实验验证的决定性作用
如果它与实验不符，那它就是错误的。这个简单的陈述就是科学的关键。你的猜测有多么优美，你有多么聪明，是谁做出的猜测，或者他的名字是什么，这些都无关紧要。如果它与实验不符，它就是错误的。事情就是这样。
有些现象，比如超导——这个现象至今仍然存在——指的是金属在低温下无电阻地导电。起初并不明显这是由已知粒子遵循已知定律所导致的后果，但事实证明，经过足够仔细的思考，人们发现它实际上是已知定律的结果。
也有其他现象，例如超感官知觉（ESP），这种现象无法用已知的物理知识来解释。然而有趣的是，这种现象尚未得到充分证实，我们不能保证它的存在。所以，如果它能够被证实，那当然会证明物理学是不完备的，因此它是否正确对物理学家来说极其有趣。不过，有大量的实验表明它不起作用。
占星术的影响也是如此。如果恒星真的能影响哪天适合去看牙医——在美国我们有那种占星术——那么物理学理论就错了，因为从这些（已知）事物出发，原则上没有可以理解的机制能导致这种结果。这就是科学家们对那些想法持怀疑态度的原因。
三、 科学、猜测与可能性的关系
因此，进行猜测并非不科学，尽管许多科学领域之外的人认为如此。例如，我多年前曾与一位外行讨论过飞碟（flying saucers），因为我是搞科学的，我对飞碟了如指掌。所以我说：“我不认为有飞碟。” 我的反对者说：“飞碟的存在是不可能的吗？你能证明它不可能吗？” 我说：“不，我无法证明它不可能，只是可能性极小。” 他们会说：“你非常不科学。如果你不能证明它不可能，那你怎么能说它可能性小呢？”
嗯，这才是科学的方式。科学只在于说明什么是更可能的，什么是更不可能的，而不是一直试图证明可能和不可能。为了明确我的意思，我最终对他说：“听着，我的意思是，根据我对周围世界的了解，我认为飞碟的报告更有可能是地球智慧生物已知的非理性特征的结果，而不是地外智慧生物未知的理性行为。这只是更有可能，仅此而已。” 这是一个好的猜测，我们总是试图猜测最可能的解释，同时在心里记住，如果这个解释行不通，那么我们必须讨论其他的可能性。
四、 理论的验证与局限性
现在你看，当然，通过这种方法，我们可以证伪任何明确的理论。你有一个明确的理论，一个真正的猜测，从中你可以清晰地计算出推论，这些推论可以与实验进行比较，原则上我们可以排除任何（错误的）理论。我们总是可以证明任何明确的理论是错误的。
然而请注意，我们永远无法证明它是正确的。假设你提出了一个好的猜测，计算了其推论，并发现你计算出的每一个推论都与实验相符。那么这个理论是正确的吗？不，它只是没有被证明是错误的。因为将来可能会有更广泛的实验，你可以计算出更广泛的推论，然后你可能会发现这个理论是错误的。
这就是为什么像牛顿的行星运动定律这样的定律能够持续如此之久。他猜测了万有引力定律，计算了太阳系等各种推论，并将它们与实验进行了比较，过了几百年，才发现了水星运动的微小误差。在那段时间里，这个理论一直未能被证明是错误的，可以被认为是暂时正确的。但它永远无法被证明是正确的，因为明天的实验可能会成功地证明你认为正确的东西是错误的。所以我们永远无法确定（理论是正确的），我们只能确定我们是错误的。不过，我们能有一些想法持续这么久，这是相当了不起的。
五、 模糊理论的问题
我还必须向你们指出，你无法证明一个模糊的理论是错误的。如果你做出的猜测表述不清、相当模糊，并且你用来推导其后果的方法也有些模糊……你不确定……比如你说：“我认为一切都是因为Muggles（麻瓜，泛指某种模糊不清的作用力或原因），Muggles或多或少会这样做那样做，所以我大概能解释这是怎么回事。”那么你看，这个理论就很好，因为它无法被证明是错误的。
如果计算推论的过程是不确定的，那么只要有一点技巧，任何实验结果都可以被弄得看起来像是预期的推论。你可能在其他领域对此很熟悉。例如，某人恨他的母亲。原因当然是她在他小时候没有给他足够的抚爱或关爱。但实际上，如果你去调查，你会发现事实是她非常爱他，一切都很好。好吧，那（理论就变成）是因为她小时候对他过度溺爱了。所以，通过拥有一个模糊的理论，就有可能得到任何一种结果。
好吧，对此的解决方法如下：如果能够事先确切地说明多少爱算“不够”，多少爱算“过度溺爱”，那么就会有一个完全合理的理论，你可以对其进行检验。当指出这一点时，通常会有人说——关于多少爱等等——“哦，你正在处理心理问题，事情无法被精确定义。” 是的，但那样的话，你就不能声称你对此有任何了解了。
六、 科学猜测的来源与挑战
现在我想集中讨论，因为我是一名理论物理学家，我对问题的这一端更感兴趣，那就是关于如何进行猜测？
正如我之前所说，猜测来自哪里并不重要，重要的是它应该与实验一致，并且尽可能明确。但你可能会说，那很简单，我们建立一台机器，一个大型计算机，里面有一个随机转盘，它能产生一系列的猜测。每次它猜测一个关于自然如何运作的假说，就立即计算其推论，并将其与另一端的实验结果列表进行比较。换句话说，猜测是个傻瓜都能做的工作。
