何为科学真理(月亮在无人看它时是否在那儿)

        怎样通过科学获得可靠的结论，在物理学家看来，这一过程充满着神奇，就像那些看起来常常让人感到神奇的结论一样。本书以质朴的文字描述了这一过程。它的水平、篇幅和深入浅出会使广大读者感到亲近。读过此书之后，就会发现关于科学认识论最流行的那些议论都显得冗长乏味，思想混乱。
            ——赫施巴赫(Dudley R.Herschbach)，1986年诺贝尔化学奖得主

        罗杰·G·牛顿，印第安纳大学物理学系荣誉教授，著有《探求万物之理——混沌、夸克与拉普斯妖》（中文版已列入上海科学教育出版社“哲人石丛书·当代科普名著系列”出版）和《考察物理学》。

对本书的评价
内容简介
作者简介
前言
绪论对科学的敌意
第一章 约定
第二章 科学是一种社会建构？
第三章 科学的目的在于认识
第四章 解释工具
第五章 事实的作用
第六章 理论的诞生与死亡
第七章 数学的威力
第八章 因果性、决定论和概率
第九章 两种尺度上的实在
第十章 亚微观层次上的实在
第十一章 真理和客观性
进一步的读物
参考文献

两个多世纪里，人们一直精心地在物理学中尝试建构一种图景去解释不用具体表达就难于理解的现象。这就是以太模型(ether models)，它的建立是用来解释像万有引力这样的力怎样通过看上去空无一物的空间的传播，稍后用来解释在真空中电和磁的振荡现象和光的传播。这一模型发端于笛卡儿(Descartes)，他是第一个提出以太的人，以太被想象为充满了全部星际空间的粒子的涡旋状链，它的特殊的力学性质能够长距离传送力。小伯努利(John Bernoulli)1736年由于对光传播的解释图形而获得法国科学院的奖金：基于他的父亲老伯努利的想法，他的模型提出所有的空间皆充满了包含微细涡旋的流体。一个世纪之后，当普通弹性固体显然不能解释光的所有已知特点时，麦卡拉(James McCullagh)为之发明了一种新型的虚构材料，大数学家高斯(Carl Friedrich Gauss)和他的学生黎曼(Geoge Friedrich Riemann)对物理理论添加了有重大意义的动力学模型，并且精细地研究和扩展了一种类似的结构。但是开尔文和麦克斯韦取得了最大的进展，他们为构思电磁场材料而设计了详细的数学和力学的表示。这种无效的尝试一直继续到迈克耳孙和莫雷手上才最后死亡，爱因斯坦相对论为它们举行了葬礼。
在一定意义上，大多数的以太结构照道理应当被认真地接受为一种支持实在的描述，但是也有一些有意义的例子，其模型事实上并不指望被理论接受但却起着重要的解释作用。对凝聚态物质的相变的理解就是我们要讨论的问题。在某些特定的温度之下，许多材料的某些性质突然发生变化，最熟悉的例子是水的沸腾和冻结。永磁体被加热后的行为是一个不大熟悉的例子。在称为居里温度[为纪念法国物理学家居里(Pierre Curie)，他是更为著名的玛丽(Marie)的丈夫]的特定温度处，永磁体突然失去磁性。大约在20世纪20年代中期，根据量子力学，铁磁性的来源，原则上被归因于每一个电子的磁性，具有奇数个电子的原子的作用就像微小的永磁体一样。但是对存在特定的相变温度还没有找到解释，在该温度之下，所有的处于一个晶状磁畴(在显微镜下才能看到的一个小区域，但包含极多的原子)的原子磁体排列起来形成一个强磁体，而在此温度之上，“长程序”突然消失。物理学家认识到这种现象不易解释，因为作为温度函数的不连续行为只有对一种无限多原子的理想系统才会发生，而大量原子之间的力是复杂的。德国物理学家伊辛(Ernest Ising)不去尝试用实在论理论给出一种解释，而是构造了一种模型，一方面，它具有引起这一现象的全部属性，另一方面，又足够简单地给出一种成功研究它的数学性质的机会。这就是现在著名的铁磁性伊辛模型，对基本的原子磁体及其相互作用它使用了一种过分简化的图式，它从未作为实际的固体材料的实在论图景被认真接受，但是其热力学行为引起了具有挑战性的一种数学问题。
