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周大為/世界的真貌超乎想像——讀迪威特《世界觀》

世界觀:現代年輕人必懂的科學哲學與科學史》(Worldviews: An Introduction to the History and Philosophy of Science)的作者迪威特(Richard DeWitt),是費爾菲爾德大學(Fairfield University)的哲學教授。

《世界觀》一書除了介紹科學哲學的基本議題,也介紹科學史的進展及其對人類世界觀的影響。作者以清楚易懂的行文和結構,來書寫科學哲學和科學史這類較艱澀的主題,相當難能可貴。

什麼是「世界觀」?

簡單來說,世界觀是對世界的認識或理解,所形成的一套知識或信念體系。這套知識體系會隨人們知識發展而擴展,以解釋人們觀察到的各種經驗和現象。例如提出「水是萬物之本源」的泰利斯,就被認為是第一位哲學家。此外這個知識體系下的不同主張最好是能夠融貫,環環相扣且不產生矛盾,就像拼圖一樣。

不同的觀點或者不同的核心預設,可能會產生不同的世界觀。例如基於某種宗教信仰所產生的世界觀,就可能與基於另一套信仰所產生的世界觀相當不同。隨著新的經驗和證據出現,原有的知識體系或世界觀要對其進行解釋時,若其與信念不符,或是信念與信念之間產生矛盾,這個知識體系就有可能受到挑戰。

打個比方,假如我正在看電視,突然從螢幕中走出一個披頭散髮的白衣女子。如果我本來是個相信鬼神的人,我很可能大喊「看到鬼」然後拔腿狂奔;但如果我本來不信鬼神,可能上前揪住那名白衣女子,仔細檢視是否是有人假扮。

或許我一揪之後,會發現這名白衣女子竟飄在半空中。「難道這個人會輕功?或者是穿著飛行裝置?」隨著事實不斷衝擊著舊有的信念,我可能堅持原有信念,試著找到合理解釋,也可能會被迫放棄原有的信念,乃至全盤重建原來的整套知識體系。

亞里斯多德的世界觀

古希臘哲學家亞里斯多德對後世影響深遠,由他的知識體系及其衍生理論所建立的世界觀,從西元前300年直到西元1600年,主宰了西方世界人們對世界的理解。在亞氏的知識體系中,地球靜止不動且位於世界的中心,各種天體圍繞著地球運行。

此外,亞氏世界觀以四因說——形式、質料、動力、目的——作為解釋萬事萬物的理據。例如一間圖書館,它的形式可能大略像是一個能存放書籍的建築物藍圖,質料可能由木頭或水泥構成,動力來自建築設計師與建築工人,目的則是為了提供人們閱讀的書籍和空間。

從今天的角度來看待過去的世界觀,可能會覺得有些愚昧,但如果站在過去經驗、科技和觀察相對有限的立場,就能理解這些主張的合理性。例如,假設地球確實以高速在轉動,為何我們沒有感受到強大的風在臉上吹拂?若我們將一顆球筆直拋到半空,球落下時應該不會再落在我手上才對,因為我的位置隨著地球轉動而改變了不是嗎?以日常角度看,這是很合理的提問。

在後世科學發展提出說明前,「地球靜止不動且位於世界中心」從日常經驗看,是個頗為合理的觀點。

當哥白尼取代托勒密

基於亞氏知識體系,托勒密約於西元150年提出了「地心說」的天文學系統。除了主張地球為中心,托勒密系統也主張天體都會循「正圓等速」運動,也就是天體運行的軌跡都是完美的正圓形。在這樣的預設之下,托勒密系統建構了一套複雜的天文學,且能準確地預測天體活動,已是相當傑出。

然而16世紀的哥白尼開始建立一種採取「日心說」的天文學系統,後來該系統在克卜勒的完善下,最終取代了托勒密系統。

事實上,當時哥白尼所獲得的天文觀測技術和資料,與托勒密系統相去並不遠,兩人都是基於以肉眼觀察所獲知的結果。那麼為何哥白尼要投注大量的心力去推翻當時而言相當完善的托勒密系統呢?

