【CASE專欄】自然科學的邊緣與本質

■人們對尚未被寫入科學教科書的「邊緣科學現象」,其好奇心與認同似是沒有國界之分的。

撰文|高涌泉

63941912gc49f175f3aec690  著名的前「科學美國人」(Scientific American)雜誌專欄作家加德納(Martin Gardner)在1997年1月份「自然」(Nature)雜誌(註1)上發表一篇書評,一開始就寫道:「近一、二十年來,湧起了一股對邊緣科學與超自然(Paranormal)現象的迷戀熱潮。一百年前,在美國,沒有一家報紙會登載占星圖;今天除了紐約時報外,幾乎每一家報紙都有此類專欄。美國總統雷根與其夫人皆深信,星星能影響人間事務。民意調查發現,約有半數美國民眾相信有撒旦、天使、魔鬼、超感官知覺(ESP)、預知未來能力及外星人入侵地球」。所以過去在台灣發生的宋七力、妙天襌師、太極門等事件,靈異節目在電視上的風行,與許多人們對外星人、幽浮的「見證」,其實並非是僅於台灣出現的孤立現象。人們對尚未被寫入科學教科書的「邊緣科學現象」,其好奇心與認同似是沒有國界之分的。台灣對這一方面活動的接受及熱誠,相較其他地方而言,恐怕還算是後進地區而已。當然介於真實與虛假之間的超自然現象,如通靈人、心電感應等,無論於東西方文化,自古有之。但令人感興趣的是,為何在科技高度發達的二十世紀之末,科學尚未能在一般人的精神生活層面取得立足點,更不必談論什麼科學文化了。

以下我將提出對這問題的看法。不過我得先解釋為何這些令人著迷的超自然現象,仍只能寄生於科學的邊緣,而無力攻入科學核心;為何一般自然科學工作者對於超自然現象,有「職業性的懷疑」。在此有兩件事先要說明:第一是「超自然現象」涵蓋範圍極廣,除了前面已提過的之外,還有以意志力彎曲物體、以手掌識圖、以念力轉動指南針等等,不勝枚舉。在特異功能界,曾有位蓋勒(Uri Geller)先生以宣稱能用手指摩擦金屬,如湯匙,而將之扭彎與會觀(讀)心術而聞名一時。蓋勒曾要在名物理學者費曼(Feynman)面前示範他的功力,卻失敗了。以揭發超自然騙術為志業的魔術師藍地(James Randi)能夠以魔術手法表演出所有蓋勒的法術。所以蓋勒大約只是高明的騙子而已。每一件超自然現象其實各有其特殊之處,如要研究,得個別仔細檢驗。為了使以下討論能夠扼要清楚起見,在這裏只取手掌識字為例,指出我的懷疑之由來,並說明這些理由其實也點了出一般超自然現象的共通弱處。第二件要說明的是仍然有許多科學工作者相信超自然現象的存在。其中也不乏大名鼎鼎的諾貝爾獎得主。最著名的大約是以超導現象獲獎的約色夫森(B.D.Josephson),他在獲獎之後就改行研究起超感官知覺。引得他的老師,另一位諾貝爾得主安德森(P.W.Anderson)說現今之約色夫森並非昔日之約色夫森。這些名人經常成為擁護超自然現象人士振振有詞的護身符。所以我們得提醒自己,聆聽別人觀點時,無論其立場如何,都不能以發言者的身份地位,作為自己判斷是非的基礎。

