科学是什么?

早就预告要读科学哲学的三本书, 给哲学读书系列画一个句号,拖了两周,一直没写。 原因之一是因为最近沉迷玄学,没心思写。更重要的是,通过学习玄学,忽然又有了很多不成熟的想法,两周时间大概不可能想清楚。所以不管是怀特海,波普尔还是库恩,他们的想法我并没有贯通起来,这几本我就不写了。 今天写一篇我自己对科学哲学的的理解, 也就是对科学的保安三问,科学是谁, 科学从哪里来,科学要到哪里去。 

1. 科学是谁?

先说当下最流行的观点, 科学是一种怀疑精神。清华大学科学史系的吴国盛老师有个很火的讲座, 主要就是在说这个层面。 他针对的是普通人滥用科学这个名词的现象。我们习惯说一个东西科学不科学,隐含的是说一个东西是对还是错。科学就是对的,不科学就是错的。 还有一句很流行的话, 科学就是追求真理。在吴老师看来,以上统统都是误会。 

吴老师说, 真正的懂科学会认为,没有绝对真理! 或者有没有真理,真理是不是存在, 只是一个不重要的哲学命题。 既然没有真理, 那就不存在绝对的对,也不存在绝对的错。 很多人的自然反应是抗议: 我书上学到的科学知识都是很靠谱的,当然是对的, 你怎么能说没有对错呢? 请注意, 前面的叙述在对错前面加了个绝对。 绝对的对错的没有的!相对的对错还是有的。科学就是在预设条件下的对错。 也就是给定条件下, 科学是可重复,可检验的。 所谓相对,是说科学是有边界的,边界就是这个给定的条件。 

用一个例子来说明,很多人都知道爱因斯坦的相对论跟牛顿的说法不同。 有人说,这是爱因斯坦否定了牛顿。 因为爱因斯坦否定了牛顿,所以现在爱因斯坦取代了牛顿,成了新一届科学皇帝。 于是有一票民科整天在挑战相对论。 他们单纯的就是想通过挑战相对论,给自己封个科学皇位。说白了就是想一战成名。 

为什么说这是民科?因为科学的思维方式应该是: 爱因斯坦并没有否定牛顿,而是扩展了牛顿的理论。 在爱因斯坦理论框架下, 牛顿是在预设条件下(远低于光速)也一样正确(严格的说,是近似正确)的理论, 此时爱因斯坦的公式可以简化(近似)成牛顿的公式, 两者是相容的。所以要想超越爱因斯坦, 你的理论首先要在牛顿的预设条件下兼容牛顿,也要在爱因斯坦的预设条件下兼容爱因斯坦理论才行。 为什么?因为在这些预设条件下, 科学是可以通过实验来重复检验的。这些实验,给定条件, 不管谁做,在什么时候做,在哪里做,结果都是一样的。

预设条件,可重复可验证, 这是科学最主要的特征之一。特征之二是说科学是无用之用。 这又是什么意思? 这里要扯一下科学和技术的分别。 大家平时习惯把科学技术这两个词联用, 简称科技, 所有人都知道高科技是好东西。但实际上,如果要较真, 科学和技术不是一种东西, 技术一定是有用的。 所谓有用,是说可以用来解决各种问题。举例说明: 某个人掌握了某种手艺, 编竹篮子,编的又快又好,那么可以说他掌握了一门技术–编竹篮子的技术,解决的是编竹篮子的问题。但是我们一定不会说,他掌握了编竹篮子的科学。 

科学是什么?科学是编竹篮子背后的理论,比如弹性力学。 竹篮子能编起来,还能装东西不垮掉,是背后的力学决定的。有了力学,我们就能预测这个竹篮子能装多少东西, 也许还可以在编竹篮子的时候省几片竹子,更重要的是, 我们能像编竹篮子一样,编一个装10几万人的钢篮子,比如鸟巢体育场,这就是科学的威力。 那为什么说科学是无用的呢?是的, 对编竹篮子的那个人, 学习力学是无用的。省几片竹子,不如把手练得快一点,研究一下编法多编几个篮子, 能赚的更多。 

