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什么是科学?(2/4)-科学是现代的祛魅工具

2023-08-08 15:24 作者:千叶秦风  | 我要投稿

要理解科研为何推崇可重复性,首先应当澄清何谓可重复性。如果以日常的自然语言来理解“可重复性”,中医毫无疑问是科学。但是,我们承认B超验孕是科学的,却不可能承认号脉验孕是科学的。号脉验孕难道“不可重复”吗?显然不是的。如果采集脉象、构建描述符,用机器学习来重复中医号脉的结果,这也毫无疑问是科学的,而且是非常具有创新性的成果。(【人工智能时代到来,“AI VS 老中医”,究竟谁更胜一筹-哔哩哔哩】 https://b23.tv/BV1Kh4y1y76U)如此,“可重复性”这个说法无法重复,“可证伪性”这个说法也就被证伪。按照科学研究的惯例,我们可以为之打一个补丁,进一步要求“可重复性”指的是“客观的可重复性”,或者说“换谁来都可以重复”。

数学是“客观的可重复性”最好的例子。数学是科学的语言,本身并不是科学,但语言一定规训着科学研究的具体行为。数学自有其内在的运算规则,只要列好算式,无论是谁去计算都能得到一样的结果,否则就是算错了。哪怕没有人,让机器去算也可以得到一样的结果。而且某种意义上机器是更好的,因为机器不会疲劳、不会犯错。就算是“外星人”,只要遵循这套符号体系的运算规则,一样可以重复出来。这样就可以理解为什么号脉无论如何都不科学:因为号脉需要长期的练习(一般说法是十年),不可能做到“换谁来都可以重复”,也就不可能是科学的。


我们现在可以定义科学研究了。生产生活中有太多的经验积累,往往是用“若干”“少许”来记录的。这就造成不同时代、不同地域对同一生产的理解是完全不同的,容易失传。具体到个人,我们无法准确重复前人的行为,只能通过长期练习重新积累经验,知识积累低效,趋向神秘化。而科学就是对这些情况的一个解决方案,科学研究就是用数准确地量化这些经验,标准化地记录全部操作流程,做到“换谁来都可以重复”的程度。比如说,高中做空间几何的题目,最难的就是找垂足然后用“三垂线定理”,这个过程极富技巧,非常“神秘”,难以掌握。一旦引入了向量这个工具,空间几何就变成一个几乎无脑的计算问题,只要数学不太差就能轻易解题。

把感性的经验材料通过数量化达到理性的层次,大大降低了重复的难度,这就是所谓“解析合理化”。(【马克思对现代性的双重批判-哔哩哔哩】 https://b23.tv/BV11G4y1y7ro)完成了数量化、公式化(数学建模),就可以进行自动化、程序化。自信抓到了根本,就可以从基本的几个知识出发推演万事万物直到千秋万代,这就是所谓“第一性原理”。(本段出现的“准确”“全部”“感性”“理性”都是非常可疑的表述,但笔者一时难以找到更为中立的用语。)

解析合理化是2000年后又一次“车同轨、书同文”的大变革,大大提升了知识积累的效率,促进了社会生产可以跨时空无缝对接。统领某一生产的大师傅被祛魅,那些“神秘的手”被祛魅,参与社会劳动的门槛大大降低。这就是工业化,这个进程极大地推动了生产力的发展,我们必须承认这一进程的伟大。

代价和收益总是同时的。当年珍妮纺纱机的出现引发了流血事件,发明者的小屋被愤怒的同行焚毁;早几年公交车就不需要售票员了,这没有引起太大风波;直到最近出现了会做实验的机器人、出现了ChatGPT,讨论一下子热闹起来:更多人即将被机器替代,甚至包括在网络上有话语权的人!这个巨大的机器不再需要这么多人了,工业化在解放人之前先解雇了人。当然,肯定也不会是所有人都被解雇,因为机器总是需要人来协调的。但是,在现代,穿上工装的人不再是一般意义上的人,而是环境的一部分,我们能看到的只是机器是否顺畅运行而已。

真正的恐怖甚至不在于人的物化,而在于人存在价值的彻底丧失。牛顿研究力学本来是为了证明上帝无所不在,却在历史进程中演变为“万物自有其规律”,只要给定物体某一时刻的运动状态,哪怕是一台机器也能准确预测其任意时刻的状态。“一切规律都已经完全掌握”且在实验上得到广泛验证,那么一切都可以数量化、公式化、程序化,这是对决定论(或者干脆表述为“宿命论”)的重大利好:人是由粒子构成的,粒子运动可以用牛顿力学完美描述,人的一切早已被牛顿力学规定好了;人只是字面意义上的“工具人”,任何自以为的意识、决定、实践不过是程序设定的结果而已,换谁来都一样照此执行,找台机器来完成也是一样。于是,人在这个体系中没有位置。现代用科学祛魅了“前现代”,然后进一步祛魅了“人”本身。