实际上，恰恰相反，我会试着解释为什么。第一个问题是如何开始。你看，你想开始——我会从所有已知的原理开始。但是所有已知的原理彼此之间是不一致的，所以必须移除一些东西。
因此，我们收到很多人的来信，我们总是收到人们的来信，他们坚持认为我们应该在我们的猜测中留出空隙，像这样：你看，你留个口子，为新的猜测腾出空间。有人对你说：“你知道，你们总是说空间是连续的，但你怎么知道当你到达足够小的尺度时，它们之间真的有足够的点呢？它会不会只是一堆点，被微小的距离隔开？” 或者他们说：“你知道你告诉我的那些量子力学几率幅，它们如此复杂和荒谬。是什么让你认为它们是对的？也许它们不对。” 我收到很多这类内容的信件。
但我必须说，这样的评论是显而易见的，对于任何正在研究这个问题的人来说都是非常清楚的。指出这一点并没有任何好处。问题不在于什么可能错了，而在于可以用什么来精确地替代它。如果你说了任何精确的东西，例如，在连续空间的情况下，假设精确的命题是空间实际上只由一系列点组成，它们之间的空间没有任何意义，并且这些点呈立方阵列排列，那么我们可以立即证明这是错误的。那是行不通的。你看，问题不在于做出改变或说某事可能错了，而在于用某物替换它，这并不那么容易。只要任何真正明确的想法被提出来替代，几乎立刻就会发现它行不通。
其次，这些简单类型的可能性有无限多种。这有点像这样：你正坐着非常努力地工作，花了很长时间试图打开一个保险箱，然后某个家伙走过来，他对你正在做什么或任何事情都一无所知，只知道你试图打开保险箱。他说：“你知道吗？你为什么不试试组合10-20-30呢？” 因为你很忙，你正在尝试很多东西，也许你已经试过10-20-30了，也许你知道中间的数字已经是32而不是20，也许你知道事实上这是一个五位数的密码锁。
所以这些信件没有任何帮助。因此，请不要给我寄任何试图告诉我事情将如何运作的信件。我会读它们，以确保我没有已经想到过那个（想法），但是回复它们太花时间了，因为它们通常属于“试试10-20-30”这一类。
要点
一、 科学发现新定律的基本方法
- 首先，进行猜测（提出假说或定律）。
- 然后，计算这个猜测会导出什么推论或结果。
- 最后，将计算结果与自然现象、实验或观测进行比较，看其是否有效。
二、 实验验证的决定性作用
- 如果理论预测与实验结果不符，那么这个理论就是错误的。
- 这是科学的关键所在：实验结果是判断理论对错的唯一标准，无论猜测本身多么优美、提出者多么聪明或其声望如何，都必须接受实验的检验。
三、 科学、猜测与可能性的关系
- 进行猜测并非不科学，它是科学探索过程的重要组成部分。
- 科学更关注于判断事物的“可能性”大小，而非绝对地证明“可能”或“不可能”。
- 示例：关于不明飞行物（UFO）的讨论。虽然无法证明其绝对不可能存在，但基于对世界的了解，报告更可能是由已知的地球智慧生物的非理性特征造成的，而非未知的地外智慧生物的理性行为。这是一种基于可能性的科学判断。
- 科学家总是尝试猜测最可能的解释，同时保留在当前解释行不通时探讨其他可能性的空间。
- 示例：超导现象最初不明显是已知定律的结果，但后来被证明是；而超感官知觉（ESP）、占星术等现象，因缺乏可靠的实验证据且与已知物理学原理不符，受到科学界的普遍质疑。若这些现象被证实，则意味着现有物理学理论不完备。
四、 理论的验证与局限性
- 一个明确的理论可以通过实验被证伪（证明是错误的）。
- 然而，一个理论永远无法被最终证明是“正确”的。它只能是“尚未被证明是错误的”。
- 随着实验范围的扩大和精度的提高，今天看似正确的理论明天可能被发现是错误的。
- 示例：牛顿定律在很长时间内被认为是正确的，但最终在解释水星轨道的微小偏差时遇到了困难，显示了其局限性。
- 因此，科学理论只能被认为是暂时有效或在特定范围内有效。
五、 模糊理论的问题
- 模糊、不精确的理论无法被证伪。
- 如果理论表述含糊，推导其后果的方法也不确定，那么几乎任何实验结果都可以被“解释”为符合理论预期。
- 示例：对某些心理学理论的简化批评——如果理论对于“爱不够”和“过度溺爱”没有精确的界定，那么无论实际情况如何，总能找到对应的解释，这使得理论无法被检验。
- 若想声称科学地“知道”某事，理论必须足够精确以接受严格的测试。
六、 科学猜测的来源与挑战
- 猜测的来源并不重要（可以是灵感、随机想法等），重要的是它是否明确，并且其推论能与实验进行比较。
- 猜测并非易事，不是简单的随机组合或“傻瓜式”的工作。
- 挑战1：如何开始？在科学前沿，现有理论可能相互矛盾，必须有所取舍或修改。
- 挑战2：如何替代？仅仅指出当前理论“可能哪里错了”（例如，空间不连续、量子力学基础有问题）是容易且显而易见的，真正的困难在于提出一个具体的、精确的、可行的替代方案。
- 挑战3：无效建议与无限可能。许多外行提出的简单建议（如同破解保险箱时随意猜测密码组合）往往对正在深入研究、了解问题复杂性的科学家没有帮助，因为可能已被尝试过或不符合已知约束。科学家需要的是能够产生有效预测的新颖且具体的想法。