假設有個人(受試者)自稱能以手掌識圖,你如何判斷其真偽呢?我們可以用英文廿六個字母為圖形,隨機取一字母,請受試者以掌讀出是那一個字母。如果受試者答對了,你當然還會懷疑他(她)只是運氣好恰巧猜中而己,所以你必然要多測試幾次。我們可以用統計機率學推算出純粹瞎猜所可能答對的合理次數。若受試者答對的次數大於合理次數,我們還要懷疑或許測試的次數不夠多,所以僥倖的成分不能排除。究竟要測試多少次才算可靠?這當然是一個典型的統計學問題。另外我們可能會懷疑,或許受測者能從我們主試者的肢體語言,或眼神,得到一些我們不自覺發出的訊息(轟動一時的「會加法的馬」就是利用了這種手法)。因此我們應該讓受試者在不同的時空下,由不同的主試者加以檢驗。如果受試者的「功力」能夠通過嚴格,且獨立的測驗,而且「實驗」數據經得起正確的統計分析,證實確有異於正常的表現,我們當然接受手掌識圖的真實性。簡單地說我們要求真實的手掌識圖能力必要是可以多次重複出現的,否則受試者可能只是一個高明的魔術師或運氣好的騙子。上述的重複性要求及嚴格的實驗數據分析也必要施加於一般的超自然現象上。到目前為止,就我所知,沒有一件超自然現象能滿足這樣的要求。從邏輯的角度講,無法重複出現的某些超自然現象(例如預卜能力)有可能是「真實」的,只要這些現象也有恰巧發生的可能,無論從哲學上我們如何爭辯「真實」的涵義為何,它們仍然不會被接納入科學的核心。

迪安科尼斯(Diaconis)是現任美國哈佛大學數學系教授,專長在排列組合與統計。除了數學專業之外,他還是位一流的魔術師。他曾見證了許多超感官知覺的實驗。在一篇發表於「科學」(Science)期刊的論文(註2)裏,他的結論是超感官知覺實驗往往設計不良,執行時漏洞一堆,且數據分析粗糙。他建議在作此類實驗時應有魔術師及心理學家在場,以避免作弊或非刻意流露出的肢體暗示。迪安柯尼斯強調,粗糙的統計分析是讓許多科學家誤認超自然現象存在的原因之一。其實,即便在一般正規的科學研究中,例如高能物理實驗,沒有統計學意義的少量實驗數據,也曾多次讓一些物理學者誤以為找到了並不存在的新粒子。科學知識的核心是由許多通過無數考驗的普遍事實累積組成。當前仍然有很多科學工作者在不同的時空持續地在檢驗這些事實。我們對這些科學知識的信心大到甚至會將它們稱為「定律」。二十世紀末的科技發展,基本上就是這些定律的應用而已。

我認為對一般人而言,體認到科學知識有普遍適用性並不困難。但他們可能不知道這些科學知識並非孤立而不相干的事實,而是有高度的相容性。愛因斯坦曾說科學的兩大支柱是實驗與邏輯推理。在量化程度較高的學門裏,邏輯推理就是數學。以物理為例,物理定律皆可用數學公式表示出來,而不同定律間的相容性也可用數學證明之,數學也可推導出定律於同物理狀況下的表現方式,這些推論(或稱預測)也多半得到實驗的證實。所以從數學的角度看,歸納了物理現象的物理定律有非常緊密的結構。這個緊密的結構,一方面是科學工作發展的基礎,一方面也限制了科學工作者任意揮灑的空間。費曼曾說「在科學裏,我們的想像必須和我們所知道的其他一切不相矛盾。我們不能容許自己去認真想像那些和已知自然定律相牴觸的事物。所以我們這一種(科學)想像是一種不容易玩的遊戲,一方面得要有足夠的想像力去看到從來沒有被人看過、聽過的東西,一方面這些想像又受到我們關於自然已有的知識的限制....,實在是非常困難的。」(註3)先前提過的物理學者安德森在駁斥某一類超自然現象時說:「問題當然是在於物理結構的一致性上。如果這些(超自然)結果是對的,我們大可把國家標準局改為賭場,把物理課改為招靈會,並把諾貝爾獎都還回去,....。所以物理學家並不會把這些(超自然)實驗當一回事,除非它們可以(1)被重複,(2)由獨立懷疑的研究者來做,(3)在嚴密的保護之下進行(以免欺騙),(4)有不可駁斥的統計數據。」(註4)我在這裏引用費曼與安德森的話,說明科學是一個整體性的東西,其結構相當緊密。對這基本結構的挑戰通常都站不住腳。所以像超自然現象一類無法從科學知識去理解的東西,有很大的可能性它是虛幻的。在從事這一方面研究時,也要以更戒慎的態度去檢驗它。

