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12 理查德·費曼構建一個宇宙

費曼曾經接受過一次由美國科學促進會資助的採訪。在這個之前沒有被公開的訪談中,費曼回顧了他的科學生涯:他平生第一次面對滿屋子的諾貝爾獎得主,戰戰兢兢地發表演講;受邀參與世界上第一顆原子彈的研製以及他當時的反應;「貨拜族」科學;那通黎明前吵醒他的重要電話——一名記者告訴他:「你剛剛贏得了諾貝爾獎!」費曼的反應是:「你應該等到天亮了再告訴我。」

旁白:麥爾·費曼是紐約一家制服公司的推銷員,1918年5月11日,他迎來了兒子理查德的誕生。47年後,理查德·費曼獲得了諾貝爾物理學獎。正如理查德·費曼所說,這個成功與麥爾·費曼有莫大的關係。

費曼:在我出生之前,他(我父親)對我母親說:「這個男孩將來會成為一名科學家。」現在你在女權主義者面前當然不能說這樣的話,但那個時候,人們確實就是這樣說話的。不過,他從來沒有跟我說「你要當一個科學家」這類的話……我學會了去欣賞原本習以為常的東西。我從來沒有什麼壓力……我稍大之後,他帶我去樹林裡散步,指點我看動物和鳥,等等;他還告訴我星星、原子以及其他事情。他會告訴我那些事物有趣的地方。他自有一套看待這個世界的方法,而他觀察世界的方法——我覺得,對於一個沒有受過正規科學訓練的人來說,是非常科學的。

旁白:理查德·費曼是位於帕薩迪納的加州理工大學的物理教授,他從1950年起就在那裡工作了。他的時間,一部分用於教學,另一部分投入到對構成我們這個宇宙的微小的物質的理論研究中。在他的整個研究生涯中,他富有詩意的想像有時會把他帶到許多神奇的領域:製造原子彈所需的數學,結構簡單的病毒的遺傳學,極端低溫狀態下氦的性質。使他獲得諾貝爾獎的研究——量子電動力學理論,幫助物理學家更直接、更有效地解決了許多物理問題。然而,這一長串成就最初源於費曼和他的父親在樹林裡的散步。

費曼:他有觀察事物的一套方法。他經常說:「假設我們是火星人,我們來到地球,然後我們會看到這些奇怪的生物在做一些事情,我們會想些什麼?」他會說:「比如,舉個例子來說,假設我們從不睡覺,因為我們是火星人,但是我們的意識一直很清醒。我們發現,地球上這些生物每天有8個小時會放下工作,還要閉上眼睛,這期間他們或多或少變得遲鈍了。我們有個有趣的問題要問他們,我們會問:『這整個過程中你們感覺如何?你們的思想發生了什麼變化?你們狀況良好,能清晰地思考問題——那麼這過程中發生什麼事了嗎?你們的思想是突然停下來的呢,還是變得越來越慢、最後停了下來呢?或者準確地說,你們是怎麼停止思考的?'」後來我對這個問題思考了許多,在大學裡還做了實驗,我想找出這個問題的答案——在睡覺時,你的思維究竟發生了什麼變化?

旁白:一開始,費曼博士是想做一個電機工程師的,他學物理,打算用它為自己和身邊的這個世界服務。但是沒過多久,他就意識到,其實自己更感興趣的是現象背後的原理:那些使世間萬物運轉的原理,以及隱藏在宇宙運行現象背後的物理理論和數學原則。於是,他的頭腦就變成了他的實驗室。

