科學(xué)研究中失敗與錯(cuò)誤的價(jià)值

■李亞寧 張?jiān)鲆?/p>

德國偉大的詩人歌德曾說過，“人們?nèi)粢兴非螅筒荒懿环稿e(cuò)誤”。這句話對于追求和探索科學(xué)真理的科學(xué)家來說尤其合適。由于科學(xué)家往往是在與疑難和不確定性打交道，是向人類的未知領(lǐng)域發(fā)起挑戰(zhàn)，是要解決前人未解決的問題。他們仿佛是在黑暗中摸索，沒有任何人能夠確切地告訴他們要尋找的答案是什么，也沒有任何現(xiàn)成的方法指導(dǎo)他們怎樣才能獲得成功，因此，科學(xué)家在研究過程中犯錯(cuò)誤或有失誤是不可避免的。事實(shí)上，在某種意義上來說，正是這些錯(cuò)誤與失誤為科學(xué)家指明了通向真理和獲得成功的方向。為了引起和加深人們對錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，我們先來了解一下科學(xué)家對錯(cuò)誤的論述。

科學(xué)家談失敗與錯(cuò)誤

標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)教科書和大多數(shù)科學(xué)史的著作留給人們的印象往往是科學(xué)沿著既定的目標(biāo)直線式發(fā)展的，但是，實(shí)際的情況是，科學(xué)家所提出的理論和觀點(diǎn)絕大多數(shù)是錯(cuò)誤的，只有一小部分經(jīng)受住了檢驗(yàn)，被作為正確的理論保留下來。因此，科學(xué)家對真理與錯(cuò)誤、成功與失敗的親身體驗(yàn)是人們正確認(rèn)識(shí)和理解科學(xué)研究的寶貴材料。

愛因斯坦曾說：“科學(xué)理論家是不值得羨慕的，因?yàn)榇笞匀弧蛘吒鼫?zhǔn)確地說，實(shí)踐——總是毫不留情并且很不友善地評判科學(xué)理論家的工作。它從來不對一項(xiàng)理論說‘對’，即使是最獲青睬的理論也只不過得一個(gè)‘也許’的評價(jià)，而絕大部分理論都被它評一個(gè)‘否’字。如果實(shí)踐同理論相符，那么這項(xiàng)理論就得到一個(gè)‘也許’，如果不相符合，那就是個(gè)‘否’字了。也許每一項(xiàng)理論或早或遲都要吃個(gè)‘否’字——大部分理論形成不久就被‘否’掉了。”

日本物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主湯川秀樹也有同樣體會(huì)，他說：“當(dāng)回顧理論物理學(xué)的歷史時(shí)，我們說過，這個(gè)歷史幾乎可稱之為錯(cuò)誤史。在許多科學(xué)家所想出的所有理論中，大多數(shù)是錯(cuò)誤的，因而沒有生存下來。只有少數(shù)正確的理論才繼續(xù)生存。僅僅考慮這些現(xiàn)存的理論，會(huì)給人們形成一種不斷進(jìn)步的印象。但是，沒有少數(shù)成功背后的許多失敗，知識(shí)幾乎不可能有任何進(jìn)步。”

英國物理學(xué)家開爾文爵士在回顧他的科學(xué)生涯時(shí)說：“我堅(jiān)持奮戰(zhàn)五十五年，致力于科學(xué)的發(fā)展。用一個(gè)字可以道出我最艱辛的工作特點(diǎn)，這個(gè)字就是失敗?！睌?shù)學(xué)家羅巴切夫斯基曾說：“人類的認(rèn)識(shí)歷史，也就是一部認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤的歷史。”我國數(shù)學(xué)家華羅庚也說過：“許多科學(xué)家和作家，都是經(jīng)過很多次失敗，走過很多彎路才成功的。成功的論文和作品只不過是作者們整個(gè)創(chuàng)造和研究中的極小部分，甚至這些作品還不及失敗的作品的十分之一。”科學(xué)家的這些話，不但道出了科學(xué)研究的艱辛，而且也表明犯錯(cuò)誤在科學(xué)研究中是不可避免的。

