〔编者按〕本文选自《无知百科全书》。作者是英国著名的天文学家、宇宙学家，现任剑桥大学理论天文学教授。他以一位实际科学家的身份来谈论这种几乎是纯粹的认识论问题，是很耐人寻味的。这表明，现代科学发展本身确实不断提出一点重大的认识论问题。

文章一开始就提出一个尖锐的问题：科学向何处去？或者说科学的目的是什么？可惜，对这个重大问题，实际科学家很少有时间去考虑，结果，科学界中只能听任一些传统观念的流行。人们以为，一些天才科学家已经建立了基本理论，我们只要认真进行观察和实验，就可以使科学不断前进。

但是，科学发展的历史却提出一个悖理：观察激发人们去建立理论，但又只有建立了理论才能更好地观察到事实。因此，那种表面上可以解释一切观察现象的表面理论，是称不上真正的科学理论的。科学理论不仅是描述已有的事实，更重要的是预测未来的事实。要超越现实而预测未来，就不能保证不犯错误，就要求任何理论不能僵化，要根据变化的事实加以调整。

由此，对待一切科学理论应保持一种明智的、灵活的、清醒的科学态度。作者为此提出了一个“珠子模型”。他要求科学家使珠子保持在0、0区间的线段上，不要陷入0（绝对不信任）或者1（绝对信任）的深渊之中。这也就是说，人类总是在知与不知的两个极端之间活动，总是不断地力求向知的方面有所进展。人类永远也不能陷到任何一个极端之中。知之本性，总是同无知相联系。只有这样，人类才能保持科学想象力，不为已有成见所束缚，使科学理论不断受到科学实践的调整，保持最大的解释现实、预测未来的能力。在作者看来，这就是科学的目的，也是科学发展的总的方向。

如果许多人因衣衫褴褛和家具破旧而感到耻辱，那么，让我们因思想卑劣和哲学庸俗而倍感耻辱吧！

阿尔伯特·爱因斯坦

如果有人问：人们希望科学研究向什么方向发展？你也许立刻会想到：难道真能规定科学研究的方向吗？考虑这种问题又有什么意义呢？某一学科的原理一旦由牛顿、麦克斯韦这样一些天才为我们规定下来，根据他们的结论研究就行了。但是，即使这样一些数学造诣很深、想象力很丰富的伟大天才，要解决疑难，也必须用原理来说明已有的观察并对未来作出预测。月球运动理论最能说明这个问题：尽管不断提出深奥的数学问题，预测结果也越来越精确可靠，但即使到今天，在牛顿以后的三百年，月球运动的特点依然令人迷惑不解。这些困难大吗？人们要付出何等努力才能顺利解决这些问题呢？谁能确定这样的问题呢？怎样才能恰如其分地作出评价呢？以前为了更精确地测量原子量，必然设想为整数比，人们以为这样就可以舍去一些不可靠的值，但正是在这里隐藏了巨大的原子能。

要说明我认为最好应向哪些方面努力，我们先来看看，我们的教育制度为了学生们更熟悉并适应已有科目，对于从幼儿到博士的各级水平怎样教导各门科学——纯粹数学和应用数学、化学、物理学等等。但只要这个科目不是趋于消亡，理想的目标应该是以科学的批判态度进行学习，以推向前进。从来也没有这么多资金可以使大批人从事科学研究，他们都为自己将作出新的发现、提出基本原理的热望所激励着。但如果真的有了新思想，真的为一个原理尚未充分确立的领域提出一种新假说以为指导，就会发生争论，出现尖锐的意见分歧，而且并不总是气氛良好的科学讨论。的确会有一些人对自己的想法坚信不疑，以为必须广泛宣扬，甚至为了维护这些看法而采取某些不正当手段。（亲爱的读者，假如你从来没有遇到这一类的事情，那你要幸运得多了。）

