07-科学精神养成课：我们该如何质疑一个观点

同学们，上一课我跟你讲了古人的智慧虽然很了不起，但我们可以质疑它。那么，你可能就想问了，牛顿是 300 多年前的人了，也是古人，牛顿的运动三定律可不可以质疑呢？答案是，当然可以。但是在提出质疑之前，需要有一个前提，那就是要先找到不符合牛顿理论的现象，只有找到了这种与理论预测不一致的现象时，我们才需要提出质疑，否则，就是盲目地质疑。我给你举一个例子来说明这一点。最早的时候，人们认为大地是平的，在大地的尽头是万丈深渊。你看，这就是一个观点，如果我们的活动范围只有一小块地方的话，那么这个观点就没什么可质疑的，因为我们观察不到任何违反这个观点的现象。什么时候需要被质疑呢？就是当我们的活动范围慢慢地扩大，有人就发现，无论走多远，好像大地依然都是一眼望不到尽头的，看不到大地尽头的万丈深渊。这时候，这个走到过很远很远地方的人就有资格提出他的质疑：大地真的是平的吗？如果真的是平的，为什么我走不到尽头呢？当然，我们一定要知道，质疑不代表就推翻了这个观点。还要看这个质疑是否足够有力，是否是这个观点无论如何也解释不了的。显然，走不到尽头的这个质疑不算太有力，因为提出观点的人可以用“你还走的不够远”来解释。那么，比这个更有力的质疑是什么呢？假如有一个人朝着太阳升起的方向一直走一直走，最后竟然走回到了原地。这时候，他再去质疑大地是平的这个观点，就会非常有力，因为，如果大地是平的，该怎么解释走回原地这个现象呢？地平观点怎么也无法解释了。而人类是在 500 多前，由麦哲伦船队第一次完成了环球旅行。于是，人类对于大地形状的观点也从平的修正为了圆形。那么，圆形地球的观点当然也是可以质疑的，关键在于你能不能找到不符合圆形地球的现象。如果找不到这样的现象，而圆形地球还有许许多多其他的证据，那么这个观点就可以正式成为一个得到广泛接受的理论。但是，即便是广泛接受的理论，也是可以质疑的。但区分合理质疑与盲目质疑的关键在于，这个质疑是不是建立在发现了不符合该理论的现象之上的，也就是说，你有没有相关的证据。那么，接下去有一个很重要的概念，什么样的现象才算是不符合理论的现象呢？假如我用牛顿的运动定律计算出来一个小球应该在 10 秒后撞墙，结果实际测量得到的结果是 9.9 秒，这能不能说就是找到了不符合牛顿理论的现象呢？这就引出了我今天要告诉你的第二个重要概念，任何测量都会产生误差。在刚才我举的那个小球撞墙的例子中，理论计算值是 10 秒，而测量值是 9.9 秒，这时候，我们不能马上就肯定说，理论出了问题。而是首先要考虑测量精度，也就是测量的合理误差范围是多少。你想想，你拿着一个秒表计时，这个秒表本身是有误差的，不可能百分百的精确，然后人的反应是有时间差异的，你看到小球启动和撞墙时按下秒表，不同的人反应时间不同，观察的角度不同，都会导致秒表启动和停止的时刻是不同的。这样就必然会产生测量误差，而 0.1 秒的误差是在合理误差的范围内。所以，我们不能认为测量到的 9.9 秒是与理论不一致的现象。因此，当我们在考虑一个现象是否违反了已知的科学理论时，必须要考虑到测量误差的问题，否则这个证据就是一个无效的证据。今天的第三个概念，也是最重要的一个概念，那就是，在质疑一个理论时，还必须要明确知道这个理论的适用范围。实际上，这个世界上不存在绝对正确、绝对完美的科学理论，任何一个科学理论都不是永恒的真理，它们只是在一定的适用范围内，或者说在一定的测量精度需求下是正确的。比如说，球形地球理论告诉我们说，地球是一个标准的圆球形状。那这个观点是不是绝对正确的呢？不是的，我们只能说，在一定的适用范围内是正确的。