伊辛模型是由规则排列的、可以取值为+1或-1的符号组成(我们可以把它们想象为能够指向上或下的、与自旋为1／2的粒子的量子力学行为一致的玩具磁铁)。这些符号只对其最近的邻居符号有相互作用，其作用方式是相互作用力倾向于使邻居符号取相同的值(即使得磁铁指向相同的方向)。热力学的一种有力数学工具被用来确定它是否存在“长程序”(即在大范围的磁铁整齐排列)，而如果是的话，是否存在一个温度，高于这个温度，长程序就突然消失。当然，这种排列中最简单的是在一维情形下所有的磁铁按规则间隔位于一条线上。对这种情形，很快就弄清楚了，在其下有长程序、在其上就停止的居里温度并不存在。稍复杂的下一步是一种格子状排列(像玩具磁铁被安置在一个平面棋盘格上)。在多次失败的尝试后，这个二维伊辛模型的数学问题终于被解决了，它的解表明，确实存在一个相变温度来区分长程序和短程序(short-range ordei)。物理学上最相关的是三维情形，一般认为，即使对这一玩具图式，也是困难到不可能得到解。
在这一点上，对大自然复杂得多的情况做过的表面上十分简单的伊辛模型，是我们所必须对铁磁性相变存在作出的最接近解释，甚至在将来，它也许是最接近解释。基于它的数学上的成功，我们可以说，在某个十分有限的意义下，“我们理解”在高于居里温度时突然退磁，但还是一点也不理解最熟悉的相变现象——水的冻结和沸腾。
像用于铁磁性的这类建模，在理论物理学中并非不寻常。粒子物理学、流体力学和复杂动力学系统中的许多非线性方程非常难求解，理论家们不得不求助于简化模型，没有人把它当作对大自然的真实的或者即使是近似的描述。尽管如此，如果一种数学模型包含了实际理论的本质特性，可以被证明表现了反映观察到的现象的特征，它就至少可以定性地作为认识那些现象的重要工具。毫无疑问，物理学中最成功的理论，是那些能够作出和实验结果符合得十分精确的数值预言的理论，在其他情形，即使是最复杂的数学工具，也只能对观察结果引进一种定性认识，这意味着，在理论物理学中数学的威力远远超出数字的应用。在量子场论和粒子物理学中，理论家经常要去求解有关的方程，或在比描述大自然所需要的维数低的条件下，研究系统的性质，其原因不过是因为实际情况过分困难。因为在三维空间中对量子电动力学进行数学上的严格研究一直十分困难，数学物理学家代之以一维和二维的研究，一方面是作为练习，另一方面可以作为建立信心的工具；类似地，为了对其他的量子场论进行大尺度模拟，人们在格子点上而不在连续的时空中进行。没有人相信这种解以任何方式直接与实验结果相关，不过它们的定性特点仍然作为解释实际事物的有用工具。
对其他学科，建模也十分常见；在生物学中特别是进化论要求这种努力。这些模型通常有争议，不仅是因为它们对现实世界的可应用性没有充分确立，而且因为它们所导出的结论未基于可靠的数学推理。例如，考夫曼(Stuart Kauffman)在《秩序起源》中长篇大论地描述了基于自适应复杂系统(adaptive complex systems)观念的一种生物进化机制模型，在这种系统中秩序从混沌中涌现。不久以前，由这一方案引起的争论公开化了，由伦敦林奈学会组织了一次公开辩论会，辩论双方为考夫曼和他从前的老师史密斯(John Maynard Smith)。此种交流并没有接近于解决争端，这说明要建立远离他们要仿效的学科的数学模型是冒险的。复杂性、混沌和分形以及突变理论等时髦学科，在不久之前风行起来，充满了对现象的可疑解释，其范围从生物进化到股票市场，从相变到宇宙学。不过，在兴奋和夸张平息下来，尘埃落定之后，它们对我们理解事物似乎没有太大的贡献。
使用模型有一点看来十分清楚：它们的发明中存在大量的余地，而且可以有许多不同的模型服务于相似的目的。个别科学家可能会觉得某些模型很舒适，故以各种理由排斥其他模型，那些理由中的一些是基于当代的科学或在他们的文化中流行的课题。我们可以肯定，以太的许多表示全部在实质上是力学的而不是其他，比如生物学的：力学这门学科得到了很好的发展和认识，而生物学则不然。