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目前我們已知宇宙中各種物質間的交互作用力有四大類:重力,電磁力,弱力與強力(精確一點講是三類,因為電磁力與弱作用力已被統一成電弱交互作用力)。有沒有可能某一些超自然現象(如念力轉動指南針或心電感應)其實可以用已知的基本作用力去解釋呢?在一般生活尺度大小的物體間,重力與弱及強力是沒有什麼作用的,只有電磁力或許還有可能扮演某種角色。在文獻上可找到不少這方面的研究,大致上講人們未能發現超自然現象(即使存在)與電磁現象有任何關連。(註5)

在繼續談論科學與文化關係之前,我得提一下盛行在台灣與中國大陸社會的氣功。不少知名人士(如錢學森、陳履安)對氣功更是推波助瀾的大力支持(註6)。氣功似乎沒有一個廣被大家認可的清楚定(含)義。有人將它看成是某種特殊(無論是精神或生理)狀態去研究,要把它與科學知識連起來。有些人採較極端的觀點,認為某些氣功大師(如嚴新)有隔瓶取物、發功影響千里外事物及發功治病等特異功能。這些近乎「神蹟」的表現能夠輕易獲得一些人的信任毋寧是更引人深思的事。總之這後一種的「高級」氣功,僅是較具「本土」氣質的超自然現象而已,仍要以前面已強調過的嚴謹態度去面對它。目前還沒有大師能夠通過嚴格的考驗。

近代科學自伽利略與牛頓開創以來,對物質世界小自電子夸克,大至宇宙,已有相當深入完整的理解。在傳統分類之下,分屬不同領域,如天文、地質、大氣、化學、物理等學門的知識在相當程度之下已緊密連繫起來。從人類的立場看,一個非常重要的發展是分子生物學的崛起與蓬勃發展。分子生物學立基於量子化學,而物理學中的量子力學又是量子化學的基礎。所以研究非生命現象的物理科學與生命科學之間的界限已被打破。分子生物學加上達爾文的演化理論讓我們有個不帶神祕色彩的科學理論來看生命世界。雖然有很多細節性的問題我們還不是很清楚,從原則的觀點看,要了解人類之存在於宇宙,剩下的大問題就是心靈(或靈魂)是什麼?這目前是哲學、心理認知學,神經科學甚至是物理學中爭辯不休的熱門題目。有人認為心靈是大量神經細胞集體的表現狀態,不需要假設心靈是某種神秘而獨立於物質(即腦)之外的東西。這種保守的看法,當然也有人不以為然。重要的是保守的科學觀點於心靈的問題上在沒有被明確的推翻之前,最合理的立場,仍是假設生命是奠基於物理現象之上。這樣的唯物觀點,對傳統宗教有本質上的顛覆性是早就被認知的。