这个适用范围是什么呢？也就说当我们对地球的曲率测量的精度要求只保留小数点后四位的情况下，它就是正确的。如果超出了这个适用范围，地球也就不再是一个标准的圆球形状了。而是赤道略微鼓出来那么一点点的扁球体。但是，在我们的日常生活中，比如环球航行计算路程，在海上捕鱼的时候计算抵达目的地的时间等等，是根本不需要用到那么精确的数值的。同样的道理，牛顿运动三定律也有它的适用范围。比如说，当我们要发射一颗 GPS 卫星到地球同步轨道上，我们需要计算发射卫星的火箭要装多少燃料，点火多久，什么时刻入轨等等问题，我们对它的精度要求是小数点后面保留两位，这时候，我们用牛顿的理论来计算就可以了。因为，牛顿的理论在这个适用范围内，或者说在这个精度要求下，是完全正确的，它足以让我们精确地控制火箭发射、卫星入轨了。但是，当这颗 GPS 卫星在天上工作时，我们的手机用它来定位，飞机靠它来导航的时候，我们对精度的测量要求就大大提升了，为了使得导航的误差在可以接受的范围内，我们对卫星上时钟的精度要求达到了千分之一秒，这时候的很多计算就不能再使用牛顿的理论了，而要使用适用范围更广的爱因斯坦的理论，这个理论就叫做相对论，它是牛顿理论的升级版。正是因为这个道理，相对论并不是推翻了牛顿理论，而是修正了牛顿理论，相对论也有它自己的适用范围，超出了适用范围也一样不灵了，比如到了黑洞中心的奇点，相对论也失效了。在我们的日常生活中，几乎没有什么东西的计算需要精确到千分之一秒或者一亿分之一米以内，因此，牛顿的理论在它的适用范围内，足以解释我们生活中遇到的所有现象，所以，当科学家们说，牛顿理论是正确的这句话时，其实隐含了一个前提，那就是，在它的适用范围内是正确的。这个适用范围足以涵盖日常生活，所以，尽管它诞生到现在超过了 300 年，是古人的理论，但我们今天的中学课本中依然在教授着牛顿的理论。同学们，如果有一天，你在日常生活中，在排除了测量误差后，发现了与牛顿理论不一致的现象，那么，你就可以大胆地质疑牛顿理论。但如果你没有发现这种现象，就不要为了质疑而质疑，那样只是盲目地质疑，对我们学习科学知识并没有好处。好了，今天这节课是教会你如何合理地质疑一个观点，在这个世界上有各种各样的观点和理论，我们在日常的口语中，有时候并不会刻意区分这两个词的含义。但是，严格说来，它们是不同的，没有得到全世界科学界公认的只能称为观点，比如说中国人常常说早上吃得好、中午吃得饱、晚上吃得少，这就是一个观点，它还没有得到科学界的公认，因为这个观点表达的很含糊，没有对“好”和“少”的明确定义，同时也缺乏证据。因此，我们只能说他是一个观点，这种观点是非常值得我们去大胆质疑的。但是，有一些观点已经得到了科学界的公认，比如说物理、化学上的公式，生物学中的规律，经济学中的原理，这些观点我们就可以称为理论。这些被写在教科书上的理论我们就需要非常谨慎地质疑，不是不能被质疑，而是需要在弄清楚了这个理论的适用范围之后再依据观测到的证据进行质疑。而这种类型的质疑往往不是一个普通人能做到的，它是科学家们的工作，需要先学习大量前人的成果，站在知识之塔上继续向上攀登。同学们，五节科学精神养成课我已经全部给你讲完了，我不知道在你的脑子中印象最深刻的一个词是什么，我希望这个词是：证据。科学精神就是一种求真务实的精神，对待任何事情，我们都要相信证据而不是仅凭直觉和经验。将来，如果你有机会给你的同学讲一讲什么是科学，什么是科学精神，在时间很紧的情况下，我建议你最重要的就是告诉他们什么是证据以及我们该如何寻找证据。最后我要送给你的话是：科学思考不是科学家的专利，我们每个人都可以像科学家一样思考。再见！