以上分析都源于科学教育,但我们似乎不习惯这样去思考问题。我记得初中物理的第一次实验课是测量水温,我们亲身体验人手和温度计分别测量水温,羡慕仪器能够获得如此精确的数值,自惭形秽之下自觉得出“人的感觉不可靠,要相信仪器”的结论。到了高中,物体的受力之复杂早已超出人所能把握的范围,不老老实实按照受力分析去做一定吃大亏。“不要相信人的感受”“数量化是好的”“精确才是好的”等等观念就这样潜移默化地进入了我们的脑子。

我们没有反抗这种灌输吗?肯定有的。在五六年级的时候,我们学会了设未知数解方程,从此不再需要逆向思维解题,解决问题的门槛降低了。但我相信,班上总有几个特别聪明的孩子不愿意,非要先逆向思维解一遍,再装模作样去解方程。后来寻找适用“三垂线定理”的垂足、寻找式子中子含的等价无穷小等等都是如此。这不是幼稚,或者简单的“无法体现自己很聪明”,而是本能地试图保留人的存在价值(或尊严)。顺便一提,很多中学生成绩不好的原因也在这里,并不是不懂科学那一套,而是“我凭什么要像机器一样?”这种后现代的巅峰之作是提取青蒿素:把古籍中的做法用现代科学的方式重复一遍,成功完成了传统学问的华丽转身,登上“咱们的最高科学殿堂”。

历史地说,在一个地域(比如国家)进行工业化原始积累的时候,我们不得不培养大量这样的人才,用人替代机器(L替代K)来完成工业化的进程。在这个历史时期,作为个体的人可以有超越时代的眼光,但以此来反抗只会显得可笑,也必须显得可笑。因为,历史的中介者应当甘为人梯、去推动历史演进,在历史事件发生之前就主动超越历史,自私者成为逐利者,无私者可能成为烈士。


“坚固的堡垒往往是从内部被攻破”。工业化进程尚不平衡不充分,决定论的世界观已经被动摇。

——量子力学试图解释一种非经典概率,但最终凝成的薛定谔方程和海森堡矩阵却仍是确定性的。“什么,一个粒子竟然是按概率同时分布在整个宇宙中的?”

——混沌现象、三体问题等对解题能力发起挑战,即便一个问题是确定的也可能接近于无解。“什么,初始数值略有偏差,结果就天翻地覆?”

——哥德尔不完备性原理干脆宣告数学并没有我们想象的那么靠谱,公理化宇宙的努力可谓“创业未半而中道崩殂”,所谓“第一性原理”已经破产。“什么,竟然存在不可证明也不可证伪的命题?”

这些在决定论者眼里完全不科学的情况在20世纪集中爆发,至今未能妥善处理,幸而大部分科研工作可以无视这些矛盾。然而机器学习不同,无论研究者的是否及时更新思想,机器学习已经破门而入,与各个学科的具体研究工作结合。机器学习的过程几乎是无法解析的,如黑箱般神秘。使用神经网络模型时,研究者大多只会考虑输入(描述符)、输出和可靠性(拟合误差),不太可能去考察第一隐藏层的第二偏置代表什么物理量,目前为止也无法明确这一点。通过蛋白质的一维序列预测其三维结构,也不可能是第一隐藏层对应蛋白质二级结构、第二隐藏层对应蛋白质三级结构,人类通过解析合理化获得的生物学理性被机器学习祛魅,又回到了神秘的境遇。这种无法解析机制的“黑箱”是主流的科学研究者所排斥的,但机器学习本身又不得不用,奈何?

“科学的尽头是玄学”并不只是调侃,直面黑箱的不只是生产生活,科学研究也无法回避。无需讨论这一点只是现代科学短暂历史的一种偶然,现在,结束了。我们必须正视,科学研究必然是有世界观预设的,科研工作者也应当清醒地意识到自己采用了哪些预设,但这种理论自觉显然只是一种奢求。1923年的科玄之争在我国设置了科学-玄学二元对立,百年来我国工业化艰难起步发展则深化了这一议题,思潮延宕至今,“如何传承中华优秀传统文化”的时代之问难以回答。


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