牛顿证明我们看到的周围一切物体，包括我们在夜空中所能看到的星辰万物，都服从万有引力定律。与引力相平衡的离心力结合起来，牛顿的方程式可应用于行星运动，作为基本物理学原理的自然结果，就可以得出开普勒的经验定律。有了引力定律，牛顿完成了他的划时代的工作：一切物体，从地球上的苹果到行星和恒星，统统服从由同样的三条运动定律和一条引力定律表达的普遍的力学原理。上帝精心设计的宇宙可以被人类定量地感知，日月星辰所代表的神的意志竟是数学公式就可以精确描绘的。牛顿之前，物理学定律无非是联系实验观察结果的数值关系或数学关系。当然，为了避免“一个人的伟大发现”而让读者跟神秘论联系起来，我们还是要插播一下关于实践是检验理论的标准这一思想方式的起源。当然这可以在古希腊找到影子，我们只去溯源牛顿时代的这种思潮的产生。
公元1168年，南宋乾道四年。这一年前后，在泰晤士河边的牛津城，牛津大学逐渐形成。作为牛津的早期校长，罗伯特·格罗斯泰斯特（Robert Grosseteste）认为人们应该从实践产生一般数学原理，然后利用数学的演绎推理来证明它，最后再根据实践来检验这种推理。他的主要研究方向是数学在物理学和天文学中的应用。他根据光经透镜折射的知识，研究了透镜的组合，改进了解释彩虹的理论。他的学生罗杰·培根（Roger Bacon）重视实验方法和数学方法以及二者的结合，这样的研究方法阿基米德已经使用过。培根重视实验科学，断言只有实验科学才能解决自然之谜。他在数学、光学、天文、地理及语言等方面都有丰富的知识，并进行了许多观察和实验，提出不少有价值的论述，和大胆的猜测，如对各种球面镜的焦距和性质的论述、飞行机器、机动航海船、眼镜、望远镜和显微镜的设想，推动了自然科学的发展。培根思想的唯物主义倾向和科学实验精神，对近代欧洲的自然科学和唯物主义思想发展有重大影响。
但我们更熟悉的是弗朗西斯·培根（Francis Bacon）。弗朗西斯·培根认为感觉是认识的开端，它是完全可靠的，是一切知识的泉源。他重视科学实验在认识中的作用，认为必须借助于实验，才能弥补感官的不足，深入揭露自然的奥秘。他重视归纳法，强调它的作用和意义，认为它是唯一正确的方法。在《新工具》一书中，他号召人们依靠实验调查获得知识，知识并不是我们推论中的已知条件，而是要从条件中归纳出结论性的东西。人们要了解世界，首先就必须去观察世界。培根指出要先收集事实，再用归纳推理手段从这些事实中得出结论。虽然现代科学在细节方面并不一定遵循培根的归纳法，但是他所表达的基本思想对科学的观察和实验有重大意义，构成了现代科学家一直采用的方法的核心。
我们前面讲了量子逾渗模型，当系统的成分或某种意义上的密度变化达到一定值时，系统的某种物理性质会发生突变，绝缘体变为导体，无序的结构变成有序的自组织结构，我们也可以借用逾渗模型来回溯一下信息对人类历史的推动。正如生产力对于生产关系的制约，信息的积累促进了人类认识世界的能力，而未来数据的冗余也可能成为制约人类认知世界的因素。人类的知识也是这样，先开始是局部的，没有彼此关联的发展，只散布在世界各地，人类文明长河里断断续续的小的发明创造。牛顿时代前的信息是散乱的，没有积累到可以融合关联而产生系统性方法的程度。但当这些知识的小碎片积累到一定的密度和重复程度的时候，它就会发生强烈的关联，从而性质上有突然的变化，产生新的规律，鼓动风潮造成时事。牛顿的时代是在地理大发现，人类对行星和地球的认识大量积累之后。这时即使没有牛顿，也会有别人。毕竟，一切呼之欲出，信息和信息的交流在这个时候就要连成片，产生系统性的认知，进而成为科学。
牛顿之后的两百年间，人们通过万有引力和微积分来诠释地球和月球、太阳与行星之间的运行关系，甚至猜想上帝应该是个精明的数学家，设计了精美的符合数学原理的宇宙。牛顿力学的成功迅速给了人以勇气和信心去探索未知的世界，18世纪之后欧洲掀起的对科学的渴望成为一种社会风气，贵族少爷们周末的家庭聚会都以演示新奇的实验作为吸引小姐太太们目光的噱头。这之后逐渐形成的实证主义哲学，体现了经典物理学的基因。而哲学世界不再抽象于科学之外，成为物理现象的演绎和推广。在因牛顿力学而建立的哲学基础上，形成了物理学的各个子领域，解释机械、电和热的问题，继而建立起现在的科学方法论和科学世界观。宇宙被认为是一个无穷复杂，但可以被感知和认识的精密钟表。物理学可以这样，为什么其他学科会不一样呢？
