七、科学是有边界的

自近代以降，科学以锐不可当之势，不断地在未知领域上开疆拓土。尽管至今仍有大量的荒地尚未开垦，但乐观的人们都相信：科学迟早会占领所有的知识高地。果真如此吗？

1. 科学与哲学

答案应当是否定的。科学不可能解决人类所有的困惑，也不是人类获取知识的唯一途径。 实际上，与科学的版图接壤的还有另一片天地——哲学。从历史来看，现代自然科学的前身是自然哲学，属于哲学的范畴。关于这一点，我们不难从两件事实窥出端倪：史上最伟大的科学著作首推牛顿的《自然哲学的数学原理》；直到今天，欧美的理学博士仍被称为哲学博士（Ph.D）。尽管亚里士多德对哲学进行了细分，把自然哲学归为第二哲学，而把形而上学^[1] 归为第一哲学，但在很长一段时间里科学与哲学是浑然一体的。直到文艺复兴以后，各种以观察、实验和数学为主要方法来研究自然的学科才渐渐分化出来，分别成为独立的物理、化学、生物等具体科学。

关于哲学与科学之间的关系，有两种代表性观点。一种认为哲学是第一科学，是科学之母，具体科学时刻需要接受哲学的指导；一种认为哲学不过是哲学家们玩弄的空洞的概念游戏，毫无实践意义。只要不带意识形态的色彩，便很容易发现前一种观点过于夸大其词。现代科学自有一套完整而成熟的研究方法，通常并不需要某种玄妙或形而上的思想指导。假如一定要声称科学家们的成功是自觉不自觉地符合了某些哲学思想（比如唯物辩证法）的结果，那不仅是牵强附会，而且委实有些滑稽——一种不学而知的思想有何值得称道的？至于后一种观点，随着科学的日趋成熟和哲学的日趋边缘化而渐有市场。不过，只要对哲学稍加了解，就不难得出一个结论：无论科学的版图如何扩张，也无法完全吞并哲学的领地。

哲学常为人诟病的一点是它缺乏实际功用，殊不知这正是其特色之一。哲学总是在虚无与实在之间的真空中游走，上不求助于宗教的神祗（但会考察一切关于超自然的学说，比如宗教哲学），下不拘泥于世俗的实际（但会考察一切关于实际的学问，比如科学哲学）。其实，哲学何止是不能解决实际问题，它甚至连非实际问题也不打算解决。假如哲学“不小心”真的解决了某个问题，那么该问题也该退出哲学领域了（可谓真正“彻底”的解决）。如果就此认为哲学毫无实际价值，那就大错特错了。事实上，哲学的无能之处正是其强大之处。一方面，哲学的研究对象不像具体科学那样仅仅局限于某个特定的领域，它试图对诸如存在、意识、知识、价值等最普遍的、最基本的问题进行抽象而系统的思考，包括关于实在（reality）本质的形而上学，其核心是关于存在实体的本体论（ontology，或译为“存在论”）^[2]；关于知识本质的认识论（epistemology）和关于价值本质的价值论（axiology）^[3]。另一方面，哲学也会对其他学科领域的基础、假设、理论、价值等进行反思。这种反思是对认识的认识，对思想的思想。尤需强调的是，哲学最重要的价值不在于正确地回答问题，而在于正确地提出问题。如海德格尔（Martin Heidegger）所言，哲学活动是对超乎寻常之事发超乎寻常之问^[4]。人类一切知识的不清晰、不确定或不自洽的地带，都是滋生着哲学的温床。黑格尔对此有个十分形象的比喻：哲学就像一只猫头鹰^[5]，总在黄昏起飞。哲学与其他学科的关系，与其说是指导者与被指导者的关系，不如说是评论者与被评论者的关系，因为这更能体现哲学的功用——它既是一面镜子，通过排除成见的反观和寻根究底的思辨来考察和评价后者；又是一根鞭子，通过永无休止的怀疑和鞭辟入里的批判来敦促和刺激后者。

前文对科学的一些反思，包括科学的可靠性、科学对假设的依赖性、科学的真理性、科学理性的纯粹性、科学的局限性、理性的局限性等，基本上都属于认识论或科学哲学的范畴。这些问题随着科学的发展也许会在一定程度上得到局部的缓解，但绝不可能根本解决，从而保证了哲学在科学的步步紧逼之下依然拥有一片永久的保留地。

科学试图在主观认识与客观世界之间建立恰当的映射，如前所述，无人能担保这种映射的准确性。更有甚者，无人能担保客观世界的真实性。古代庄子有庄周梦蝶抑或蝶梦庄周的困惑， 近代笛卡尔的名言“我思故我在”也是基于对外部世界的怀疑而产生的。在电影《黑客帝国》（Matrix）和《盗梦空间》（Inception）中，最大看点便是对真实与梦境、乃至多层梦境之间差别的解读。在这里，“人生如梦”、“梦里不知身是客”已从文学修辞嬗变为哲学思辨，从而为哲学找到了另一处栖身之所。

科学的根本目的是求真，尚且不能完全覆盖真的区域，更不用说善的区域了。有人会说，科学能给人们减少痛苦、延长寿命、增加自由、带来幸福，这难道不是最大的善吗？很遗憾，这是把目的与结果混为一谈。更何况科学是把双刃剑，谁也不知道它所带来的环境污染、能源危机、资源短缺、核武威胁等问题是否会最终加速人类的灭亡。还有人会引用布莱希特（Bertolt Brecht）借伽利略之口而说出的一句名言：科学唯一的目的是为了减轻人类生存的艰辛。然而与其说这是对科学目的的阐述，不如说是对科学的美好愿望以及对科学家的衷心的告诫^[6]。同样，我们也不能因为科学造成的一些负面效应而认为科学是恶的或者求恶的。纯粹的科学应当是价值中立的，只关乎真假而无关善恶。虽然由于科学活动是由人来进行的，从而无法保证绝对的价值中立，但至少价值的定义和判断是科学所鞭长莫及的。诸如克隆人、安乐死是否合情合理之类的问题，无法在科学内部解决，而得交由伦理学、社会学、法学等来讨论。其中伦理学也称道德哲学，是哲学的一个分支。

类似地，关于美的研究也是科学的一个盲区。诚然，美可以启示甚至在一定程度上评判科学，反过来科学也展示了理论之美、自然之美。关于这一点，大科学家狄拉克、庞加莱、爱因斯坦等都发表过许多极为精辟的见解（审美思维也是本系列的主题之一——柔性思维的一部分，留待后叙）。可毕竟美本身不是科学的研究对象，而是美学的研究对象。美学也称感觉学，还是哲学的一个分支。

让我们用一个比喻来结束科学与哲学之间关系的讨论：站在科学的大地上瞭望，哲学是天边的地平线——背之而行时，它是最初的起点；向之而行时，它是无尽的终点。

2. 科学与宗教

相比哲学，人们（尤其是在大陆接受教育的人们）对宗教有着更多更深的误解。前面我们曾批评过“科学真理”的提法，因为科学虽然旨在追求真理，但与真理却是两个范畴。当然如果稍微宽容些，这种措辞倒也无伤大碍，而“宗教迷信”的说法则极其恶劣，完全不可容忍。因为在汉语语境中，迷信（superstition）意味着愚昧、无知、荒谬和反科学^[7]，把二者相提并论，隐含着对宗教无比的轻蔑和鄙视。其实，迷信固然是一种愚昧，把宗教等同于迷信何尝不是另一种愚昧。

毋庸讳言，宗教与迷信有着千丝万缕的联系（有时后者会直接披着前者的外衣），并且多表现为信仰或崇拜某种神秘的、超自然的对象，但它们在本质上着天壤之别。（主流）宗教通常有着迷信所不具备的特征：悠久的传统、严密的组织、系统的教义、规范的仪式、固定的场所、庞大的信众。不过这些还只是表象的差异，难以反击“宗教只是有组织、有系统的迷信”的观点。宗教与迷信本质的差异可从以下几个方面来分辨——

最后，是否迷信不仅与信仰的对象有关，也与信仰的主体有关。如果一个人信仰某种宗教，但并不真正了解其教义，只是毫无主见地接受，或者只为满足某种私欲（比如为了升官发财而求神拜佛），那么这种信仰就不是正信，仍是一种迷信。综上所见，宗教与迷信如同两条源头相近的河水，虽然时有交汇，但一个最终流向大海，一个最终坠入深渊。

常被夸大的不仅有宗教与迷信的联系，还有宗教与科学的对立。最能反映宗教与科学冲突有三个关联的名词：黑暗野蛮的中世纪、教条陈腐的经院哲学（scholasticism）和扼杀科学的罗马天主教会，而这一切又集中地反映在布鲁诺（Giordano Bruno）的遭遇上。（国内）对此常见的说法是：布鲁诺是一位科学的殉道士，他因为坚持哥白尼的日心说、反对中世纪传统、反对经院哲学、反对宗教神学而被教会施以火刑。于是得出结论：科学与宗教的水火不容。然而越来越多的论据表明，事实并非如此。首先，布鲁诺绝非反对宗教，只是他信仰的泛神论（pantheism）与天主教的一神论（ monotheism）产生了激烈的冲突。其次，布鲁诺主要是从宗教（如赫尔墨斯主义Hermeticism）而非科学的角度来理解和支持日心说的^[8]。最后，教会指控布鲁诺的八条罪状中除第五条（主张存在多个世界及其永恒）与日心说沾边以外，其他都是有关他反对基督教、宣扬异教的观点或行为。另一个常用作宗教戕害科学的例子是：伽利略也因支持哥白尼的学说而遭到教会迫害。同样有资料表明，该事件并不那么简单。天主教对他的科学理论并无异议，而且伽利略本人也以基督徒自称^[9]。甚至连哥白尼本人，一直都是虔诚的天主教徒。更有趣的是，在相当长一段时间里，作为一名神职人员，他的主业是宗教活动，副业才是科学研究。考虑到在中世纪及文艺复兴中前期科学、哲学、神学几乎是三位一体的，这一切实在也算不得稀奇。

唯物论者常常对史上最伟大的科学家（绝无“之一”）牛顿晚年专注神学而感到遗憾和惋惜，这实在是看错对象表错情。且不说牛顿一生中著述最多的不是关于科学而是关于宗教和神秘学，单从其壮年所著的划时代巨著《自然哲学的数学原理》即知，牛顿绝非“晚节不保”地从科学阵营倒向了宗教阵营。该著在运用数学和公理化的方法并结合实验成功地发现天体运动规律之后，突然把科学导入到神学的轨道：“太阳、行星和彗星的这个极精致的结构不可能发生，除非通过一个理智的和有权能的存在的设计和主宰…承认至高上帝的存在是必然的，且同样要承认他是永恒的和无处不在的”。这令人联想到关于上帝存在的一个经典“证明”：在野外捡到一块粗糙的石头自是不觉有异，而捡到一块精致的手表，则难免会推想一位钟表匠的存在。既然大自然如此地和谐而有规律，那么一位造物主就呼之欲出了。当牛顿发现太阳系具有某种不稳定性，甚至请出上帝来纠偏。莱布尼茨（ Gottfried Leibniz）因此嘲笑牛顿的上帝没有他所吹捧的那么高明，只是位蹩脚的钟表匠——给钟表上好发条之后还得不时去维护它。好在后来拉普拉斯对理论进行了修正，不再劳驾上帝。这正是前文曾提起的拉普拉斯“不需要上帝的假设”的背景。需要指出的是，无论是莱布尼茨还是拉普拉斯，都是信仰上帝的，只是他们认为上帝在创造世界之后便功成身退，不再干预世界。

