認識的尖峰與科學的演進

約翰·霍根最近在他《大眾科學》部落格“交叉檢查”上發表了一篇精彩的文章,對我進行了一些非常讚賞的讚揚,同時也引發了關於一個有爭議的主題的討論——我們所知的“大科學”是否“可能走向終結”(約翰的原話)。

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


(圖片來源:NASA/JPL)

約翰·霍根最近在他《大眾科學》部落格“交叉檢查”上發表了一篇精彩的文章,對我進行了一些非常讚賞的讚揚,同時也引發了關於一個有爭議的主題的討論——我們所知的“大科學”是否“可能走向終結”(約翰的原話)。

這種斷言包含了這樣一種觀點,即基礎物理學和宇宙學已經盡其所能,並且在某些方面,越來越缺乏資料,無法產生進一步的革命(哎喲)。還有像在宇宙中尋找生命這樣的主題充滿了機率性的、哲學性的推測。那麼,我們是否正在進入科學的收益遞減時期?


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約翰提到了他的書科學的終結,他在書中也描述了他所看到的“必然論者”和“反必然論者”之間的分裂。要麼宇宙及其詳細內容——包括生命——是不可改變的定律的高度可能的結果,要麼混合中存在大量的隨機性和混沌,這僅僅使我們成為不太可能出現的僥倖。由於只有一個現實可供掌握,並且只有一套已知的生命,這可能仍然是一個僵局。

我是否同意所有這些?是也不是,但主要是否。

例如,儘管我極力勸說我們正處於瞭解宇宙中存在多少生命的風口浪尖,但目前的情況仍然是我們根本不知道。外行星生物特徵——甚至技術特徵——的資料可能還需要一段時間才能好到足以說服每一位科學家。即使當資料是確鑿無疑的時候,無數新的問題也會出現。從這個意義上說,對於這個問題可能不會有一個單一的神奇啟示,沒有一個像優雅的數學物理學那樣突然澄清空氣的等價物——認識的尖峰是一個驚人的轉折點,但不是一個完整的結論。儘管來自地外文明搜尋計劃的積極探測可能會做到這一點。

另一個例子是,目前對於生命的起源問題沒有答案——沒有一個單一的、簡單的、引人注目的和完整的理論來解釋原子和分子如何在數百萬或數十億年的時間裡組裝成我們。我們當然掌握了一些非常重要的答案——我們看到了自然選擇在起作用(在像加拉帕戈斯群島這樣的地方,我們看到了它在現即時間裡,年復一年地發生在達爾文雀類身上),我們知道地球上生命資訊儲存的分子形式,我們研究了構成我們生物圈的微生物、病毒和朊病毒的海洋。我們甚至有多種想法和實驗來測試從“簡單”化學到生物化學開端的轉變;從氨基酸湯到無機模板,以及無生命的、熱液的、地球物理系統中有暗示性的離子梯度。我們當然也詳細地知道宇宙是如何構建重元素的,並且大致知道其中一些是如何變成像擁有溫帶環境的行星這樣的物體的。

但再說一次,老實說,我不認為任何人都可以聲稱會有一個突然的啟示,一個簡潔的理論,它能解釋一切並“解釋”生命。地球上的生命是一種複雜而多樣的現象,它在整個宇宙中可能更是如此。當然,我們還缺乏最關鍵的資料——大約40億年前地球上真正發生了什麼?

那麼,我們是否正在看到我們所知的科學的終結?我們是否正處於一個無休止地追逐兔子洞而沒有重大革命到來的時代?

我實際上不這麼認為,儘管這是一個有效的問題。事實上,我認為現在正在發生幾件關鍵的事情。首先,我們仍然處於對我們瞭解和不瞭解自然界的巨大震盪之中。不久前,我在這些頁面上寫了一篇關於這種情況的文章這就是我們對宇宙一無所知的原因。我的動機是反駁一些在通俗媒體和大眾媒體上流傳的過度簡化,並指出未知總是更令人興奮和重要的——而且存在大量的未知。

簡單的事實是,我們的整體無知仍然令人震驚。宇宙還沒有被我們掌握。但這不僅僅是對關於“科學終結”的論點的反駁。這也是對任何自鳴得意地認為已經解決了一切問題的科學家敲響警鐘,物理學(例如)正在逼近最終答案,並且一切都會在任何一天自行到位(儘管我不確定是否真的有人這樣認為)。對於物理學的某些領域來說,問題在於我們正處於一個我們的觸角確實超過了我們的掌握的階段,在這個階段,用當前的技術很難找到可測試的預測。

我認為正在發生的第二件事是,大科學本身正在進化。沒有任何規則規定科學必須保持不變,或者過去的革命將類似於未來的革命。雖然核心科學方法——問題、假設、測試、修正、理論——不會消失,但我們處理這些步驟中的每一步的方式必然是適應性的。

我不是哲學家(儘管給我足夠的啤酒,我可能會成為一個糟糕的哲學家),但很明顯,我們手頭的工具和我們提出的問題之間存在反饋。從個人經驗來看,我知道作為一名學習如何編寫計算機程式碼並將數值方法應用於科學問題的學生,我觀察世界的方式發生了變化。我可能不會僅僅是呆呆地看著魚群在水族箱中一致地遊動,而是想知道重現這種情況的演算法是什麼,從而揭示魚類的行為規則。一種新的思維方式。我個人微小的科學適應。

當然,這種進化自古以來就一直在進行。一個更宏大的例子是萊布尼茨和牛頓確定了微積分;所有未來的科學家都會簡單地提出不同的問題,並以他們以前不會——也不可能——的方式思考,這都是在這一突破之後。

現在,我們越來越受到複雜性和湧現等現象的啟發(或激怒),並受到計算機、感測器以及對原子、分子和生物的靈巧操作等工具的鼓舞。它可能感覺不像我們五十年或一百年前所做的科學,但在我看來,這並不意味著它不是同樣“偉大”,並且同樣有可能推翻我們曾經認為我們知道的一切。

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