愛因斯坦曾說:「我不相信有私人的神(Personal God)。在我身上如有任何能被稱為是宗教性的東西,那它是對由我們的科學所能揭露出來,自然的結構之無窮仰慕。」(註7)在這裏所謂「私人的神」指的是「我們希望能得到衪的照顧,人們害怕衪的懲罰,在潛意識裏對衪就如同子女對父母,一個能和衪有私人關係的神。」(註8)才過世不久的天文學者沙根(Carl Sagan)在得知他的癌症之後曾寫道:「我希望能夠相信在我死後我會活過來,我的一些思想、感覺、記憶能延續下去。但儘管我非常願意這樣想,儘管世界各地古老的文化、傳統都宣稱有來生的存在,我卻找不到有絲毫痕跡,顯示那不過是一廂情願的想法而已。這世界是充滿了那麼多的愛與善,沒有理由用美麗卻沒有證據的故事欺騙自已。在我看來最好是以我們的脆弱,直視死神並且隨時感激生命賦與我們這樣短暫卻莊嚴美麗的機會。」(註9)費曼也曾說過他的科學知識的確影響了他的宗教觀,他認為物理定律雖不能證明宗教觀點的錯誤,但是當你知道宇宙是如此的廣大,又有那麼長一段時間,人類並不存在,你很難相信上帝會費衪的心思在宇宙這麼一個小角落。而且你如果以在科學裏,處處質疑的心態來看待宗教,你的信仰很容易一去不回了。(註10)費曼說:「有很多事情,我對它們是一無所知,例如問『我們為何在這裏?』是否有任何意義?....我不一定要有個答案。沒有答案並不會讓我感到害怕,迷失在一個神祕而沒有目的的宇宙裏也不會令我慌張。依我的理解,宇宙就是那個樣子。或許吧。它不會嚇著我。」(註11)在此引用了三位一流科學工作的話,目的並不在於證明科學家普遍宗教觀就是這樣。事實上有相當多數的科學家仍懷抱著相當傳統的觀點。我的用意在於從愛因斯坦,沙根、費曼他們三位不同的措辭中,指出單僅擁有科學知識並不足以形成一個人文的(意指不訴諸於不可知的,於人之上(外)的神、佛、....等)理性的、科學的世界觀。還得要能拋開對個人福禍的牽掛,不盲從,有正視現實的勇氣。這樣的要求,對大多數人來說恐怕是吞不下去的。我們經長期演化出來的生物本能大約和如此的世界觀是不相容的。

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目前在台灣社會裏,各式各樣的宗教信仰、占星術、算命即使沒有比以前風行,也沒有衰退的跡象。以占星術來說,電視台、廣播電台,處處都在提供占星服務,從事業到交友、婚姻,占星諮詢無所不包。很多人大約是以娛樂的心情看占星,雖然的確有人深信不疑,不過只要信仰的結果沒有明確的負面作用(難到不依賴占星術所下的判斷就一定更佳嗎?),而且人的一些基本心理要求得到滿足,可以預期占星術在未來仍會是一蓬勃的行業。所以一直只能停留在科學邊緣的超自然現象,人們依然會以趣味、以滿足想像力為理由,自欺欺人的繼續包容它。「超自然」其實是一個心理、文化、社會而不是自然現象。

前面提到單純的科學知識不足以「救贖」人類,不過若能深刻地理解科學本質,從中得到滿足感,也較可體會愛因斯坦所說的,對自然美妙結構之無窮仰慕。滿足感是不會由死板的科學知識自動引發出來的。愛因斯坦,費曼都是能夠在困難的科學工作中取得突破,碰觸過發現「真理」的喜悅,科學知識對他們來說不再是束縛人類的桎梏,從研究的掙扎裏,他們完成了自我實踐,得到了自由。

沙根在1996年發表了他最後一本美國暢銷書「魔鬼盤據的世界」(The Demon-Haunted World)(註12),在其中他大力抨擊從他看來蠱惑人心,悖離理性,各式各樣的偽科學 (pseudoscience)。沙根了解為何偽科學比科學容易出現-因為它不講究證據,立論水準寬鬆。他也了解為何偽科學如此受歡迎-因為它迎合人們的幻想,滿足人們心靈的飢渴,而且允諾永生。儘管如此,沙根仍堅持只有科學才是人類未來希望之所在。所以這本書的副標題是「科學之為黑暗中之燭光」。名生物學家劉翁亭(Richard Lewontin)在紐約書評(New York Review of Books)發表對沙根此書之評論說:「正直與可佩的科學傳播者沙根就如同福音使徒約翰一樣運用雄辯與專精之學來塑造大眾的心靈,因為他們都相信真理使你自由。但他們錯了。真理並不會讓你自由。使你自由的是發現真理的能力。我們窘困之處,在於我們不知道怎樣才能提供那樣的能力。」(註13)台灣目前的科學教育(在國中、小階段還是全民教育重要的一部分)強調的仍然是知識的傳遞(全世界各國也大致如此)。這樣或許在訓練專業的科學工作者或工程師或醫師有相當成效。但在形成科學的,理性的,人文的文化上似乎沒有多大作用。許多科學普及工作者的努力皆不見成效。這現象背後是否有如我前面所談的深層原因呢?難道科學只有停留在人類心靈邊緣的宿命嗎?