作者在書中提出了兩個理由。第一是哥白尼崇尚新柏拉圖主義(Neo-Platonism),而柏拉圖思想蘊含了太陽是至善的想法,這或許讓哥白尼認為太陽才是世界中心。第二是托勒密系統在解釋天體運行時使用了一個「偏心點」的概念,雖然這概念在該系統中相當好用,但細究之下,這明顯是一個方便解釋和測量的「工具性概念」,而未必呈現讓實在主義者(Realism)滿意的事實真貌。1

哥白尼不願接受這樣的「工具性概念」,於是致力發展不需要「偏心點」概念的日心說。然而,當時哥白尼剛發展出的日心說所面臨的理論困難,並不比地心說少,且當時大多數的天文學家仍偏向將日心說看作方便預測用的「工具」,將地心說看作反映世界真貌的「實在」。

伽利略:地球不是宇宙的中心

在經歷克卜勒到伽利略等天文學家的努力後,日心說更加成熟,並對於過去一些天文難題和新發現的天文事實,都有更良好、更精確的解釋和預測。在有利的理據支持下,伽利略選擇將日心說視為真實的反映,而非僅是工具。這樣的立場也觸犯了一些教會人士,因為這某程度意味著聖經中的說法是錯的。

所幸真相在時間的沖刷下漸漸浮現,在歷經科學革命之後,越來越多的事實被發現,科學理論逐步完善,或是推陳出新。同時,許多過往的理論、思想和概念,不再被採用。

牛頓用三大運動定律和萬有引力,精簡而有效地說明了從生活周遭到外太空的絕大多數的物理現象。一種機械式的宇宙觀,取代了亞氏有機式的目的論宇宙觀。上帝在解釋「世界如何運行」的議題上逐漸退場,這無疑衝擊並重塑了人們的世界觀。

相對論:時間與空間並無絕對標準

羅素曾用一個生動的比喻,來描繪像相對論這樣與日常經驗相悖的科學理論:我們就像一個天生耳聾的人看著樂譜, 可以看懂這些樂符是如何排列,卻始終難以領略聆聽樂曲的奧妙。

從日常經驗來看,絕對標準的時間和空間是再自然不過的常識。一支長30公分的尺,即便以高速往前方衝刺,應該也仍然是30公分;一台在平地上每小時走一圈的計時鐘,放在摩天大樓頂上也應該是如此。然而相對論挑戰了這樣的「常識」。

在當時的物理界,許多科學家認為物理領域待解的問題已所剩無幾,唯在一個測量光速的問題上,仍有一些「小小的誤差」尚未釐清。愛因斯坦跳脫牛頓力學,以「對任何觀測者而言,真空中光速恆定」為定理,挑戰了時間、空間恆定不變的觀念。

進一步說,時間和空間的尺度,會隨著以絕對光速為基準的相對速度而變化。換言之,每個處於不同慣性速度的事物,就處於不同的時空尺度。比方說,一個佇立在操場上的小柯,跟一個從旁呼嘯而過的小韓,由於相對速度不同,因此兩人時間流逝的速度也不同。

另外在廣義相對論中,愛因斯坦以重力或重力場造成時空扭曲的理論,替代了牛頓的萬有引力理論,更完善地解釋了宏觀物理現象的運作模式。

量子理論:微觀世界的真貌為何如此詭異?

若說相對論的科學理論令人腦洞大開,那麼量子理論可說是讓人如墮五里霧中,摸不著頭緒。

簡單來說,在基於量子力學設計的實驗下,光束在一種實驗的結果中似乎顯示了「波」的性質(波與波會互相干涉),然而在另一種實驗的結果中,則又顯示出「粒子」的性質(粒子以顆粒的方式和單位來運作,不應有干涉現象),這樣的實驗結果令人困惑,究竟光束是一種「波」還是「粒子」?