按照科学的定义,中国古代只有一点点科学,就是道家和墨家搞的东西,但是有很多很多技术。 吴老师说, 科学是非常罕见的, 古代社会,只有古希腊有那么一点点。并不是今天这样, 大家都要学科学,爱科学,甚至有点忘记科学的边界,滥用科学了。真正科学被普遍接受是近现代的事情了。 

吴老师其实没有讲明白, 科学还是得有一点点用。完全没有用的东西是传承不下去的, 古希腊科学能流传的到今天, 墨子搞的小孔实验还能被人写在书里,是因为科学还有那么一点点用处,主要事关信仰。

而近现代,科学为什么忽然就繁盛起来了?吴老师其实没有讲清楚, 个人观点是因为科学在火药和大炮的时代,蒸汽机的时候,变的有用了,因为这些都依赖于看不见摸不着的化学能,此处就不展开了。 

总结一下, 科学有边界, 边界就是预设条件(这个条件可能一开始没有那么清楚), 科学是预设条件下的可重复可检验的, 科学本身是“无用”的理论, 并不是马上就能解决问题的技术。  

2. 科学从哪里来?

前面一段讲完,对一般人来说,就够了。但是对真正讲科学的人来说, 还不够。科学本身就是基于怀疑的,所谓大胆假设,小心求证。一切都要怀疑:你为什么说今天可重复可检验,明天也能可重复可检验, 比如太阳每天都从东方升起,就永远从东方升起吗?苹果从树上掉下来,就永远会掉下来,不会飞上天吗? 这看上去无厘头的质疑, 我们今天的科学告诉我们, 都是对的, 太阳和地球都有寿命,都不是不变的,总有一个时刻, 太阳不从东方升起了, 苹果也没有地方落了。 

西方哲学从源头开始, 就在怀疑客观世界是否存在,从笛卡尔的我思故我在开始, 到经典哲学大家康德总结的:我们唯一能够理解并且研究的规律,只是我们认识世界的规律, 心的规律,思维的规律,而不是世界本身的规律。 

我们的思考,只能从思考本身开始, 我们思考的起点是我们的经验, 我们的经验来源于感知, 或者换一个科学的说法,测量。 我们通过利用光的测量, 对力的测量,对声的测量,对化学分子的测量,来感知这个世界。  可重复的测量是我们建立对世界认知的锚点。 在测量手段和工具的边界之外,我们其实什么都不知道。 

基于测量,我们建立起了概念体系,在概念体系之上,有了逻辑演绎,通过演绎,我们建立起了理论体系, 这个理论体系再通过更多的测量来验证,来修正, 这是辩证法,也是我们认识世界的过程, 其实本身,也只是一个思维的过程。 

总结一下, 我们的起点是思维,或者我来认识这个世界,通过感知或者测量,发现重复,发现规律, 通过分析,形成概念体系,通过演绎,搭建理论框架,再重复测量,检验,更新概念,更新理论。 我,和不管什么别人,都可以基于同样的概念,可重复,可验证,逐渐的给概念大厦,理论大厦添砖加瓦,日积月累,我们有了科学大厦。 科学来源于主观,所谓的客观是可重复可检验,所以科学是主观的客观。 

3. 科学到哪里去?

现在先回到现实世界, 来看一看我们是不是掌握的科学的概念。先问两个问题, 医学是科学吗?数学是科学吗?前一个问题的答案是,只有很少一部分是, 大多医学是技术,不是科学。后一个问题的答案是,  数学不是科学。 

我们已经提到过, 技术是用来解决问题。也都知道科学和技术通常是相辅相成的,科学和数学也是相辅相成的。 那么科学,技术,和数学之间到底是什么关系呢。 

我们说: 技术是科学的用, 科学是数学的用。反过来,科学是技术的模式, 数学是科学的模式。 啊,这都是什么奇怪的说法?