简而言之，我是说今天的科学在一些领域中已面临再不想办法即将窒息而死的危急局面，因而今天首要的是告诉一切科学工作者：科学究竟是怎么回事，科学的真正目的是什么。当然，科学家总会认为他懂，他的工作是对头的。但是应当承认，有许多思想认真、工作踏实、知识丰富的人毕生致力于科学，没有作出任何有意义的贡献，而另外一些差得多的、看起来心不在焉，也不那么博学的，却由于思想的因缘时会而能够在任何他们从事的科目中提出有价值的思想来。前一种人很少会放下他们的辛勤工作而去思考这样的问题：人们怎么知道他们是在什么时候可以知道呢？！对这个问题的确讨论得很多了，但由于作者们缺乏数学和科学的专门经验，甚至对他们所讨论的问题也缺乏了解，因而讨论有很大的局限。据说有位自命不凡的女主人曾经问爱因斯坦，他的相对论有什么哲学含义和宗教含义，爱因斯坦完全正确地回答说：“据我所知，一点也没有。”这时那位卡尔 ·毕尔生可能放开手上的工作走过来，说他认为这个问题对别人大有益处。但即使如此离题的说法也值得称赞，像毕尔生那样的误解却是害多于利。少数人完全了解科学的性质和目的，结果又总是忙于按照他们的思路工作，陷入没完没了的富有成效的研究之中，除了实际搞科学以外很少有时间考虑别的。相反，有些人并不真正了解科学的目的，却因为留在这个领域中，也许担任了行政工作，随时成为非科学方法的牺牲品，也许从事科普工作，竟由于写作通俗读物而赢得卓越科学家的巨大声名。已故的纯粹数学家H. F. Baker，本人并无独特观点，有人问他对James Jeans爵士的一本著名天文学通俗著作的看法，他说：“我倒是真想了解一下他在一页里究竟写了些什么。”

大多数从事科学研究的人都认为，只要尽最大努力就能够认识某些本质上难于发现的东西。这也就是说，他们都相信自己能够发现某一个真实物质世界的性质，这个世界确实是独立存在的，并且肯定是以明显的机械结构方式活动着，只要仔细加以研究，“观察，观察，再观察”就行了。而且，只要进行了长期的、艰苦的研究，对这个世界的“解释”也可以是不言自明的。但是很少发生过这种情况。不错，观察往往会揭示许多表面上错综复杂的矛盾，以致把所有的假说几乎都排除一空。新思想如同新生儿：应当关切备至的进行培育而不是用大量所谓“事实”非难它，使它由于消化不了而窒息，不能期望它在一天之内就成长为一个大力士。在这一点上，牛顿当初就很可能了解现在所掌握的关于月球运动的全部复杂情况，他绝不会相信用这么简单的平方反比定律就可以解释月球运动。确实，在他死后，观察到近地点的增量（牛顿实际上已经解决了）使人困惑不解，以至不得不提出立方反比项解决这个问题。但也要承认，往往是有了关于某种现象的理论以后，才能作出新的发现，发明新的或修正的理论。直到证明了牛顿理论有效以后，才能设想并发现水星近日点的进动。这样，一种看来如此简单的现象所提出的问题，却一直等待了半个世纪仍然未能解决，直到许多人承认的广义相对论才对之作出解释。

检验是重要的，如有可能，对大家关心现象的每一可能方面，都应进行测量。某些人可能觉得奇怪，至于说到这种工作还只是从事科学研究的前提，还不是科学研究本身，他们就更不乐意接受了。正如建造高尔夫球场和设备，决不等于高尔夫球运动本身。科学的真正目的，是发明假说，根据假说提出数学理论和形式系统，作出符合于已知客体的预测。但这种说法又引起进一步的问题。首先，这个客体从何而来？如果允许人们以他们所想要的客体决定自己的感觉，这个客体本身就成了不需要讨论的主观对象了。其次还要讨论：这种假说又从何而来？是怎样发明出来的？牛顿力学体系使预测行星运动以及远远超出这一范围的现象成为可能，而麦克斯韦方程能够预测电磁领域，量子力学理论能够预测原子和分子无穷小范围中的问题。

