悖论——对科学发展的灵魂拷问

01 科学界的“怪胎”

    早先前,提及悖论,下意识地会认为这是一个错误理论,雷同于谬论一样荒诞的存在,是科学的寄生虫,可以用现有的科学工具消灭的。但随之深入了解,发现其与谬论还是有本质区别的。首先,我们有必要为悖论下一个定义。

    对于悖论的定义,不同出处有不同的说法,私以为《悖论·破解科学史上最复杂的9大谜团》一书给出的定义客观易懂:“悖论(paradox,亦可译作诡论、谬论、诡局、佯谬)以及各种不同形式和难度出现,‘真悖论’指的是自相矛盾或循环论证的陈述,或者某种逻辑上不可能发生的情况”。由此说法,悖论有‘真悖论’与‘假悖论’,一如某些学者所说“广义的悖论”和“狭义的悖论”。为方便描述,我将上文所述的广义悖论权且分为谬论、佯谬与悖论三者,很多情况下,人们会将佯谬与悖论混为一谈,下面就个人拙见区分一下三者本质。

    悖论首先不是谬论。谬论,即指推理过程错误、偷换概念的命题,如“认为事件甲之后发生了事件乙,因此说事件甲导致了事件乙”,这是‘假性因果’类型的谬论。

可见,悖论与之的本质区别,在于谬论是违反逻辑的命题。

佯谬,字面上理解为“佯装成谬论”的命题,即违反直觉,但是事实上的确为真。例如经典的双生子佯谬:“假设有一对孪生兄弟,其中一个以接近光速运动一段时间后返回,他将那个没有运动的兄弟看起来年轻一些。但实际上,从安全相对的角度上说,这个人在运动的时候,他的兄弟也相对他做同样的运动,那么究竟是哪一个更老些呢?或是一样老。”这个结果似乎与狭义相对论矛盾,但实际上旅行者的期望是错误的,狭义相对论并没有设定所有观测者都有同等意义,而只有在惯性系中的观测者才有同等意义。

可见,悖论与佯谬的本质区别,在于佯谬是推理逻辑不对的命题。

而对于悖论而言,是指从看似合理的前提出发,通过看似合理的逻辑推论,推导出了一个矛盾。比如说谎者悖论“这句话不是真的”,如果这句话是真的,那么这句话不是真的;如果“这句话不是真的”是假的,那么意味着这句话就是真的,这便是一个矛盾式。

因此,可称为悖论的命题,认为应当是基于当时公理给出合理的前提、能经过合法的推理、结果产生矛盾。此亦悖论的本质所在。

那么,合理的前提经过合理的推理却得出矛盾的结论,这无疑是科学界的一个“怪胎”,有些荒诞而难以理解。

02 荒诞背后的真相

追根溯源,悖论源发自科学机理,揭示其内在问题还要从科学本身说起。在自辩课堂上习得,科学一词源自日本人对Science的翻译,人们对科学的划界标准更迭了“实证主义”、“证伪主义”、“历史主义”、“相对主义”、“多元主义”等阶段,科学发展至今,经历了“累计渐进”、“不断证伪”、“范式革命”、“研究纲领”等发展模式,结合所学,对科学理论做如下理解。

      科学理论的形成,通常要经历发现客观现象或提出问题、提出假设以解释现象或想法、验证假设正确并形成科学理论、科学理论提出质疑问题···依次循环往复得以发展。从这个形成过程看,科学理论的创立其实是主观性的,是在创立者对客观事物进行一系列条件限制后作出的描述,且在当前社会认知水平下证实合理而定型,而非事物本身客观存在的机理。因而,描述一个事物,会存在多个理论。例如,同样是肉眼下平整的桌面,在经典物理的理论来看,桌面是光滑的、平整的,但是在量子物理理论来看,这个桌面是“沟壑纵横、高山林立”的,虽是同一个事物,但是描述不同,因为各自创立者描述时在主观上所做的假设不同,也就是适用范围不同,从而导致描述的层面不同。由于科学机理只是解释世界的方法,而不是世界本身,随着人们认知的深入,必然会出现对世界本身新的认识,而悖论也极可能在新旧认知的交替中横空出世。