因此，許多科學(xué)家認(rèn)識(shí)到科學(xué)中的錯(cuò)誤是科學(xué)事業(yè)的重要組成部分，是科學(xué)前進(jìn)的基礎(chǔ)，他們呼吁人們要重視和認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤而不是回避和鄙視它們。美籍華裔物理學(xué)家李政道就說過：“在科學(xué)上，要得到正確的東西，總要先犯很多銷誤；如果你能把所有的錯(cuò)誤都犯過之后，那最后得到的就是正確的結(jié)果了?！笨茖W(xué)家錢學(xué)森曾說：“正確的結(jié)果，是從大量錯(cuò)誤中得出來的，沒有大量錯(cuò)誤作臺(tái)階，也就登不上最后正確結(jié)果的高座。”英國化學(xué)家戴維也說過：“感謝上帝沒有把我造成一個(gè)靈巧的工匠。我的最重要發(fā)現(xiàn)是由失敗給我的啟發(fā)?！倍韲睦韺W(xué)家巴甫洛夫也說：“實(shí)驗(yàn)上的失敗，可能會(huì)成為發(fā)現(xiàn)的開端?！必惛ダ锲嬖诳偨Y(jié)科學(xué)家的成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)時(shí)說：“犯錯(cuò)誤是無可非議的，只要能及時(shí)覺察并糾正就好。謹(jǐn)小慎微的科學(xué)家既犯不了錯(cuò)誤，也不會(huì)有所發(fā)現(xiàn)。懷特黑海（現(xiàn)多譯懷特海）這點(diǎn)說得好‘畏懼錯(cuò)誤就是毀滅進(jìn)步’?！?/p>

失敗與錯(cuò)誤的價(jià)值

失敗主要是指沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的狀態(tài)或事實(shí)；錯(cuò)誤主要是指背離或妨礙達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的行為。但是，從科學(xué)家的上述言論中我們不難看出，“失敗”一詞包括三個(gè)方面的含義：首先它是與真理概念相對立的，是指科學(xué)家的認(rèn)識(shí)成果不符合客觀事實(shí)和規(guī)律；其次，它指由于科學(xué)家在認(rèn)識(shí)上的錯(cuò)誤（經(jīng)驗(yàn)事實(shí)方面的、理論推理方面的和方法論與自然觀方面的）而導(dǎo)致失去或錯(cuò)過獲得正確認(rèn)識(shí)的機(jī)會(huì)，即認(rèn)識(shí)上的失誤（而不是指行為意義上的）；第三，它與成功相對立，即科學(xué)家在認(rèn)識(shí)活動(dòng)中沒有達(dá)到預(yù)期目的的結(jié)果。

愛因斯坦曾說：“科學(xué)是在錯(cuò)誤的基礎(chǔ)上向前發(fā)展的，只要這些錯(cuò)誤不是在瑣碎的細(xì)節(jié)上?！备爬ㄆ饋?，科學(xué)中的錯(cuò)誤或失誤的價(jià)值可以表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.過去的錯(cuò)誤為后人樹立了批判的靶子，只要擊中目標(biāo)就可以獲得成功；或者它可以作為預(yù)警性的航標(biāo)，提醒后來者此路不通。

例如，近代科學(xué)的發(fā)展表明，亞里士多德物理學(xué)中的幾乎所有具體結(jié)論都是錯(cuò)誤的。亞里士多德從日常經(jīng)驗(yàn)出發(fā)認(rèn)為，物體下落的速度與它重量成正比，一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)需要力，力是產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原因，在解釋天體運(yùn)動(dòng)時(shí)他引入了“第五種物質(zhì)”。然而，伽利略證明了物體下落的速度與其重量無關(guān)，牛頓定律揭示了維持一個(gè)物體的勻速運(yùn)動(dòng)并不需要力，力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)否認(rèn)了以太的存在，并且為相對論的建立鋪平了道路。因此，從某種意義上來說，亞里士多德物理學(xué)就像是樹立在近代物理學(xué)家面前的一面靶子，只要擊中目標(biāo)就可以獲得成功。但是，亞里士多德物理學(xué)暗示著科學(xué)問題來自于日常生活，研究科學(xué)的方法就是要從日常經(jīng)驗(yàn)出發(fā)提出問題，然后通過合乎情理的推理方式去尋找令人信服的普遍解釋，這些思想并沒有被近代科學(xué)家拋棄。事實(shí)上，它們已內(nèi)化為近代科學(xué)思想的一個(gè)重要組成部分。難怪有科學(xué)史家指出，亞里士多德的錯(cuò)誤是“時(shí)代的錯(cuò)誤”或“光榮的錯(cuò)誤”，稱他仍是一位偉大的物理學(xué)家或科學(xué)家。