提出一种科学理论，首先当然是要观察人们关心的现象，如有可能，至少还要进行最低限度的实验；但是最重要的还是要认识，只有从理论上完全理解了所观察的现象，或者至少是根据某种假说（不管对不对）以及由此建立的理论而理解了这些现象，才可能对观察给出某种可靠的意义和诠释。正是在这里，人们会碰上科学奇异的悖理性质：对现象的观察必然首先激发人们想象适当的理论，但又只有有了对现象的正式理论，才能要求正确理解所观察的现象。尤其是在找不到理论上的依据来确定这些观察或实验时，它们所引起的新现象就更是这样了。假说和理论还没有得到检验，就不可能有什么“事实”和可靠的“证据”。万有引力理论出现以前，人们都坚信彗星是最重要的天体，官方传统理论认为这是上帝所下达的天上非物质信号，是警告世人暴力和瘟疫行将降临的前兆。人们可以明确看到，铁路轨道在远处相交，对这一观察的解释需要某种空间理论，如果有个工程师开玩笑，故意让铁轨在一里以外相交，那么当然就真的相交了！但是不论是假定铁轨平行还是相交，这两种假说都可以检验，例如，可以沿着铁轨走去看看怎样，或者按照各种假说和某种空间理论（欧几里得理论适用于这一情况）进行精确的局部测量。伟大的牛顿在这方面却犯了错误，他发现，如果把引力理论外推到必然包括地球“已知”大小的月球距离，就会出现一种不能说明月球运动的加速度，这时他就放弃了同“事实”相矛盾的理论。整整六年过去了，世事难以逆料，原来以前是对地球的大小测量错了，而不是万有引力理论错了。观察决不是永远可以信赖的向导。

但是，许多“理论”虽然提出来作为科学理论，其实是完全不合格的。从某种程度上说，有些理论只不过是多少有点创造性地复述已知材料而已，而复述又往往很不完整，局限性也很大，并没有给这些也可按照某种已知理论加以描述的材料增添任何新东西。比方说，为了描述地球的形状，需要欧几里得几何的空间理论，尽管这种近似球形的假说并没有总是通过科学思考的检验。但是除非有一种理论可对自己作出预测，或者提出某种本身就是一种预测的判决性实验，而那种表面理论又很少能做到，那就算不了真正意义上的科学理论。但今天还有许多科学文献充斥了这一类表面的“理论”、它们被许多用材料编造的故事所伪装着，而这些材料可作多种解释，而那些还不为人所知但已同样得到证实的材料，却被认为不相干而略去了。Chaucer懂得这种咬文嚼字的把戏，他告诫说：“你甚至可以论证某个地点有一英里宽的二十英尺空间。”这样的理论丝毫也不能给材料增添什么，甚至还会把材料弄糟，而且，除非这种故事可以作出某些可证实的预测，而对理论本身来说也是独一无二的，同其他有关材料也没有矛盾，人们才会全面接受这些材料。根据这种理论，假如万有引力不再发生作用，地球就可以用一根绳子拉住月球：这个力是直向的，可以制造一根25万米长的绳子，一个宇宙航行员可以把绳子一头系在月亮一侧，等等。但是，一旦考虑到数值（理论），这种咬文嚼字的理论就立刻完蛋了，因为人们发现要有一根几百公里粗的极其牢固的钢索才行。这种表面的描述性理论很像是通过一些点（代表一系列观察）画出一条曲线：在一个平面上给定许多点，就能按照人们的数学愿望以极大的精确性画出一条能通过这些点的曲线。但如果所画曲线不能预测以下依次各点（不需要绝对精确），这条曲线就不是关于现象的理论，就是毫无价值的。正确的理论并不需要通过每一个点。