當科學家們想要讓實驗更加精確,來驗證光束在實驗過程中運作的本質時,又發生了更令人困惑的現象。在改良的雙縫實驗的設計中,科學家發現,當加上了能觀測單個電子行進路徑的裝置,並進行測量時,電子在過程和結果顯示出了粒子的特性。然而在取消測量電子行進路徑的狀態下,電子又出現了波的干涉現象。這似乎意味著「測量」或者「觀測」的行為,會改變電子光束的性質,即便已設法扣除了觀測行為對於觀測結果所可能產生的可知些微物理影響,也是如此。

量子力學中的弔詭現象,引發了各種討論以及不同的詮釋。例如哥本哈根詮釋(Copenhagen interpretation)認為,未被觀測路徑的電子,描述其行為的波函數處於一種具機率性的「疊加狀態」,而關於該電子的其他屬性,例如動量、位置等並不存在,只有在被「觀測」後發生「塌陷」才能得知。

多重世界詮釋(the many-worlds interpretation)認為波函數的塌陷並不存在,其可能衍生的其他世界與我們的世界平行存在,只不過我們身處的是其中一個可能性的世界中。而相信實在論與「上帝不玩骰子」的愛因斯坦詮釋,認為目前的理論存在著尚待發現的「隱藏變數」,以完善量子力學對微觀世界樣貌的完整描述。(雖然作者在書中表示這個立場已在各種新的證據出現下日漸式微。)

此外,量子力學中的阿斯佩實驗,似乎顯示了兩個粒子之間發生了「遠距作用」(以超越光速的方式產生影響的作用),而目前看來這與相對論是相衝突的。

由於量子力學的世界與古典力學、日常經驗的世界如此不同,這無疑對我們的世界觀產生重大的影響,令人不禁重新思考對這個世界的想像。

演化論:人的存在有恆存的目的或本質嗎?

隨著小獵犬號航行而觀察到生物的多樣性及其與環境的關係後,達爾文發展了關於演化的一套理論。演化論有兩項基本特色,一是物種的變化,二是物種的生存競爭。

進一步說,物種在繁衍的過程中傳遞了一些不同的屬性,而在生存的壓力下,具有不同屬性的物種存活下來的可能性也不同。經過時間的洗禮,未通過生存競爭的屬性日漸消失,有益於存活的屬性則相對增加,遂形成各種物種的發展樣貌。

在今日,演化論已經得到科學界的普遍認可。物種屬性的傳遞方式和內容,也因為基因的發現和研究,日益進展。然而在演化論剛問世的時候,對人類過往的世界觀無疑是一大衝擊,特別是宗教方面。

其一,演化論牴觸神造人的創世論觀點。再者,演化論大體上不符合目的式的宇宙觀,在偶然因素匯集的演化流程中,人類只是存活下來並成功擴大族群的一個物種,人類不是上帝派來守護世界的使者,背後也沒有什麼其他目的性的藍圖。其三,就算人類看起來主宰了地球,其地位也沒那麼獨特。演化流程充滿偶然性,若當初恐龍沒有滅絕,人類很可能不會以今日的樣貌出現。

演化論在哲學上也帶來衝擊。例如,古典的柏拉圖理型論主張,同一物種的不同個體享有共通本質,若物種在演化論下逐漸隨環境演化,這種本質就不會存在。又例如,演化倫理學探討演化如何形塑並影響物種的道德行為,假若動物的道德行為全然是演化所決定的產物,那道德哲學就無法忽視演化的影響。

小結

隨著人類知識的進展,人類的世界觀也隨之不停更迭。今日我們看待地心說或是創造論的世界觀,可能覺得荒謬,然而,未來的人們看待今日的人類的世界觀,可能也會有相同感受。也許,未來的人們對於相對論或量子理論所傳遞出來的世界觀,感到自然且容易理解。

有趣的是,當世界觀尚未受到重大的顛覆之前,人們似乎容易認為目前已有的世界觀,已近乎是完整的世界樣貌。然而如果我們持續關注人類知識的拓展情況,就會發現隨著她的面紗一點點被揭開。世界正持續向我們展現她的新面貌,也提醒我們適時地放下對舊有觀念的執著。

這趟探索世界的旅程會有終點嗎?讓我們繼續看下去。

REFERENCES

  1. DeWitt, Richard,2015,《世界觀:現代年輕人必懂的科學哲學與科學史》,唐澄暐譯,台北:遠足文化。
  2. Russel, Bertrand,1999,《相對論ABC》,薛絢譯,台北:台灣商務。


 

  • 文:周大為。畢業於政治大學哲學研究所。
  • 本文的完成非常感謝烙哲學社群朱家安先生的協助。
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  • 工具主義指傾向將科學理論視為解釋和預測現象的恰當工具;實在主義則期望科學理論除解釋和預測外,能夠反映事實真相以令人理解。

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