转帖： 《文盲正侃时间史第一部【物理正传】》

柳之心

　　值得一提的是，虽然用微积分推导和证明力学问题既方便又好用，但是，牛顿在《原理》中，似乎是赌气一样避免使用微积分，甚至连坐标也不用，而是采用几何学方法证明问题。有人猜测他是用微积分得出结论，而在写《原理》时，改用几何学证明。之所以这样，是因为他崇尚几何学，认为那才是“武林正宗”，而使用坐标解决问题的“解析”数学多少有点“旁门左道”。 微积分发明权大战期间，牛顿曾声称，他一直不发表微积分学，是因为怕被人嘲笑。即使如此，《原理》的论证过程也流露出了微积分的概念。

　　牛顿在《原理》中，从力学的基本概念（质量、动量、惯性、力，熟悉吧？）和基本定律（运动三定律）出发，运用他所发明的微积分，不但从数学上论证了万有引力定律，而且把经典力学确立为完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体力学统一起来，实现了物理学史上第一次大的综合。从此，现代物理学拉开序幕。

　　可是…可是…我们无比熟悉的一幕出现了，皇家学会居然经费不足，出不了这本书！

　　……

　　1687年，在哈雷的资助下，这部科学史上最伟大的著作之一才得以出版。

　　尽管这个消息已经在地球上流传了300多年，尽管我不是第一次听到这个消息，但是，当我又一次看到它时，仍然为之激动不已！

　　千万别笑我，你我都知道这意味着什么，这标志着经典力学大厦基本构架的形成，它是人类的一次思维革命，它带来了伟大的工业革命！

　　

　　我很是替地球人捏了一把冷汗：幸亏我们可爱的哈雷先生比较富裕，幸亏比较富裕的哈雷是个科学家，幸亏这个科学家有着高度的科学精神，为了出版别人写的科学巨著而不遗余力。

柳之心

（以上略去一千字）

　第六章 所谓科学理论

　　

　　这个问题似乎不应该出现在这一部分，因为我们已经知道地是个球，还知道地球乃至于太阳都不是宇宙的中心，甚至温习了一些定律，围观了以牛顿为首的一批牛人开启现代物理新篇章……这个时侯，再回过头探讨啥叫科学理论，是不是晚了点？

　　

　　霍金同志说，不晚。不仅不晚，还恰恰好。

　　这个时侯弄清楚什么是科学理论，是为下一步谈论宇宙的本性打基础。如果把科学理论的本性搞错了，我们就无法继续下面的话题。

　　亲呐，你认为不会搞错？那么，让霍金陪着咱俩，浪费点时间，试着探讨一下。

柳之心

　　伟大的霍金同志说：理论只不过是宇宙或者它受限制的一部分的一个模型，以及一组规则，这组规则把这个模型中的量和我们进行的观测相联系。它只存在于我们的头脑中，而不具有任何其他真实性（不管其含义如何）。

　　这段话可能不太好理解，也不太好接受，所以我翻译一下，加深印象：

　　他说，所谓科学理论，只是我们针对部分（注意这个词：部分）事物进行描述和预测的一种规律性总结。它对这些事物本身没有任何意义，它只是现阶段与观测相符，因此我们还能用得着的一种工具。千万别把它当真。

　　

　　疑惑了是不？老说坚持真理捍卫真理，这下好，连科学理论都当不得真了。这样子搞法，会不会太儿戏了？

柳之心

　　别急，我们先看场电影，舒缓一下严肃、紧张的学术气氛。片名叫《肖申克的救赎》。

　　

　　面对电影中的人和事物，我们是毫无疑问的观测者。

　　影片中，典狱长和狱警是观测者。他们根据犯人的言行和狱中事件来判断、总结、预测。

　　犯人是被观测者。他们在某些规则的制约下，在自身因素的驱动下，在相互之间的影响下发生一些行为。当然，作为有思想的被观测者，他们同时也是观测者，观测其他人。

　　安迪和瑞德是这些被观测者中的一部分。

　　

　　嘘~，电影开始了，交叉的画面：汽车中的醉酒的安迪、法庭审问、安迪老婆与人偷欢、安迪装子弹、审问、安迪提枪下车……

　　随后是律师的结论：银行家安迪，因老婆与人私通，便在酒后干掉了他俩。

　　综合一下观测的信息，我们也不难得出与律师相同的结论。

　　这是我们得到的第一个理论。它符合逻辑，并与观测相符，所以大家承认这个理论是正确的。于是，安迪被送进了监狱。

　　这很合理，不然的话，难道非要法官亲眼看到犯罪的实施才能判罪吗？

柳之心

入狱后，安迪请瑞德帮他搞来一些东西：

　　一把石锤，用它雕刻一些小东西以消磨时光。

　　一幅女星海报，监狱里见不到女人，你懂的。

　　一副棋盘，但不要棋子。

　　一些石头，用来雕成棋子，以及其他小玩意。

　　