牛顿力学的成功让人们对认识自然有了充分的信心，甚至人们对改变自然也有了十分的自信。这个自信为所有别的学科提供了原始的假设，即世界是可以被无限认知的，可以中立地观察并给出修改意见，可以被独立改造。牛顿力学的直接后果在于，它使人们相信世界是由精密的零部件组成的完美运作的钟表。而谁给这个时钟上发条呢？牛顿相信是上帝。这个并不是说牛顿先做了唯物主义者，年纪大了头脑昏痴信了上帝。
牛顿生来是个基督徒，他的成长环境里，根本没有“没有上帝”这个假设。他也从来没有试图考虑过上帝是否真的存在，他的一切行为和研究都是为了证明造物主的伟大。即使牛顿力学的建立，也只证明上帝不去管理自然世界具体的一事一物而只设计规则。我们要十分注意避免用现代人的眼光去看待历史人物，因为我们生存的环境已经与那个时代相去甚远，我们无法跳脱出现在的时势而看待过去，也无法跳脱出现在时势来看待未来。
图1–3 经典的机械宇宙观
完美世界的认识是如此的迷人，以至于牛顿之后的两百年之间，人类似乎忘却了也许有不美好东西的存在。一个清晰的，可认识的世界蓝图逐渐在我们面前展开。认识和掌握宇宙的所有知识，只是个时间问题。我们甚至以为整个宇宙的历史都被确定了，所有东西未来也被安排好。我们只是舞台上的演员，到某一时刻演某一出戏。时间的画卷只是在我们眼前展开，作为人类，我们不需要有自由的意识，或者根本不会有。
四
体验的新科学
牛顿的工作经其后的理论和实验科学的发展，形成了如今我们称为经典物理学的宏伟建筑。一位19世纪末的科学家，若是相信物理学建立在不可撼动的基础上，将永远屹立不倒，那是可以原谅的。经过一代代的科学家、数学家和哲学家的努力，牛顿的宏大设计在19世纪末达到了顶峰。看上去经典物理学几乎能够解释物理世界的一切方面：运动物体的动力学中力和运动的相互联系、热力学、光学、电学磁学，以及引力。它的内涵是广大的：从地球上日常经验的事物，直到可见宇宙的最远处。理论与实验观测十分吻合，理论对实验的解释又如此的无可置疑。所有人都认为，即使还存在一些遗留的问题，但与经典物理的基本成就相比，这些问题似乎是微不足道的——百里之行已经走了九十九里半了。
然而在1900年之后，微不足道的问题竟然将物理学世界颠倒了过来。而将经典物理学推广到原子的层面时，我们看到那两百年建立起来的信仰被完全颠覆。量子力学的出现不但证明经典物理大厦可以被撼动，简直可以说是建立在完全值得怀疑的基础上。牛顿物理学是机械的、决定论的、客观的，其含义似乎没有可以怀疑的余地。但与此相比，量子物理学的特点是交互的、非决定论的和不确定性的。即使在其被发现后一百年，对物理学家而言其含义仍远不清晰。事到如今，我们应当乐于放弃经典物理为我们建立起来的确定性而接受量子物理带给我们的深刻的困惑。这似乎难以置信，但是要知道尽管简单、直观清晰并且与我们的日常经验相吻合，经典物理在面对量子物理的诘难时却真的失败了。然而，量子描述毕竟是建立在以前经典物理构建的废墟之中。因此，从经典的风景中开始我们关于科学的旅行是适当的。到这里，我们需要讲一下人的认知历史，看看由田园到废墟是怎样的历程。
在牛顿之前，数学本身已经逐渐形成了一套理性的逻辑语言体系，根据我们之后会讲到的哥德尔不完备定理，这样的体系是无法自己证明自己是正确的和完善的。不同的假设可以把我们导向完全不同的理论体系。注意我开始很小心地使用“理论体系”和“知识体系”这样的词汇，因为“知识体系”是在自然世界的体验中验证过的“理论体系”。比如对平行线公理的认可与否，有欧几里德几何，也会衍生出黎曼几何。人类的哲学思考也类似，一套逻辑体系本身，无论有怎样的修饰词汇，怎样的繁复，一定会在体系内部找到既不能证实也不能证伪的问题。因此，这些问题往往成为对手找到的“阿喀琉斯的脚后跟”。事实上，这里我必须插播一点以生命为代价的争论。
玻尔兹曼（Ludwig E. Boltzmann）与奥斯特瓦尔德（Friedrich W. Ostwald）之间发生的“原子论”和“唯能论”的争论，在科学史上非常著名。按照普朗克（Max Planck）的话来说，“这两个死对头都同样机智，应答如流；彼此都很有才气”。当时，双方各有自己的支持者。奥斯特瓦尔德的支持者是以不承认有原子存在的恩斯特·马赫（Ernst Mach）为代表的当时的主流科学家。而作为少数派，玻尔兹曼常年沉浸在与这些不同见解的斗争中，一定程度上损害了他的生理和心理健康。尽管玻尔兹曼的“原子论”与奥斯特瓦尔德的“唯能论”之间的论战，玻尔兹曼最终取胜，甚至普朗克承认他对黑体辐射的解释借鉴了玻尔兹曼的原子论，但玻尔兹曼似乎一直是少数派。他的痛苦与日俱增，又没有别的办法解脱，终于在1906年，他让自己那颗久已疲倦的天才心灵安息下来。对于他的死，普朗克感慨说：“一个新的科学真理不能通过说服对手，让对手心悦诚服而建立。只能等到对手们渐渐死去，新的一代开始熟悉真理时才能贯彻。”对普朗克来说，学术争论没有多少诱惑力，因为他认为争论不能产生任何新东西，没有实验检验的辩论是没有实际意义的。“达摩东来，只求一不受人惑的人”，人是可以接受新知识的，但如果已经有了固执的己见，通过思辨来改变他是没有意义的，接着走就是，找到愿意接受的人，或等到人们愿意接受就好。
