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沈小峰 陈浩元 1978-08-10 00:00

从科学史看真理的标准

第3版()
专栏:

从科学史看真理的标准
沈小峰 陈浩元
科学真理来自社会实践
社会实践是人们认识的基础,知识的源泉。人的正确思想,只能从社会的生产斗争、阶级斗争和科学实验这三项实践中来。自然科学的真理,也只能来自实践,特别是更多地直接来自科学实验这样一项独立的社会实践。科学实验是科学发现、发明和理论的极其重要的源泉。
在科学史上,意大利解剖学家和物理学家伽伐尼所做的解剖青蛙的实验,一直被传为佳话。一七八六年,伽伐尼在一次解剖青蛙的实验中,把刚解剖的青蛙用铜勾穿起来挂到铁架上时,发现蛙腿忽然收缩了一下。这同把青蛙放在感应起电机旁,蛙腿由于受到静电感应的电刺激而抽动的情形完全一样。经过多次实验以后,他公开宣布结论:在蛙腿的肌肉和神经之间,各带有相反的电荷,当铜勾穿过时,使神经和肌肉接通,便产生了“生物电”,刺激蛙腿而收缩。这个结论一公布,物理学家伏特马上提出异议,他认为使蛙腿抽动的电流是由于铜勾和铁架这两种不同金属的作用,加上蛙腿潮湿的条件而产生的。伏特的异议,促使伽伐尼进行了更为严密的实验。他不用金属,而是剥出蛙腿的一条神经,一头和青蛙的脊椎接触,一头缚在另一条蛙腿上,结果这条蛙腿仍会收缩。反复实验的结果都是如此。这就证明,引起蛙腿收缩的电刺激的确来自青蛙自身,生物会产生电流的结论是正确的。而与此同时,伏特也做了大量的实验,证实了他的两种金属接触可以产生电流的看法,发明了伏特电池。从一个实验出发得出了电生理学和伏特电池这两个重大的科学发现和发明,说明只要勤于实践就能在科学上有所发现,有所发明。
关于万有引力定律的发现,流传着一种无稽的说法:一天,牛顿躺在苹果树下,忽然看到一个苹果落地,引起了他的思考,灵机一动,很快就总结出了万有引力定律。然而一查科学史,便可看到,万有引力定律的建立,是无数科学工作者长期辛勤实践的结果。丹麦天文学家第谷·布拉赫从一五七六年至一五九七年,二十一年如一日,孜孜不倦地进行了近代早期天文学上最重要的观测工作,搜集了大量准确的观测资料。第谷死后,刻卜勒获得了他的全部观测材料,继承他的工作。正是在前人的基础上,加上本人的实践和研究,刻卜勒编制出了比以往任何行星表都要准确得多的《卢道耳夫星行表》,并建立了著名的刻卜勒三定律。后来,牛顿进一步概括了刻卜勒等人的科学成果,并在自己实践的基础上,才瓜熟蒂落地提出了万有引力定律。可见,没有长期的大量的实验观测资料的积累,单凭科学家的“灵感”、“天才”,是总结不出任何科学规律来的。
科学理论必须经受实践的检验
任何一个科学理论或假说,是否正确反映了客观实际,是不是真理,决不是靠某个权威科学家的论断,也不能简单地用已有的理论作标准来判定,只能靠社会实践,特别是科学实验来检验。实践不仅是认识的源泉,而且是检验真理的唯一标准。真正的科学家都是十分重视实验的检验的。的确,实践是铁面无私的裁判官,尤其在对某一科学问题争论纷纭、莫衷一是的时候,唯有科学实验才能对它作出最有权威的评判。
有些理论是错误的,经过实践的检验,可以纠正其错误,代之以正确的理论。例如,在十六世纪以前,亚里士多德一直被人们尊为“先哲”,他的学说更被奉为金科玉律。他的关于两个重量不同的物体同时下落,重的物体首先着地的学说,两千年来一直被视为真理。十六世纪末,意大利学者斯台文以著名的落体实验,令人信服地推翻了亚里士多德的错误学说,在此基础上,伽利略通过进一步的实验检验和理论分析,建立了科学的落体定律,揭示了轻重不同的物体同时着地的真理。
有些理论的真理性是不完全的,经过实践的检验,可以纠正它们的不完全性,部分地修正原先的理论。例如门捷列夫元素周期律,最初是按元素的原子量递增的顺序排列的,基本上符合客观实际。但是为了同实验事实完全一致,个别元素的次序只好颠倒,这就出现了矛盾。后来,随着科学实验的进步,弄清楚了原子的结构,从实验中发现,真正决定元素周期性质的,并不是原子量,而是原子的核电荷数,元素周期律应按原子的核电荷数递增的顺序来排列。就这样,通过新的更精确的实验检验,对门捷列夫元素周期律进行了必要的修正,使得理论与实际更好地达到了统一。
许多理论都有自己的适用范围,通过实践的检验,可以明确规定(缩小或扩大)其适用的界限。例如宇称守恒定律,是在大量实验基础上建立起来的,原先被认为是一条普遍适用的基本定律。后来在科学实验中发现了著名的“ι—θ之谜”。为了解释这个“谜”,一九五六年,李政道、杨振宁提出了在弱相互作用下宇称可能不守恒的假说。尽管当时有些人包括杰出的理论物理学家泡利强烈反对李、杨的假说,预言未来的实验一定证明弱相互作用下宇称是守恒的,但吴健雄的β衰变实验等一系列科学实验雄辩地证实了李、杨的假说。就这样,通过实践的检验,否定了宇称守恒定律的普遍适用性,指明了它在弱相互作用中并不守恒。