牛顿认为，科学的主要任务是从机械的因果链中追溯到非机械的第一因。无论是天体运行规律的存在、还是绝对时空的假设，无论是万有引力的本质、还是是第一推动力的来源，皆处因果链之尽头，在牛顿看来它们只能源于全能的上帝。无怪乎《自然哲学的数学原理》的编者序言中有这样一段文字：它（牛顿理论）是反对无神论攻击的最坚强的堡垒，没有别处有比从这个箭筒抽出来的武器更适合对付不信神的乌合之众。不过十分讽刺的是，牛顿的门徒继承了他的科学理论，却抛弃了他对终极原因的谨慎态度，反而使牛顿力学变成了机械论、决定论和大无畏的无神论的武器。这不禁令人联想到达尔文，他的进化论一向被看作是无神论的重要依据（有神学家也把它当作有神论的依据），可他本人却只是不可知论者，并不否定上帝的存在。

关于上帝存在的证明有很多，包括宇宙论、目的论（如上述的“钟表匠类比”）、本体论等，但均难以服众。对于上帝存在的否证也有不少，同样难经推敲。最常见的责难是：上帝如果是万能的，那么他能举起他自己不能举起的石头吗？该质疑的荒谬之处在于：如果所谓的“万能”不包含悖论，那它就是个伪问题；如果容许包括悖论，又凭什么认定上帝不能打破这种非此即彼的逻辑呢？倒是休谟的质疑有些“技术含量”：上帝能阻止罪恶吗？若不能，则它不是全能的；若能而不愿，则它不是全善的。对此可有多种反驳方式：个体眼中的恶不同于上帝眼中的恶；善恶是相对的，没有恶则无以彰显善，没有体验痛苦便无以体验欢乐；上帝不愿干涉人类的自由，包括作恶的自由；无恶的世界助长享乐，无助于责任心的培养和人格的完善；没有恶的天堂与没有死亡的人生同样地无聊；等等。即使退一步，也至多承认上帝的全能与全善是有限度的，并不能否定上帝的存在。事实上，休谟也是赞同上帝的存在的^[10]。归根结底，如康德在《纯粹理性批判》中花大量篇幅所指出的那样，逻辑必然性不能取代实在必然性，企图用逻辑证明（或否证）上帝的存在注定是劳而无功的。更一般地，理性无论是走先验^[11]之桥，还是乘经验之舟，都无法到达超验^[12]的彼岸。

由于在认识世界、获得真理的方式上，宗教与科学各执一端——宗教求助启示（revelation）和信仰（faith），而科学求助逻辑与实证，双方有时不可避免地发生冲突。在中世纪，占据统治地位的宗教在一定程度上压制了科学；在启蒙时代（或理性时代），羽翼渐丰的科学对宗教又发起了猛烈的反击。但毕竟它们与哲学一样，都在关注世界的本源和本质，都是为了获得可靠的知识和坚实的信念（belief），只是取道相异：宗教自上而下，科学自下而上，哲学游走其中。只要协调得当，它们不仅不会冲突，反而可以通过对话或合作的形式相互促进和补充。

中世纪经院哲学的代表人物阿奎那（Thomas Aquinas）曾提出知识有两个来源：一个是（基督教）信仰的神秘，另一个是人类理性所推出的真理。他认为（自然）科学是可通过学习、教育而获得的低级感知，而作为高级感知的神学只能由上帝偶尔闪现的神迹和启示来获得，从而为神学和科学提供了一个和谐的图景。另一位基督教神学大师奥古斯丁（Aurelius Augustinus） 也认为：世俗知识与宗教信仰之间并非截然对立的，认识是为了信仰，信仰是为了可以认识；但信仰比认识更为重要，信仰是认识的目的，认识是信仰的手段。

以上只是神学家的一面之词，那么科学家又是如何看待宗教与科学之间的关系呢？牛顿的观点虽然很明确，但有人会归因于彼时的科学尚未成熟。这里引述爱因斯坦的观点：“科学只能断言‘是什么’（真——事实判断），而不断言‘应该是什么’（善——价值判断），宗教则正相反……尽管宗教的和科学的领域泾渭分明，可二者还是有牢固的相互关系和依存性……科学只能由那些全心全意追求真理的人来创造，这种感情的源泉来自宗教的领域。同样属于这个源泉的是这样一种信仰：相信那些对于现存世界有效的规律是合乎理性的……没有科学的宗教是盲目的，没有宗教的科学是跛足的。” ^[13]虽然爱因斯坦所谓的宗教是宇宙宗教，信奉的上帝是斯宾诺莎（Baruch Spinoza）式的，并非人格化的上帝，但本文本也不把人格神作为宗教的必要条件。实际上，三大宗教之一的佛教就是没有人格神的，作为（广义）宗教的儒教同样如此。

历史上，宗教与科学的结合至少可上溯到两千五百多年前古希腊的毕达哥拉斯（名义上勾股定理的发明者）。他创立的毕达哥拉斯学派集政治、学术和宗教于一体，其“万物皆数”的观点及宗教神秘主义被柏拉图继承和发扬，对西方的神学、哲学和科学产生了深远影响。后世功勋卓著的大科学家们，如哥白尼、笛卡尔、开普勒、伽利略、牛顿、莱布尼茨、麦克斯韦、海森堡等都有一个共同的信念：大自然中隐藏着固有的和谐，服从最完美、最理性的数学法则；科学的目的即是找出这些法则，并用其解释所有的现象，从而彰显上帝的伟大和荣耀。换言之，对宗教的追求成为科学研究的原始动力和终极目标。如果说哲学是科学的母亲，那么不妨说宗教是科学的助产妇。作为一个反面例子，李约瑟在解释由他名字命名的问题“中国为什么没有发展现代科学”时提出的一个理由是：中国人没有“大自然有规律且能被人类所理解”的信念。这种信念固然不必一定是宗教的，也可以是哲学的（如前文曾提到的实在性、规律性、可知性等哲学假设），但宗教的信念无疑更为持久、更为热烈、更为终极。可以说，无论从认识的方式还是从认识的层次上看，科学的尽头是哲学，哲学的尽头是宗教。

无宗教信仰者对宗教的神秘性始终耿耿于怀，这使得他们无法不条件反射地把宗教与迷信、神话、荒诞等词联系在一起。殊不知失去神秘性的宗教便不再是宗教，正如失去不确定性的哲学便不再是哲学（相反，科学总是在寻求揭秘和确定性）。再次引用爱因斯坦的话：“神秘感是我们所能得到的最美妙的体验，它是产生真正艺术与真正科学的最根本的激情。谁不了解这一点，谁熄灭了惊奇之火，谁的眼神便会黯淡无光，虽生犹死。正是这种神秘的、甚至掺和了恐惧的体验形成了宗教。意识到有些事情是我们无法参透的，那些至深的理和至炫的美我们仅能触及皮毛，这种认识和情感构成了真正的宗教情怀。” ^[14]身处科学前沿者，往往在知识和理性的边界处寻求突破，能深切地体会到科学的局限性，对哲学和宗教的需求和感受也比常人更为强烈。反是那些享受他人科学成果的人，对科学的前景更易产生虚幻盲目的乐观。因此，大自然的神秘常能拨动前者的宗教琴弦，而后者却难为所动。

按信仰的基础来分，有神宗教可粗略划为两种：自然宗教（natural religion）^[15]与启示宗教（revealed religion，或译为天启宗教）。自然宗教以自然神论（deism）^[16]为代表，主张信仰应且仅应基于理性和日常经验；启示宗教以犹太教、基督教、伊斯兰教为代表，主张信仰应基于经文和神秘体验。显然，对于理性的非信仰者来说，后者的神秘感更强，也更难接受。的确，相较于科学，宗教没有可预见性、可检验性和可重复性。即便有人声称获得了某种神秘的宗教体验，但由于只是多变而不确定的个体经验，且具有被动性（passivity）、短暂性（transiency）、难言性（ineffability）和知悟性（noetic quality）^[17] ，难以让人服膺。 但若就此把所有的宗教体验均归于错觉幻象或虚构臆造，则未免失之武断。将科学无法证实或难以解释之事等同于不可发生之事，那实在是想象力的悲哀^[18]。不妨设想，一个人的宗教感如同耳朵之于音乐、眼睛之于色彩。耳聪目明者乐之陶之，耳聋目盲者却无知无觉。可以想见，前者美妙热烈的体验不会引起后者丝毫的共鸣，而后者无论摆弄何种理论或证据，也无法令前者怀疑对音乐或色彩的真实感知。我们当然不会天真地指望一个类比就能敲开宗教之门，只希望非信仰者能微启一扇天窗，为信仰之光预留一丝可以透射的缝隙。

人们常为神或上帝之类的超自然物是否存在而纠结，为无福见证神迹而遗憾，实则大可不必，这些并非宗教的核心价值所在。广义上看，宗教认为有一个看不见的秩序，而我们最高的善就在于跟它的正当关系^[19]。宗教学奠基人缪勒（ Max Muller）曾说过：“无论一种宗教何等地不完善或幼稚，它总是把人的灵魂置于上帝面前，而无论上帝的概念多么不完善或幼稚,它总是代表了人类灵魂在当时所能达到和把握的无上完善的理想。”路巴（ James H. Leuba）也说：“上帝并非被认识，也不是被理解，而是被使用……宗教的目标并不是上帝，而是生活，一种更广阔、更丰富、更满意的生活。”由此可见，宗教实乃此岸与彼岸之间的桥梁或渡船，是为了能让信仰者上契超越者——无论那是一位神、一种力量还是一种境界——以求超越个体生命的局限性。换言之，宗教表面上是在鼓励人们对超越者的崇拜，实质上是在帮助人们实现自我超越。这种对人的终极关怀（ultimate concern）是宗教最大的功能，也是科学爱莫能助的地方。对于那些暂时仍对信仰持怀疑态度的人，建议从实用主义的角度来看（虽然信仰者并不赞同这样）：无人能证明科学理论与真实世界是完全相符的，但无人能否定科学有效地改善了人类的物质世界；同样地，无人能证明上帝的存在，但无人能否定宗教有效地改善了人类的精神世界。既然人们对科学欣然接受，又何以对宗教拒之门外呢？

总而言之，宗教对科学既是一种研究领域的补充——从经验世界到超验世界，也是一种思维方式的补充——通过主动地把部分逻辑理性交托与阈下意识（subliminal）而获取启示 ，既是一种情绪的补充——用它的谦卑和热烈去中和科学带来的傲慢和冷淡，也是一种精神的补充——为被科学竭力机械化和物质化的世界提供一方心灵的栖息地 。这些决定了无论科学如何扩展，也无法侵入宗教的内核。不仅如此，哪怕科学把一门宗教的教义批得体无完肤，也难以撼动宗教。因为教义只是宗教的一种投射，而敲打影子是不会伤及原身的。真正的宗教建立于一种难以言表的直接经验之上，它是更具真切性的超感官体认、更具确信度的超理性顿悟^[20]，由其铸就的信仰大坝纵在科学浪潮的冲击之下也自岿然不动。