費曼:小時候,我的所謂的實驗室只是一個供我瞎鼓搗的地方,我做收音機、小配件、光敏電池諸如此類的小玩意兒。後來,我在大學裡看到一個他們口中的實驗室,我很震驚。在那裡,人們要鄭重其事地測量一些東西。而我在自己的實驗室裡,從來沒有測量過什麼東西,就是到處鼓搗。這就是我小時候擁有的實驗室,那時候我想,這就是我以後要走的路了。在那個實驗室裡,我要解決這樣一些具體的問題。比如說,我那時經常要修收音機,我要把電阻和一些伏特表連在一起,用這種方法來改變電流,諸如此類的事情。於是我開始去找這些公式——電學公式。我的一個朋友有一本書,上面有電學公式,顯示變阻器關係的公式。書上有這些公式,比如電的功率是電流的平方乘以電壓、電壓除以電流就是電阻,等等,共有六七個公式。在我看來,這些公式相互有聯繫,它們確實不是完全獨立的,這個公式可以從那個公式推導出來。於是我就換各種花樣反覆驗證,利用從學校學到的代數知識,我明白了怎樣去推導這些公式。在這過程中,我認識到了數學的重要性。

所以,我對物理相關的數學知識越來越感興趣。不過,數學本身對我也有很大的吸引力。我這一輩子都熱愛數學〔……〕

旁白:從麻省理工學院畢業之後,理查德·費曼去了普林斯頓大學——在麻省理工學院西南方大約400英里(約644千米)的地方,他在那裡拿到了他的博士學位。也正是在那裡,他做了平生第一次正式的學術報告,時年24歲。事實證明,對費曼來說,那是一次十分重要的人生經歷。

費曼:在普林斯頓的時候,我給惠勒[1]教授當助手,我們一起研究出一個新理論,是關於光如何起作用,以及不同位置的原子如何相互作用。在那個時候,這是一個相當有意思的理論。因此,主持研討會的維格納[2]教授建議我們做一個這方面的報告。惠勒教授說我是個年輕人,之前也沒有做過學術報告,這將是一個學習的好機會。所以就這樣,我迎來了平生第一個學術報告。

我開始為之做準備。維格納教授過來跟我說,他認為我們這個研究相當重要,所以他特地邀請了一些重量級的人物來參加這次報告會,這其中有泡利教授,他是從蘇黎世來的訪問學者、著名物理學教授;馮·諾依曼教授,世界上最著名的數學家;亨利·諾裡斯·羅素,著名天文學家;還有阿爾伯特·愛因斯坦,他當時住在附近。我當時一定是嚇得臉色煞白,因為他對我這樣說:「不要緊張,別擔心。首先,如果羅素教授打瞌睡了,你不要感到沮喪,因為他總是在研討會上打瞌睡。如果你講的過程中,泡利教授頻頻點頭,你也不要得意,因為他總是在點頭,他中風了。」他說了很多這樣的話。這讓我稍微鎮定了一些,但我還是很擔心。最後,惠勒教授向我保證,由他回答所有的聽眾提問,我只需要做好學術報告。

我清楚記得當時走進會場的感覺——你可以想像那種「人生第一次」——就像在鑽火圈。我早已提前把所有的方程式都寫在黑板上了,那滿滿一黑板的方程式!其實,人們不需要這麼多的方程式……他們只想更好地理解你的想法。我記得自己走上講台,而那些偉大的人物就坐在聽眾席裡,真是要命!我好像還能看見當時自己的那雙手,當我從文件袋裡往外抽出講稿,手那個顫抖啊!但是我一拿出講稿,開口做報告時,情況就完全不同了——從那時起,只要是在大庭廣眾下做學術報告,我都很鎮定自若。這種感覺真是很美妙。我只要一談物理——我熱愛它——我想也只有談起物理時,我就不再擔心我是在什麼場合了,我就什麼也不擔心了。一切進行得很順利。我只是盡我所能,認真介紹我們做的研究工作。我不考慮有誰在場,我只考慮我要解釋的問題。然後,到了提問環節,我也沒什麼可擔心的,因為有惠勒教授出面應對。泡利教授站了起來——他坐在愛因斯坦旁邊。他說:「我認為這個理論不對,因為這個和這個原因,那個和那個原因,還有其他原因,等等。難道你不同意我的看法嗎,愛因斯坦教授?」愛因斯坦回答說:「不——」這是我所聽過的最美妙的「不」。