这里尝试解释一下, 先问一个问题, 我们为什么能理解这个世界? 我们的大脑是非常有限的, 相对来说这个世界大到几乎无限。 有限的大脑,能理解,近乎无限的世界,为什么? 是因为这个世界内含规律, 可以被理解。 规律又是什么?规律是重复性。 重复性又是什么? 重复性最好的描述方式是信息共享。 通过这一串追问,我们总算走到信息论。 

组成这个世界的, 是物质, 驱动世界的是能量, 物质和能量可以相互转化。组成精神世界的, 是信息, 驱动精神世界的是计算, 信息和计算也互为依存。 由物质到信息,由信息到计算, 是我们能够理解世界的本质。

这个世界是能被理解的,因为可计算。 可计算,因为各种意义上的重复简化。 数学是通过建立计算结构,帮助我们提高计算效率。通过计算,或者说思考,我们可以对这个世界的信息进行“压缩”, 近乎无限的信息在压缩后只剩大脑可以处理的一点。 在信息时代,人工智能时代, 我们还可以利用计算机,人工智能,扩展自己的计算能力, 更多的信息存储,更多的计算能力, 将会引领人类到可预知的未来,计算世界。  以上即是科学的未来。 

人工科学导读

今天聊聊西蒙的人工物的科学, 中文书名是:人工科学-复杂性面面观。西蒙有个中文名字司马贺。搞人工智能方向的大概都听过这个名字。司马贺同学有个外号贺三多, 因为拿的成就多, 跨界多,女友多。没听过吗?那是自然,因为这个外号是我起的。。。 

作为拿过图灵奖的人工智能创始人之一, 赫伯特.西蒙,在以下领域有突出贡献:经济学,计算机科学, 政治学,管理科学, 心理学, 社会学等等; 所以不论怎么夸赞都不为过。除了图灵奖之外,司马贺还一不小心就拿了诺贝尔经济学奖。其实在以上列出的专业领域, 贺同学拿了各种奖,这里从网上抄个单子:

美国心理学会杰出科学贡献奖(1969年)

美国计算机学会图灵奖(1975年)

美国经济学会杰出会员奖(1976年)

诺贝尔经济学奖(1978年)

国际人工智能协会杰出研究奖(1978年)

美国管理科学院学术贡献奖(1983年)

美国政治科学学会麦迪逊奖(1984年)

美国总统科学奖(1986年)

美国国家科学金奖(1986年)

美国运筹学学会和管理科学研究院冯·诺伊曼奖(1988年)

美国心理学基金会心理科学终身成就奖(1988年)

美国心理学会终身贡献奖(1993年)

美国公共管理学会沃尔多奖(1995年)

国际人工智能学会终生荣誉奖(1995年)

这个单子还不全, 所以完全可以称他为历史上,达芬奇之后的最博学多才小能手,通吃学界第一人。对司马贺生平感兴趣的,可以去看看他的自传: 科学迷宫里的顽童与大师。友情提示,人工智能符号主义领路人的书里有各种符号,所以这本书并不好读。

简单说几句人物生平。司马贺的父亲是一位德国出生的爱好发明的电气工程师,母亲是著名钢琴演奏家。1916年出生的小贺,是双子座,从小天资过人, 17岁去芝加哥大学读政治系。毕业后,司马贺就开始自己的学术生涯, 先后在加州伯克利,IIT,  芝加哥大学工作,后来长期在卡内基梅隆任教。 参与了1956年创立人工智能学科的达特茅斯会议,成为人工智能之父之一。与人合作设计了最早的符号计算语言IPL。通过研究心理学,提出了启发式搜索,和通用问题求解器。 在管理学方面搞出了决策支持理论,成为现代决策支持系统的基础,这个成就被授予了诺贝尔经济学奖。 他还研究了自然语言,提出了语义网络作为知识表示的基础。 更多研究成果,不再赘述。 总之司马贺为很多热点研究方向奠定了基础。

在研究工作之外,司马贺能写会画,家学渊源,钢琴自然不在话下,小提琴水平也是表演级,体育更是棒棒的, 加上年纪比别人小,17岁上大学的时候是一个风流倜傥的小才子,特别受欢迎,所以女友众多。不过最后还是被研究人类社会的社会学系女秘书拿下,毕业后一年,21岁时就结了婚。当然婚后两人琴瑟和鸣,一起做出了不少研究成果。