关于科学与宗教的关系，《人的宗教》一书有段话极具启示性：生命有如一张极大的挂毡，我们却从其反面来面对它。科学总是试图从毛毡后由线与结组成的迷魂阵中去推测其正面的图案，而宗教则直接从正面把整体的美与和谐显现出来。

科学、哲学、宗教是人类洞察宇宙的三大途径，无论从过去的历史还是从未来的趋势来看，三者之间在交叠处互相融合、在对立中互相对话、在冲突中互相促进，但永远无法互相取代。成熟后的科学由于立足实际、贴近生活且有立竿见影之效，必然更容易为人所接受。作为强势的一方，科学不断地挤压哲学中虚无空洞的泡沫，扫除宗教中陈腐荒谬的教条。表面上看，后二者似乎毫无还手之力，只能偏安一隅，但在科学的深处依然离不开哲学的假设和宗教的激励。尤其不要忘记，科学所获得的知识是有限的，而未知是无限的——那里正是哲学和宗教的辖区。

八、综述

科学最显著的一个特点是它的祛魅功能，即努力驱除自然的神秘、消解自然的神圣，把人类从惶恐的惊疑和盲目的信仰中解脱出来，进而获取对自然尽可能多的掌控权以谋求自身的福利。然而过犹不及，科学的进步滋长了人类的自私、贪欲和狂妄，科学主义者们因此逐渐丧失了对自然起码的敬畏，过高估计理性的力量，甚至认为自然科学是人类唯一的正确的认知方式。他们试图把社会科学自然科学化，把人文学科（humanities）科学化，把精神物质化，把主观客观化。他们似乎没有意识到，把人类对真善美的诉求粗暴地简化为对真的偏执，不仅无助于接近客观真理，也无助于增进人类福祉。有鉴于此，本系列的第一部分（即“科学的迷信”）试图为科学本身祛魅，指出科学的许多特征被严重高估了，其中包括：确定性、精确性、可靠性、客观性、中立性、有效性、合理性、真理性、逻辑性、普适性、独立性、无界性、万能性，等等。总的说来，科学是人类用理性编织的巨网，虽然成功地从知识海洋中打捞出无数的珍宝，但这张网既不足够宽阔也不足够细密，甚至不足够结实，更多的宝藏或在网外逍遥，或从网内流失。这不是在贬损科学的价值，而是把科学最崇尚的怀疑精神和批判精神运用于科学本身。倒是那种把科学过度神圣化、绝对化、扩大化的做法才违背了科学精神，才是对科学真正的伤害。

在这孤独的星球上，无知与恐惧如无边的黑暗始终笼罩着人类。纵使科学光芒万丈，也无法照亮整个夜空。值得欣慰的是，在光芒的边际燃烧着哲学的火焰，在光芒的背后还矗立着宗教的灯塔。是的，人类不仅需要科学的力量，还需要哲学的启迪和宗教的关怀、以及伦理的规范和艺术的愉悦。唯有如此，被科学解构得机械而乏味的宇宙才会保持些许生机和趣意，被科学遗落的、躁动而脆弱的心灵才能获得些许平复和慰藉。

（第一部分“科学的迷信”完）

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五、科学是有局限的

18世纪末19世纪初，在科学的疾风劲吹之下，笼罩在大自然周围的迷雾渐渐散去，神学的绝对统治地位摇摇欲坠。值此科学盛景，拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）一语点睛：“宇宙现状是过去之果、未来之因。假如一位智者（后人称之为‘拉普拉斯妖’）知晓某一时刻所有导致自然运动的力和构成自然的所有物体的位置，那么他用一个公式就能描述所有物体（无论巨细）的运动。对他而言，万事皆定，将来如同过去一般历历在目”当被拿破仑问起为何在其科学著作中只字不提上帝时，这位在政治上一贯柔顺的人物表现出哲学上的刚强，再出豪言：“陛下，我不需要那个假设”

拉普拉斯道出了那个时代绝大部分科学家的心声，表达了用科学法则代替上帝法则作为宇宙主宰的信念和豪情。美中不足的是：虽然他拒绝上帝的假设，却也无法解释被牛顿归功于上帝的第一推动力。即便抛开这一点不说，他对科学力量的估计也是过于乐观了。您可能会说：这只能说明时代的局限，不能说明科学的局限。随着时代的发展，现代物理学不是弥补了经典物理学的不足吗？即使现代科学仍不够完善，以后还会继续发展的，科学仍具有无限的可能。此言颇为在理，不过我们在此要质疑的不是拉普拉斯时代的理论本身——现代人去苛责两个世纪前的理论，未免有失公允——而是理论背后的科学观，包括因果律（causality）、决定论（determinism）、还原论（reductionism）、机械论（mechanism）、实在论（realism）、唯物论（materialism），等等。以下我们将会看到，这些思想一方面在不同程度上受到现代科学的挑战，另一方面又在相当程度上为现代科学所倚重，正是这种刚性的需求和内蕴的矛盾折射出科学固有的局限性。

1. 因果律与决定论

因果律描述的是两个相继发生的事件之间的关系，前者为因（cause），后者为果（effect），并笃信凡事皆有因。决定论通常指因果决定论（causal determinism），不仅主张“有果必有因”的反推，也主张“有因必有果”的正推，因而当前的一切可以决定今后的一切。（若用函数关系来刻画决定论，则可以抛弃因果概念——已知A得到B，不代表A是B的原因）强决定论者（hard determinist）甚至把这一观点延伸到意识领域，从而否定自由意志（free will）的存在。

为客观世界建立严格的、完整的因果链不仅是科学的基本原则，也是科学的永恒信念与终极目标。借助正反双向的因果链条，科学得以展现其巨大的魅力和威力，不仅能完美地解释过去，更能准确地预测未来，极大地提高了人类认识世界和改造世界的能力。实际上这正是拉普拉斯所推崇的思想，当然他的表述更加极端——所有的因果律甚至可归结为单个关于时间的微分方程。无奈越来越多的证据表明，这个宏大而诱人的理想很可能只是人类的一厢情愿。根据广义相对论，存在着一些时空奇点（spacetime singularity），如宇宙大爆炸之初或黑洞中心，因果律将被无情破坏，现有的科学理论均告失效。除了这类极端情形外，放射性衰变（radioactive decay）现象也令因果决定论者感到十分尴尬。人们发现放射性同位素的衰变速率丝毫不受外界因素的影响，其衰变过程也无法精确预测，具有完全的随机性（这种特性甚至被用来实现计算机上的随机数生成器）。待到量子力学的浪潮来袭之时，因果决定论更是受到前所未有的猛烈冲击。其中，最重要的两股力量分别来自哥本哈根解释（Copenhagen interpretation）^[1]中的玻恩定则（Born rule）和不确定性原理^[2]。前者通过对描述微观粒子状态的波函数（wave function）的概率诠释，正面向决定论宣战：即使人们能准确地测量电子的一切初始状态，依然不能准确地预测其将来的位置。后者则干脆从理论上断绝了绝对准确测量的可能性，从而让拉普拉斯的理想彻底化为泡影。量子力学的巨大成功迫使许多决定论者退而求其次，不再坚持严格意义上的因果决定论，转而支持概率意义上的因果决定论。还有人试图在宏观领域坚守决定论的阵地，理由是量子力学仅仅描述了微观领域的规律。然而薛定谔（Erwin Schrödinger）为对付哥本哈根派而放出的一只猫（Schrödinger’s cat）^[3]——尽管只是思想实验——在半死不活的呻吟中，把不确定性的幽灵从微观世界放逐到了宏观世界。

量子力学从理论上否定了因果决定论，而混沌学进一步从实践上否定了因果决定论。前者虽然在哲学意义上更深刻，但毕竟不是终极理论,不少人依然心存侥幸，指望有朝一日出现更完备的理论，如隐变量理论（hidden variable theory），足以把一切不确定性从科学的领域中驱除。曾为量子力学奠基人之一的爱因斯坦便是其中的一员，他用“上帝不是在掷骰子”来表达对决定论坚定不移的信念。从实用的角度看，混沌学的破坏力更大，因为它获得了无可置疑的数学支持。混沌系统有一个显著的特点，即系统对初始条件具有敏感依赖性。一个通俗的比喻是：一只蝴蝶在巴西扇动翅膀，有可能在北美引发一场飓风。这未免有些艺术夸张了，与此有关的更现实的一个说法是：长期的天气预报是不可能的。混沌现象最令人惊奇之处在于，不确定性竟可产生于一个确定性系统，这与量子世界内禀的不确定性大相异趣。以著名的三体问题（three-body problem）为例：假设宇宙仅由太阳、地球和月亮三个物体组成，它们遵循牛顿运动定律和万有引力定律。在已知三体各自的质量、初始位置和速度的情况下，求解它们的运动规律。很明显，这是拉普拉斯的决定论系统的一个极简版本。可就是这样一个貌似简单的系统，不仅没有显式解析解，而且运动轨道异常复杂，既不是周期的，也不是稳定的^[4]。任何偶然的外界干扰、微小的测量误差或计算精度的损失，都可能对结果产生重大影响，真可谓“差之毫厘，谬以千里”。更何况，真实的宇宙中天体多如恒河沙数，怎一个“混沌”了得？由此可见，混沌系统即使在理论上遵循因果律，也能造成因果链条事实上的扭曲或断裂，最终削弱科学引以为傲的预测力。

2. 还原论与机械论

如果说因果律是科学研究的基本信念，那么还原论（或简化论）便是科学研究的基本方法^[5]。为了研究一个复杂的现象或系统，还原论的方法是：将其分解为多个组成部分，通过对部分的研究获得对原先整体的认识。如果把该方法从广度上应用于整个宇宙，从深度上应用于基本粒子，那么世界上的一切现象均可归结为基本粒子的运动。哪怕是高级的生命运动，最终也不过是一些低级的机械运动的组合。这正是拉普拉斯的预设，它直接导致了机械论，即世界无非是一架机器，或者是一座精密而准确的时钟。上帝如果还有存在的价值，那就是为这座钟事先上好发条。反过来，机械论也让还原论有了逻辑的基础——神秘存在于细节之中，只要孜孜不倦地解析每个现象，一切神秘将无所遁形。

还原论和机械论一直以来都是科学发展中的主导思想，前者为科学提供方法，后者为科学提供目标。可以说，科学的每一次进步都离不开还原论——观察、实验、分析、抽象无不渗透着还原思想的精髓；科学的每一次进步又坚定了机械论——那些曾神秘莫测的现象在科学的解剖之下显现出机器的骨骼。

就在还原论和机械论合力把科学推向巅峰之时，渐现力有未逮的迹象。考察一个简单的事实：一滴水中的分子数超过10²¹个^[6] 。即使世间所有现象真的可以还原为基本粒子的机械运动，谁又会指望通过计算每个粒子的行为来获取宇宙的规律呢？正是考虑到这一点，玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）在研究气体分子运动时，首次把代表不确定性的概率统计引入号称严密的物理学。尽管宏观的热力学被成功地还原为微观的统计力学，但却付出了确定性的代价，让机械论变得可望而不可即。在此，还原论还遇到一个实质性的困难，即可逆性佯谬（reversibility paradox）：宏观的热力学过程是不可逆的（irreversible）（比如高温物体向低温物体传热的过程），而微观的粒子运动却是可逆的（reversible）。