旁白:在普林斯頓,理查德·費曼明白了一件事:即使他完全生活在自己的世界裡——那裡全是數學和理論物理,在這之外,仍然有個世界,那個世界堅持要求他做很實際的工作。那時正值第二次世界大戰,美國剛剛開始原子彈的研製工作。

費曼:就在那個時候,鮑勃·威爾遜來到我的房間,告訴我他要開始的一個項目,研究如何提煉原子彈所需的鈾。他說下午3:00有個秘密會議,但是他知道,一旦我知道這個秘密的研究,就一定會參加,所以告訴我也不會有什麼危險。我說:「你錯了。你不該告訴我這個秘密,我不會參加的。我要回去做我自己的事情——我還有畢業論文要寫。」他走出房間,甩下一句話:「我們下午3:00開會。」這會兒是早上,我來回在房間裡踱步,思考一個問題:如果這炸彈捏在德國人手裡會帶來怎樣嚴重的後果?我思來想去,最後認定這個研究很重要,也很帶勁兒。所以我就參加了3:00的會議,同時暫停了學位論文的寫作。

問題是,為了製造原子彈,你必須分離鈾同位素。鈾有兩種同位素,其中鈾235比較活躍,你得把它們分離開來。威爾遜已經發明了一種分離方案:首先把一些鈾原子變成帶電的離子,讓它們成為離子束——在同樣的能量下,這兩種同位素的速度有輕微的不同。因此,如果你讓它們通過一條長長的試管,其中一種同位素就會跑在另一種同位素前頭,這樣你就可以把它們分離開來了。這是他的計劃。我那時做的是理論研究。我最初分配到的任務就是論證威爾遜設計的方案是否完全可行,究竟能不能做到。還有關於空間電荷制約的許多問題等等。經過推算,我得出結論:那是可以做到的。

旁白:儘管費曼推斷威爾遜分離鈾同位素的方法在理論上確實是可行的,但是最終軍方還是採用了另一種生產鈾235的方法。即便如此,在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的主要實驗室裡,仍然有許多工作等待費曼和他的高水準的理論推算能力去完成。戰後,他加入了康奈爾大學的核研究實驗室。如今他對他參與的原子彈研製工作懷有一種複雜的感情:他到底是做了正確的事情,還是做錯了?

費曼:不,我不認為我那時的決定是個錯誤。我考慮了原子彈的問題,我確實認為:如果納粹先造出原子彈,那將會非常危險。不過,我認為,我還是犯了一個錯誤,那就是在德國被打敗後——在德國戰敗三四年之後,那時離我們取得勝利已經很長時間了——我們仍然在十分努力地工作。我沒有停下來,我甚至沒有考慮過做這項研究的最初動機已經不復存在了。那是我得到的一個教訓,那就是:如果你有理由去做一件事,而且理由很充分,那麼你就開始去做,但是你一定要時不時關注一下現在的情形,看看最初的動機是否還是正當的。在我做出那個決定的時候,我認為它是正確的,但是繼續做下去而沒有思考,那可能就錯了。我不知道,如果我那時真的去考慮這個問題,可能又會發生什麼事呢?也許我還是會打定主意,無論如何都要繼續做下去,我不知道。但是,促使我做出最初決定的外部環境已經改變了,而我沒有去考慮這一點,這確實是一個錯誤。

旁白:在康奈爾度過了激動人心的五年之後,像他之前和之後的許多美國東部人一樣,費曼博士被加利福尼亞和加州理工學院吸引住了,那裡的學術氛圍同樣很振奮人心。當然,還有其他原因。

費曼:首先,伊薩卡的氣候不好。其次,我還蠻喜歡去夜總會之類的地方。

鮑勃·巴赫邀請我到這裡來,還請我開了一系列講座,內容就是我在康奈爾研究的那些工作。於是我就做了一些演講,然後他對我說:「要不,我的汽車借給你開吧?」我很高興,開著他的車,每天晚上我都去好萊塢和日落大道,在那裡玩得很開心。舒適的氣候和遼闊的地域,都是紐約州北部的小鎮不可企及的。這兩個因素最終把我帶到了這裡。做出這種選擇,其實不難,而且我的選擇也沒有錯。這是我又一個沒有做錯的決定。