下面将讨论如何发明新的观点和新的假说，新的理论可能就是以它们为基础而建立和验证的。在这之前让我们暂且抛开这个问题，先考虑一个科学家对这样一些新事物，也即对现有的观念和理论应采取什么态度。Medawar在最近一次演讲中对这个问题曾经扼要地提出忠告：“千万不要迷恋你的假说。”但还是需要适当的干劲和热情去建立假说，并加以十分认真的检验。这一些又好像来自感情冲动，如果人们真能丝毫不迷恋他的想法，以至削弱甚至丧失了判断和批判的能力，那么他对自己或者对别人的新思想又能起什么作用呢？这总是个主观问题，不管人们能不能认识到，一个科学家一旦悟出一种新思想、他总要对它采取某种态度。这又总是由这一思想同他过去的经验（不管记不记得）、个性、气质等等相互作用而形成，这一些的自发组合将决定他所采取的态度。

我的看法是（我们谈的是主观的东西），对待假说所应采取的科学态度，可以用一个简单的珠子模型加以图解，这个珠子可在一小段水平线上来回移动（见下图）。假定左端以0表示，右端以1表示，让0相当于对假说的绝对不信任，右端的1相当于对假说的绝对信任。我要奉劝所有有志气的科学家，对任何一种假说都应采取这样一条原则：

千万不要让珠子完全落到0点或1点上

很有可能，人们使珠子靠近一端，实际上根据新材料或新证据等，不论朝哪个方向都有无穷个点可以移动珠子。如果有真正的材料引起你的注意，增强了你对假说的信任，你可以把珠子适当向1移动一下，但是绝不要让它完全达到1点。如果有些材料削弱了你对它的信任，就把珠子向0移动，但也不要完全达到0点。信任程度的变化应该是你对材料、论证或证明等作出独立科学判断的结果，绝不是根据他人的名望或相信同不相信的力量对它而作出来的。爱因斯坦听说将出版一本题为《一万个人反对爱因斯坦》的书，他只说了一句：“一个人就够了！”我自己的珠子，对牛顿力学和麦克斯韦方程非常接近于1，对飞碟和苏格兰海峡水怪物却非常接近于0。但必须强调的是，这都是我的主观珠子，也有些人的珠子对飞碟接近于1，甚至达到超过1，其结果正是我们所要进行讨论的。

人类思维总想追求对一件事的绝对信任或者绝对不信任，这简直成了人类一种共有的弱点。这不但不符合科学的需要，而且还必须承认，科学永远也不可能达到这一点。不管理论在某一时期是多么成功，多么使人深信不疑，但有了更多的材料，就有必要对理论进行调整；相反的情况是，不管一种假说最初是多么不可置信，新的材料完全可以改变这种情况。现在我们可以明白，为什么千万不要把珠子正好放到0或1上。假如有人喜欢走极端，珠子就会受到非科学或反科学的各种感情作用，滚进潜在的陷阱中去。在某种情况下这还可能是个无底深渊。尤其是在以后的岁月中没有出现新材料同这种信任或者不信任相矛盾，就更加不可能把珠子再从井里捞出来放回到线上了。如果想通过材料或推理，把珠子提高到应有的位置上，那只能进一步证明珠子主人的态度毫无科学价值。也有的时候，讨论珠子所代表的那些假说或理论也毫无作用。另一方面，假如珠子总是保持在0和1之间，就能够在必要时随时相应于新材料而移动，珠子的主人也可以保持冷静而不必使感情陷于崩溃。如果对于假说和理论能够作这样的反应，他就可以通过调整珠子以说明新材料和新论证，得到真正的科学乐趣。但我从自己一些有限经验中所看到的，却令人十分遗憾，即使是科学家中间也很少有人能够使他们的珠子保持在线上；如果要珠子回到线上的适当位置，那的确需要很高的才能，如果真的某些情况有此可能的话。在纳粹德国，日耳曼优秀民族理应统治全世界的理论，就危险地使珠子靠近1的位置，结果99.9%的珠子都掉进了深井，只有暴力才能移动其中一部分。因此我总是希望科学家能得到引导，把他们的珠子安全地保持在线上，使他们的头脑善于接受新思想，并能不断革新。有位Chan先生说得好：“人类的头脑像个降落伞，只有敞开才能最大地发挥作用。”敞开思想，就是保持在线上0和1之间的某一位置。

