科學(xué)的發(fā)展遵循一個(gè)什么樣的邏輯呢？

要想回答這個(gè)問題就要從科學(xué)本身入手，看科學(xué)理論框架是如何一步步建立起來的。

科學(xué)中新的理論框架需要被建立的必要性是建立在舊有的框架不成立的基礎(chǔ)上。這不是科學(xué)家閑著沒事要推翻原來的框架。而是在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)了一些靠原來的理論不能解釋的現(xiàn)象，而且這些問題涉及到了理論的基礎(chǔ)層面。

比如黑體輻射問題，這個(gè)問題之所以被研究，是出于當(dāng)時(shí)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求。當(dāng)時(shí)德國煉鋼業(yè)非常發(fā)達(dá)，他們的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求很高。而工程師要煉出合格的鋼來，就要精確控制煉鋼溫度。在煉鋼過程中，工程師發(fā)現(xiàn)通過鋼水的顏色來判斷溫度，但是這個(gè)規(guī)律不夠定量化，于是就有一批物理學(xué)家來研究定量的規(guī)律。其中有幾個(gè)人研究的比較好。比如維恩利用統(tǒng)計(jì)力學(xué)的原理給出一個(gè)公式，還給出了維恩位移定律。但是很遺憾和實(shí)驗(yàn)曲線擬合不太好，在長波區(qū)擬合不太好，而瑞利和金斯也給出了一個(gè)公式，基于熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基本假設(shè)，給出了一個(gè)簡(jiǎn)潔的公式，但是很遺憾，在短波區(qū)出現(xiàn)了問題，也就是著名的紫外災(zāi)難。如果按照這個(gè)理論，我們?nèi)祟愒诳净鸬臅r(shí)候就死了。后來普朗克利用插值法整合這兩個(gè)公式，湊出了一個(gè)公式，發(fā)現(xiàn)挺好用。

馬上就有人問，你能不能解釋一下為什么是這樣。后來普朗克利用插值法整合這兩個(gè)公式，湊出了一個(gè)公式，發(fā)現(xiàn)挺好用。馬上就有人問，你能不能解釋一下為什么是這樣。普朗克絞盡腦汁去想，最后他基于一個(gè)非常不可思議的假設(shè)，即諧振子的能量是離散的。萊布尼茨說上帝討厭不連續(xù)。普朗克也很不能理解為什么能量不連續(xù)。但是這個(gè)方法卻奏效了。

普朗克是很保守的，他從來沒想過去推翻什么物理學(xué)的大廈，但是他不經(jīng)意地將物理學(xué)的大船來到了量子領(lǐng)域。他年輕的時(shí)候開始學(xué)數(shù)學(xué)，后來學(xué)物理，當(dāng)時(shí)有個(gè)教授說物理學(xué)沒啥意思了，該做的都做完了，你不要學(xué)物理了。普朗克說我只要能夠理解先賢們的思想就行，不期望能夠做出什么大的貢獻(xiàn)。

后來愛因斯坦更進(jìn)一步假設(shè)，干脆輻射場(chǎng)本身就是量子化的，從而完美地解釋了單光子外光電效應(yīng)，當(dāng)時(shí)是1905。普朗克看到了這篇文章，很贊賞。但是還是有很大一批物理學(xué)家反對(duì)的，但是現(xiàn)在一般不講他們?yōu)槭裁捶磳?duì)。不是因?yàn)樗麄兇溃撬麄兓谠械目蚣芷鋵?shí)也可以解釋的。只是教科書從來不這么講。不過他們?nèi)绻忉尩脑?，可能引入了一些不必要的解釋，理論可能顯得不那么優(yōu)美。再就是后來的實(shí)驗(yàn)又證明這種理論錯(cuò)了。比如原子的穩(wěn)定性問題，教科書上正統(tǒng)的說法都是說玻爾利用定態(tài)假設(shè)基本成功解釋了這個(gè)問題。那是在1913年，可是在1910年，艾倫菲斯特基于經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)就提出了一個(gè)模型，解釋了原子的穩(wěn)定性。

一個(gè)理論的框架，不能純粹靠邏輯來推翻

一個(gè)理論的框架，不能純粹靠邏輯來推翻，必須依賴于實(shí)驗(yàn)，依賴于觀測(cè)，而實(shí)驗(yàn)手段又依賴于科技。受限于經(jīng)濟(jì)，技術(shù)，甚至政治。這已經(jīng)超過一個(gè)人，他個(gè)人的智力所能控制的范疇。當(dāng)現(xiàn)有理論足夠用的時(shí)候，是沒有必要去推翻現(xiàn)有理論的，或者說現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)手段沒法證偽舊的理論的時(shí)候，這個(gè)理論就是成立的。

有人說新的理論被廣泛接受，是因?yàn)槔弦惠叺娜硕妓懒?，這個(gè)觀點(diǎn)其實(shí)很庸俗。新的理論被接受，也和時(shí)代背景有很大的關(guān)系，技術(shù)的進(jìn)步在其中有很大的推動(dòng)作用，還有哲學(xué)觀點(diǎn)的影響。以前的物理學(xué)家認(rèn)為量子力學(xué)太神秘，難以理解。但是今天量子力學(xué)并非就是神秘的，不可理解的。現(xiàn)在在大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室可以觀測(cè)到很多基于量子力學(xué)才能解釋的現(xiàn)象，比如塞曼效應(yīng)，鈉原子光譜線的分裂實(shí)驗(yàn)等。而以前是不太容易做這些實(shí)驗(yàn)的。現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，還沒有發(fā)現(xiàn)違背量子力學(xué)和相對(duì)論的現(xiàn)象，雖然有人提出新的理論框架，比如弦論。但是現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)手段根本無法證明或者證偽這個(gè)理論。而且這些理論本身還沒有到達(dá)給出預(yù)言的程度。