量子力学依旧扮演着颠覆者的角色。统计力学和混沌学中的随机性尚可归于主观因素（例如研究者的计算能力不足），而量子力学中的随机性则完全是客观的，这是对机械论更为致命的打击。另外，存在于量子过程以及测量过程中的整体性（wholeness）或不可分性（individuality）也与还原论的局部分割思想格格不入。

还原论的方法包含分解与整合两个基本步骤。先看分解过程，它依赖于一个隐性假设：事物分解到一定层次后，问题将变得足够简单。如若不然，分解岂非无休无止？可当人们把纷繁芜杂的宏观世界还原到微观世界，才惊讶地发现那里的随机性和复杂性似乎不减反增。分形（fractal）中具有自相似性（self-similarity）的几何图形更绝，无论把它分割成多少份，局部的复杂度与整体的复杂度完全相同！可见，分解层次的深入并不能保证复杂性的消减。此外，分解过程还有一个要求，即分解的各部分之间尽可能互不干扰，以便各个击破，此谓分而治之（divide and conquer）。但由于事物的普遍联系性，该要求不可能完全满足（例如三体问题就不可能简单地还原为二体问题）。为了贯彻还原论的方法，必然会有意忽略组成部分之间的一些关联，而这种忽略产生的偏差在某些情况下是无法忽略的（比如在一个混沌系统中）。

整合过程同样并非易事。一种情形是分解过细而造成整合困难，比如刚才提到的热力学问题。另一种情形是分解过程中丢失了部分组成要素或关系信息，导致完整性的缺失而无法忠实地反映原有的整体特性。退一步说，即使分解后毫发无损，还原也未必有效。还原论的核心思想是“整体等于部分之和”，这在整体是部分的简单线性叠加的情形下无疑是正确的。但在非线性系统中，整体有可能大于部分之和。比如，一个极为简单的非线性迭代函数也可能产生整体上的混沌。再如系统论（systems theory）中的复杂系统（complex system）^[7]，其特点是：在组成个体之间、系统与外界环境之间动态的相互作用之下，系统通过自组织（self-organization）能产生个体所不具备的、全新的整体性特征，即术语所称的涌现（emergence）。一个有趣的例子来自蚁群。研究发现，尽管蚁后并不统一发号施令，每个蚂蚁的行为均是自发的，相互的交流也是局部的，但整体蚁群却表现出惊人的宏观智能，比如发现运送食物的最短路径、处置尸体的最佳位置等。其他常见的复杂系统还有：神经系统、生态系统、社会系统、股票市场，等等。值得一提的是，宇宙飞船、超级计算机等系统尽管复杂，却不属于复杂系统，只能称为复合（complicated）系统。因为从它们的个体中便能获得系统的完整描述，换言之，它们是可还原的。

在学科层面上，还原论主张：政治学还原为社会学，社会学还原为心理学，心理学还原为生物学，生物学还原为化学，化学还原为物理学。但事实上，每门学科在自身所在的层次上皆有其独有的特性、概念、法则和方法，将其还原为更底层学科经常是徒劳无益——除了滋长还原论者、机械论者以及物理学家们的优越感以外。

人们终于认识到还原论失效的症结所在：它在灵巧地挥舞着解剖刀时，常常会不经意地斩断整体的联络经脉，从而阉割了整体原有的有机特质。庖丁的手再巧、刀再利，也不可能把肢解的牛体拼回原样。于是作为与还原论相对的整体论（holism）开始获得重视，一批以整体论为主体思想的系统理论随之兴起，如“老三论”（一般系统论、控制论和信息论）、“新三论”（耗散结构论、协同论、突变论）等。尽管如此，科学追本溯源的本性和对定量、精确的内在需求决定了还原论始终会占主导地位。无论人们多么不情愿将血肉之躯等同于冰冷无情的机器，也无论机械论在诠释生命现象中如何屡屡碰壁，科学也不会放弃把灵感、冲动、自由意志乃至社会现象还原为基本粒子碰撞的努力。

3. 实在论与唯物论

现代科学与实证科学几乎是同义词，实证对于科学的重要性不言而喻。实证基于一个前提：科学研究的对象是不依赖观察或测量的。从哲学上说，这是一种实在论的体现，即相信客观世界是完全不依赖于主观而独立存在的。与其说实在论是科学的一种信念，不如说是一种方便的假设。试想，假若实验对象的本来性质因观测而改变，甚至压根不存在所谓的本来性质，那么以实验为基石的科学还能真实地反映客观规律吗？这可绝非庸人自扰。不确定性原理已经表明，观察行为的确会对观察对象产生影响。不仅如此，玻尔（Niels Bohr）用互补原理（complementary principle）来解释波粒二象性（wave-particle duality）时指出：电子是波还是粒子完全取决于观察方式。一时间古典的幻梦被打碎，科学一直执着追寻的世界“本来”面目陡然间失去了意义。不仅传统认识论中的主客体分离模式被打破，而且贝克莱（George Berkeley）主教那句曾被无数唯物主义者嘲笑的“存在即被感知”的名言竟然隐隐散发出真理的光辉，本体论（ontology）中的唯物论因此受到灼伤，这让机械还原论者情何以堪？他们可是主张把包括精神在内的一切现象都还原为物质形式的啊。如果再考虑那只薛定谔的猫和从中引申出的魏格纳的朋友（Wigner’s friend）^[8]，主观与客观、物质与意识、实在与虚无之间的界限就更加模糊了。

量子力学尽管理论优美且久经考验，但它对科学所信赖和依靠的因果律、还原论和实在论的挑战超出了常人的直觉和底线。出于对量子理论完备性的怀疑，爱因斯坦等人提出了EPR佯谬（EPR paradox）^[9]。遗憾的是，阿斯派克特（Alain Aspect）等人设计出违反贝尔不等式（Bell’s inequality）的实验，最终化解了EPR的责难。结果，定域实在论（local realism）被否定，定域性和实在性鱼与熊掌不可兼得。假如一定要坚持实在论，便不能阻止类似心灵感应的超距作用幽灵般地出现，而这对现有科学框架的威胁也不遑多让。

六、理性是有局限的

科学的局限一方面归因于客观世界的复杂多变，另一方面则归因于人类理性的先天贫弱。须知整个太阳系在宇宙中也不过是沧海一粟，一个人需要何等的无知和狂妄才喊得出“人定胜天” ^[10]口号啊。诚如帕斯卡（Blaise Pascal）所说：“理性所走的最后一步就是承认有无穷多的事物超出了其认识范围”康德在《纯粹理性批判》里曾系统地揭示了理性的局限，尤其书中四个二律背反（antinomy）反映了人类在时空观、还原论、因果律等方面的认识困境，绝不是单纯的辩证法所能消解的。

最能体现理性局限的是数学和逻辑学。虽然二者名义上被划归形式科学（formal science）的范畴，但如果用可证伪性来衡量，它们并不属于科学。尽管如此，由于数学和逻辑学是所有经验科学（empirical science）的基石，它们的局限必然也是科学的终极局限。更关键的是，作为纯粹心智的产物，所有的数学结论和逻辑推理均是先验的，与经验事实无关（但可能受经验事实的启示），没有被未来实验推翻的可能^[11]，因而它们的局限将是理性无法逾越的终极局限。

历史上，数学家们几乎在同样的时刻犯了与物理学家们同样的错误。1900年开尔文勋爵（本名William Thomson）在英国皇家学会的新年致辞中宣称物理的主体建设已毕，只剩下修修补补的工作了^[12]。虽然他观察到晴空万里的物理世界有两朵不和谐的乌云，却不曾想它们竟让这门学科陷于风雨飘摇之中。无独有偶，同年庞加莱在国际数学大会上自豪地宣称数学上绝对的严密已经实现，再次把大厦将竣的宣言变成了大厦将倾的预言。不久，罗素悖论（Russell’s paradox）^[13]撼动了数学的根基——集合论，引发了数学史上的第三次危机。人们沮丧地发现，理性的精确性和确定性不仅在物理中丧失了，甚至在数学上也不能幸免。更令科学家们感到困窘的是，他们的争论最后都不可避免地超出了科学或数学的范畴，进入到哲学领域。物理上的哲学分歧此前已有涉及，下面简单介绍一下二十世纪初的三大数学哲学流派：逻辑主义（logicism）、直觉主义（intuitionism）和形式主义（formalism）。

逻辑主义认为数学可还原为逻辑，故而只是逻辑的扩展。然而，逻辑派所依赖的一些公理如无穷公理（axiom of infinity)、选择公理（axiom of choice）、可约性公理（axiom of reducibility）等却备受争议。它们的逻辑性、合理性乃至真理性并非都是自明的，它们的选定更非逻辑的产物。尤其是，逻辑主义将数学完全归结于逻辑，不仅抹煞了二者之间的界限，而且无法解释一个根本性的问题：一个纯粹靠逻辑演绎的学科为何能广泛而有效地应用到自然科学？或者说，在思维完全从自然脱离之后，思维规律何以与自然规律保持一致？此外，逻辑主义把整数建立在逻辑之上，但在此之前实质上已涉及了整数概念，涉嫌循环论证。

与逻辑主义针锋相对的是直觉主义。前者竭力依赖逻辑，后者竭力摆脱逻辑而诉诸直觉。直觉派虽不否认逻辑的必要性，但反对把逻辑作为真理的来源。他们认为逻辑推导并不比直接感悟更可靠，与其遵守外在的形式化的逻辑规则，不如遵从来自内心的理性约束。由于坚持数学对象是智力构造的产物，直觉主义只承认构造性（constructive）的陈述和证明，因而拒绝实无穷（actual infinity），排斥选择公理，反对在无穷集合中使用排中律（即任何命题非真即假）。但如此一来，雄伟的数学宫殿虽不至土崩瓦解，也只剩断壁残垣了。难怪希尔伯特（David Hilbert）抗议道，限制数学家使用排中律正如限制天文学家使用望远镜。除了实用性上的局限，直觉主义在理论上也存在不足：人类的直觉很难清晰地界定，更不能保证绝对的正确。

如果要考问何处方能寻得严密可靠的数学，逻辑主义会回答：在逻辑里，直觉主义会回答：在头脑中，而形式主义会回答：在纸面上。以希尔伯特为首的形式派主张抽去数学的一切实际意义，将之彻底形式化为符号操作的游戏。形式主义面临与逻辑主义相似的诘难：毫无意义、脱离实际的符号为何能与经验世界相契合？再者，既然一切都是同样空洞的符号，那么选择某些特定公理系统的理由是什么呢？对此形式派虽不十分坦然，但仍着力打造一套完备而相容的形式系统（formal system），以将所有数学尽囊其中。可惜，哥德尔（Kurt_Gödel）的两个不完备定理（Gödel’s incompleteness theorems）如同两盆冷水把他们从美梦中浇醒。原来，任何一个包含初等数论的形式系统，如果是相容的——不包含任何矛盾，则必是不完备的——存在既不能证明又不能否证的命题；事实上，该系统自身的相容性就是无法（在系统内部）证明的。素以绝对精确、永远正确著称的数学居然无法摆脱不确定的阴影，人类的理性受到空前的质疑，这无疑是值得惋惜的。可是，充满灵性和创造力的数学思维没能沦为符号化的机械程序，人类的理性受到应有的尊重，无疑又是值得庆幸的。