  1. Martin Gardner, "When Superstition Displaces Science" , Nature, 385, P.405 (1997)
  2. Persi Diaconis, " Statistical Problems in ESP Research " , Science, 201, P.131 (1978).
  3. R.P. Feynman, Lectures on Physics, Vol.2, 20-10 (Addison-Wesley Publishing Co., 1964).
  4. P.W. Anderson, "On the Nature of Physical Laws" , Physics Today , Dec. 1990, P.9.
  5. E. Balanovski and J.G. Taylor, "Can Electromagnetism Account for Extrasensory Phenomena?" , Natrue, 276, P.64 (1978)
  6. 林基興,"氣功的科學與人文觀"科技報導, 189, P.26 (1997).
  7. A. Einstein, The Human Side, P43. (Princeton University Press, 1979.)
  8. A. Einstein, Ideas and Opinions, P.40 (Wings Books,1965)
  9. C. Sagan, "In The Valley of the Shadow. "Parade, March, 1996.
  10. C. Sykes, No Ordinary Genius, P.249 (W.W. Norton & Company. Inc., 1994)
  11. 同上,P.239
  12. C. Sagan, The Demon-Haunted World, (Ballantine Boods, New York, 1996)
  13. R. Lewontin, "Billions and Billions of Demons", The New York Review of Books, Jan. 9., 1997.

 

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作者為臺大物理系教授 高涌泉
責任編輯:Kerina Huang

本文為1997年「宗教、靈異、科學與社會」學術研討會上高涌泉老師的會談資料,在此特別感謝高老師提供。
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4 thoughts on “【CASE專欄】自然科學的邊緣與本質

  • 2014 年 02 月 20 日 at 23:07:14
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    我想請問CASE有這一篇嗎? 聽陳竹亭老師說大霹靂以後後來才出現原子核,原子核出現的意思和沒出現到底代表什麼? 有過這一篇文章可以讀嗎? 工作人員會寄來嗎? 我也是電子報的會員,還是要留信箱給寄這一篇答案,或是高涌泉老師可能會放文章談論? 我的電子報郵寄信箱是emily242537@yahoo.com.tw

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    • 2014 年 02 月 21 日 at 09:13:00
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      您好:
      我們會將問題轉給陳老師與高老師,有進一步回答後會馬上寄至您的信箱~
      謝謝您的提問喔!

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  • 2014 年 02 月 24 日 at 19:28:37
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    你的問題基本上和前文無關而且較適合由物理學家回答。
    不過既然問題是由我的講述而起,我試著回覆一下。
    大霹靂的理論必須要有一個起點。今天宇宙中熟悉的粒子包括光子、電子、正子、質子、中子、原子、分子,愈大愈複雜的粒子愈晚出現。所以最小的原子(氫原子)是由一個質子及一個電子在適合的環境下結合而成。能量太高的環境就不容易產生原子。
    如果我說大霹靂以後後來才出現原子核,應該是指大霹靂的奇點千分之一秒後,夸克才有機會產生質子或中子。原子核的出現應該是大霹靂奇點之後的幾分鐘後才有可能。聽來時間不長,但是大霹靂發生時的溫度太高,基本粒子的出現需要時間降溫後才有機會。你可以參考史蒂芬霍金的時間簡史,或下面的資料。
    http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/earlybang.html#c1
    http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/bbcloc.html
    http://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bang_nucleosynthesis
    http://www.astronomycafe.net/qadir/q1144.html

    Reply
  • 2014 年 02 月 25 日 at 20:40:17
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    謝謝老師回答! 我會去看"時間簡史"或是提供的網站.老師教學快樂!

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