20世纪30年代，人们才认识到普朗克所指的学术争论在逻辑上有多么的可笑：任何一个逻辑体系自身不能做到完备或自洽，而物理学恰恰是从自然界找来新证据，终结这些因不完备或不自洽而引起的争论问题的唯一通道。或者说，逻辑和数学的工具性从这个时候开始明确，物理学成为人类思维过渡到自然的第一步。它的一侧是人类的理性思维，另一侧是检验这些思维是否正确的自然世界。因此牛顿的工作给了物理这门科学深刻得多的含义。由此人类确立了实证的方法来检验理论是否正确，自然界提供了一个无限大新的假设的库，源源不断地引入哥德尔定理所要求的补充已有理论的“假设”根据。这一点，我们在接下来的内容里还会多次讨论。
这一时期，在奥地利首都维也纳形成了一个学术团体，被后人称为维也纳学派。学派的成员多是当时欧洲大陆优秀的物理学家、数学家和逻辑学家。他们关注当时自然科学的发展成果，如数学基础论、相对论与量子力学，并尝试在此基础上去探讨哲学和科学方法论等问题。受19世纪以来德国实证主义传统影响，加上在维特根斯坦（Ludwig Wittgenstein）《逻辑哲学论》思想启示下，维也纳学派提出了一系列有别传统的见解。大致来说，他们主张：一，拒绝形而上学，认为经验是知识唯一可靠来源；二，只有运用逻辑分析的方法，才可最终解决传统哲学问题。维也纳圈子的观点统治了20世纪中期的科学哲学。维也纳学派主张科学是认知真正知识的渠道，而一个科学陈述要有意义，就必须既符合形式逻辑，又是可验证的。这对于物理学理论发展的意义一目了然。他们的哲学有时被称为逻辑实证主义，其基础是逻辑分析、可验证性准则以及被认可的科学陈述。由此建立的经验实在必须表现为可被我们直接感知的效应、因而可验证的那种实在的元素，但是不要期望能够超越这个经验水平，一旦超越了可认知的界限，就会陷入无意义的思辨。
本质上不可验证的思辨，诉诸情感和信仰的辩论，都是不科学的。但是，人们也不拒绝承认被称为形而上学的哲学思辨的价值。人们承认它们是发展生活态度的过程中一个正当的部分，但是科学中没有它们的位置。这种对可验证性的强调以及把形而上学彻底清除出科学范畴变为一种坚定的立场。科学家也许认为科学知识必须符合逻辑是不言而喻的，但是严格应用形式逻辑实际上会导致对于语言和词义的无穷无尽的分析。重复、自相矛盾或无意义的陈述必须从科学研究中被剔除出去。有时候，与其说是哲学家，倒不如说是语言学家的游戏和自相矛盾的数学，最重要的是应用形式逻辑，使所有形而上学的陈述都被归纳为科学上“无意义”的。逻辑实证主义清除了哲学中几个世纪以来关于心灵、存在实在和上帝的“伪陈述”，而把它们归入艺术，和诗歌、音乐放在了一起。由此，胡适总结了科学的核心要义：科学的核心在于实验主义，它是一个研究问题的方法。这个方法是：细心搜求事实，大胆提出假设，再细心求实证。一切主义，一切学理，都只是参考的材料，启示新思维的材料。有待证明的假设，绝不是天经地义的信条。体验主义注重具体的事实与问题，不承认根本的解决方案。它只承认一点一滴做到的进步，一步步有智慧的指导，一步步有勤苦的实验，才是真的进化。体验主义的实验方法至少注重三件事：
（一）从具体的事实与环境下手；
（二）一切学说理想，一切知识，都只是待证的假设，并非天经地义；
（三）一切学说与理想都须用实验验证过。
实验是真理的唯一试金石。第一件，注意具体的境地，使我们免去许多无谓的假问题，省去许多无意义的争论。第二件，把一切学理都看作假设，可以解放许多“古人的奴隶”。第三件，实验，可以稍稍限制那上天下地的妄想冥思。
相对比，神秘论是这样的：
（一）信仰绝对真理的存在；
（二）信仰绝对权威；
（三）所有证明都是为了证明绝对权威掌握绝对真理。
神秘论还有几个小特点，特别爱用比喻，特别喜欢拉科学站台，特别喜欢万能钥匙，新名词满天飞，特别喜欢“颠覆”，还特别喜欢阴谋论。这里我不得不贴一篇文章。
五
一百年前的旧文字