哥德尔定理不仅暗示人类不可能一劳永逸地获取所有的数学真理，同样也为基于形式系统的计算机科学^[14]设置了天花板（数学家们松了口气，尊严和饭碗同时保住了）。例如，图灵停机问题（Turing’s halting problem）堪称计算机科学版的哥德尔定理。让人难以置信的是，这类不可计算（incomputable）或不可判定（unsolvable）的问题非但不是孤例，而且远远多于可计算或可判定的。用数学语言来说，前者是不可数的（uncountable），后者是可数的（countable）。从这个意义上说，电脑虽是人脑的延伸，但延伸的范围非常有限，可以当拐杖却不能当翅膀。

独立于经验的理性（即康德所谓的“纯粹理性”）可贵之处在于，它超越了人类肉身的物理局限，能析天地之理，察万物之变。但理性有一个最大的障碍：无穷（infinity）。 从芝诺（Zeno of Elea）关于运动的一系列悖论（阿基里斯与龟、二分法、飞矢不动等），到康德关于时间与空间、复合与单纯、原因与结果等一系列的二律背反，从贝克莱的无穷小悖论，到康托（Georg Cantor）的最大基数（cardinal number）悖论，无穷总如巨大的黑洞，一再吞噬着理性的光辉。数学家们对无穷的态度完全可以用爱恨交加来形容。一方面，无论从研究对象还是研究手段的角度看，数学都离不开无穷；另一方面，无穷又是滋生悖论和争议的温床，这从数学史上的三次危机以及三大数学流派之间的分歧即可看出。以选择公理为例，它可通俗地描述为：任给若干装球的盒子，总能从每个盒中各选出一只球来。如果盒子数量有限，选择自然不成问题，但如果盒子数量是无限的呢？大多数数学家承认此公理，事实上他们总在有意无意地使用它。不过包括直觉主义在内的构造主义（constructivism）却认为这种所谓的选择过于抽象，不具备可构造性，故拒不接受。特别当他们发现选择公理会导出一些违背直觉的结论时，反对的声音就更大了。比如基于选择公理的分球怪论（Banach-Tarski paradox）^[15]听起来就十分荒诞：可以把一个三维实心球拆成有限块，经过旋转和平移后拼出与原球大小相同的两个球！^[16]很显然，在无穷的问题上，存储容量和计算速度均为有限的电脑照旧不能给人脑提供实质性的帮助。

理性的另一个常见障碍是自指（self-reference）。从逻辑上的说谎者悖论（“我在说谎”），到数学上的罗素悖论、哥德尔定理，到计算机科学上的停机问题，乃至哲学上康德的二律背反（用理性来研究理性本身），自指屡屡让理性陷入“狗咬尾巴”的怪圈。人们开始意识到，理性必须适当舍弃过于宏大的“叙事风格”，谨慎地对待原先惯用的“所有”、“一切”等字眼。但这就意味着，理性要想打开自指的死结，须先打开自身的缺口（颇有点“欲练神功，必先自宫”的味道）。

分布式计算不是一门年轻的技术,早在上个世纪70年代末便已是计算机科学的一个独立分支了; 它也不是一门冷僻的技术,从 C/S 模式到 P2P 模式,从集群计算到网格计算,乃至风靡当下的云计算, 都是其表演的舞台。另一方面,Java 作为一门应网络而生的语言,对分布式计算有着天然的友好性, 同时也是当今最流行的编程语言。然而令人稍感意外的是,以“分布式 Java 应用”为专题的书籍并不 多见,佳作则更少。至于国人所著者,请恕在下孤陋,尚未得见。不过细想之下,其实不足为奇。要 开发一个高质量的分布式 Java 应用,以达到高性能、可伸缩、高可用、低延迟的要求,同时保证一致性、容错性、可恢复性和安全性,是何等的不易啊。它对程序开发的挑战在于:不仅需要对 Java 语言、 类库、各种框架及相关工具极为熟悉,还需要对底层的 JVM 机制、各种网络协议有足够的了解;它对 分析设计的挑战在于:不仅需要熟悉传统的应用架构模式,还需要掌握适用于分布式应用的架构模式 和算法设计。此外,分布式应用对数据库管理员、测试分析人员等也提出了更高的要求。一本书若想涵盖这么多的内容,其难度可想而知。作者不仅需要具备起码的理论素养,更需要有丰富的实践经验。 如果仅仅是纸上谈兵,对读者是无甚裨益的。

正因如此,半年多前收到林昊先生的部分书稿时,便窃感欣喜,认定这是一个很好的选题。作为淘宝网的系统架构师,他有着令人艳羡的得天独厚的实践机会。尤其难得的是,林昊亲身经历了淘宝网的快速成长和转型期,饱尝其间的成败甘苦,从中也获得了许多宝贵的第一手经验。如今,他选择将这些经验以书籍的形式与众共享,对有志于分布式应用开发的读者而言无疑是一大福音。

本书的基础部分介绍了分布式 Java 应用的基本实现方式(重点是SOA)、相关的 JDK 类库和第三方框架,并对 JVM 的基本机制进行了深入解析;实践部分则关注于高性能、高可用和可伸缩系统的构建等。全书文风朴实,并附有大量的代码、数据和图表,比较符合大多数程序员的口味，也非常具有实践指导意义。如果用挑剔的眼光看,本书在深度、广度和高度上还有继续改进的余地,比如:对关键性的并发设计和算法设计可以介绍得更深入些;尚未涉及分布式应用中的安全问题;在性能调优一章中对 Java 源码级别的优化介绍似嫌不足; 未能高屋建瓴地总结和提炼出分布式应用独有的编程和设计原则、架构和思维模式,等等。当然,对于这样一本上乏经典可参、下需躬身实践的书籍来说,以上多属苛求。事实上,本人在审稿过程中也是获益良多。

另值一提的是,林昊先生利用业余时间写作,已是经年有余,其间数易其稿,且从善如流,充分体现了技术人员的求道精神。本书的主题在明是分布, 在暗则是分享——分享一段成长经历、分享一份宝贵经验,无论对作者还是读者,都是善莫大焉。

郑晖

2010年5月24日于广州

三、一切科学都是假说

有两个司空见惯的词组：科学真理和科学假说。殊不知一个是自相矛盾，一个是同义反复。科学是人造的，真理是天造的，将二者并论，如同说“人造纯天然”一样滑稽。而“科学假说”的提法则与“人造非天然”具有相同的冗余度，因为所有的科学本质上都是假说。有人会说这是在抹煞科学假说与科学理论之间的区别，理由是前者是尚未证实的主观推测，而后者是被证实的客观真理。其实前面的讨论早已化解了这一责难，现在请出波普尔（Karl Popper）先生来一锤定音。

我们一直在谈论着科学，却从未明确地给出它的定义。与其重复乏味无趣、充满误导且毫无启示性的名词解释，不如探讨一个更有意义的问题：科学与非科学的划分标准是什么？对于这个划界问题（demarcation problem），以逻辑实证主义为代表的证实主义坚持证实原则，即能被经验证实的理论便是科学，否则便不是。我们不再重述该观点的致命硬伤，只多言一句：证实论者看起来非常强调科学的客观性，自己偏偏违背了客观原则——对理论经过有限次检验后便断定其完全被证实，是不是太过主观了？波普尔的证伪主义（falsificationism）反其道而行之，坚持证伪原则：一个理论是否是科学的，当且仅当它是可证伪的（falsifiable）或可反驳的（refutable）或可验证的（testable）。乍听上去真有些荒诞，把科学与“真”（理）、（证）“实”这样的正面词汇相剥离已是有违常理了，现在竟然要与负面的（证）“伪”为伴了？居然还“当且仅当”？简直是“当当”两记闷棍嘛。

有必要先解释一下，所谓一个命题是可证伪的，并不是指它一定是错误的，而是指它在理论上容许有反例，或者等价地，它有可能被经验所否定。为更好地理解这个定义，不妨反过来思考：一个不可证伪的命题意味着什么呢？一种情形是命题在逻辑上永真，诸如2+3=5、“哥哥比弟弟年长”、“一周有七天”等等。另一种情形是命题无法被经验验证。比如“存在一个全知全能的上帝”、“我们生活的世界都是虚幻的”等等。逻辑学和数学中的命题属于第一种情形，因而这两门学科在波普尔看来都不属于科学。这并不奇怪，因为二者是纯粹理性的产物，并无经验上的意义。宗教和哲学中的命题属于第二种情形，所以宗教和哲学也属于非科学。请注意，这丝毫不意味着宗教命题或哲学命题是错误的或不重要的，仅仅是说它们无法被检验。

一个至关重要的问题是：可证伪理论的合理性在哪里？在回答这个问题之前，我们返回开篇的问题：科学为什么值得信赖？此前业已论证，科学并没有常人想象的那么可靠。科学研究的每个环节——观察、归纳、证实都不能保证它的绝对可靠性，更何况所有的科学理论还建立在假设之上。其实这些都还不是最关键的，它们只是科学工作者所关心的问题，普通民众并不关心也无从关心。可为什么后者对科学的信任度丝毫不亚于前者呢？当然不是因为他们直接参与或见证了科学研究的全过程，而是因为在日常生活中一再见识到科学的预见力（这种预见力一般通过技术来展现），从而感受到科学的价值和力量，以至于对科学坚信不疑。这也不难理解为什么古人更相信巫师、算命先生而不是科学家，因为当时的科学尚不具备令人信服的预见力。精准的预见力不仅给人们一种心理上的强烈震撼，还能带来更多新的事实。宇宙何其之大，事实何其之多，指望漫无目标的观察带来有价值的结果，无异于相信手执铁锹便可从自家后院里挖出金子。有了理论预测，人们才能针对性地安排一些实验，既可以有效地获得新发现，还能有效地检验新理论。可以想见，没有牛顿力学的预测，加勒（Johann Galle）不会从浩渺的天空中幸运地发现海王星；没有广义相对论的预测，爱丁顿也不会带领探险队远赴非洲观测日全食。

事情渐渐明朗了，判断一个命题是否有经验性的价值，关键看它是否包含目前尚未知晓的信息。“明天要么下雨要么不下雨”，对则对矣，可全无用处。“明天将要下雨”，虽未必对，但至少可作参考。有人会说：一个百分之百正确的命题岂不更有价值？此言差矣，如果一个命题不经经验事实的检验就能保证正确，那要么是一个重言式命题（tautology），要么是一个数学命题^[1]，不能带来超出逻辑或数学以外的知识，故而算不得是一种经验预见。“好人死后上天堂，坏人死后下地狱”倒是包含了预见性信息，惜乎无法被证实，故而它的价值仅停留于宗教或道德层面而非经验层面。作为鲜明的对照，牛顿力学因准确地预见了海王星而达到辉煌的顶点，广义相对论因准确预言了恒星光线在太阳附近的偏转角而轰动世界。