司马贺有个中文名字,他对中国也特别友好, 1972年中美刚破冰时,就来中国访问,后来和中国学界多有合作。1985年,中国科学院心理所给了名誉研究员称号,1994年又当选中国科学院外籍院士,2000年当选了第三世界科学院院士。同时,司马贺教授还是中国科学院管理学院、北京大学、天津大学的名誉教授。司马贺教授于2001年85岁时因病去世。 

司马贺为啥能在如此多的学科获得这么多顶级的荣誉呢? 除了他的天分和勤奋之外, 个人认为他是集中在一个核心问题上,并获得的部分解答。这个核心问题就是:人类大脑是如何工作的。 

司马贺通过研究人的思维过程,特别是决策的过程, 给出了部分解答,参见他的大作人类的认知,思维信息加工理论。其中一部分答案就是他的符号主义人工智能路线。在定义语义网络符号的基础上,对完全信息确定性问题通过逻辑演绎推理解决, 对不完全信息不确定问题, 用启发式搜索解决。 这个基础思路应用到不同的领域, 不管是管理,还是经济学,甚至下棋,  都可以解决一部分问题。

另外一个要点,就是所谓跨学科学习。 司马贺说自己为啥能精通这么多的领域, 就是因为爱读书且会读书。对于不同学科领域,有一些共同的思维是可以在学科之间迁移的。核心就是所谓类比, 掌握了方法,就可以进行迁移学习。他认为一个人可以用7+-2年掌握一个学科,并且做出独有的创新。 这大概也是现今从大学毕业到博士毕业需要的时间。  东拉西扯了半天,还是回到人工科学这本书。 

这应当算是一本小册子, 司马贺从理解自然和人工物出发,构造了人工科学这个概念,然后在经济学,思维心理学, 记忆与学习, 设计, 以及社会学科等领域,应用人工科学这个概念做具体分析。 最后作者针对复杂系统的层级构造,讨论了复杂系统的不同层面的特性。 

刚刚读过莫诺的偶然性与必然性,大家肯定对这个着手点非常熟悉, 莫诺也是试图从生物和其他人工物以及非生物有什么不同出发,发展出了自己的一套偶然性哲学框架。 对司马贺来说, 人工物,或者设计物,也有其内在的逻辑。 核心思想就一句话, 设计是通过内部环境适应外部环境来达到造物目标。 在司马贺看来,自然造物符合自然法则, 是历史的必然, 人工造物因为受到人的目的影响, 是多变的,有很多复杂性和随机性。 司马贺的最重要观点是认为,人工物的复杂其实并不是人自身有多复杂, 主要是环境很复杂, 在适应机制下,因为自然的复杂,产生人工物的复杂。 人的思维的内在机制可以相对简单。

我代表在人工智能的大坑里还爬不出来的诸多人工智能研究人员抗议一下司马贺师爷轻视人工智能的这种观点。 您通过符号来理解人工智能,做了太多简化了,符号世界的人工智能确实看起来没有那么复杂, 但是没有复杂,也解决不了现实世界的复杂问题。 人脑能够理解操控现实世界的复杂, 除了能够符号化抽象,在抽象世界通过逻辑和数学解决问题以外, 还需要针对复杂现实世界的出入机制,在抽象思维的世界和现实世界之间来去自如, 所谓拿得起放得下,两者要兼具。人脑或者智能本身,并不全是简单,必须内含复杂。 

除了这一点之外, 司马贺全书打通学科的高瞻远瞩还是令人敬仰。 这本书应当是设计学科必读的经典著作之一。反过来,司马贺也建议每个人都学一点设计思想, 这对日常应对问题, 会是很大的助力。 

综合莫诺和司马贺, 其实世间万物可以分成三类,自然,生物, 人工/智能. 不同类别底层的机制有所不同的。相对应的就是作者提出的理解世界运转的核心问题,也就是三个本源问题。 今后有机会,再聊聊这三个问题的现状和可能解决问题的重点方向和手段。

谢谢阅读!