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从杨振宁反对中国现在就建对撞机的新闻说起(之二):物理学走火入魔了吗?
作者:李俊慧 申领版权
2017年04月20日 共有 746 次访问 【添加到收藏夹】 【我要附加题目
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在阅读关于对撞机的支持与反对的讨论文章过程中,除了再次体会“科学方法论”的强大之外,我还有一些更深入的思考,以至于最后禁不住在脑海里浮出一个想法:物理学走火入魔了吗?


类似的想法其实早就有了,但不是以“走火入魔”这种负面的形式呈现在我的脑海里。以前我写过关于经济学理论的验证问题,绝不能搞人为可控的实验室验证,只能直接观察真实世界——即“实验经济学”实属大错,只有一个后来发展的分支“自然实验”才是回归正途,但所谓“自然实验”其实已经不是搞实验,就是观察真实世界。在文章中我指出,经济学不能做实验室验证,乍一看是比自然科学不利之处,但深思之下也有其有利的一面。那就是自然科学都要斥巨资建造实验室才能做验证,以至于现在的自然科学家“有才”而“无财”的话就是白搭;可经济学却不同了,不需要斥巨资建造实验室,只需要睁开眼睛多观察就存在于身边的真实世界,以“慧眼”寻找满足验证条件的情况,也就是用人脑的智慧取代挥金如土的实验设备,经济学家“有才”就够,无需“有财”。


我在《经济学讲义》里也举出过伽利略验证自由落体理论的例子。现在回想起来,结合“激辩对撞机”的新闻,这个例子有更深刻的内涵。想象一下,现在需要排除摩擦力的干扰来验证自由落体理论,有三种方式:第一,直截了当的想法是,没有摩擦力就是真空,而地球上没有真空环境,但太空上有,因此可以建造一艘能逃脱地球引力的太空飞船,冲出地球、奔向太空,在太空里做实验。显然,这样的实验要花大钱。第二,间接一点的想法是,地球上没有自然形成的真空环境,但可以人为做一个出来,也就是一个把空气抽光的真空实验室。这比造一艘飞船的成本要低得多,但仍然花费不菲。第三,更加发挥脑力的智慧替代昂贵的实验设备的方法,就是伽利略当年的做法,也是今天广大的中学生们在学习自由落体理论时都会在那个跟科研实验室相比绝对是非常简陋的学校实验室里做的实验。这个实验比之前两个实验都低廉很多很多,验证自由落体理论的效果却足够好,如此庞大的成本节省,靠的是人的智慧思考出如此巧妙的实验,所以庞大的其实是人的智慧租值。


PS:在写完本文之后、但还没有发布出来之前,有读者推荐了物理学家曹则贤的文章《物理学仅仅是实验科学的说法是不对的》(http://www.guancha.cn/caozexian/2016_09_23_375232.shtml),对伽利略的这个实验解释得更清楚,所以我索性把本文原来解释伽利略实验的段落删去,请大家直接去看这位专业人士写的、又不失通俗易懂的文章。这篇文章非常精彩!其价值可不仅仅是说清楚了伽利略的那个用斜坡实验来验证自由落体定律的事情。这作者就是专门从事“实验物理学”研究的,对于“什么是验证”有着极其深刻的理解。他在解释伽利略的那个实验时先后说了两次明确指出“粗略地对比精确地错更重要”——粗略地计时。没思想的精确数据有啥用!很粗糙的近似。没思想的精确数据有啥用!!——张五常教授反复强调的这个观点在他这个解释中从自然科学的角度揭示得再清楚不过了。