科学的假说不同于主观唯心主义的臆测,它是在一定的实践基础上提出来的。但是假说之是否正确,还必须经过实践的检验。例如,爱因斯坦在一九一六年提出了广义相对论,指出在引力场空间内,随着质量的不同,空间会弯曲,光线也会发生弯曲,他并予言了从遥远星体射向地球的光线经过太阳附近时会发生1.75弧秒的弯曲。爱因斯坦这一大胆的假说刚提出时,科学界议论纷纷,人们将信将疑。直到一九一九年五月二十九日日全食时,英国的两支科学工作队分别观测到光线经过太阳附近确实发生了弯曲,并测得其弯曲度为1.61~1.98弧秒,这才开始解除人们心中的疑团,初步证实了广义相对论的正确。离开了实践的检验,假说的真理性是无从判断的。
总之,实践是检验真理的唯一标准。凡是科学的理论,都不会害怕实践的检验。尊重实践,尊重事实,这是一个有所作为的严肃的科学工作者必须具备的科学态度。
科学真理的发展永无止境
自然界是不断发展的,其运动变化永远没有完结,实践也是不断发展的,因此人们在实践中对于真理的认识也就永远没有完结。对于任何科学理论,都不能说已经完成了绝对真理或达到了“顶峰”。
牛顿是十七、十八世纪最伟大的科学家,他批判了亚里士多德的陈腐观念,继承了哥白尼、刻卜勒和伽利略等人的工作,在天文学、力学、数学、光学等方面都有划时代的贡献。但是十八世纪的法国人却几乎把牛顿神化了。牛顿力学成了各门科学的典范,牛顿的观点在科学界成了绝对的权威。
应当指出,牛顿本人并没有把自己神化。他曾经把自己比作在真理的海边上捡到几片美丽的贝壳的孩子,“而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现。”他发现了万有引力,但他在给别人的信中公开承认:“重力的原因是什么,我不能不懂装懂,还需要更多的时间对它进行考虑。”关于光的本性,他倡导微粒说,但他开头也倾向于波动说,作过有名的牛顿环实验,认为光是以太的某种振动。在一七○四年出版的《光学》一书里,他在采用微粒说的同时,仍保留了波动说的一些要点。然而,牛顿的门徒们却片面地宣传牛顿的观点,尤其在同别人争论时,常常利用牛顿的威望把别人压下去。这一点在关于光的本性问题的辩论中,表现得十分突出。开始时,微粒说和波动说争论得非常热烈,各有一定的实验事实。但牛顿的门徒为了把波动说压下去,就极力宣传牛顿的微粒说,闭口不谈牛顿也主张过波动说。他们终于采用以势压人的办法把主张波动说的人打了下去。结果使十八世纪的光学很少有什么进展。但真理总是压制不住的。十九世纪初,英国科学家托马斯·扬通过光的干涉实验,又重新提出了光的波动说。他声称:“尽管我仰慕牛顿的大名,但我并不因此非得认为他是百无一失的。我……遗憾地看到他也会弄错,而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”扬氏的实验重新引起了光的微粒说和波动说的论战。光的微粒说的拥护者法国人马吕斯用光的偏振实验来证明光不是纵波;光的波动说的拥护者用横波的理论代替了纵波的假说,在争论中占了上风。特别是斐索和付科的实验,为波动说战胜微粒说,取得稳固的地位,提供了基本的证据。他们比较精确地测定了光在各种不同媒质中的速度,表明光在水中比在空气中走得慢,而且其比值等于水和空气的折射率之比。这个实验结果同波动说的预言一致,同微粒说的预言矛盾。后来,麦克斯韦又证明光是一种电磁波,更使波动说有了坚实的理论基础。至此,波动说冲垮了牛顿的权威,似乎获得了全胜。
但又是实践引出了理论的风波,推动了科学理论的发展。一八八七年,光电效应的实验使波动说遇到了困难,它不能对实验作出圆满的解释。于是新的粒子说又抬头了。一九○五年,爱因斯坦提出了光的量子说,指出光具有波粒二象性。光的干涉、衍射实验等,表明光具有波动性;光电效应、X光散射实验等,表明光具有粒子性。实践证明,光量子理论以及稍后建立的量子电动力学,把早先对光的两种学说在更高一级的实践和理论基础上统一了起来,比较好地揭示了光的本质。从人们对光的本质的认识过程可以看出,任何科学理论是不是真理,不能靠某个权威的论断,而只能靠实践的验证,倾听实践的呼声。随着实践的发展,认识也逐步发展。就是量子电动力学,作为一个科学真理,它确实比微粒说或波动说更准确地反映客观实际,但它仍只是近似地反映客观实际,并没有结束真理。


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