旁白:在加州理工學院,費曼博士擔任理論物理的理查德·查斯·托爾曼教授[3]一職。1954年,他獲得了阿爾伯特·愛因斯坦獎。1962年,原子能協會授予他E.O.勞倫斯獎,獎勵「他在原子能的發展、使用和控制上的卓著貢獻」。最後,在1965年,他獲得了科學界最重量級的獎項——諾貝爾獎。他和日本的朝永振一郎、哈佛的朱利安·施溫格一起獲得這個獎。對費曼博士來說,這個諾貝爾獎讓他半夜裡受了驚擾。

費曼:電話響了,那傢伙說(他是)某家廣播公司的。我被吵醒,很惱火,這是很自然的反應。要知道,你半夜被人吵醒了,當然很惱火。那傢伙說;「我們很高興地告訴您,您贏得了諾貝爾獎。」我自己心裡還在腹誹——你懂的,我還在生氣——當時聽了也沒有上心。於是我說:「你應該等到天亮了再告訴我。」於是他說:「我還以為您想知道這事。」然後,我說我在睡覺,就把電話掛了。我太太說:「什麼事?」我說:「我得了諾貝爾獎。」她說:「你再編下去,別逗我了。」我常常想要愚弄她,但是從來沒有得逞。每次我想戲弄她,她總能看穿,但這次她錯了。她以為我在開玩笑。她以為是某個學生,某個喝多了的學生,或者另外什麼人。所以她不相信我。但是10分鐘之後,另一家報紙的報喜電話來了,我對那個傢伙說:「好的,我已經聽說了。現在,請讓我清淨一下吧。」說完,我就把電話摘了,我想我該回去睡覺,到8點鐘再把電話接上。可是我再也睡不著了,我太太也睡不著。我起來了,在房間裡走來走去,最後我又把聽筒放回去,開始接電話。

這之後不久,我在一個地方坐出租車,出租車司機和我聊起我獲獎這件事,我就把自己遇到的麻煩說給他聽:那幫傢伙一直追問我,我又不知道該怎麼應對,等等。他說:「我看過你的一個訪談。我是在電視上看的。那傢伙問你:『請您用兩分鐘解釋一下,您做了什麼拿到這個獎的?』你真的說給他們聽了,這真是瘋了。你知道我會怎麼說?『嗨,老兄,如果我能在兩分鐘內解釋給你聽,我就沒資格獲這個諾貝爾獎了。'」從那以後,我就用這個來回答別人。如果有人問我,我就說:「你瞧!要是我那麼容易就把這問題解釋清楚嘍,那它就不配拿諾貝爾獎了。」這麼說其實不怎麼合適,可出租車司機教我的這個回答很妙。

旁白:前面已經提到,費曼博士獲得諾貝爾獎,是因為他對一個新的研究領域——量子電動力學的理論發展所做出的貢獻。正如費曼對它的評價,這是「一個能解釋所有其他事物的理論」。它不適用於核能或重力,但是它確實適用於電子和光子間的相互作用。它能解釋電的流動方式、磁現象、X射線的產生方法及其與其他物質形式的相互作用。量子電動力學中的「量子」印證了20世紀中期的一個理論,這個理論稱,環繞在每個原子核周圍的電子受一定的量子狀態或能級的限制。它們只能存在於某些能級上,而不可能處於兩個能級之間。另外,這些量子化的能級取決於照射在原子上的光的強度和其他一些因素。