關(guān)于錯(cuò)誤的警示作用和啟發(fā)作用，科學(xué)史上有很多例子，有關(guān)永動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)就是其中一個(gè)。鑒于數(shù)百年來永動(dòng)機(jī)研制的失敗以及世人對永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的熱情，1775年法國科學(xué)院被迫宣布“本科學(xué)院以后不再審查有關(guān)永動(dòng)機(jī)的一切設(shè)計(jì)”。一方面，它仿佛一個(gè)巨大的警示牌提醒后來者，告訴人們“此路不通”；另一方面，它從反面給人類以啟迪，使科學(xué)家提出這樣的問題：永動(dòng)機(jī)不可能制成，是不是說明自然界存在著一條法則——能量既不能創(chuàng)生也不會(huì)消失。實(shí)際上，德國著名物理學(xué)家和生理學(xué)家亥姆霍茲(H.Helmholtz)就是從永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)的這個(gè)事實(shí)入手研究發(fā)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化和守恒原理的。他在論文中寫道：“鑒于前人試驗(yàn)的失敗，人們……不再詢問‘我如何能利用各種自然力之間已知和未知的關(guān)系來創(chuàng)造一種永恒的運(yùn)動(dòng)’，而是問道：‘如果永恒的運(yùn)動(dòng)是不可能的，在各種自然力之間應(yīng)該存在著什么樣的關(guān)系？’”

2.錯(cuò)誤的觀點(diǎn)或理論包含著正確的思路和方法。

讓我們來看一看有關(guān)海王星發(fā)現(xiàn)的例子。天王星被發(fā)現(xiàn)后，隨著人們對其軌道的進(jìn)一步觀察，發(fā)現(xiàn)它的實(shí)際軌道與理論軌道不相符。法國人布瓦德推測很可能是某種未知力量作用于天王星造成的。沿著“未知力量的作用”這一思路，天文學(xué)家提出了種種可能性。例如，天王星曾受到一個(gè)未知天體的碰撞，或天王星周圍有一顆“未知的衛(wèi)星”。但是，如果真的有這么一顆衛(wèi)星的話，它的質(zhì)量和體積應(yīng)該足以被人們通過望遠(yuǎn)鏡觀察到。于是，后來又有人提出存在著一顆“未知行星”的想法。沿著這個(gè)思路，兩位年輕的天文學(xué)家英國的亞當(dāng)斯（J.Adams）和法國的勒威耶通過艱難的計(jì)算，各自獨(dú)立地計(jì)算出了新行星的質(zhì)量和軌道。遺憾的是，亞當(dāng)斯率先得出的計(jì)算結(jié)果，沒有引起英國天文學(xué)家的注意，直到稍后計(jì)算出類似結(jié)果后，柏林天文臺(tái)通過觀察宣布發(fā)現(xiàn)了一顆新星，并將其命名為海王星。因此，海王星的發(fā)現(xiàn)過程，既是“試錯(cuò)法”的范例之一，也是科學(xué)家不斷地在錯(cuò)誤中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，從失敗走向成功的一個(gè)典型案例。

3.對立的觀點(diǎn)相互啟發(fā)，共同促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展。

在量子力學(xué)發(fā)展過程中，愛因斯坦與玻爾的爭論產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。愛因斯坦在1905年提出了光量子學(xué)說，但是，由于他后來反對哥本哈根學(xué)派解釋，與玻爾進(jìn)行了長期的爭論。

這場爭論可以追溯到1920年。當(dāng)時(shí)，玻爾不接受愛因斯坦的光量子假說，認(rèn)為光的波動(dòng)性與光的量子性在經(jīng)典力學(xué)的框架內(nèi)是不可調(diào)和的。愛因斯坦則強(qiáng)調(diào)，光的這兩種屬性是統(tǒng)一的。1924年康普頓效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，支持了愛因斯坦的觀點(diǎn)?？墒牵柫肀脔鑿揭阅芰颗c動(dòng)量的統(tǒng)計(jì)守恒為基礎(chǔ)的純幾率觀點(diǎn)取代了愛因斯坦的光量子假設(shè)。愛因斯坦雖對玻爾的新觀點(diǎn)極感興趣，但他仍堅(jiān)持認(rèn)為玻爾所提出的論據(jù)還不足以使他放棄嚴(yán)格的因果性觀念。1927年，玻爾提出互補(bǔ)原理，認(rèn)為互補(bǔ)觀念中所包含的實(shí)證主義因素，可能促使愛因斯坦放棄因果性與連續(xù)性觀念。可是，事與愿違，在玻爾的觀點(diǎn)被眾多物理學(xué)家接受的情況下，愛因斯坦仍然堅(jiān)定地站在同玻爾完全對立的立場上。于是，他們圍繞著微觀解釋的不確定性與宏觀測量結(jié)果的確定性之間的矛盾展開了激烈論戰(zhàn)。