　　我们和影片中的人观测到：

　　安迪利用银行家的特长，为狱警们避税、理财，给狱友帮忙。——给自己换来良好的生存环境。

　　安迪每天雕刻棋子和一些小玩意，乐此不疲。——监狱里的时光太漫长太难熬，用一些小嗜好打发时光。

　　安迪买了本圣经，并且背得滚瓜烂熟。——听从典狱长的劝诫，救赎灵魂。

　　所有的一切都十分合理、十分正常。

　　所有的观测都表明，安迪已经习惯了这里，正在被“体制化”。

　　正如瑞德总结犯人对于监狱的态度：起先你恨它，然后习惯它，更久后，你不能没有它。这就叫体制化。

　　既然理论与观测相符合，那么我们和狱警就可以预测，安迪明天仍然会为狱警理财、雕刻、背圣经，他将继续安心地呆在这里。

　　这是我们得到的第二个理论。在典狱长看来，也是如此。

　　如果这时，谁断定安迪会杀人、复仇、越狱、自杀或患病死去，那纯属毫无根据的臆测和胡说八道。

　　果然，我们看到安迪每天做那些十分合理、十分正常的事，他学会了妥协，喜欢散步，甚至排除万难在这里建了一座图书馆，一心扑在工作上，兢兢业业地维护它。

　　安迪还收了一个学生，孜孜不倦地教他学文化，搞得双方都很来劲。

　　理论与观测十分相符。

柳之心

　　机缘巧合，学生道出了那场谋杀案的真相，真凶不是安迪。——我们的第一个理论“安迪是凶手”垮台了。正如地心说遭遇日心说，不一致的观测立马将该理论证伪。

　　

　　典狱长为了不让安迪出狱，设计杀死了安迪的学生——唯一的知情人，还关了安迪一个月的禁闭。正如教会采取烧死布鲁诺、迫害伽利略等手段来维护已被证伪的地心说。

　　

　　希望破灭了。

　　一个月后，从禁闭室出来的安迪变得很消沉。在典狱长的淫威下，安迪选择顺从，继续为典狱长理财、供他奴役。

　　安迪已经被驯化，他像其他犯人一样被“体制化”，放弃希望，囚至终老——这个理论与观测十分吻合，我们发现，安迪每天都在重复与理论相符的生活。所以我们说，这是一个好的理论。这是我们得到的第三个理论，是经过更多观测后，对第二个理论的修正、扩展和完善。

　　典狱长笑了，他对这一理论表示满意。

柳之心

然而，一个风雨交加、电闪雷鸣的晚上，神奇的事情发生了，并不是终结者降临，而是安迪从牢房里消失了。

　　

　　他从一个长长的大洞里逃了出去。

　　那个洞就在女星海报的后面。

　　我们原先没有观测到的事实：海报是用来挡洞口的，不是用来消除寂寞的；20年来，石锤不仅用来雕刻，还用来挖洞；散步是为了把每次挖的墙土一点点撒掉；圣经是用来藏石锤的；给典狱长理财不仅是为了讨好，还顺便收集了典狱长的罪证，同时给自己弄笔钱花。

　　面对这个洞，我们的第二、第三个理论瞬间坍塌了。

　　真相是，入狱二十年来，安迪从未放弃希望，他一直在想方设法逃狱。我们之所以没有得到与之相符的理论，是因为那时，我们没有观测到真凶杀人，以及安迪挖洞、扔土等等。

　　

　　霍金同志说，在一个只包含一些任意要素的模型基础上，如果一个理论满足如下两个要求，就是一个好理论：

　　能精确描述大量的观测。

　　能明确预言未来的观测结果。

柳之心

　　其实，在安迪逃狱之前，我们可以使用第二、第三个理论，很好地描述和预测安迪的行为，这些描述和预测与实际观测相符。所以，在被证伪以前，这就是好的理论。

　　所以霍金同志说，为了能够应对更复杂问题，我们在探讨时，必须暂时这样看待科学理论：

　　任何物理理论都只是假设，在这个意义上，它只能是暂时的，你永远不能证明它。不管实验结果多少次和某种理论相符，你永远不能断定下一次的结果不和该理论相冲突。另外，你只要找到一次和理论预言不一致的观测，就足以将该理论证伪。正如科学哲学家卡尔•波普强调过的，一个好的理论应该是这样的：它做出一些可能被观测证伪的预言。每一次新实验结果与理论相一致，我们就增大对它的信赖；但是一旦发现和预言不一致的新观测，我们就必须抛弃或者修正该理论。

　　上面这段话基本摘自原书。我们发现，看了电影之后，这样的观念很容易懂了，也很容易被我们接受了。可见，时不时放松一下，对于我们增加理解能力和接受能力很有帮助。

柳之心

　　我们发现，新理论往往是原先理论的一个扩展。就像刚才在电影里，我们得到的第三个理论是第二个理论的扩展一样。在理论使用上，只要不影响想要的效果，哪个方便好用，我们就用哪个。

　　比如，我们明知地心说是错误的，但在日常生活中，还是按照习惯运用地心说理论——我们说，太阳升起来了（地心说），而不说地球上我们住的这一面转向太阳了（日心说）。

柳之心

　　我们来看一个有趣的例子：

　　我们对水星进行非常精确的观测，会发现，它的运动与牛顿理论预言不符（存在一个很小的差异，后面将提到详情），但与爱因斯坦的广义相对论预言十分相符。这就是说，牛顿理论被证伪，广义相对论更准确。

　　那么，为什么在大部分情况下，我们仍然使用牛顿理论？这是因为两者计算结果差别非常微小，在处理一般问题时，我们不需要搞那么精确，而用牛顿理论来计算，也能算出行星轨道啊什么的，更重要的是，牛顿理论用起来比相对论要简单、容易得多。

　　

　　这就是科学理论。