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牛頓的萬有引力理論本身並沒有揭示引力作用的實質。圖為太陽系天體示意圖。(NASA)

在艾爾蘭的〈揭開科學之謎〉一文中,介紹過一個很有趣的假想實驗:我們觀察市區街道上的菸頭、果皮等垃圾,把它們作為研究對象,用現代科學的方法研究其運動的規律。請嚴肅,這不是開玩笑,是嚴肅的科學試驗。 

我們發現,垃圾每天白天在街道上逐漸變多,到了第二天早上,就沒了。這是一個很明顯的周期性的規律,按照現代科學的方法,我可以用數學,把這種規律描述得更科學一點,更精確一點。我可以選擇市中心一百米的街道範圍,按時間抽樣清點此範圍內白天不同時間垃圾的數量,可以畫出一條每天垃圾數量變化的曲線。 

這樣我們看到了每天垃圾數量變化的規律,下一步就要探尋導致這種變化規律的決定因素。垃圾數量的最主要變化規律是,到了早晨五、六點鐘,所有的垃圾突然變沒了。(假定我們不知道它是清潔工人在每天清掃,我每天不起早,也看不到人清掃。)我認為有一種「力」的作用,使垃圾變沒了,我把它命名為「清潔力」。

我的垃圾理論推出之後,還有人繼續在這一領域研究。發現我的垃圾理論並不完備,發現不是每天垃圾都按時消失,會有特例。還有的時候,一天出現遠遠超出平常的大量垃圾。而這些特例的出現次數沒有甚麼規律。 

當然,在我們知道人活動導致這一切變化的基點看來,那特例不過是有時清潔工生病了,沒能按時上班而已。

而有的時候垃圾超常的多,是因為那天有足球比賽,人流量大,扔的垃圾多導致的。可是在不瞭解背後人工因素的情況下,對於僅從物質表面進行研究的人來講,這特例的出現實在是深奧,以致至今沒有完善的理論解釋這一特例。 

採用數學的描述方法,看似嚴謹,但沒有甚麼實質意義。

上面的實驗看起來很簡單或許像笑話,但揭示的問題卻並不簡單。這個實驗使我們有機會清楚地看到了運動背後的實質成因,也看到了在排除了導致物質運動背後的生命因素時,僅從物質表面盲人摸象式地研究其運動規律和成因,是多麼的不得要領。另外,其採用數學的描述方法,看似嚴謹,但沒有甚麼實質意義,這在特例出現時,已經表現得猶為清楚。再有,所推出的「清潔力」的假說是在沒有認識到運動本質成因情況下的一種牽強的解釋而已,並沒有揭示甚麼實質,如果我們再追問下去,「清潔力」是哪裏來的呢?還是不得而知。

我們從這個例子,再來看現代科學對我們這個世界的認識。我們以萬有引力為例。萬有引力的發現首先歸功於早期天文學家大量的觀測積累。科學家們從觀測中,發現了一些行星運行的規律,簡而言之,就是關於行星運動的開普勒三大定律。為了解釋行星運動的這些規律,牛頓(Isaac Newton)將自己的第二定律應用於天體,認為行星的橢圓軌道表明其運動受制於一個外力,他用嚴格的數學推理,導出這個外力的作用特點,最終得到了萬有引力公式。 

大科學家牛頓認為自己對萬有引力的成因並沒有答案。(維基)

儘管牛頓對重力的描述對於眾多實踐運用來說,十分的精確,但牛頓的理論與實際觀測還有不吻合的地方,比如,它並不能完全解釋出,水星在沿其軌道運動到近日點時出現的進動現象。牛頓理論的預言(由其他行星的重力拖曳產生)與實際觀察到的進動相比,每世紀會出現四十三弧秒的誤差,等等。此外,世界上某些地區,會出現特異的現象,用萬有引力理論還無法解釋。

比如美國加州聖塔柯斯(Santa Cruz)小鎮的郊外,有一個叫作「神祕點」的神祕地帶,這裏有一片茂密的樹林,奇怪的是所有的大樹都向同一方向大幅度地傾斜。更為離奇的是:人在此地也無法垂直站立,身體竟會不由自主地與樹木向同一方面傾斜而不跌倒,而且在行走時步履穩健,毫不費力。在這個地方,凡是掛著的東西,都無法與地面形成直角,總是處於傾斜狀態,甚至從空中落下來的物體,也是傾斜地落下。如果把圓球放在一塊斜土坡上,球竟會從低處向高處滾動。至今仍然無人能揭開這個謎。

「我還沒有能力,去從現象中發現產生這些重力特性的原因……」——依薩克‧牛頓 

更重要的是牛頓的萬有引力理論本身並沒有揭示引力作用的實質。牛頓自己對此也一直不滿意,他說:「我還沒有能力,去從現象中發現產生這些重力特性的原因……一個物體可以不通過任何介質穿過真空間的距離,對另一個物體產生作用,在此之上它們的活動和力可以傳送至對方,這對於我來說簡直就是一個天大的謬論。因此,我相信,任何有足夠的哲學思維能力的人都不會沉溺於此。」 

引力理論要求,引力作用不需要任何媒介瞬時進行超距傳輸,這也是現代物理學家對之不滿意的一個原因。現代物理學家不斷的進一步探索,試圖揭示引力的實質。

廣義相對論、量子引力理論、弦論等都是現代物理學家的努力方向,但迄今為止,還沒有人得到滿意的結果。

我們看到,上述這個科學發現過程和前述例子「清潔力」的發現,從方法上講是一樣的。仔細比較兩個例子,有助於揭示我們關於科學的認識上的誤區。 

假定我們的科學規律,包括萬有引力的背後,真有超越人類能觀測到的這個物質空間的高級生命在控制著,那麼現代科學的探索之路,從基點上就偏離了,就像「清潔力」的探測一樣。如果不改變對這個宇宙、生命認識的基點,那麼也許永遠也探索不到關於宇宙本質的真相。◇