第1章
关于科学与实在

从好奇心驱使的研究发展而来的物理科学，已为我们带来了包罗万象的技术，涵盖从电力到手机（手机的益处尚存争议）的方方面面，广泛地影响着我们的日常生活。但是，一方面，那些促成所有这些技术的理论应当被视为一些方便的总结、一些记住有用实验结果的手段吗？另一方面，我们这些从事自然科学研究的人大都理所当然地假设，我们那些经过充分检验的理论是对某种实在的良好近似，而这种实在是客观的，不依赖于我们试图对其进行的考察。那么，我们可以接受这样的假设吗？

实在的意义是什么？说起来很简单，实在就是我睡醒之后所经历到的。但我可能依然在梦中。或者也可能如哲学家吉尔伯特·哈曼（Gilbert Harman，1973，第5页）所言：“一位顽皮的脑外科医生正在以一种特殊的方式刺激［我的］大脑皮层，进而给［我］带来这些体验。”这样的想法虽然顽皮，但它反映的观点是严肃的：自然科学家无法证明他们是在发现客观实在的性质。我在本书中论述的观点是，对于物理科学家[1]认为他们关于实在这一假设所获得的认识，他们是能够给出令人信服的理由的。

你不会经常听到科学家给出支持实在性的理由，他们更愿意在一些规则的指引下继续开展研究，无论这些规则是从别人的研究中学到的，还是他们发现对自己有用的。这种不在意已经助长了一些误解。科学家们揭示出理论展现的力量，即能够在各种各样的现象中发现规律，并成功地预言更多的现象（例如最终导致手机的发明）。哲学家和社会学家则可以指出，我们那些最好的科学理论是不完备的，而它们基于的证据也都不可避免地受到测量不确定度的限制。那么，科学家们何以声称是在发现绝对真理呢？当科学家们这样说的时候，他们不应该也不能够真这样想。这是因为，如果客观物理实在的确是按照一些规律运行，而我们也的确是在发现这些规律的有用近似，那么科学就理应具有我们身边所有技术展现出的那种预言能力。

我们应该停下来，稍微仔细地考虑一下关于理论预言能力的一些想法。假设我们为了拟合一组给定的观测结果而构造了一个理论。如果这个理论对我们假定的那种观测背后的实在是一种良好的近似，那么我们就会期待将该理论运用到其他不同情况时，它也能对这些新情况下的观测结果做出成功的预言。做出的成功预言种类越多，或者说，预言能力越强，就越能说明该理论对实在是一种良好的近似。这不能构成一种证明。科学家永远不能宣称，他们的理论具有的这种预言能力可以证明这些理论就是实在本身的精确呈现。我们只能肯定地说，物理科学的这种出色成就，即我们的理论具有的这种广泛预言能力，构成了一个难以忽视的理由，说明我们的科学是对实在的良好近似。

你可能会说这些成功的预言很容易被忽视。你尽管去忽视好了。但如果你要这么做，我强烈建议你先考虑一下你身边见到的那些正发挥作用的技术。科学家和工程师通过操纵电磁场来控制电子、晶体以及液晶，从而让手机中的电子听从他们的摆布。这看起来像是我们文化中特有的某种神话在起作用吗？我要说的是，你身边见到的正发挥作用的这类技术还有很多，这么多例子就构成了一个难以忽视的理由，说明物理学是与文化无关的。

如果承认自然科学的结果是对客观事实的有用近似，那么，我们的物理学理论仅仅就是记录这些事实的一些方法而已吗？在自然科学中，人们的观点是，充分检验过的理论具有的这种预言能力说明这些理论远非如此，它们是对实在运行方式的有用近似。这一点最好通过一个例子来解释。以下几章即将考虑的这样一个例子就是物理宇宙学，即对可观测宇宙大尺度性质的研究。

关于自然科学的效力与局限性，关于经验事实及其统一与理论预言等问题，人们的思考由来已久。一个世纪前，美国哲学家和科学家查尔斯·桑德斯·珀斯（Charles Sanders Peirce）就强调过当时物理学理论出色的预言能力。那些理论就是我们现在所谓的电磁学、力学和引力理论。但当时也有人对此表示怀疑。另一位杰出的物理学家，奥地利人恩斯特·马赫就曾提出疑问，怀疑那些关于力学、电磁学以及光和热的理论是否过于烦琐，或许还有点儿装腔作势。他更愿意将理论视为记录事实的手段。同时代的英籍德裔哲学家费迪南德·坎宁·斯科特·席勒（Ferdinand Canning Scott Schiller）走得更远，他质疑这些事实也不过是我们身处的特定社会中出现的一些偶然可能性所特有的建构产物。如今，我们的理论具有更加强大的预言能力，但有些事情并未改变。我们仍然会听到这类质疑。其原因至少有一部分是，科学家通常不承认他们工作所用的构想更多地源自社会而非经验证据，更不用说那些不太可靠的猜想。物理学家偶尔会过于认真地对待这些猜想，但只需冷静思考一下就会明白这么做是不值得的。我会讨论一些例子，而且会论证如下观点：考虑到自然科学这一看起来肯定是实在的良好近似的学科中实践与理论的应用所得到的众多结果，同时不要忘记从社会学家与哲学家对科学家工作的观察结果中可得出的那些对科学家有益的启示，那么我们是可以达成共识的。

在所有这些讨论中，我都以物理宇宙学的发展历程作为我的有解示例。这门学问研究的是宇宙在我们可观测的最大尺度上的性质。我从一个世纪前开始谈起。当时爱因斯坦正在思考这个问题，而他和其他人也在考虑关于物理科学的本质这一更加宽泛的问题：它是怎样进行的？得出的结果又意味着什么？我的讲述从第3章对爱因斯坦引力理论（即广义相对论）的一些思考开始。我们现有的证据表明这一理论很好地描述了我们的宇宙膨胀。人们在20世纪30年代就曾讨论这个想法，但在60年代以前，宇宙膨胀的证据匮乏，该想法基本上是一种猜测。我们可以用社会学的术语称之为一种社会建构。这个问题以及从社会学的角度对科学所做的其他评价构成了第2章的主题。本章接下来将回顾一个世纪以来人们对科学本质的思考。开篇这两章是为了介绍一些思想，它们将通过从第3章开始给出的一些广义相对论和宇宙学中的例子得到阐述。

[1] 按照作者的用词，物理科学包含物理学和化学等学科，那么物理科学家也包括物理学家和化学家等科学家。