但我认为此文更精彩的是伽利略“定性”而非定量地验证“自由落体定律”的那个“思维实验”:传说伽利略从比萨斜塔上同时扔下一个重球和一个轻球,看着它们同时着地而直截了当地验证了自由落体定律。但这完全只是个神话,实际发生的原来是存在于头脑中的一场逻辑推理:如果物体下降的速度确实与其质量成正比,那么重球下落得快,轻球下落得慢。在重球与轻球之间连上一根质量轻得相对于两球而言可忽略不计的棍子,两球于是合成一个物体。这物体的质量是两球之和,按上述的逻辑应该下落得比两球分别单独下落都更快。但这显然是不可能的。因为落得快的重球会被落得慢的轻球拖慢了速度,而落得慢的轻球会被落得快的重球拉快了速度,因此这两球合一的物体下落的速度理应居于重球与轻球分别单独下落时的速度之间。这真是妙到毫颠的验证!这让我不由得要联想到张五常教授在《经济解释》中否定通过将普通物品与有垄断性的物品捆绑销售、从而将垄断性扩展到普通物品上的观点。他解释的是IBM捆绑电脑与纸卡的现象,这事年月久远,估计很多新新人类因不知道当时的电脑需要用纸卡而非键盘、显示器作为输入输出装置而难以理解,我就换个类似的、大家更熟悉的事情来示范他的解释吧。微软在操作系统Windows上有众所周知的垄断地位,在刚刚推IE这浏览器时,在那个领域先行一步而占据优势的是网景公司的Navigator。微软遂将IEWindows捆绑在一起,号称免费地给消费者使用。但“天下没有免费午餐”,IE当然其实不是免费的,而是其价格已经打进了Windows的收费之中,所以微软被认为是通过捆绑销售的方式将Windows的垄断性扩展到IE上,从而协助本来是后发劣势的IE打败了Navigator。微软后来被提起“反托拉斯”(反垄断)诉讼,这是一大罪证。然而将具有垄断性的物品与没有垄断性的普通物品捆绑在一起销售,其实并不能扩展垄断性到普通物品上。张五常教授的推理如下:假设A是有垄断性的物品,B是没有垄断性的普通物品,将二者捆绑成一个整体AB一起销售。如果AB会因此就具有了垄断性,那自私的生产者没有理由不继续把其它没有垄断性的普通物品(如C)再与AAB捆绑起来,因为这样又能把垄断性扩展到C上。这样一直推到尽,全世界的物品理应都变成垄断物品,再也没有普通物品存在。然而环顾真实世界,这种情况哪里有出现啊?这反过来证明,与具有垄断性的物品捆绑在一起销售是不会有将垄断性扩展到普通物品上去的效果的。科学验证不等于实验验证,经济学作为社会科学不可能在实验室里做实验验证,但这绝不等于经济学是无法验证的。伽利略的“思维实验”说明自然科学也一样会存在着类似的情况,可以说是更加坚定了这个观点。事实上,我一直认为,要学怎么用统计数据做真正的验证(而不是玩弄数字游戏搞伪科学),请向弗里德曼学习——学习的教材是他的两篇文章(《马歇尔的需求曲线》、《消费函数理论》)与一本书(《美国货币史》);但对于更多无法取得足够可靠的统计数据的情况而言,经济学家最应该学习的对象是伽利略这自然科学家。


话说回头,2001年日本一下子拿了两个含金量十足的诺贝尔奖,一个是化学,一个是物理。当时我在日本,深有体会,觉得两个奖其实都大有水分。化学那个奖纯属“撞大运”,与经济学里凭着提出了后来在国际贸易理论中处于正统地位的H-O模型而拿到诺贝尔经济学奖的那对瑞典师生有得一拼,也就是“原创”的内容其实不值一提,真正有价值的部分是后来者的拓展,只不过诺贝尔奖鼓励原创,于是宁愿把奖颁给其实根本没啥技术含量的原创,真正做了让理论大放异彩的拓展的后来者反而名落孙山。只是H-O模型的情况还比较好,做了拓展工作真正使之有价值的萨缪尔森早早凭着其它领域的贡献拿了诺奖,根本不在乎H-O模型这边的“失落”;化学那边的后来者科学家就悲摧了,主要贡献就在这一领域,不能凭此拿奖就永远不可能再拿奖了。而物理学奖呢?在日本看新闻,我了解到那日本人早就被大家预期能拿奖,迟早的问题而已。为什么大家如此看好他拿奖?早在劝说投资人给他投钱建实验室时,他就直接跟人家说:只要这个建成,一定能拿诺奖。看到这新闻,我禁不住要觉得,这诺奖是用钱堆出来的。当然我不懂有关的物理学理论,我的感觉可能是错的。我只是这样想:如果有一个人与此人有一样的理论思想,只是没钱买如此昂贵的实验设备,他就没办法拿奖,这合适吗?