我曾说过：现在科学界和舆论界的大危险，就是偏信互联网上的说法，不去实地考察中国今日的社会究竟需要什么东西。那些提倡讲互联网创新的人，固然是不懂得今日的社会需要，那些迷信这样那样的“奇点”、“人工智能”、“量子”、“引力波”高科技新名词的人，就可算是懂得现时社会的需要吗？
要知道科技工作者的第一天职，就是要细心考察社会的实在情形。一切学理，一切已知的技术，都只是这种考察的工具。有了学理做参考材料，便可使我们容易懂得所考察的情形，容易明白某种情形有什么意义，应该用什么样的解决方法。
我这种议论，有许多人一定不愿意听。我最近一直在批神秘论，因为这两三百年来，神秘论给我们太多的教训，让中国始终还是中古国家。什么样的教训呢？这个可分三层说：
第一，空谈好听的“创新”，是极容易的事，是阿猫阿狗都能做的事，是鹦鹉和留声机都能做的事。
第二，空谈舶来的“高科技”是没有什么用处的。一切高科技都是某时某地有心人，对于那时那地的认知和技术的困难提出的解决方法。我们不去实地研究现在的社会需要，单会高谈某某新科技，好比医生单记得许多汤头歌诀，不去研究病人的症候，如何能有用呢？
第三，偏信舶来的“高科技新名词”是很危险的。这种口头禅很容易使民间科学家爆得大名，被官办的科学家用来制定公民素质基准。科研院所和高校的产业转化率之低人所共知，不研究中国产业的实际需求，单从谷歌和苹果舶来新名词，或者似是而非地炒作这样那样的黑科技，都有这种危险。
某种社会到了某个时代，受到某种影响，呈现出某种不满意的现状。有一些人观察到这种现象，想出某种救济的法子。这是技术的起源。技术初起时，大都是一种解决问题的具体方法。
后来这种主张传到中国来，传播的人因为这样那样的目的要语不惊人死不休，要博眼球，便用一两个字来代表这种具体的技术，所以叫它“某某高科技”。技术和方案就成了振兴一方的良药，由具体的计划变成一个抽象的名词。
舶来的新名词的弱点和危险就在这里。不关心具体的产业困难，以为美国人能弄，我们就能弄。你没有看到美国的工农业雄厚背景，只看到美国互联网公司的快销。一定要记得，2%的美国人从事农业养着美洲、欧洲和非洲，连中国都在从美国进口粮食。不求甚解，不明就里，不管什么样的底子，不管什么样的人，都可用一个抽象名词来骗人。这不是“高科技新名词”的大缺点和大危险吗？
我再举现在人人嘴边挂着的“量子”为例。现在中国有几个人知道这个名词是何意义？但是大家都喜欢嘴上说着“量子”来显示自己的高深。至今还有人标榜自己在斯坦福学了两小时的量子力学，可以在商学院讲给人听了。前两天有一个朋友看见我的帖子，大诧异道，“这不是搞量子的马导吗？”哈哈，这就是“高科技新名词”的用处！我深觉高科技新名词的危险，所以现在奉劝科技界和舆论界的同志：“请你们多提出一些问题，少谈一些这样那样的黑科技。”更进一步说：“请你们多多研究这个问题如何解决，那个问题如何解决，不要高谈这种高科技如何新奇，那种新理论如何具有颠覆性、如何奥妙。”
现在中国应该赶紧解决的问题真多得很。从东莞的大批工厂倒闭到江浙沿海县里一个产业一个产业的消失，从山西煤炭的滞销到河北钢产的产能过剩，从P2P（互联网金融点对点借贷平台）的跑路到大学毕业生找不到工作……哪一个不是火烧眉毛的紧急问题？
我们不去研究工厂怎么从1.0到2.0，却高谈人工智能，不去研究煤炭怎么卖，却高谈石墨烯怎么年产万斤，不去研究纺织小厂如何渡过难关，不去问为什么我们做不了圆珠笔尖的小钢珠，却高谈阔论无人驾驶！我们还要得意扬扬夸口道，“我们所谈的是美国人也在弄的问题，我们要弯道超车”。老实说，这是自欺欺人的梦话！这是中国产业破产的铁证！这是中国经济改良的死刑宣告！
为什么谈新名词的人那么多？为什么研究问题的人那么少呢？这都由于一个懒字。懒的定义是避难就易。研究问题是极困难的事，高谈新名词是极容易的事。比如研究钢产能转化，研究纺织品质的提高，研究设计和文创，这都要费工夫，花心血，收集材料，征求意见，考察情形，还要冒险吃苦，方可得一种解决方案。又没有成例可援，又没有柏拉图的话可引，又没有《大英百科全书》可查，全凭研究考查的功夫，全凭匠人心态，这岂不是难事吗？高谈新科技的舶来主义便不同了。上网搜一搜，看看谷歌，游学去名校里旁听两节课，约老外教授站个台，便可以高谈无忌了！这岂不是极容易的事吗？高谈新科技、不研究问题的人，只是畏难求易，只是懒。