費曼:理論物理最大、最重要的一個工具是廢紙筐。你得知道什麼時候該放手,對嗎?實際上,所有我所知道的關於電學、磁學、量子力學和其他一些東西都是在我試著構建這個理論的過程中學到的。讓我獲得諾貝爾獎的東西,歸根到底要說到1947年,那時我想改變和修正一個普通的理論,而在這過程中遇到了一些問題,我正在設法解決它。貝特勸誡我:「如果你做的確實是正確的事情,如果你能撇掉一些事,卻抓住另外一些事;如果你的做法正確,那麼,你就能得到可以和實驗結果相媲美的結果。」他還給了我一些建議。那時我對電動力學有相當充足的瞭解,在此之前,我已經嘗試過用大約655種不同的形式來表述這個瘋狂的理論。可以說,我知道怎麼做使他得到想要的東西,知道如何用非常便利的方法來很順利地控制並開展這項計算工作,我有很有效的手段去完成這件事情。換句話說,我有一套自己琢磨出來的方法,借助這套方法,我在舊理論的基礎上逐漸構建起我自己的理論——聽起來像是很自然而然的事情,而我自己好些年沒有想到用這個方法——那時我就發現這個理論非常管用,我用這個(改頭換面的)舊理論來處理問題,比起之前任何人都要快得多。

旁白:除了其他諸多用途,費曼博士的量子電動力學理論為我們提供了一個新的視角,它幫助我們理解把物質聚集在一起的那種力。它還讓我們對轉瞬即逝的、無窮小的粒子的性質有了更多一點的瞭解——宇宙中所有其他物質都是由這些轉瞬即逝的、無窮小的粒子構成的。隨著物理學家對物質本質結構的研究越來越深入,他們發現,那些看起來很簡單的,實際上可能非常複雜;而那些看起來很複雜的,實際上可能非常簡單。他們的工具是高能原子粉碎機,它能夠把原子級的粒子轟擊成越來越小的碎片。

費曼:我們觀察世界,一開始的時候,我們看到很多不同的現象——風、波浪、月亮,還有其他很多東西。我們想重新解讀它們。風的運動是不是很像波浪的運動?等等。漸漸地,我們發現許許多多的事物都是相似的,世界上各種現象的種類並不像我們想像的那麼多。我們不僅看到了所有的現象,我們還知道了它們背後隱藏的原理,其中最有用的一個原理看來是這個:世間萬物都是由一些物質構成的。比如,我們發現所有物質都由原子構成,只要瞭解原子的性質,我們就可以理解很多東西了。最初,人們認為原子應該很簡單,但是,後來人們發現,為了解釋所有的事物及現象,原子的結構應該更複雜一些,現在人們知道有92種原子。實際上,原子的種類要比這多得多,因為它們的質量各不相同。接下來的問題,是要瞭解各類原子不同的性質。我們發現,如果瞭解到原子本身也是由一些更小的東西構成的,我們就能理解原子性質的千差萬別了——原子是由原子核以及圍繞著原子核運動的電子構成的——各類原子的不同之處僅僅在於它們的電子數不同。在萬事萬物背後真正起作用的正是這個漂亮的、大一統的規則。

所有不同的原子,其實是同一樣東西,只是它們攜帶電子數量不同。可是,原子核也不盡相同。於是我們開始著手研究原子核。我們採用盧瑟福實驗等轟擊原子核,立即就發現了大量不同種類的原子核。從1914年起,他們先是發現原子核很複雜,然後又意識到,假如原子核也是由一些更小的粒子構成的話,那麼它們也是可以被理解的。原子核是由中子和質子構成的,這兩者之間的相互作用力把它們維繫在一起。為了理解原子核,我們必須對這種相互作用力有更深入一點的理解。順便提一下,就原子本身而言,也有一種相互作用力,那是一種電作用力,我們是知道這個的。因此,除電子之外,還有一種電作用力,我們稱為光子。光和電作用力被整合成為一個叫光子的東西,所以外部世界,也就是說原子核外的空間裡是電子和光子。描述電子行為的理論,是量子電動力學,我就是因為研究這套理論獲得了諾貝爾獎。