從理論框架的發(fā)展可以看出，科學(xué)本身并非就是正確的，有時(shí)候科學(xué)也是有錯(cuò)誤的。我以上舉得例子之中有很多的理論在當(dāng)時(shí)是正確的，但在后來都證明是錯(cuò)誤的。比如瑞利公式，它是基于能量均分定理，在傳統(tǒng)熱力學(xué)的背景下，它是正確的。而后由于量子統(tǒng)計(jì)力學(xué)的出現(xiàn)，取代了原來的熱力學(xué)，在這個(gè)背景下，自然發(fā)現(xiàn)瑞利公式是錯(cuò)誤的。那是不是這些錯(cuò)誤的結(jié)論就沒什么用了嗎？那些提出錯(cuò)誤結(jié)論的人是不是就是沒有貢獻(xiàn)的科學(xué)家了嗎？不，絕對(duì)不是。他們雖然沒有提出什么有用的理論，但是他們啟發(fā)了后來的科學(xué)家，使得人們思考為什么原來正確的結(jié)論就出錯(cuò)了呢?？茖W(xué)正是在這種不斷糾正前人錯(cuò)誤的基礎(chǔ)上發(fā)展的。科學(xué)是不怕錯(cuò)誤的，不斷地試錯(cuò)，不斷地糾正，科學(xué)才發(fā)展到今天。

失敗的理論具有一定的啟發(fā)意義

失敗的理論具有一定的啟發(fā)意義，而從有些失敗的實(shí)驗(yàn)，也有可能發(fā)現(xiàn)一些正確的結(jié)論。比如邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)初衷來看，它是失敗的。原本是想驗(yàn)證以太的存在，結(jié)果實(shí)驗(yàn)沒有發(fā)現(xiàn)任何明顯的現(xiàn)象。但是卻對(duì)相對(duì)論的建立有很大貢獻(xiàn)，事實(shí)上它恰恰驗(yàn)證了狹義相對(duì)論的基本公設(shè)，光速不變科學(xué)發(fā)展不是一個(gè)人的功勞，也不全是某些天才的功勞。而是很多人不斷努力的結(jié)果。天才是什么？天才是那個(gè)總其成的人。正是靠著前人的這些積累，天才才有了可以成為天才的條件。

科學(xué)史的寫作特點(diǎn)一般是只把最光輝燦爛的一面顯現(xiàn)出來，科學(xué)似乎就是一路高歌猛進(jìn)，英雄們不斷奮勇前進(jìn)。但是事實(shí)上科學(xué)也經(jīng)歷了很多曲折，科學(xué)并不是按照既定的方式朝著現(xiàn)在的成果一步步這樣走來的?？茖W(xué)的發(fā)展是曲線似的，在某個(gè)領(lǐng)域剛剛發(fā)展時(shí)，是有很多的學(xué)說交鋒的。比如關(guān)于熱的本質(zhì)，有熱素說和熱動(dòng)說?，F(xiàn)在看當(dāng)然是熱動(dòng)說是符合事實(shí)的，熱量是由物質(zhì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。我們有時(shí)候看教材總認(rèn)為正確的觀點(diǎn)是顯而易見的，但是其實(shí)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)才是顯而易見的，才是最好想的。熱素說之所以出現(xiàn)，正是它能夠解釋一些現(xiàn)象，比如熱量的轉(zhuǎn)移和傳遞。

回顧歷史，我們不僅要看到所謂的科學(xué)發(fā)展的主線，也要看到那些被淘汰的觀點(diǎn)，思考它們?yōu)槭裁磿?huì)被淘汰。因?yàn)榭茖W(xué)的發(fā)展并不是我們可以預(yù)料的，并不是朝著一個(gè)既定的目標(biāo)前進(jìn)。在最前沿的領(lǐng)域，是有多種科學(xué)觀點(diǎn)交鋒的。只有理解了之前的歷史，才能更好地理解現(xiàn)在?？茖W(xué)就是在不斷地爭(zhēng)論中，在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)中前進(jìn)的，并不是純粹靠著天才的腦子中進(jìn)行邏輯推演而發(fā)展的。

科學(xué)是需要有些人做土壤，做綠葉，有了這些人做背景，就像黑色的夜空，才使其中的明星才顯得分外閃耀。沒有那些提出燃素說的先驅(qū)，也就不會(huì)有后來焦耳的實(shí)驗(yàn)證明熱動(dòng)說的正確。盡管他們被證明錯(cuò)了，但是卻為之后科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

科學(xué)發(fā)展總不會(huì)一帆風(fēng)順，也沒有一個(gè)所謂的主線。唯一的邏輯就是不斷地描述自然，建立理論體系，而后再與實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證原有的描述是否合理，而后繼續(xù)改進(jìn)！