凡是有价值的思想，都是从具体的问题下手的。先研究了问题种种方面的种种事实，看看究竟问题在何处，这是科研的第一步功夫。根据毕生积累的经验学问，提出种种解决的方法，提出种种医病的丹方，这是科研的第二步功夫。然后用一生的经验学问，加上想象的能力，推想每一种假定的解决方法，该有什么样的效果，推想这种效果是否真能解决眼前这个困难问题。拣定一种假设的解决方法，通过不断的实验来验证，这是科研的第三步功夫。凡是有价值的技术进步，都是先经过这三步功夫来的。不如此，算不得科学家，只可算是抄书手和传声公。
读者不要误会我的意思。我并不是劝人不要研究一切学说和一切舶来的新名词。学理是我们研究问题的一种工具。没有学理做工具，就如同王阳明对着竹子痴坐，妄想“格物”，那是做不到的事。种种学说和新技术，我们都应该研究。有了许多学理做材料，见了具体的问题方才能寻出一个解决的方法。
但是，我希望中国的科学工作者和科学宣讲者把一切“高科技新名词”摆在脑后做参考资料，不要挂在嘴上做招牌，不要叫一知半解的人拾了这半生不熟的“名词”，去做口头禅和新时代里旧思想的招魂幡。“高科技新名词”的大危险就是能使人心满意足，能幻想弯道超车，自以为寻着了包医百病的药方，从此用不着费心力去研究具体问题的解决方法了。
但凡读书认真的人，都可以看出这篇文章百分之九十都是照抄胡适先生百年前的那篇著名的《多研究些问题，少谈些“主义”》。可惜的是，近百年过去了，这篇文章还是一针见血地针砭时弊，是我们从来没进步，还是他从来没过时？
六
科学共同体
我们认知世界的时候，不得不用已有的经验来学习了解新的事物。站在巨人的肩膀上往前看，这是人类认知的习惯，也是一个无奈而懒惰的过程。在浩瀚的知识和复杂的实证主义所需要的设备里，很多时候我们只能选择相信一群被称为科学共同体的人们提供给我们的信息，而无法亲自检验。这时候，科学共同体的声誉和职业道德成了这些信息可靠性的背书。我不懂，你懂，你不能忽悠我。因此，科学共同体，作为一个群体，对自己的职业道德要求也极高。
我的一个朋友兰迪，是量子调控圈子里的翘楚。原子物理学界二十年前有一场血雨腥风的厮杀。这事情的起因在1924年，印度物理学家玻色（Satyendra Nath Bose）和爱因斯坦（Albert Einstein）预言，物质除了气态、液态、固态和等离子态以外，存在第五种状态，后人称为玻色——爱因斯坦凝聚态（Bose-Einstein Condensates，BEC）。为了得到这个新的物质状态，物理学家在不同的实验里寻觅了七十年，谁都知道摘取这个物理的桂冠，诺奖就是囊中之物。1995年夏天，寻找原子气体中的玻色——爱因斯坦凝聚的竞争白热化起来，有几个研究小组昼夜不停地加班做实验，大家离成功都只差一步。三十出头的兰迪是这一研究方向的领跑者。不出所料，兰迪的研究小组第一个发表文章，宣布获得了玻色——爱因斯坦凝聚，但没多久他的实验结果就受到质疑，在他为自己结果辩护的过程中，另外两个研究小组也获得了玻色——爱因斯坦凝聚。而后的研究，虽然证明兰迪当时的结果是对的，但当时他急于发表尚有疑点的实验结果，“不够具有专业精神”。在2001年颁发的因为实验获得玻色——爱因斯坦凝聚的诺奖里，就没有了兰迪的名字。
科学共同体极其爱惜自己的羽毛，这不光是严格的道德约束，更多的是出于一种长期的严格训练而养成的说老实话的习惯。这形成一种相互背书的氛围，因为没有人真的能把所有的事情都亲自做一遍，只能相信你的伙伴和你具有相同的科学训练和道德要求不会给你提供虚假的和有偏好选择的数据和结论。这有点像英美的案例法体系，因为不像大陆法系有明确的法律条文规定犯什么罪要判多少年，法官就有了极大的自由度。量刑多少，怎样控制法庭流程，甚至怎样影响陪审团决定，都是法官说了算。这时候，谁来监督法官呢？除了制度之外，规范法官审案水平的是法官们建立的声誉共同体，案子判得不好，除了当事人可以上诉之外，法官还会被同行嘲笑。这样的风气，甚至可以从一些很小的细节看出来。耶鲁法学院毕业的学生，会有自己的毕业戒指，这是身份的认同。当一个社会温饱和财富都不成问题的时候，身份认同成了新的社交工具，因此会有标志性的身份识别。而对于律师和法官群体，耶鲁法学院的戒指，既表明了辉煌的读书史，也表明了立场，不会为五斗米折腰。因此，科学共同体在长期的训练和交流中，形成了对学术声誉的爱护，这个爱护，让他们不屑、不敢，甚至潜意识里不会去做违背科学道德的事情。