在1930年的第五屆索爾維會(huì)議上，愛因斯坦設(shè)想了光箱子實(shí)驗(yàn)，反駁測不準(zhǔn)關(guān)系和互補(bǔ)原理，玻爾則利用愛因斯坦的相對論擺脫困境，量子描述的自治性終于得到愛因斯坦的確認(rèn)。然而，愛因斯坦堅(jiān)持認(rèn)為像量子力學(xué)這樣非決定論的、統(tǒng)計(jì)性的有效理論，決不能作為整個(gè)物理理論大廈的基礎(chǔ)，更不能作為探索未來物理學(xué)理論的合理出發(fā)點(diǎn)。1935年，愛因斯坦與波多爾斯基和羅遜合作發(fā)表了一篇論文，提出了著名的EPR（三位作者姓氏的縮寫）佯謬。不久，玻爾作出了回應(yīng)，但是并沒有駁倒EPR的論點(diǎn)。于是，爭論陷入了僵局。

愛因斯坦與玻爾之間的爭論實(shí)質(zhì)上反映了他們在科學(xué)信念上的根本對立。在愛因斯坦看來，物理學(xué)的任務(wù)是探求自然的本來面目，物理規(guī)律應(yīng)該符合嚴(yán)格的因果關(guān)系；而玻爾則認(rèn)為物理學(xué)所關(guān)心的是關(guān)于自然我們能說些什么。

在這場爭論中，愛因斯坦以其犀利、敏銳和刁鉆的詰難常常使玻爾陷入困境，而玻爾等人的每一次反擊都使量子力學(xué)趨于嚴(yán)謹(jǐn)和完善。玻爾在愛因斯坦逝世后的一次演講中說：“今天，愛因斯坦已經(jīng)離我們而去。但是，我要指出的是，在物理學(xué)（量子力學(xué)）發(fā)展的每一個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)上，他都敏銳地提出了關(guān)鍵性的問題，指導(dǎo)和推動(dòng)著物理學(xué)（量子力學(xué)）的發(fā)展。如果沒有這些批評，量子力學(xué)幾乎不可能發(fā)展如此迅速?！币虼?，對立的觀點(diǎn)之間的爭論，可以相互啟發(fā)，使雙方出于完善自己的理論或反駁對方論點(diǎn)的需要而不斷地進(jìn)行創(chuàng)造性思維，使雙方的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤明確地暴露出來，促進(jìn)和推動(dòng)著科學(xué)的迅速發(fā)展。

科學(xué)是一個(gè)向錯(cuò)誤學(xué)習(xí)的過程

在科學(xué)史上，許多科學(xué)成就都是在經(jīng)歷了多次錯(cuò)誤和失敗之后取得的。然而，無論是標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)教科書還是相當(dāng)數(shù)量的科學(xué)史著作都把科學(xué)描述成是線性或準(zhǔn)線性發(fā)展的，把科學(xué)描述為英雄的歷史。這歪曲了科學(xué)發(fā)展的真實(shí)歷史，仿佛科學(xué)永遠(yuǎn)是正確的，科學(xué)等同于真理，科學(xué)家不會(huì)犯錯(cuò)誤，誤導(dǎo)了公眾對科學(xué)的理解。

造成這種情況的原因主要有兩個(gè)。一是科學(xué)史上大多數(shù)有關(guān)科學(xué)家錯(cuò)誤和失敗的材料和案例沒有很好地保留下來，或人們難以發(fā)現(xiàn)它們；二是科學(xué)歷史的“輝格解釋”，科學(xué)研究中的錯(cuò)誤和失敗在這種科學(xué)史傳統(tǒng)中沒有任何位置。它既歪曲了科學(xué)發(fā)展的歷史，又影響了人們對待科學(xué)中的失敗或錯(cuò)誤的態(tài)度，甚至妨礙了人們對科學(xué)的理解。

總之，盡管人們可以贊同莫蘭的反實(shí)在論傾向，但是他下面的話對于我們重視科學(xué)研究中失敗或錯(cuò)誤的價(jià)值仍有著一定的啟發(fā)作用。他說：“科學(xué)的真理并不存在于它的理論中，而是存在于使它的不同理論可能相互對抗的游戲中，存在于真理和錯(cuò)誤的角逐游戲中?？茖W(xué)不擁有真理，而只是玩著真理和錯(cuò)誤的角逐游戲?！虼耍瑢τ谖襾碚f，神圣的東西不是我的真理，而是保衛(wèi)真理和錯(cuò)誤之間的角逐游戲?！币簿褪窃谶@種意義上他認(rèn)為，“低估錯(cuò)誤的意義是最大的錯(cuò)誤”。