但是現在我們走進原子核,發現它們可能由中子和質子構成,但是,這裡也有那種奇怪的作用力。接下來一個問題,是努力理解這種作用力。湯川秀樹提出了各種看法,認為可能有其他類型的粒子。於是我們做了實驗,設法讓高能量的中子和質子互相撞擊,結果確實撞擊出新東西來了——就像我們讓能量足夠高的電子互相撞擊,就會出來光子一樣。這次,我們打出來的新的粒子是介子。看來,湯川秀樹是對的。我們繼續做實驗。接下來,我們得到了無數種不同的粒子,你要知道,不只是一種光子,我們讓光子和中子撞擊在一起,得到了400餘種不同種類的粒子——λ粒子和Σ粒子。它們各不相同。此外,還有π介子和K介子,等等。我們還碰巧製造出了μ子,但它們顯然與中子和質子沒有什麼關係——至少比不上電子與它們的關係密切。那是一個意外的發現,我們也不知道後來它跑到哪裡去了。它就像是一個電子,但是比電子又重一些。所以,我們這兒有了電子和μ子,它們與其他那些粒子之間沒有強烈的相互作用——其他那些粒子我們稱為強相互作用粒子,或強子。強子包括質子、中子,以及你讓它們猛烈對撞後立即就能產生的所有粒子。現在的任務就是系統地試驗和描述所有這些粒子的性質。這是個大工程,所有人都投入到了這項工作中去。它被稱為高能物理學或基本粒子物理學。過去人們習慣叫它基本粒子物理學,但是沒有人會相信400種不同的粒子都是「基本」的——它們有可能是由更基本的粒子構成的。這種可能性看起來很合理。於是,人們發明了一個名字——「夸克理論」。這個理論說,這些粒子裡的某些種類,比如質子和中子等等,都是由三種叫「夸克」的東西構成的。

旁白:至今還沒有人見過夸克長什麼樣子,這真是很遺憾,因為夸克是構成原子和分子的基本材料,而這些結構更為複雜的原子和分子則構成了宇宙萬物。「夸克」這個名字是費曼的同事默裡·蓋爾曼在幾年前隨意起的。讓蓋爾曼博士有些吃驚的是,早於他30年前,愛爾蘭小說家詹姆士·喬伊斯就已經在其著作《芬尼根守靈夜》中預見性地用到了這個名字,其關鍵詞是「沖馬克老爺三呼夸克」。費曼博士解釋,更為巧合的是,構成宇宙間各種粒子的夸克目前看來確實有三種。在尋找夸克的過程中,物理學家設法將能量很高的質子和中子撞擊,希望它們在撞擊過程中分裂出夸克。

費曼:這些都對,但有一點讓夸克理論陷入困境,夸克理論明顯過於絕對化了。如果這些粒子是由夸克構成的,那麼我們轟擊兩個質子的話,應該產生3個夸克。而事實上,在我們現在談論的這個夸克模型中,夸克帶的電荷十分奇特。我們所知道的自然界所有粒子帶的電荷都是整數,通常是一個正電荷,或一個負電荷,或者不帶電。但是根據夸克理論,夸克帶的電荷,或是負1/3電荷,或是正2/3個電荷。如果這種粒子真的存在,它應該很明顯,早就被我們觀測到了,因為它經過雲室時留下的氣泡數目會少得多。比如一個帶1/3電荷的粒子,它沿途擊打的原子就應該都帶有1/9的電荷——這是按照平方反比率計算的。所以和一個普通粒子相比,它沿途留下的氣泡只有前者的1/9,這應該是很明顯的。如果你能看到一條輕輕劃過的痕跡,這就說明有問題了。他們一直在苦苦尋找這樣的一條痕跡,但是至今還沒有找到。這僅僅是這套理論當中一個很嚴重的漏洞。這也讓我們感到很興奮,它促使我們思考:我們走的路子正確嗎?或者我們完全是在黑暗中瞎轉悠,離找到真相還有很大的距離?或者我們已經快要接近真相了,只是還不知道怎樣去把握住它?一旦我們能正確把握住它,我們就會頓時明白為什麼那個實驗看起來不太一樣。

旁白:如果這些利用原子粉碎機和雲室做的高能物理實驗確實能證明世間萬物都是由夸克構成的,那又有什麼用途呢?我們有沒有可能親眼看到它們?