与英美的案例法体系不同，欧洲大陆有大陆法系，有明文规定哪些事情可以做，哪些事情不可以做，以及僭越之后的代价。这样的思路沿袭了经典科学的习惯，假设人的行为可以被规范，可以被法律条文一条一条清楚描述，这里潜在认识是默认人的行为可以被静止的、孤立的文字来说明。同样，经典科学也是这样，我们用语言和定理来描述自然界，希望这些定理可以客观地描述和预测自然界，甚至在这些预测上可以接受我们的改变。但当一个人忽略了自然世界和人生体验之间的关联时，就容易让自然形成一幅与人类利益无关的事物的图画。把我们对自然的认知看成固定的和孤立的东西时，它很容易成为压抑心灵和麻痹思想的根源。人甚至把这种认知得到的结论看作缺乏自省的工具，灭亡人类的工具。第一个例子是热力学的奠基人玻尔兹曼对“热寂说”的思考：宇宙是个大的封闭系统，所以熵迟早会增加到最大而不会再有任何事情发生。这个问题让玻尔兹曼如此困惑，他似乎觉得没有了希望，就自杀了。第二个例子是原子弹，我依然不敢说原子弹的发明对人类未来意味着什么，会不会最终失控，但至少在它被发明之后，人类认识到能够彻底毁灭自身的武器出现了。但正因为它的强大，它的杀敌一万自损八千的性质，人类最和平的时代降临地球，整整七十年没有大的战争，这个对人类历史来说是个奇迹。如果换一个互动体验式的逻辑，原子弹本身也教育了人类。第三个例子，顺理而言我们也可想到人工智能。虽然有奇点理论，人们警惕人工智能进化到最终将统治人类，我依然不太担心。正是把科学看作固定的和孤立的技术的想法，才会让人相信人工智能会成为灭亡人类的工具，而如果我们可以把科学本身看成一个与人类自身紧密关联在一起的共同体，也许情况并没有那么糟。
科学的发展史，是人类在了解自然、处理社会问题和了解自身时，寻找更加有效的工具而扩大认知疆域的历史。这样，当利用科学来认识世界，把它看作人类对世界体验而认知的一部分，我们会坦荡、安心得多。它可以让我们在人类的三类问题里得到满意的答案。量子力学最近二十年的发展似乎在告诉我们一件事，世界跟我们习惯的经典科学所建立的孤立的、客观的、实在的认知不太一致。我们也因此意识到，目前所掌握的认知方法与世界的真实之间是不那么和谐的。然而，似乎我们还没有新的工具来避免这种认知缺陷。我们在婴儿时学习的语言会在语言与事物、概念、内涵之间建立联系，成年以后就会有已知的关联来做认知的媒介，把未知的和已知的联系起来。量子力学所阐述的思维与我们传统认知习惯的不同在于无法用我们已知的逻辑来了解它。我们必须重新像婴儿一样认识世界，建立新的世界观，需要我们能够抛弃已有的经验重新去寻找、认知和掌握工具本身。
在杜威的《经验与自然》里，杜威在量子力学尚未诞生的时代通过经验主义的思考而得到的结论与量子力学所启示我们的新的认识世界的思维方法有很多可以类比的地方，这种相似让我觉得不仅仅是巧合。而我们也不必因为缺乏实证而刻意回避，毕竟我们也还在系统地寻找这一关联的实证。玻姆（David Bohm）努力地把量子力学和哲学联系起来，他发展了量子力学的整体论解释，而彼得·圣吉（Peter M. Senge）把他的观点引申到了管理学。然而玻姆讲哲学我多少还有些不放心，因为玻姆整体论的可靠性还有待看清，他的讨论依据毕竟多少跟新近的实验有些出入，最近二十年发展的量子力学与玻姆在世的时候的已经很不一样。
我还要啰嗦地强调由物理学建立的学科体系结构。任何一门现代科学理论都努力从尽可能少的基本假设开始，进行数学和逻辑的演绎，得出结论或有所发现，最后经过实验检验而确立。理论体系内部必须是自洽的，即不能在系统里就存在彼此矛盾的命题。理论的基本假设是不需要证明的，它们往往产生于归纳总结的经验。但理论本身无法自证其正确，深入的讨论和辩论只能确认逻辑方法使用的是否得当，而对于结论是否经得起考验，系统内部的推演是无法保证的，我们很快就会谈到这个结论的深层次原因。
物理学就提供了一个理论与自然界实践检验的界面。比如说牛顿力学的三个基本假设：惯性定律，加速度和力，相互作用定律；后面是微积分作为工具。八卦一句，牛顿发明了微积分，但他的《自然哲学之数学原理》中的证明完全由几何给出，也是牛人够牛的表现。狭义相对论的两个基本假设，光速不变和物理定律协变性原理，后面是高中数学，这个不夸张，我在十三岁一场大雨之后的半夜，在自家小书房里推导了一遍狭义相对论的基本结论。广义相对论的两个基本假设，引力质量等效为惯性质量和协变性原理；后面是黎曼几何，这对于一个搞实验物理的人来说就太难了，我不仅没有建树，根本就没学懂。