波普尔的证伪（或称否证）学说深受“犹太三杰”——弗洛伊德、马克思和爱因斯坦的影响。他本人不仅也是犹太裔，而且可以算是弗洛伊德的徒孙（为弗洛伊德的弟子阿德勒工作过），早年（自认为）是一个共产主义者，与爱因斯坦也有过直接的交往。这三位以及其追随者对各自理论的态度大相径庭，令波普尔感触极深。精神分析学者从来不预测任何事情，但却宣称能解释一切事情。一个人因私利而杀人，他们可以解释；另一个人为正义而牺牲，他们也可以解释。马克思主义者也不遑多让，他们能把任何可以设想的事件解释为对他们理论的证实。资本家降低工资？那是对工人的剥削，是本性使然。资本家提高工资？那是为了调和劳资矛盾，乃情非得已。何时该坚持本国特色、何时该与国际接轨？只要“活学活用”辩证法，何愁不左右逢源？他们也不是全无预测，不过一旦预测失败，总能很轻易地通过引入辅助性的特设来挽救原有的理论。爱因斯坦的态度则迥然不同。他总是在寻求判决性实验，如果结果不出所料，并不能确证其理论；如果结果与预言相悖，则宣告理论失效。比如，他明确地声称：如果不能发现引力红移现象，那么广义相对论将是不可信的。强烈的对比让波普尔得出一个论断：科学态度是批判的态度，必须彻底抛弃教条主义，让理论事先作出超出常识的、尽可能精确的预言，并坦然地接受实验的否证，而不是事后百般地辩解。由于因果关系的不对称性，预见结果比解释原因困难得多，因而先见之明比后见之明有说服力得多。这时候请股评家们来现身说法是再合适不过的了。提起前一天的股市行情，无论如何诡谲多变，他们都能分析得头头是道，“必然”二字贴满了一脸。可一到第二天的行情预测，他们便开始含糊其辞，扭头从“必然”王国走进了“自由”王国。

可证伪理论是时代的产物。牛顿的经典物理学曾被看作终极的宇宙真理，拉格朗日（Joseph Lagrange）的话道出了当时科学家的心声：“牛顿是伟大的，他发现了宇宙的规律；牛顿也是幸运的，因为宇宙只有一个。”随着相对论和量子力学的兴起，牛顿理论作为绝对真理的神话彻底破灭。作为这一科学史上重大事件的见证者，波普尔意识到：科学的本质不在于无误性，而在于可错性。此处的错，不一定指彻头彻尾的错误。例如，牛顿力学并未完全被否定，在宏观低速的领域仍然是适用的。爱因斯坦说得好：一个理论的最好命运莫过于它能指出一条通往一个更广泛理论的道路，而它在新的理论中作为一种极限情形继续存在。

证伪论的合理性还体现在它聪明地绕开了那些使证实论难以自拔的沼泽地。它不纠缠于认识论中有关知识的来源以及可靠性等问题，也不再枉费心机地为归纳法正名，更干脆地放弃了对科学的真理性的执着坚守，把传统的“观察－归纳－证实”的实证机制用“问题－猜想－反驳”的试错机制来代替（或：问题1－尝试解决－消除错误－问题2）。由于证伪过程是一种否定后件式的假言推理，属于演绎推理（deductive reasoning），具有归纳推理所不具备的逻辑上的严格性。只是一个反例便足以推翻一个定律，这种类似“一票否决”的机制听起来未免过于残酷。对此波普尔的说法是：不可反驳性不是一个理论的长处，而是它的短处。不敢冒被反驳的危险的理论是没有实质性内容的，如果我们的目的是追求知识的增长，那么就应该放弃追求理论的（逻辑）高概率（没有任何实质内容的重言式概率最高）。理论的内容越丰富，则包含的信息越多，禁止发生的现象越多，也就越容易被未来的经验所反驳。从这里我们看到了经济学原理的影子：理论的价值与风险成正比。此外，波普尔还把生物学中的进化论引入认识论，认为知识的增长是一个自然选择的结果，人类拥有的知识时时刻刻由迄今在适者生存的竞争中幸存下来的假说组成。

证伪论不仅重新定义了科学理论——可以被证伪但尚未被证伪的猜想或假说，也重新定义了科学态度——不是小心地呵护理论、谨慎地避免错误，而是不断地挑战理论、努力地发现错误并从错误中学习。必须了解，当一个理论完备到足以解释世间发生的任何事件的时候，当一个理论灵活到足以躲避任何攻击的时候，当一个理论被声称是放之四海而皆准、永远颠扑不破的时候，当一个理论被高喊着要坚决捍卫的时候，当一个理论被用作评判其他理论的标准的时候，恰恰是该理论远离真理接近教条、远离科学接近迷信的时候。

四、没有绝对理性的科学

波普尔开创了批判理性主义（critical rationalism）的先河，他的证伪论大胆新颖、简洁有力。但证伪论也有它的局限，同样要接受他人的批判，而这也正是它所倡导的。实际上，一个理论不可能因为一个反例就轻易地被否证。有时是因为反例本身来源于观察，而观察并不完全可靠；有时是因为忽略了某些不该忽略的因素；有时被否证的理论通过少量的修改可以继续存在。总之，否证论过于刚断激进，忽略了理论的柔韧性和稳定性（波普尔本人也意识到否证的界限并不总是那么清晰的）。例如，牛顿理论在解释水星近日点进动（perihelion precession）的问题上遭到了困难，但人们并没有立即抛弃该理论，而是孜孜不倦地寻找支持的证据，甚至希望能有类似海王星那样的发现。直到广义相对论成功地解释这一现象并被广泛地接受后，这种努力才被放弃。此外，否证论是从微观的角度来探求科学发展的模式，全然忽略了科学理论的历史背景和整体框架。

库恩（Thomas Kuhn）是一个证伪论的反对者，当然也是证实论的反对者。他创造性地提出了一套范式（paradigm）理论，认为科学的发展不是线性递增的渐进过程，而是周期性的革命或突变，即范式转移（paradigm shift）（这一术语并非库恩创造的，不过后来被广泛地应用于其他领域）。所谓范式，不是指某个具体的理论，而是指科学共同体（scientific community）共有的世界观和方法论，包括价值标准、形而上学原则、符号体系、理论框架、应用方法等等。通俗地说，范式就是看待问题和解决问题的模式与套路，既有客观成分——理论和方法体系，也有主观成分——心理信念。据此，库恩把科学的发展过程描述为如下几个周期性的阶段——

在从事某一学科的研究者对共同研究的问题尚未达成基本共识之前，该学科处于前科学（prescience）阶段。各种候选范式激烈碰撞、互相融合，最后脱颖而出的范式成为公认的准则。于是，研究活动开始从无组织到有组织、从多样化到单一化，此时便进入常态科学（normal science）阶段。拥有统一范式的学科标志着它的成熟，库恩以此作为区别科学与非科学的一个重要特征（虽然他并不十分热心划界问题）。在常态科学阶段，科学家们倾向于维护和发展现有的框架，不会轻易地否定它。即使出现一些难以解释的反常（anomaly）现象，也会尽量地通过修正理论来克服。在经过一段稳定期之后，困难愈来愈多、愈来愈严重以至失去控制，科学家们的固有信念渐渐动摇，危机（crisis）随之来临。直到一种能有效化解危机的新型范式出现，并被越来越多的科学家认同的时候，科学革命（scientific revolution）便产生了。

举一个范式转移的实例。19世纪末，经典物理学取得了无与伦比的全面成功，作为三大支柱的经典力学、经典电磁学和经典热力学，当仁不让地成为各领域的范式。物理学家们无不踌躇满志，俨然已掌握了大自然的终极密钥，早把哲学家们的谆谆告诫抛诸脑后。孰料天空飘来的“两朵乌云”（迈克尔逊-莫雷实验与黑体辐射实验）引起了一场暴风骤雨，看似坚不可摧的物理学大厦竟变得摇摇欲坠。幸得相对论与量子力学应运而生，分别驱散了这两朵乌云，最终让物理学安然度过危机。它们也众望所归地成为两个崭新的范式，完成了现代物理学的一次重大革命。

范式理论不仅否定了科学的渐进性，更对科学的客观性提出了挑战。即使当前范式百孔千疮，科学家们仍倾向于坚守，这已不能用事实或理论来解释，只能说与信念有关。量子力学奠基人普朗克（Max Planck）迫于情势提出了量子假设，但出于对经典范式的深深信念，后期一直试图把自己的假设纳入其中。他曾深有体会地说：“一个新的科学真理并不是靠说服它的对手并使其看见真理之光取胜，而是由于它的对手死了，新的一代熟悉它的人成长起来了”即使比普朗克显得更为开放的洛伦兹（Hendrik Lorentz），也遗憾没有在旧的基础崩溃之前死去。范式信念的烙印之深，由此可见一斑。难怪库恩把范式转移比作心理学上的格式塔（Gestalt）转换、宗教上的改宗、政治上的改革。无知的现代人常常会忍不住嘲笑亚里士多德的理论，诸如五大元素说、地心说、重力说等，是否想过自己又会怎样地被后代嘲笑呢？不同的历史时期有不同的范式，那是近乎宗教般的信仰，岂是轻易可以超越的？

同样地，一个新范式的接受与否也不全靠严密的逻辑论证或严格的实践检验，有时取决于科学直觉、宗教或哲学观点、对和谐的信念、个人心理、社会心理等非理性因素。比如哥白尼反对地心说的一个根据是：它的体系过于复杂，不能彰显造物主的伟大。他提出的日心说在当时并没有足够实验数据的支持，相反还有不少不利的事实，但由于比地心说更简洁、更自然，仍吸引了不少包括开普勒和伽利略在内的科学家参与到新范式的建构中来。“让一个方程符合美比符合实验更重要”狄拉克（Paul Dirac）这句“唯心”的名言在麦克斯韦方程组中得到了最好的应验。麦氏方程组从内容到形式无不体现出科学的和谐与美妙，人们在惊叹的同时也加深了对其正确性的信念。只可惜，美并没有一个量化的标准。开普勒的行星轨道方程在很长时间内不被接受，就是因为包括伽利略在内的科学家都不喜欢椭圆，认为正圆才是最高贵最完美的。无论宗教、哲学、美学等带给人的启示是正面的还是负面的，它们都实实在在地影响到了范式的接受程度。此外，社会因素也不可忽视。爱因斯坦的相对论在很长时间里只有极少数人能真正理解，可为什么很快能广泛地被世人所接受？除了有限的实验支持和理论本身的优美之外，媒体和科学界推动的社会建构（social construction）也是功不可没的^[2]。

库恩认为范式具有不可通约性（incommensurability），即不同的范式之间难以比较，没有绝对的好坏标准。但他本人拒绝被冠以相对主义（relativism）的帽子，理由是他并不否认范式革命的进步性和不可逆性。不过下面的例子多少说明相对主义也不无道理。亚里士多德认为行星的圆周运动是自然的、无需解释的。牛顿认为匀速直线运动才是自然的，行星作（近似）圆周运动是由于引力作用。他同样也没有解释其中的原因，只是把它们分别归结为自己的第一运动定律和万有引力定律。在后人看起来，牛顿的说法无疑是更科学的。然而到了爱因斯坦那里，万有引力再次消失，行星轨道的弯曲是因为时空弯曲的缘故。如果认同广义相对论，那么亚里士多德的说法岂不是在某种程度上比牛顿的更接近真理？^[3]