費曼:努力去弄懂強子和μ子等等,這件事在我看來,目前根本看不到什麼實用價值,事實上一點兒用也沒有。過去有不少這樣的例子,很多人說,他們根本看不出這個研究有什麼實用價值,可是後來發現這些研究都有用。還有一些人會信誓旦旦地保證,這個研究一定會大有用處。說實話,我覺得那些人很傻。我的意思是,斷言某個研究永遠不會有什麼用處,這是件很傻的事。現在,我也準備當一回傻子,我說研究這些玩意兒壓根兒不會有任何應用價值。不是嗎?那麼你為什麼要研究這個呢?因為追求實用價值不是世人做事唯一的目的。探索世界萬物是由什麼構成的,這是件很有趣的事。正是出於這樣的興趣,人類的好奇心促使我們造出了望遠鏡。知道宇宙的年齡有什麼實用價值?還有,那些遙遠的類星體的爆炸跟我們有什麼關係?我的意思是,整個天文學又有什麼用?什麼實際用處都沒有,但是很有意思。所以,我探索我們這個世界也是出於這個目的,我滿足的是自己的好奇心。如果說滿足人類的好奇心也是一種需要,從這層意思來看,努力去滿足它,這也是有實用價值的。目前我就是這麼看待我們所做的研究的。我不會做出任何許諾,說它將來會有什麼經濟意義。

旁白:對於科學本身及其對我們的意義,費曼說他不願意對此展開哲學探討。然而這並不妨礙他就科學是什麼和科學不該是什麼樣提出自己的觀點,這些觀點很有趣,極富啟發性。

費曼:我得說,科學從它誕生之日起,就是這個樣子。它致力於理解某些問題或事物,它依據的原則是:凡是發生了的就是真的,這也是判斷一個理論正確與否的標準。如果李森科說,你把500代老鼠的尾巴都砍掉,之後新生的老鼠就沒有尾巴了(我不知道他是不是說過這樣的話,我們姑且就認為是某某先生說的)。然後你去做實驗,結果不是這樣的,於是我們知道那個理論不正確。這個原則就是:通過實驗或經驗將正確的和錯誤的認知區分開來。由此獲得的符合這個原則的知識體系連同這個原則,就構成了科學。

除了實驗,我們帶給科學的,還有無數追尋普遍真理的充滿智慧的嘗試。所以,科學不僅僅是那些在實驗中碰巧發生的,被證實為正確的理論的總和;科學也不僅僅是我們剪掉老鼠尾巴時會發生的那些事實的綜合——那樣的話,我們腦袋裡就要裝太多太多的東西了。我們已經發現了大量的普遍性原則。比如,如果這理論適用於老鼠和貓,我們就說它同樣適用於其他哺乳動物;如果它也適用於植物,那麼,在一定程度上,它就是生物的一個自然屬性,是我們先天就有的,而不是後天形成。但是,這種推理不是幾乎完全正確的,而是絕對正確的。我們後來發現,有實驗證明細胞能夠通過線粒體或其他東西傳遞遺傳信息,於是我們就一邊研究一邊修正這理論。但所有的理論必須盡可能具有廣泛性和普遍性,而且還要與實驗結果保持完全一致,這才是真正的挑戰。