推翻一个理论体系的办法也很简单，找出一个实验，而只要一个实验就能否定理论的基础假设站不住脚，但这也是唯一的办法。不要尝试攻击它数学工具的使用不当，任何一门学问建立良久，有成千上万参与者翻来覆去地推导，要相信他们不会在数学上犯基本的低级错误。在北大读物理的时候常有人在门口贴大小字报，要这样那样地否定相对论。要知道相对论不是数学或逻辑的问题。找一个实验，或者证明光速不变不对，或者证明协变性原理不对就够了。北大的物理学院本科教育非常扎实，不管物理学得怎样，这套清晰的体系结构，让我在后来的学业中受益匪浅。
图1–4 牛顿在《自然哲学之数学原理》中的几何证明 我们接下来说说科学理论体系的几个基本原则，至于为什么是这样，我们并没有太深层次的理论来支持，杨振宁先生讲科学的“美学”要求，也许如此吧。
可以这样想象，人不过是一个基因载体。基因可以自我繁殖，指挥人干这干那，人努力吃喝拉撒求生存完全是为了它能够复制传播。等人老了不好用了，它可以把这躯体扔掉，在一个新鲜的身体里延续自己。基因千万年前从某个星球飘过来，利用地球上的资源，造出来人，把地球上的资源消耗掉，等消耗光了再指挥人发明一个机器把自己运走。“聪明的”人类，你以为你是谁，不过是个基因为了自己的延续而借用的工具。所以也别担心你吃啥信啥，你不过就是一具走肉，也别担心你道德不道德，守法不守法，这些跟你都没关系。不是“你”指挥的，是基因决定。犯了罪，把法官的基因提出来，也把你的基因提出来，大家放到一个试管里。等着看，等它们商量好了，让你坐多久牢你就坐多久，不过，这个“坐牢的决定”坐多久也是基因为着种群的利益决定的，演出戏给人看。
当然，这样的故事还能没完没了地编下去，也能冠上“科幻”的名头，因为我用了“基因”这个科学名词。而事实上，我没有任何证据表明这样的猜想是不正确的，它无法被证伪。因为我们对基因的了解还没有那么深入，对于它们能不能思考，怎样思考，甚至它们的意识和我们的意识都没有任何了解。到底哪个对？我们怎么来了解事实的真相？类似地，还有宠物或家畜养殖。我们自以为是地以人为中心的角度来想我们统治万物。然而谁又能否认宠物利用人，实现了种群繁衍的目的呢？大多数的家畜在自然界并没有很强的生存能力，而牛不过是行走的一片肉。在自然竞争中牛的数量会受食肉动物的控制，然而牛征服了人类的胃，使种群发扬光大，狗和猫征服了人的孤独而发扬光大。它们的壮大，满足了人，但也挤压了其他种群的生存空间，渡渡鸟灭绝的部分原因就是作为外来物种的家猫捕食渡渡鸟的幼鸟。这样讲，我们无法从逻辑上否认“宠物”比人聪明的假设，不一定是谁利用谁。
地心说并不是要求所有的行星绕着地球转，地心说也看到了其实行星绕着太阳转会更合理。所以数学家设计了“本环”，这样行星绕着太阳转，太阳再绕着地球转。以现在计算机的计算能力，我们不断地把本环加到模型上，对天体的行为也可以做精确的预测。日心说和地心说现在看来没什么十分的差别来判定哪个理论一定是正确的。但极简原则告诉我们，日心说会使模型简单得多，往往我们觉得“极简化”的理论结构会揭示事物更深层次的关系。
在构建一种物理学理论时，我们应当寻求将观测事实联系起来的最为经济的方法，我们不应把“除必须以外”更深刻的意义赋予这个理论。在这一因素的考虑下，统治宗教多年的托勒密的地心说逐渐被淘汰，而哥白尼的日心说胜出。在科学使用的概念里，比如本环或理论所描述的实体，如果它们自身是不可观察因而也不能验证的话，这样的理论事实上是没有太多实际意义的。只有那些我们能够感知的元素才是实际存在的，探寻那些我们不能感知的物理实在是没有意义的：我们只能知道我们可以体验的事物。因此对于上边说到的“基因”对“人”的控制，我们既无法感知，又无法提供新的证据来证明这个说法的可靠性，做谈资是有趣的，做学问是没有价值的。同样的态度，当我们评论流行的互联网科幻，不怕得罪读者，《三体》、《失控》、《必然》，莫不如此。
图1–5 日心说还是地心说
在研究光速不变问题的时候，人们测不出来光相对以太在不同方向上运动时的速度变化。这成为开尔文勋爵（William Thomson，Lord Kelvin）在著名的跨世纪演讲里提到的两朵乌云之一。当然，物理学家会为此做出解释，寻找合理的答案。爱因斯坦不是第一个解释光速不变问题的，这之前，还有洛伦兹（Hendrik A. Lorentz）。
19世纪后期麦克斯韦（James C. Maxwell）在电磁学里建立了麦克斯韦方程组，标志着经典电动力学取得了巨大成功。然而麦克斯韦方程组在经典力学的伽利略速度变换下是有问题的。由麦克斯韦方程组可以得到电磁波的波动方程，由波动方程解出真空中的光速是一个常数，跟在哪个参照系没有关系。而伽利略变换跟我们日常生活的经验是一致的，人在火车上跑，人相对于地面的速度就是人相对于火车的速度加上火车相对于地面的速度。同理，光在地球上沿着地球自转的方向发射和背着自转方向发射，都会受到地球自转速度的影响，这两个方向上光速应该是有差别的。然而麦克斯韦方程却说，没有，完全没有，光速直接就能从方程里推导出来，而与光相对于谁运动没有关系！