如果提出怎样才能获致新思想，我们也会碰到根本不讲什么“科学方法”的事实问题：没有正规程序，没有一组固定准则，却能解决一些新问题，或者在某一新领域中正确解释材料，或者通过逻辑归纳而获致为建立新原理所必需的思想。但是科学史却表明，某些人观察问题比别人深刻得多，他们可以借助于某种灵感而想象可能的解法，或者很快地就能探索到所需要的理论。这可能是一种被激发出来的猜测，它可能是一种可以解释某些现象或在这一领域中作出预测的有效理论，而绝不仅仅是一种随机的猜测。

一门学科的进展，首要的是要求思想深入内部，用直觉感知现象的原状，再以非传统观点研究问题。事后可以看得很清楚，在当时天文学范围内，要用任何假说解决月球近日点的过量运动问题，是多么不可能啊！由想象构成新思想以及为了新预测而使之发展成为合理的通用理论，都可以称为智力活动。它起码应相当于所谓艺术领域中的活动，何况谈到科学，想象将跑得更远，甚至可以产生控制自然界的能力，更不用说任何其他艺术所没有，也不能提供的精神享受和满足了。正因如此，才使科学成为一切工作中最高尚的工作，一切艺术中最伟大的艺术。从根本上说，正是这种对未来的认识能力才是真正科学的基调，才是赋予科学以无比重要意义的奇妙性质。

在创造一种解释某种现象的理论（不论是表面的或其他的）时，首先要确定这些现象的确是实际发生的，而不是像被测量的噪声所淹没的主观臆想。如果直到后来才发现这些现象纯粹是想象，不是客观存在，那将对理论产生什么影响呢？今天的许多科学杂志中就充满了这种精心构思的关于所谓现象的理论，那不过是一些激烈的武断，是在任何一种理论所必需的根本条件，如现象的原因等，还没有具备之前提出的。这样的“理论”之得以广泛传播，往往是由于精心导演的反复的、空洞的文字宣传运动，由此往往导致武断而浅薄的结论，说这个理论已被“普遍接受”，而事实上这本身就是在发出一个明确的警告，要大家有所保留地对待这个理论的可靠性，冷静地独立验证它的基础（如果有的话），而不必考虑支持者的力量对比问题。科学研究的基本环节，就是把假设、近似方法以及其他有关的细节和成分，全部提到桌面上来，进行检验和讨论：在没有肯定它们的意义以前，决不应忽略或撇开任何可能有关的东西。同样如此，在公开发表科学研究成果时，应当使读者能够自己重新得出达到这一结论的每一步骤，以便在必要时由他们自己验证结论。换句话说，只要有一张牌还没有亮出来，就不能断言（或辩解）这一步或那一步是完全正确的，已经过机器的检验，否则就是无法验证了，等等。在这一方面，有许多文章是很差劲的。