你知道,通過實驗得到一些結論——這聽起來十分簡單——你只需去做實驗,然後看結果。但是,由於人是有弱點的生物,事實表明,做到這一點遠比你想像的要困難得多。拿教育做例子,一個人看到人們教數學的方法,他說:「我有個更好的辦法。我要做一個玩具計算機,用這個來教學生。」於是他找了些孩子來做實驗——他找不到很多孩子來做實驗,也許有人給了他一個班級來試試。他熱愛這項工作,他很興奮。他完全清楚自己要做什麼。孩子們知道這是樣新鮮事物,所以他們也都很興奮。他們學得非常好,他們的算術學得比其他孩子都好。你考了一下他們——他們學的是算術,然後這就作為一個案例被記錄下來:這種教學方法可以提高算術成績。但是,這是一個個案,它沒有普遍性,因為這個實驗的一個前提條件是教學的人就是這種教學方法的發明人。而你真正想知道的是,如果把這個方法寫進一本教師用書,供普通教師使用(你必須考慮普通的教師,實際上各地教師中,肯定有許多水平一般的教師),他們拿到這本書,然後嘗試用書上介紹的方法教算術,教學效果一定會變好?換句話說,事實上,你所知道的各種各樣關於教育、社會學,甚至心理學的陳述——所有這類事,我得說,它們都是偽科學。他們做了統計,據他們自己說,統計得非常仔細;他們做了實驗,其實那些並不是真正的可控實驗。那些實驗結果,其實沒有嚴格意義上可控實驗應該具備的可複製性。他們把所有這些做成實驗報告,因為做得很細緻認真的科學研究都會成功,他們認為這麼做,就會得到回報。我這裡有一個例子。

在所羅門群島,如許多人所知道的,島上的原住民原本不知道飛機為何物。在「二戰」期間,飛機曾降落在島上,並給士兵們帶來各種各樣的好東西,所以這些島上出現了飛機崇拜。他們仿建了飛機降落跑道,在跑道邊上點上篝火模仿燈光,一個可憐的原住民坐在他修建的一個木盒子裡,戴著木製的耳機,上面插著細竹竿代表天線,前後晃動著腦袋。他們還有木製的雷達罩和其他一些東西,希望借此吸引飛機給他們帶來好東西。他們不過在拙劣地複製戰時機場的樣子,這也正是某些人幹的事。而我們現在很多領域有出奇多的活動,打著科學的幌子,實質上和那些島民的行為沒有兩樣。舉個例子,所謂的教育科學,其實根本就算不上科學。他們做了大量工作,就好像是花了大量時間雕琢出那些東西,那些木頭飛機,但是這並不意味著他們真的發現了什麼有價值的東西。刑罰學,監獄改革——目的是要弄清人們為什麼犯罪。看著這世界——以我們現代人對這些事情的理解,我們對此看得越來越明白。對教育的理解更多了,對犯罪的理解更多了,但是考試成績不斷下滑,監獄裡的犯人在不斷增多。年輕人在犯罪,而我們根本不瞭解原因。想要以模仿科學的方式——他們現在正在用的方式,去發現事物的某些特性,這種做法就是沒有效果。現在如果我們懂得如何運用科學方法,那麼科學方法在這些領域是否能起作用?我不知道。在這方面,它尤其無力。也許有一些別的什麼方法,比如傾聽過去人們的想法和老人多年的經驗,這或許是個好主意。只有當你另有一個獨立的信息來源,而且你已經決定挖掘那方面的資料時,你才能不理會那些過往。對於那些已經見過和思考過這事物,並且不科學地得出了一個結論的人,如果你想忽略他們的智慧,那麼你一定要留心你是在追隨誰。比起身處現代社會的你,他們觀點正確的概率並不比你少,而你們做出不科學的結論的概率也是一樣的。

我說的這些怎麼樣?要做一個哲學家,我還算夠格嗎?

旁白:在今天的《科學的未來》這個節目裡,您剛剛聽到的是加州理工學院的理查德·費曼博士的訪談錄音。我們採訪了多位諾貝爾獎得主,製作成系列錄音訪談節目。該系列訪談節目是由美國科學促進協會資助的。


[1]約翰·阿奇博爾德·惠勒(John Archibald Wheeler 1911—2008),物理學家,因為發明了「黑洞」這個詞,從而為大眾所知。——編者

[2]尤金·維格納(Eugene P. Wigner 1902—1995),1963年被授予諾貝爾物理學獎,以表彰他在對稱性原理上的研究成果對原子核和基本粒子理論的貢獻。——編者

[3]以理查德·查斯·托爾曼(Richard Chace Tolman)名字命名的教授職位。——譯者