反观悖论出现的根源,在于人们探索客观现象时出现的认知能力的局限,如希帕索斯悖论,边长为1的正方形其对角线是多少呢?由于人们对无理数缺乏认知,所以导致了数学危机的产生。而悖论的解除,则使人类对数的认识从有理数拓展到实数,是认知上的一次飞跃。

悖论产生的根源,亦在于形式逻辑的局限。如飞矢不动、芝诺的乌龟悖论,则是对极限和无穷小的逻辑局限,数学分析在描述时空方面具有局限性。

悖论产生的根源,还在于自然语言描述的局限。如说谎者悖论或理发师悖论。以说谎者悖论为例,“这句话不是真的”,实际上是将表述本身与判断表述的正确性混为一体,揭示了自然语言描述的局限性。

这些局限性便是“荒诞”背后的真相。

03 悖论奇生,焉知非福

      大自然是自洽无悖的,悖论是人类思维的专利,反映的是某个逻辑前提、思维观念的不足或缺陷。悖论奇生势必会引起一场科学界的风波,但解悖风雨之后,必然是科学界新丽的进步虹彩。

3.1 悖论为逻辑思想的发展提供了食粮

逻辑学家赫兹贝格说:“悖论之所以具有重大意义,是由于它能够使我们看到对于某些根本概念的理解存在多大的局限,事实证明,它是产生逻辑和语言中新概念的重要源泉。”悖论的出现,激发科学家探索悖论背后隐藏的机理的热情,解悖的过程,亦是逻辑思想发展的高峰期。

两千年前,芝诺认为,变化和运动乃是幻象,只有一个连续的、物质的、不动的存在者。如果我们承认变化和运动,则将陷入悖论,并提出了诸多悖论,以其中的乌龟被沦为例:阿基里德与乌龟赛跑,乌龟先跑一百米,他在后面追,但他不可能追上乌龟,因为在竞赛中,追赶者首先必须到达乌龟的出发点,但这个时间内乌龟会继续向前爬一段距离,下一次追赶者就要再到达乌龟多爬出来的距离;依次往复,只要乌龟在运动,它总能在起点与自己之间制造出一个距离,不管这个距离多小,只要乌龟还在运动,阿基里德就追不上。

针对这一悖论,产生了许多解法,诸如第欧根尼解——用实际行动证明运动是可能的;再如亚里士多德解,通过设定追上的时间为t进行列方程求解得到一个有限值,证明可以追得上;还有阿基米德解法,通过求极限的方式得出证明。

在寻求芝诺悖论解答的过程,是人类认识不断深入发展的历史过程,同时也显示了形式逻辑上的局限性,可见悖论的产生及解悖的过程,促进了逻辑思想的发展。

3.2 亡羊补牢,悖论使科学理论渐趋完善

对于科学而言,悖论意味着与现有理论的架构不兼容,说明现有体系存在不足,而伴随着悖论的解决,科学理论也进一步发展完善。

      数学史上的三次数学危机,由三次数学悖论的出现所导致。其一,毕达格达斯定理提出后,希帕索斯发问:边长为1的正方形其对角线长度是多少呢?这在当时引起了巨大风波,知道后来无理数本质被搞清才彻底圆满解决了这次危机。第二次则是抓住牛顿理论的缺陷“无穷小量在当时实际应用既是0又不是0”,从形式逻辑而言,这无疑是一个矛盾,而到后来微积分学基础的建立才解决了这个危机。第三次危机则是罗素悖论与集合论的矛盾,直到后来公理化集合论体系的建立才成功排除了集合论的悖论。

由此可见,数学史上由三次数学悖论催生了三次数学危机,但解悖后,则推动了数学的巨大发展,促进数学体系渐趋完善。

04 写在最后的话

人们源于对自然、社会现象的探索,衍生出了科学,但科学机理只是人们解释世界的方法,而非世界本身,在认知、逻辑、以及语言描述的局限下,不可避免的产生了悖论。悖论不是闲谈的趣闻,也不是是非不分的谬论,而是一种现时的科学理论体系所解释不了的的矛盾。悖论在“荒诞”背后蕴含着哲理,纵观历史长河,悖论的存在,不仅未能摧毁科学根基,反而为其添砖加瓦,催生出新的逻辑思想和完善的理论,在某种意义上,它的出现预示着科学界的危机,但经过破译,终换取科学的福音。

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