【星空特輯】違背直覺但合乎真理—奇妙的科學方法

2009星空協奏曲‧第一講特稿
科學並不是一種自然的思考方式

撰文 ∣ 高英哲

「天地有大美而不言,四時有明法而不議,萬物有成理而不說。」
—《莊子‧知北遊》

由台大物理系高涌泉教授主講的《時空奏鳴曲—穿梭古今 2000 年》,以一段充滿中式意境,似乎與天文科學無甚關連的古文,做為貫串通篇的開場提要。然而這裡面確實點出了一些關於科學傳統的關鍵。

發現DNA雙螺旋結構的克里克曾說,科學方法根本不自然,反倒是一種幾近詭異的做事方式。或許正因為如此,崇尚自然的莊子,乃至於數千年來的中國文明,都未能建立起所謂的科學傳統。即便是現代科學根源的希臘文明,直到將近兩千年後,才由伽利略真正發展出科學方法。我們認為「理所當然」的科學方法,其實並不符合人類直覺。

曾經主宰西方天文學一千五百年的托勒密「地心說」,是相當符合直覺的一套論述;以地球為星體運轉中心的理論,不但契合人類的生活經驗,也符合觀察結果。雖然在這個架構下,星體不時會出現一些「逆行」或是局部移動的怪現象,但只要加進一些巧合與限制條件,還是可以在既有的架構下說得過去。因為這套學說還算堪用,大家就這麼一直沿用下去,一用就是一千五百年,直到哥白尼提出「日心說」為止。

哥白尼會想出日心說,或許只是人類某一天突然不照直覺思考所造就的巧合,但是日心說本身卻不是。事實上跟一般人的理解不太一樣的是,日心說並未推翻地心說的觀測結果,只是單純地把星體的座標系轉換了一下;如此一來,一切都恰到好處地兜在一起,這就是日心說的核心價值。

要抗拒直覺的誘惑,建立起違背人類生活經驗的科學方法,需要許多人來集思廣益與反覆驗證,有時個人甚至必須為此付出代價。丹麥天文學家第谷一絲不苟觀測出來的行星軌道,尚須加上他的弟子克卜勒卓越的數學能力,才能算出行星軌道並非當時公認的圓形,而是離心率很低、看起來很像正圓形的橢圓。伽利略的學說推翻了亞里斯多德以降的物理學認知,觸怒了當時的教廷,換來審判與軟禁的下場。

如此特別又違背自然的科學方法,到牛頓發表三大運動定律之後,終於獲得世人認同。然而他究竟是「發明」還是「發現」了三大運動定律呢?就某些人看來,牛頓只是從克卜勒的行星三大運動定律中,「推導」出可解釋萬物的廣義定律罷了,然而這卻是科學發展最具革命性的突破:人類從此認知到自然現象背後,有精確的數學法則可供描述。天地果有大美,萬物之理可說。

在牛頓奠定科學方法的骨幹之後,科學的發展就此一飛沖天,無可遏止了。時至今日,科學似乎成了一種極度專精、需要關在象牙塔中與世隔絕地鑽研的學問。法拉第數學不好卻能提出一流的物理見識,愛因斯坦一邊在瑞士伯恩專利局上班一邊提出相對論,這樣的傳奇故事如今恐怕已難以復見,僅能載諸科學史冊。高涌泉教授在演講結束前,輕描淡寫的欷噓之嘆,或許也反應出現代科學教育與研究的盲點與無奈吧。

(本文作者為英國約克大學經濟學碩士)

■ 本系列文章將陸續推出,多位寫手將為第二期探索講座「2009星空協奏曲」留下文字記錄。歡迎在此留下迴響!

責任編輯:MissZoe

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3 thoughts on “【星空特輯】違背直覺但合乎真理—奇妙的科學方法

  • 2009 年 10 月 14 日 at 21:28:24
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    10/10早上的高瞻寫作班中王道還主講了三小時的「科學寫作」,下午的探索演講高涌泉介紹了一個半小時「穿梭古今兩千年」的天文與物理。兩個不同主題的演講中,他們不約而同的提到了一個觀念,就是「科學」不是自然而然在每一個社會中都會順理成章發生的東西。
    這正是我常說科學是一種「思考方式」的精髓。「科學」不是一種普通的、隨性的、天然的思考法則,大部分人需要勉而學之,甚至困而學之,才能體會、掌握訣竅、或十分熟稔的運用。科學能推論出違反或超越直觀但是周延合理的道理,理與理間邏輯連貫相通而不必訴諸奧秘,神奇但可以理解,簡言之,科學就是可以理解的理性思維運用。
    這也是為什麼我在高中化學科99課綱的核心能力中放進了這麼一段:「科學不代表真理,但是可以理解;允許想像與創意,但是服膺證據與邏輯推理;抗拒威權,但仍應尊重社會的共識價值,並持守人類基本倫理道德的同理心。學習者在追求學科知識的過程中若不能發展出具備理性思辨與科學態度的核心能力, 就不能算是成功的學習。」
    雖然所有的人都會使用工具、適應環境、改善生活,每一個時代的不同社會中都會發明技術,但是兩千年前在古希臘,艾奧尼亞(Ionia)學派可能最早記錄了企圖合理解釋自然現象的想法。人類第一次用文字記錄的科學發明可能是歐基理德的「幾何原本」。
    古希臘的理性思維在希臘被羅馬滅亡後,沉寂地在阿拉伯文明中保存了一千多年,才在十四世紀又回到歐洲世界發揚光大,三百年的文藝復興終於使理性主義在西歐社會得以抬頭呼吸,並且與進行實驗驗證的方法結合,造就了今天的科學。
    小學生就要普遍學文字、學科學的社會,還不到一百年的歷史。台灣許多的家長、教師們不知道,想用一個分數來匡正普遍的科學課,是不太科學的。因為思考方法本來就不是一元標準的心智活動。熟稔通達理性思考更不是任何人讀書、認字、上學就必定能精通的東西。

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  • 2009 年 10 月 28 日 at 23:50:09
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    我是本文的作者,先感謝老師撥冗回應,為大家補充了很重要的觀念。

    科學這種不普遍、並非自然生成的思考模式,我認為是人類為了解決問題,所發展出來的一套系統。不過現在在台灣的學校系統裡所教授的科學,似乎先是為了得到一個好分數以解決「升學」問題,之後又是為了得到一個好分數以解決「工作」問題,而逐漸脫離了解決問題的初衷。那個「把物理當成應用數學來教」的現象,恐怕不是偶然。如果有機會的話,這似乎會是一個很值得探討的問題。

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  • 2009 年 10 月 29 日 at 20:54:27
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    英哲兄,多謝幫忙撰稿。
    我想有人為了解決問題而思考,有人則對深入思考本身樂此不疲,兩者沒有必要分高下。
    就像天地一沙鷗裏的海鷗Jonathan,當同伴忙於覓食時,飛翔本身就是Jonathan的志業。鐘鼎山林,不可強也。
    如果有人在CASE遇到科學會心跳加速,那是我們的運氣。我們也希望很多人發現,CASE提供的科學口味和應付考試不同,另有韻味,那就是知音了。如果有人發現CASE對他們學業有助益,我們也會十分欣慰。

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