比较几种不同的科学观，大致可以说：逻辑实证主义重在真，波普尔重在善，库恩重在美。逻辑实证主义强调科学的真理性，那是毋庸置疑的。何以说波普尔重在善呢？波普尔批驳了逻辑实证主义一厢情愿的求真信念，提倡理性的批判精神，由此而带来的美德将是：诚实公正、尊重他人、勇于认错、反对权威、鼓励开放、崇尚自由、提倡民主，等等。波普尔的这种求善思想在《开放社会及其敌人》中得到最明显的体现，尽管那不是一本科学哲学方面的著作。库恩则强调科学的发展不是单靠自身内部的逻辑力量，还深受社会文化的影响。他认为不同的范式之间在逻辑上并无优劣之分，选择的标准不完全是客观的，还有包括审美（简单、对称、和谐、一致、优雅等）、直觉、信念、价值判断等在内的心理要素。

拉卡托斯（Imre Lakatos）认为波普尔的证伪论过于朴素（如忽略了理论的坚韧性和整体性），库恩的范式论过于非理性（如过分强调社会和心理因素），集二者之大成提出了科学研究纲领方法论。研究纲领（research programme）是一组具有严密内在结构的科学理论系统，由中心的硬核（hard core）和周围的保护带（protective belt）组成。其中硬核是纲领的不容反驳的基础理论，保护带是容许反驳的辅助假设。比如，地心说是托勒密天文学研究纲领的硬核，牛顿三大运动定律和万有引力定律是牛顿力学研究纲领的硬核。当研究纲领遭遇反常现象，将通过修改保护带来维护硬核，使研究纲领免遭证伪。一方面，拉卡托斯继承了库恩的历史论（historicism）和整体论（holism），把范式改造为研究纲领，承认科学家们协同地在一个框架内工作，但否定框架之间的不可通约性以及框架选择对信念的过分依赖性。另一方面，他把波普尔的朴素证伪论（naïve falsificationism）在划界标准和证伪规则上进行了改造：一个理论被称为是科学的，仅当它比其先行或与其竞争的理论有更强的发现新颖事实的能力之时^[4]；一个理论被证伪，当且仅当另一个理论有更强的解释和预测能力。拉卡托斯的精致证伪论（sophisticated falsificationism）否定了判决性实验的存在，保证了科学理论发展的连续性。

正统的科学观受到越来越强烈的质疑，波普尔无情地把科学置于证伪的烈火之上炙烤，库恩悄悄地在科学的土壤里播下革命的种子，拉卡托斯小心地给科学裹上保护带浸泡在反常的海洋之中。但在费耶阿本德（Paul Feyerabend）的眼里，这三位还是显得过于委婉和温情了。他抡起认识论无政府主义（epistemological anarchism）的大锤，二话不说就砸碎了科学的圣像。听听他的发言——

持传统科学观点者听到这些难免会耳热心惊，甚而会因心中的女神被亵渎而恼羞成怒。然平心而论，费氏观点虽有偏颇之处，却也不无道理。他正确地意识到：理论的增长是对科学有益的，而齐一性则损害科学的批判力和创造力；不顾具体条件而硬性规定一些所谓科学的规则，不仅不会给科学带来什么帮助，反而会阻碍科学的发展。他还通过自己对中医的切身经历，得出一个结论：仅仅因为中医不符合西医的理论或规则而将其排斥是十分荒谬的^[5]。费耶阿本德对缺乏人性关怀的科学主义（scientism）也深恶痛绝，认为科学最重要的问题不是求真，而是求善，即它在何种程度上增加了个人的幸福和自由。他一方面批判科学方法论、理性主义和科学沙文主义，一方面提倡科学的民主化、研究方法的多元化和非理性的合理化，从而填平了科学与非科学之间的鸿沟，消解了理性与人性之间的矛盾。正如休谟那样，费耶阿本德的目的是：用理性反思理性，将人性注入理性。人们往往对“无政府主义”这样的词汇有天然的反感，但认识论的无政府主义完全不同于政治上的无政府主义。尤其是，费耶阿本德声称它只是在为时代把脉后开的一剂猛药（偷师中医？）。既然是药，就难免有毒，也不可能永远吃下去，否则必会矫枉过正。或许下面这句话更能反映他的本意——

科学，一个神圣的词汇，作为名词是真理的同义语，作为形容词是正确的换喻词。渺小的人类正是依仗科学这把神兵利器，俨然已可与大自然分庭抗礼。从来没有一种信仰能象科学那样深入人心，胆敢怀疑科学者似乎不是愚昧便是狂妄。本节标题把科学与迷信并列，绝非哗众取宠，而旨在说明一个现象：科学在破除大量迷信的同时，也渐渐变成了一种新的迷信。

有关科学的神话不胜枚举，下面是一些最常见的说法——

接下来我们将一一刺破这些迷信的肥皂泡。为了让话题更加集中，如无特别说明，以下科学主要指狭义的自然科学。

一、没有绝对可靠的科学

首当其冲的一个问题是：科学如此值得信赖的根本原因是什么？也许可以换种问法：科学与其他途径获得的知识有何本质的不同呢？最常见的一种解释是：科学是从客观事实中严格推导出来并通过实践检验的。言下之意，从可靠的事实出发作可靠的推理，得出的结论自然也是可靠的，更何况还要经过反复的验证。真是环环相扣、无懈可击，简直不容置疑。事实上，我们的思维早已被训练得如此地刚性，以至于对此哪怕只闪现一丝怀疑的火花，都会本能地自行掐灭，以防灼伤大脑。本着寻根究底的科学精神，我们发现以上解释实际上隐含着三个观点：一、人的感官经验（sense experience）是确实的和精确的——实证主义（positivism）的观点；二、从一系列特殊的事实能推出一般性的结论——归纳主义（inductivism）的观点；三、被经验证实（empirically verified）的理论是有效的——证实主义（verificationism）的观点。随着哲学标签的引入，我们的讨论开始弥漫起学术的气息，希望您感到的是陶醉，而不是晕眩。下面，让我们试着往思维中掺入一点柔性的元素，以审视的目光重新打量这三个观点。

1. 关于经验观察的可靠性： 人们永远不可能通过观察获得绝对客观的事实。

首先，由于测量仪器精度有限、测量方法或理论公式不够完善、实验条件不尽理想、实验者存在生理局限，实验中的各种偶然误差和系统误差无法避免。随着实验手段的进步，测量误差可以降低，但永远不可能完全消除。海森堡（Werner Heisenberg）的不确定性原理（uncertainty principle）甚至从理论上保证了有些成对的共轭（conjugate）物理量（如位置与动量）不能同时达到任意精度。有人认为只要测量误差足够小，那么对结果的影响总是可以忽略不计的。可惜混沌（chaos）现象的出现破坏了这种乐观的情绪，人们发现一个非线性动力系统可能会对初始值具有极其敏感的依赖性，即俗称的“蝴蝶效应”。换言之，一个混沌系统对测量误差是零容忍的。

其次，观察者的测量行为可能影响到被观察的事实。正如量子力学中所揭示的那样，观察者既是观众，又是演员。当我们测量水温时，温度计已经改变了水温；当我们测量轮胎气压时，已经放跑了部分气体；当我们偷窥动物的世界时，往往在不意间会惊飞几只灵敏的鸟儿。

最后，观察者的客观性存疑。种种实验表明，人的感官并不绝对可靠。耳听固然是虚，眼见也未必为实，难道忘了我们是怎么一次次地被魔术师们欺骗的吗？不仅如此，观察者的实验行为依赖于其理论知识和实验目的，同时也掺杂着个人情感和价值判断，从而不可能做到绝对的中立、客观和理性。一个家喻户晓（但未必真实）的例子是牛顿因观察到苹果的落地而得出了万有引力定律，为什么其他人都熟视无睹？另一个著名案例来自密立根（Robert Andrews Millikan），他在作油滴实验时有意识地去掉了“丑陋的”数据以迎合完美的理论，并因此获得了诺贝尔物理学奖。

2. 关于归纳推理的可靠性： 归纳推理（数学归纳法除外）是不严格的。

实验事实通常具有特殊性，在逻辑上表现为一个特称命题（particular proposition）。科学理论通常具有一般性，在逻辑上表现为一个全称命题（universal proposition）。从一组特称命题推导出一个全称命题，被称为归纳推理（inductive reasoning）。容易看出，这种推理并无逻辑上的保障。即使发现一万只乌鸦全是黑的，也不能断定“天下乌鸦一般黑”。对此，归纳主义者提出：应观察大量的事实，如果这些事实均符合同样的规律，则可断定理论成立。可究竟多大才算“大量”？没有一个公认的标准。不仅理论的必然性无法保证，甚至连大概率的正确性也是一种奢望。因为事实总是有限的，而理论涵盖的对象却通常是趋于无限的，有限的样本相对无限的取值空间而言，在概率上都趋于零。更何况有些实验是无法多次进行的，举个极端的例子：原子弹的杀伤力实验在整个世界历史上只进行过两次。

归纳法除了有数量问题外，还有个时间问题：过去成立的事实不代表将来也会成立。极端如休谟（David Hume）者，甚至拒绝相信明天的太阳定会升起，哪怕它此前从未旷过一天工。如果您闻听此言有将其暴打的冲动，不要忘记他可是近代最重要哲学家之一（许多人认为“之一”二字都是多余的），既不痴傻疯癫，也非胡搅蛮缠。有人据理力争：归纳法不是在以前的理论形成中屡试不爽吗？哼哼，休谟又在一旁冷笑了：这分明是在循环论证！归纳法在场合A是成功的，归纳法在场合B是成功的，。。。，由此推出归纳法在任何场合都是成功的。这个推理本身不正是归纳推理吗？用归纳推理来论证归纳推理的正确性，不是循环论证是什么？每当NBA评论员用历史数据来预测胜负的时候，每当某些人动辄以“历史证明”来寻求其断言的合理性的时候，不知道他们的颈后是否感受到来自休谟鼻孔里的森森凉气？

对于归纳法的另一个质疑容易受到忽视，但同样令归纳主义者感到如芒在背。众所周知，实验数据通常是有误差的，而理论公式通常却是精确的。回忆一下，胡克定律、欧姆定律的线性正比关系，库仑定律、万有引力定律的平方反比关系，哪一个不是简洁精确的？试问：从不够精确的特殊事实如何能推导出精确的一般结论？从严格意义上说，恐怕连归纳推理都算不上吧？

3. 关于理论检验的可靠性： 一个理论无论被成功地检验过多少次，也不能被证实。

该问题从某种意义上说是上两个问题的重复，只不过一个发生在理论确立之前，一个发生在理论确立之后。实验结果与理论预测常会有一定的出入，而误差的允许范围并无明确的界定。更糟的是，人们在检验理论之时往往比建立理论之前带有更多的主观性。为了维护现有的理论，支持者总会精心挑选有利的事实或者增加辅助性的特设来自圆其说，颇有“事后诸葛亮”的嫌疑——心理学上称之为后视偏差（hindsight bias）。倘若一个理论在验证过程中陷于为辩护而辩护、为修正而修正的境地，那么很可能已经偏离了真理的航道。地心说便是一个典型实例。该学说在解释行星运动时一再遇到困难，但支持者们总能找出一些牵强的理由和生硬的假设来挽救。例如，为了解释行星逆行现象，托勒密（Claudius Ptolemaeus）专门提出本轮（epicycle，周转圆）理论。地心说就这么一路缝缝补补，竟然也流行了两千年，直到为哥白尼的日心说所取代。

