8. 物理学是不是所有科学的基础?

在某种意义上,物理学是所有(自然)科学的基础。但我既然说了是“在某种意义上”,我的意思就是“基础”这个词的含义并不明确,它可以指向不同的东西。

说物理学是所有自然科学的基础,这里的基础是还原论意义上的。比如我们要研究生物,发现如果要从微观的角度来研究,那么生物的基础是化学,进一步深入会发现化学的基础是物理学。这是很自然的结果,因为所有客观世界(严格的说应该叫经验世界)里的东西都是由分子和原子组成的。如果我们研究明白了基本粒子,进而研究明白了原子和分子,那进一步研究其他东西就只是推导和计算上的问题,只是这些推导和计算可能会复杂到无法完成。当然物理学也不一定非要从基本粒子开始,我们也可以描述宏观对象的物理规律为基础,通过研究不同对象之间的相互作用,来通过推导和计算来研究其他自然科学关注的复杂系统:只是在这里我们又遇到了同样的问题,那些推导和计算可能会复杂到无法完成。从还原论的角度来说,社会科学也可以归结为物理学,但是在目前的发展程度下,这在实际使用上,是基本不可能的。

以上说明了“物理是所有科学的基础”这个论断在还原论上的合理性。但除了这种合理性,剩下的基本都是不合理性。我们只要看看大学里各个学科的课程设置就知道:学医学的以生物为基础,但不会学非常深入的生物知识,化学就比较少了,物理学基本就不怎么学了(一些交叉学科除外,如医学成像);学生物的,一般化学基础会学得多一些,物理就也学得比较少;学化学的,物理一般就会学得多一些了。我们也很少见到哪个人,为了学生物,先把现代物理学到精通,再在这个基础上把现代化学学到精通,最后再去学生物。虽然这条路看起来很“科学”,但对于学习生物,这恐怕不并是一条很好的路,因为在你学生物之前就花了十年左右的时间打基础,等你再把生物学好再去研究生物的时候,你的大脑已经不是那么年轻,创造力可能也降低了。况且,在那条路上,你可能早就把兴趣转向物理或化学了。

这看起来就有点儿奇怪:如果医学的基础是生物,生物的基础是化学,化学的基础是物理,那学医学的人不精通物理,那不是没打好基础吗?这样怎么能够学好医学呢?所以,此基础非彼基础。科学从伽利略、牛顿那个年代就被建立起来。牛顿虽然连原子都不知道,但他做的有关自然科学的工作到现在也仍然是科学的。林奈对物理学的了解就更少了,但是他做的也是科学。因此,一个东西是不是科学,并不取决于它能不能被还原为物理学,而是它符不符合科学精神和科学方法的要求,就连物理学自己也是这样。科学从本质来说是构建一套模型:这套模型本身应该是在逻辑上自洽的;这套模型负责领域内纷繁复杂的现象应该被归结为一组简洁的原理;使用这套模型得到的结论,至少是很大一部分结论,应该是可以被用观察、实验和测量等方法验证的,并在验证中得到与理论相符合的结论;如果存在量化的问题,应该用数学公式来精确表述各个量之间的关系。至于逻辑和数学,虽然可以被物理学所用,但并不是物理学的奴隶:它们对应人更底层的思维方式,可以被运用在更广泛的范围中。这就像人的手虽然可以用来摘苹果,但人的手并不是为了摘苹果而生的。学很多学科不需要学物理学,但没有什么学科不要求学的人有逻辑思维的能力,凡是需要量化的学科都要求学的人有(就这门学科而言)基本的数学能力。

所以,虽然还原论是一种讨论基础的角度,也是一种具有合理性的角度,但是科学研究中一般只有限地运用还原论,即把这个学科的问题归结到这个学科的基础上就可以了,而不是不停地往前归结。事实上,不停地往前归结不仅带来了操作上的困难性,而且会带来更大的问题。比如我们一直归结,归结到分子,原子,基本粒子。你再继续向前问:基本粒子到底是什么?这种问题基本没有人能回答你。物理规律也是,我们可以把自然现象中的诸多规律归结到相对论和量子力学目前来看最本质的原理,但是然后呢?如果你继续去问那目前来看最本质的原理的本质是什么,那也没有人能回答你。这条还原论之路可以把所有问题引向混沌和虚无。所以,我们在除了哲学之外的所有学科里,所用的只是有限还原论,而不是绝对还原论。否则,除了物理学,其他科学学科就都不存在了。而这种有限还原论,已经在实践中被证明是有效的。当然,科学必须要有还原论的成份:科学必须把复杂的现象归结为越少越好的几个原理,而不能把复杂的现象归结为数目比所有现象总数还要多的原理。

除了还原论之外,另一条路是跳出还原论那条逻辑链条,去考查逻辑链条本身:这才是科学的本质。科学方法就是规定了一些标准,比如什么样的逻辑的推理会被认为是有效的推理,什么样的基础会被认为是有效的基础,什么样的结论才会被认为是有效的结论,理论结果和实验观测怎样才算符合,什么样的统计才是显著的,等等。在这套标准之下,逻辑推理中的点和线都被夯实到牢固无比的程度,包括理论结果和实验结果在误差范围内要完全吻合。这事实上不仅仅是科学的方法,也是重建哲学之路。