形上集

普朗克原理

2020-01-01 作者╱高涌泉
科學真理之所以勝利,是因為反對者終究死去了嗎?


以量子大師普朗克命名的科學名詞為數不少,例如國家教育研究院公佈的學術名詞就包括:普朗克常數、普朗克能量、普朗克長度、普朗克質量、普朗克溫度、普朗克時間、普朗克輻射公式,以及佛克耳-普朗克方程式等。但在上述這些大家都耳熟能詳的名詞之外,還有個普朗克自己絕對沒聽過、也應會感到有點莫名其妙的「普朗克原理」(Planck'sprinciple)。


人們之所以認識這個新詞,我相信應該是因為讀到一篇發表於知名期刊《科學》的論文(請見Science, 212,717(1978))。這篇論文的標題就是〈普朗克原理〉,作者是三位哲學家(一位科學哲學教授與兩位研究生),內容主要是在質疑普朗克原理能否成立。


什麼是普朗克原理?普朗克在他過世前不久寫了一篇〈科學自傳〉,裡頭有這樣一段話:「新的科學真理並非透過說服其反對者、讓他們看清真相而獲得勝利;真理之所以勝利,是因為反對者終究死去,而熟悉新理論的新一代成長了。」基於普朗克這一番話,所謂「普朗克原理」的意涵即是:科學的進展不是透過理性論證與客觀證據達成的,科學家一旦受到某個科學理念的薰陶,就無法擺脫其影響,至死方休。這個原理意味著資深科學家可能成為科學進展的阻力。


假設普朗克原理所指涉的不是科學,而是宗教信仰或者政治立場,大家都會點頭稱是,因為宗教與政治在大家的經驗中不屬理性管轄的範疇(參見2019年3月號專欄「形上集」〈愛因斯坦也沒轍〉)。但在一般認知中,科學可是客觀、理性、依循證據的,所以普朗克這麼講令人驚訝,難道科學家的行事不完全依據理性?


事實上,不僅普朗克這麼講,達爾文更早就在《物種起源》的結論中說,儘管他深信書中觀點的正確性,但是他全然不敢期待能夠說服那些資深的博物學家,因為他們長期習慣用和演化論對立的觀點──例如「創造藍圖」或「設計的一致性」──來看待事情;不過他卻對於未來充滿信心,因為他相信年輕學者能夠不帶偏見地來下判斷。


科學史/哲學家孔恩在名著《科學革命的結構》第七章中引用了達爾文與普朗克的話,因為兩人的說法可以印證孔恩對於「科學典範」如何轉移(即科學革命如何發生)的理論。由於孔恩學說非常引人注目,故招來學者探究到底普朗克原理是否符合事實。年輕學者難道真的比資深學者更樂於接受革命性的達爾文演化論?前述發表於《科學》的論文即試圖以數據來檢驗這一點。作者的結論是,學者的年齡並非他們是否接納演化論的關鍵因素,也就是說,普朗克原理不(完全)成立。其他研究也有類似的結論。


另有人直接研究普朗克本人的歷史,發現他自己就滿能夠與時俱進,例如他原本激烈反對波茲曼對於熱力學的統計詮釋,但是後來他還是願意承認錯誤,方能在波茲曼理論的基礎上獲得量子研究的突破。所以普朗克自己即是普朗克原理的例外。 如果普朗克原理不是事實,為何不少人會覺得它也有些道理。大家不是常說年紀越大,腦子就越沒有彈性嗎?腦子沒有彈性,不就比較不容易夠接受新思想嗎?我想一個合理的說法是,年齡不見得會妨礙人們接受(承認)新思想,但年齡的確會影響學者能否對於科學新進展有所貢獻,因為較資深的人一般來說比較沒有能力或沒有動機去深刻掌握新的理論與技術,若僅消極地接受、而未能積極參與推展新科學領域,多少也算妨礙了科學進展。


近幾年,基礎物理研究陷入困境,因為過去30多年來最受歡迎的研究主題超對稱與超弦理論都碰上麻煩。有人埋怨資深學者不願承認走入死巷,以至耽誤了新進路的出現。我想這不是關鍵之事:大家都知道最重要的是找到新典範,亦即我們需要當代的普朗克與達爾文──無論其年紀。


# 關鍵字:名家專欄物理形上集
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