必须认识，检验任何新的假说或理论，都不能根据现行理论用先入为主的美学考虑或心理标准去判断其表面上的优缺点。这样的检验只能在事后进行，只有在得出正确的结论以后才能同已有适当解释的观察进行比较。判定一个理论是否可以接受，不但它的结论必须符合于我们现有的材料，而且，根据这一理论所预测的未来观察也必须达到使人满意的精确性。最常见的是，在涉及连续变量时，预测永远不可能达到完全精确，正像任何观察不可能完全精确一样。只有限定纯粹用整数计算才有可能，但理论如不完备，即使这样也不行。人们对待新思想往往缺乏科学态度，这表现在理论所招来的荒谬的评论，也表现在对于珠子从它落进的井里跳出来的批判，例如说：“最初的假说为真的可能性……”；或者以下这种无比的妙语：“作者似乎不了解由于某些科学还未揭示的效应，问题受到限制”。这不过是作者所碰到的许许多多例子中的两个，而且是所谓学术团体中非常认真选举出来的代表提出的，如果你提出抗议，人们就会告诉你：千真万确，他们是这个领域中最卓越的裁判员，但不是最有能力的：二者往往并不一致。在科学上这是不言而喻的：只有最初的设想可以同材料相比较，可以证实预测，才能谈到评价其真理性，否则“真理”一词就毫无意义了。要科学家肯定“科学的未知效应”，只不过是要求一种谁也不了解的炼金术。人们都应充分了解把珠子保持在线上的重要意义，人们也都应记住，某种思想即使最后没有被证明为真，也即通过适当评价的预测未能符合观察，单单这一条也并不能严格证明提出者想歪了。如果人们能做到这一些，就可能避免上述那些荒唐行为。有些科学家就是不愿忍受这种对个人的批判，他们总是避免卷入这种新思想经常引起的论战之中，而宁愿屈从地隐退到与世隔绝的事务性测量和观察的避难所中，有时甚至进行一些没有明确目标的观察。有些人甚至甘愿从事于毫无想象力的“事实”收集工作，以为这才是真正的科学工作，而嘲笑探求某种实用的假说只是想入非非的思辨。如果把一桶水泼到地上，然后刻板地测量所有溅起本珠的大小和形状，列出详细表格，花很大的本钱付诸出版，这对流体力学丝毫不会作出什么贡献，也绝不可能提出Stokes-Navier方程。显然，这种盲目的努力如果有什么作用，也只能成为重大理论进展的障碍。但不幸现代许多研究工作就是这样搞的，理论家们没有由此得出的完全确定的“事实”，因而陷入苦恼之中。

凡是献身的科学家总是不断地努力想象新观念，尽管他也明白大多数观念不会得到证实，但只要几次失败有一次成功，就足以报偿他的劳苦而有余了。但他必须自己来仔细检验这些新思想，或者自己暗中思索，或者与同事们进行非正式的讨论，或者通过观察和实验，或者如有可能的话进行正规的分析。如果这些步骤削弱了他对新思想的信念，看来进一步据以开展研究就没有什么价值了，那么他就应当重新开始，再去设想一些改进的新观念，以期重新把材料系统化，提出恰当理论。但是今天，发表成果的刺激非常大，使许多人都认为这是发挥公共教育的作用、处理各种错误的最好的“科学”办法。结果使科学文献成了一堆杂七八糟的不够成熟，甚至完全错误的素材，如果经常开展公开的批评，又因为错误地置放了珠子的位置，不允许进行有效的辩护，就会大大伤害作者的自尊心，使他们很不愿意承认哪怕很微小的错误。

作为这篇论文的结论及其新强调的主题思想，可以引证一段彭加勃在五十多年前说过的话，这是用物质的“理论”结构解释“紫外灾变”的问题，这问题只能使人想到低级的探测，而不会想到最后获得成功并导致科学革命的高级的物理学理论。他说：“显然，对连接容器的通道给以适当容量，对裂缝给以适当的数值，这一‘理论’就可以说明任何一种实验结果。但这（种描述性说明）没有物理学理论的真正功能。物理学理论不可能有多少需要解释的现象，就引进多少（或者更多）任意常量。理论应不同的实验事实之间建立联系，而首要的是能够做出预测。”对于这样一个从伟大思想家的智慧中结晶出来的告诫，我希望研究人员能够永远由此得到强有力的指导，只有遵循这些告诫，科学才能得到进步，除此之外绝无他途。