伽利略的时代,一方面是他一人单打独斗没那么多钱,另一方面是技术也没能跟上(即使有钱也在短时期内上不了太空、建不起真空实验室),逼着他只能用人脑的智慧来替代高精尖、但也贵得要命的实验设备。现在的人类因为有钱有技术,就倾向于懒得想出巧妙而便宜的实验方式了吗?从这个角度来看,经济学从本质上无法做实验,只能依靠人脑的智慧,其实是何其幸运啊!当然,经济学的不幸之处在于很多所谓经济学家遇到这个无法做实验、要绞尽脑汁才能做验证的经济学,其选择是躲进数学里去做想象中的数据验证,把满是问号的数据直接当事实了。


除了做验证的过程中要更多地依赖人脑智慧,还是更多地依赖昂贵的实验设备之外,在更高的层面上也出现了这二者的对立。在本系列文章的“之一”里提到的那篇文章(http://www.guancha.cn/GuoXiaoMing/2016_09_06_373534.shtml)后面有人评论说,以前是先有牛顿、爱因斯坦等人的理论思想,再做实验去验证。现在却是用不断做实验的方式来找理论,这能是正确的路子吗?这言下之意是说,是更多地依赖某个学科里的天才级人物的智慧指明发展路向,再以实验验证其对错;还是更多地依赖工蚁一般智商跟天才差得远、但胜在数量众多可搞人海战术的人去搞大量实验——但同时也要花大钱于实验设备?有一句网上流行的笑话,我觉得改一下可以用来形容这种情况。那句笑话的其中一个版本是:这世上没有辣条不能解决的问题,如果一包解决不了,那就加到两包。那高能所申请的项目似乎就是在说:这世上没有对撞机不能解决的高能物理学的难题,如果一台大型的解决不了,那就加大到超大型。如此推下去,超大型的解决不了,就再加大到超超大型;超超大型的也解决不了,那就再加大到超超超大型……然而经济学上的“边际收益递减定律”是铁律,而且是自然规律,不仅仅只在经济学之内成立。具体应用到这里来,就是不断增加实验数量或规模,其新增收益是不断减少的。既然美国、欧洲在这方面前赴后继的研究都所获甚微,是否意味着这个方向本身就是有问题的?或者换一个角度来看,如前所述,该文之后有评论说以往都是牛顿、爱因斯坦等天才提出理论思想,再做实验去验证;现在高能物理学却一味用不断做实验的方式来找理论,这其实是“演绎法”与“归纳法”之争。我也是在《经济学讲义》(第二版)里穿插讲解科学方法论的过程中谈到了这两种方式,指出它们都是发现科学理论的可行之道,也不能简单地说哪一种方式就绝对地正确。像遗传规律就是孟德尔默默地在花园里不停地种豆子而找到的,至少牛顿也不是完全没有参考前人的实验结果就凭空提出理论。只是从边际收益递减的角度来看,一种方式不断使用到已经很难得出大量成果的时候,反映着边际递减的程度已经很严重,那么转向另一种方式才能更好地利用边际递减定律。


至于高能所说这个项目本身直接能获得的成果虽然不确定性很高,但通过聚拢大量科学家,他们互相之间脑力激荡(brain storm),往往能带来一些意外之喜——如欧洲的项目就带来了万维网的产生。学过经济学的人一看就知道他这说的是“外部性”,当然是正的外部性。但只要聚拢大量科学家就能有这样的外部性,而这外部性的收益其实与项目本身并无必然联系,那何不选择一个成本低得多、直接收益更明确的项目呢?如高能所说欧洲的项目聚拢了2000多名科学家,那完全也可以立一个也要聚拢2000多名科学家的项目,但成本没那么高、出成果的机率高得多的项目,不是也能产生正的外部性吗?毕竟那对撞机项目的成本主要并不是花在养科学家上,而是花在设备的建造与维护上,找一个也能聚拢那么多科学家、但设备的成本没那么高的项目,岂不是更优选择?



 

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