科学的可重复性原则也是为人津津乐道的。相当一部分人认为，当一个理论在被不同的人、不同的时间、不同的地点被反复验证后，其正确性便可以得到保障。特异功能被斥为伪科学的一个原因便是其不具备可重复性。事实上，验证次数不是一个绝对的衡量标准。1919年，爱丁顿（Arthur Eddington）的一次日全食观测便成了判决性实验（crucial experiment），此前无数次被检验的经典力学在一夜之间变得脆弱不堪，而头一回被检验的广义相对论则开始逐渐为人们所接受。再者，可重复性本身就是一个相对的概念，任何两次实验都不可能完全地对等。有些理论囿于客观条件、伦理道德等限制，直接检验的机会极少，甚至完全没有，主要通过理想实验、模拟实验、替代实验等间接方式。如进化论、宇宙大爆炸理论、一些生物医学理论，等等。

二、一切科学都建立在假设之上

传统的认识论（epistemology）认为，（科学）知识是观念符合对象的结果。至于二者是如何相符的，在近代西方有两种截然不同的观点：一个是笛卡尔（Rence Descartes）创立的唯理论（rationalism），主张知识源于先天观念，推崇演绎法；另一个是培根（Francis Bacon）创立的经验论（empiricism），主张知识源于感官经验，推崇归纳法。两大派别多年来一直争战不息，休谟的出现更加剧了二者的矛盾。他从经验论的阵营中杀出，把经验论引向怀疑论（skepticism）的死胡同，并通过否定归纳原理断绝了它的归路。不等唯理论幸灾乐祸，休谟回手对它的软肋发出致命的一击——否定绝对的因果律。每当人们说“太阳把石头晒热”的时候，休谟就会不识时务地跳将出来：凭什么说“太阳晒”导致了“石头热”？我能够感受到的只是太阳晒和石头热，却感受不到二者的因果关系。人们之所以相信两种现象之间因果联结，只是因为它们恒常地前后相伴。但那不过是一种下意识的联想或习惯性的信念，找不到任何逻辑的依据。很显然，一旦因果链条被割断，唯理论的战车将彻底陷入瘫痪。休谟的破坏力还不止于此，他坚称：观念就是观念，永远不可能是对象，谁也不能保证它们一定相符，从而把整个认识论推向彻底的不可知论（agnosticism）。如果您觉得休谟在无理取闹，那就大错特错了。他的观点尽管令人不快，却是无可辩驳的。当人们确信自己的主观认识符合了客观事实的时候，却未意识到这本身就是一个主观判断，与先前的归纳推理一样坠进循环论证的泥沼。从实质上看，唯理论以非理性的方式来坚持理性，而休谟以怀疑理性的方式来坚持更纯粹的理性。作为一个“温和的怀疑论者”（休谟自称），休谟一方面拒绝轻信和盲从，一方面为冷冰冰的科学注入人性，明确划分了知识与信仰的界限，并为理性和宗教的盲目崇拜者分别开了一副清醒剂。

休谟撬动了人们一直迷信的科学理性的根基，也将另一位哲学伟人——康德（Immanuel Kant）从独断论（dogmatism，或译为教条主义，此处指唯理论）的沉梦中惊醒。后者从此开始了长达十一年的闭关修炼，终于推出划时代巨著《纯粹理性批判》（Critique of Pure Reason），力图在独断与怀疑、理性与经验、演绎与归纳、唯物与唯心之间取得调和。鉴于唯理论无法解释科学知识的经验依赖性，而经验论又无法解释科学知识的普遍必然性，康德创立了先验唯心论（transcendental idealism）。他的一个论点是：科学知识源于先天综合判断（synthetic a priori judgment）。打个粗糙的比方，如果把人脑比作电脑——当然是能自动开发和升级软件的超级电脑，当这台电脑刚出厂时，唯理论者认为它已是各种软件齐备，经验论者它认为只是一台裸机，而康德折衷地认为它仅预装了操作系统的内核（kernel）。他有一句惊世骇俗的名言：“我们的理智不是从自然引出规律，而是把规律强加于自然”，并且毫不谦虚地把自己的这套理论比作哥白尼式的革命（反对者则讽刺为托勒密式的反革命）。其理由是：哥白尼把“太阳围绕地球转”改成了“地球围绕太阳转”，而他把“（认识的）主体围绕着客体转”改成了“（认识的）客体围绕着主体转”。即知识不是观念符合对象，而是对象符合观念。在他看来，经过这样的关系反转，认识论的难题便会迎刃而解。

康德哲学并非无可挑剔，但有一点是不易之论，即所有的科学理论都是人给自然设立的法则，哪怕后者未必遵从。对此一个有力的支持证据是，所有的科学理论均建立于人为的假设之上。不少人会觉得不可思议，因为在他们的潜意识里，科学与假设是互相对立的概念——科学理论都是真理啊，“真”理岂能“假”设？不妨这么说，如果一套科学理论是一座大厦，那么事实是砖石，而假设是地基。没有事实，科学理论固然无法构建；但没有假设，科学研究甚至无法开始。

有一个假设是所有的科学都无法逃避的，即科学研究的对象是有规律的。（如果您觉得这本是天经地义的话，请复习以上休谟先生的发言）人们采纳该假设绝不是因为证明了客观规律的存在性，而是出于一种信念，或者一种无奈——倘若不信，我们还能做什么呢？柏格森（Henri Bergson）就认为，所谓的规律只是科学家脑中歪曲的图像。

关于规律的假设还得进一步加强：规律不仅存在，而且要足够地简单，简单到可以为人类所认识。（如果您觉得这是在侮辱人类的智慧，那一定是对人类的智力水平作了未经证实的乐观假设）为什么那么多的物理定律可以用简单而精确的数学公式来表达？正如前文指出的那样，这些定律从未被真正证明过，不只是因为归纳法的局限，也因为粗略的实验数据无法严格地验证精确的数学关系。这些定律能被广泛接纳，仅仅是因为科学家们坚信规律应当是简单的。假如一定要拒绝规律的简单性假设，那么就得承认科学理论不是真理，至多只是对规律的简化描述。

仅仅假设客观世界是有规律的、可认知的还远远不够，科学家们在研究过程中总会有意无意地增加许多实用的假设。比如，声称“我不作假设”的牛顿在他的力学理论无意中用到了绝对时间的假设，而爱因斯坦在他的狭义相对论中则有意地引入了光速不变的假设。为了更好地说明问题，我们介绍一下大科学家庞加莱（Henri Poincaré，也译为彭家勒）提出的约定论（conventionalism）。该理论认为，在科学创造过程中总会选择一些约定（convention），这些约定无所谓真假，仅仅是出于方便才提出来的。约定论行走于经验论和唯理论之间，一方面认为约定不是凭空产生的，而是受经验的引导或提示；另一方面认为约定是人类自由创造的产物。在一定程度上，庞加莱也赞同康德的先验论，认为一些算术公理是先天综合判断，但同时也认为欧氏几何公理仅仅是约定（否则无法解释非欧几何的合理性），并非康德所坚信的绝对真理。相比康德主张的人为自然立法，庞加莱主张的是人为科学立法。他提出，一个被反复验证过的规律可以通过约定从定律提升到原理，从此不再接受实验的检验，成为永恒的严格的真命题^[1]——这就部分地解释了被我们一再质疑的精确公式的合理性。一个适当选择的原理虽然牺牲了客观性，但却能给科学研究带来极大的便利。比如，牛顿第二运动定律（F=ma）可以提升为原理（比如作为力或质量的定义），成为力、质量和加速度之间的永恒关系。正是基于这种思想，他建议将光速不变作为公设，因而被爱因斯坦尊为相对论的先驱。约定并不是假设的全部，庞加莱把科学假设细分为三类——

还有一点值得注意，科学都建立于数学之上，而数学又建立在公理之上。所谓公理，无非是一些公认的却又无法证明的命题，本质上也是人为的设定。从这个角度看，科学也是离不开假设的。有人会反驳，数学公理虽然无法被证明，却是不证自明的。可惜随着非欧几何的横空出世，此言不攻自破。

实证主义，尤其是逻辑实证主义（logical positivism或neo-positivism）主张把形而上学（metaphysics）从科学中彻底排除，以捍卫科学的纯粹性。然而，由于科学与假设之间千丝万缕的联系，注定了这种努力是徒劳的。况且，对客观世界可知性的假设不正是一个地地道道的形而上学问题吗？

尊敬的读者，您会认同以下哪些说法呢？

假如您赞同以上某些观点，您将是我意料之中的读者；假如您反对以上所有观点，您将是我意料之外的知音。下面的问题或许更现实、更有趣些——

您一定会问：一篇文章有可能解决这么多的问题吗？它们之间又有什么必然的联系呢？正所谓醉翁之意不在酒，本文的重点也不在于解决这一堆难题，而在于提出一种“刚柔思维”的观点。这当然不是在翻版国产的阴阳思维或舶来的辩证思维，主人的手艺再差，也不会靠炒冷饭来招待客人的。如果说后二者是看待事物的二分法——阴与阳、矛与盾，那么前者便是思维方式的二分法——刚性思维与柔性思维。换言之，后二者关注的是事物的正反两面，而前者关注的是思维的上下两层。

为阐明观点起见，本文将涉及多种学科和领域。如果您对某些方面知之甚少，不必望而却步。请记住，它们只是辅助论据，并非核心论题。容忍自己的无知，正是柔性思维的一种表现。如果您是某些方面的专家，慧眼识出文中谬误，也不必拂袖而去。别忘了，错误的论证并不必然导出错误的结论。容忍他人的无知，同样是柔性思维的一种表现。

本人在数学和计算机领域尚知一二，在其他领域则未知万一。以微薄之才而论天地之道、心灵之术，何啻以升量石。每念至此，不胜惶惑，情知贻笑大方事小、贻误后学事大。特于文后详列文献出处，以供读者参阅，或可稍安惴惴之心。然则如此，文中话题无不敏感，观点无不鲜明，结论无不坚定。或有人问：这般前后不一，岂非貌恭实倨、虚伪之至？其实不然。敬畏未知，怀疑已知，非此则无以广博，是为思维之柔；不惧未知，坚信已知，非此则无以精深，是为思维之刚（疑似坠入辩证法的泥淖）。思维之法，自当刚柔并济，文中要旨即在于此。欲知刚柔之义、刚柔之用，且听下回分解。

该文的成因可一言蔽之：久积于心，不吐不快。用计算机的语言来说：它是为防止大脑内存过载（memory overload）而将部分想法序列化为语言（serialization）、持久化为文字（persistence）最终形成的一个快照（snapshot）。之所以选择开源（open source），是希望能对他人有所裨益。除此之外，别无他意，亦无他求。为避自命高深或故作矫情之嫌，并免无谓口舌之争，后续文章将关闭评论（参见问题：为什么网络争论通常是无效的？）。用恶俗得令人倒胃的流行网语来说：本人既不牛逼，也不傻逼，更不装逼。拒不相信者，请打道回府；有心赐教者，请在此留言；由衷赞赏者，请五星相赠（本博客支持评分机制）；鄙视不屑者，请一分示嘲（很抱歉没有提供零分或负分）。

文中“刚性思维”与“柔性思维”的提法不幸与某些文章撞车，好在只是名称上的冲突，内涵并不相同。特此说明。