麦克斯韦方程没说哪个参照物，不等于人可以不想啊。于是按照经典力学的时空观，这个结论应当只相对于某个特定的惯性参照物成立，人们把这个参照物所构成的光得以传播的介质叫作以太。光相对于以太的传播速度是每秒30万公里，而我们不得不赋予以太多种奇特的假设，来使这种介质与已形成的其他规律相“和谐”。比如以太应该极硬，因为波在越硬的介质里传播越快，声音在空气里的传播速度每秒只有300多米，但在钢铁里可以到每秒5000多米，而光速可以到每秒30万公里，那以太真的要非常非常硬。但为什么我们人又不会被卡在以太里面呢？以太只对电磁波是硬的，其他物质却都感觉不到。这后续的一系列假设太神奇了。
物体相对于一个绝对的参照物运动，是要遵循伽利略变换的。光源以某一速度相对于以太运动，光借助于这一速度而相对于以太的运动速度变化是至少可以观察到的。这被1887年的迈克尔逊——莫雷实验（Michelson-Morley Experiment）所否认，迈克尔逊花了大量的时间和精力改进设备，但都测量不到光因为地球相对于以太参照系运动而引起的速度变化。
1904年，洛伦兹提出了洛伦兹变换用于解释迈克尔逊——莫雷实验的结果。根据他的设想，观察者相对于以太以一定速度运动时，长度在运动方向上发生收缩，抵消了不同方向上由于光速产生的差异，这样就解释了迈克尔逊——莫雷实验的零结果。但长度为什么会在运动方向上收缩呢？这本身又需要一个新的假设。而爱因斯坦说，伽利略变换是有问题的，只要假设光速在任何一个参照系里都不变，而不需要有以太这种神奇的介质，一切都会简单得多！
我们在追求理论的合理性的时候，往往最后归诸极简原则。当新的理论没有给出更多的可以通过实验检验的内容时，或者不能解释比以前理论更多的问题时，我们往往选择一个假设最少的而数学表达最为简洁的理论。我们往往有一种没太多根据的信心：一个简洁的理论会揭示更深层次的内容。至少，当你以这个简洁的理论去拓展对新世界的认知的时候，手里的工具不会给你造成太大的麻烦，简单往往意味着顺手。
经典理论并没有解释科学真理是什么，它是如何产生的，以及它如何与世界相联系，而且它使得这一切更为费解而神秘化了。的确，我们不应该满意于这样一种真理化的科学，它反而使科学的概念更模糊，甚至使得世界的存在成了一个棘手的问题，如果有绝对真理的存在，它允许我们认识吗？它可以描述世界吗？还是它本身也是存在的世界的一部分？这继而导致了一部分科学家可以追寻这些真理的来源为理由引向超自然力量的安排，而一部分人，像我，并不认为这进一步的假设是必要的。
我们要时刻警惕得出结论前的先验倾向，因为测量结果往往是由测量的方式决定的。科学的态度要求我们在对具体问题的探究中，不得不提醒自己把信念和理论预期悬置起来，在获得足够的证据之前保持怀疑的能力；愿意依据证据来行动，而不是首先做出带个人偏好的结论；把我们所有的观点当成待检验的假设来使用，而不是将它们视为待表明的和待提供更多证据的教条；乐于寻找新的探究领域和新的问题来验证这些假设。
传统的经验论者被牛顿的成就所吸引，因为我们根据经典的牛顿世界观构造了一种关于根本的、客观的、实在的体系。这些经验论者也发展了类似于牛顿机械论的认识论。在这些认识论的指导下我们将知识理解为稳定的、完整的实在，可以作为确切表象让人被动接收。这种思维同样渗入了我们的教育习惯。
但自16世纪以来，科学已经发展出一种体验性的模式。根据这一模式，知识在本质上是由假设所引导的实验构成的行动的、操作性的事件。也就是说，科学并不是只有通过获得实在的准确图像才能获取世界的表象。科学将知识理解为预言和控制自然变化进程的实践性过程，它是一套掌握和理解，甚至预言这些实践性事件的方法。牛顿之后的哲学家们承认，哲学必须与科学结盟，哲学家们不能再使认识论独立于科学之外。在发展一门新理论的过程中，我们也必须发展更合理的经验观，意识到传统理论错在哪里，有哪些成立的先决条件和适用的范畴。我们要时刻意识到，人类已经建立的经典化的关于科学的论述不是交互的和体验性的，而常常强调或默认科学研究的任务在于回答真理必须是什么，这一前提所做出的推论往往成了以科学为名义的神秘论的基础。
