諾獎得主史蒂文·溫伯格:科學能夠解釋一切嗎?

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摘 要

科學能解釋什麼？不能解釋什麼？

在這篇文章中，物理學家、諾獎得主史蒂文·溫伯格（Steve Weinberg） [1] 反駁了科學只能描述不能解釋的觀點，並結合物理學背景闡釋了科學解釋的含義。

在文章的最後，溫伯格指出了科學解釋的限度，像偶然事件、道德規範、終極理論，都超出了科學解釋的能力。

本文原載於《科學文化評論》第3卷第5期（2006），知識分子獲權轉載。

撰文 | 史蒂文·溫伯格

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幾年前的一個晚上，我同其他一些教員一道在德克薩斯大學向一群本科生講述我們各自學科中取得的成就。我大略地勾勒出了我們物理學家在解釋通過實驗的途徑所認識到的有關基本粒子和場的東西上所取得的成績—— 我也告訴他們，在我的學生時代是如何必須學習大量千差萬別、紛繁複雜的有關粒子、力和對稱的事實的；而在20世紀60年代中期至70年代中期的這個十年中，這些零零碎碎的東西是如何被今天所謂基本粒子 「標準模型」 解釋的；我們又是如何明白這些有關粒子和力的紛繁複雜的事實是可以通過數學方法從一些簡單的原理中演繹出來的；還有，一個異口同聲的 「原來如此啊！」（Aha!）的感嘆是如何從物理學家的群體中傳出來的，等等事情。

聽完我這番話之後，一位教員 （他是位科學家，但不是粒子物理學家） 評論說：「當然了，毫無疑問，你也知道科學並不能真的解釋各種事物—— 它只是描述它們而已。」 我以前聽到過這樣的評論，但它現在仍然讓我大吃一驚，因為我過去確實認為，在解釋基本粒子的觀察性質和力時我們一直幹得相當漂亮，而不僅限於描述它們。 [2]

我覺得這位同事的說法可能來源於一種實證主義的擔憂，這種憂慮在兩次世界大戰之間的那段時期在科學哲學家中曾廣為流傳。維根斯坦 （Ludwig Wittgenstein） 就此曾有過著名的評論：「在整個現代世界觀的根基之下存在一種幻覺，即：所謂的自然法則就是對自然現象的解釋。」

當我們發現某事物的原因 （cause） 時，我們或許以為已經獲得了對它的解釋，但羅素曾在1913年那篇影響廣泛的文章中主張：「『原因』一詞由於與一些具有誤導性的關聯含義牽扯在一起，以至於完全被排除在可取的哲學詞彙表之外。」 [3] 這使得維根斯坦等試圖區分解釋和描述的哲學家們只有一個選擇，一個目的論 （teleological） 的選擇，即：將解釋定義為對被解釋之事物的目的或意圖的陳述。

福斯特 （E.M.Forster） 的小說《天使不敢涉足之處》 （Where Angels Fear to Tread） [4] 是按目的論區別描述與解釋的一個很好的例子。菲利普 （Philip） 試圖搞明白，為什麼他的朋友卡羅琳 （Caroline） 幫助撮合菲利普全家人都不同意的一樁婚事—— 菲利普的妹妹與一個年輕義大利人的婚姻。在聽完卡羅琳轉述他同菲利普的妹妹之間的談話後，菲利普說：「你對我所說的只是一種描述，而不是一種解釋。」 所有人都明白菲利普這樣說的意思—— 為了尋求一種的解釋，他希望了解卡羅琳的意圖。在自然法則中並沒有任何目的或意圖被揭示出來；在不知道將描述和解釋區分開來的任何其它途徑的情況下，維根斯坦和我的朋友就做出結論說，這些法則並非解釋。也許那些聲明科學只是描述而非解釋的人之中，有些人是想做科學不如神學的比較，認為後者通過引用神的某種意志可以解釋事物—— 一種為科學所拒斥的做法。

對我而言，這種推理模式不僅在實質上是錯誤的，而且在程序上也是錯誤的。將字詞強行賦予不同於常用含義的含義不是哲學家們或任何人應該做的。當科學家們如通常那樣，聲稱自己所做的工作就是在進行解釋時，那些關注科學中解釋的含義的哲學家們與其去論證說科學家們是錯誤的，不如試圖搞明白那些聲稱自己在解釋事物的科學家們究竟在做些什麼。如果我必須為物理學解釋給出一個先天 （a priori） 定義的話，我會說：「物理學解釋就是當物理學家們說『原來如此啊』的那一刻他們所已經做了的事情。」 但是先天的定義 （包括這個定義） 往往用處不大。

就我所知，至少從第二次世界大戰以來，科學哲學家們對此就已經有了很好的理解。關於解釋的本質存有大量的哲學家所作的現代文獻，諸如阿欽斯坦 （Peter Achinstein） 、亨普爾 （Carl Hempel） 、基切爾 （Philip Kitcher） 和薩洛姆 （Wesley Salom） 等。依據我對這些文獻的閱讀，我認為哲學家們現在追尋這個問題的方向是正確的：他們正在為 「當科學家們解釋事物的時候，他們究竟在做什麼？」 這個問題尋找答案，其方法就是觀察科學家們聲稱自己在解釋事物時的實際所為。

從事理論而非應用研究的科學家往往會告訴大眾或資助機構自己的使命在於解釋某個事物，因此，澄清解釋的本質對他們而言，就像對哲學家一樣，是相當重要的。在我看來，這個任務在物理學（和化學）中比在其他科學中更容易一些，因為科學哲學家們一直不知道對一個事件 （an event，注意維根斯坦提及 「自然現象」） 的解釋究竟意謂著什麼，而物理學家們感興趣的則是對規則和原理的解釋，而不是對個體事件的解釋。

生物學家、氣象學家及歷史學家們關注個體事件的原因，例如：恐龍的滅絕、1888年的暴風雪以及法國大革命等，而物理學家們只有當單一事件揭示了自然的規則性時，才對這個單一事件感興趣，例如，物理學家對1897年貝克勒爾 （Becquerel） 擱在鈾鹽附近的感光板發生了感光這個事件有興趣，是因為該事件揭示了鈾原子的不穩定性。基切爾一直試圖復活用原因解釋單個事件的觀點，可是，無窮多的事物都可能影響一個事件，究竟哪個才應該被視作它的原因呢？ [5]

我覺得在限定的物理學背景中，人們能夠對解釋與單純描述之間的區別問題給出某種答案，並且該答案抓住了物理學家們聲稱自己解釋了某種規則性時想要表達的東西。這個答案就是：當我們證明某個物理原理可以從一個更基本的物理原理中推導出來時，我們就解釋了這個物理原理。不幸的是，套用麥卡錫 （Mary McCarthy） 就赫爾曼 （Lillian Hellman） 所寫的一本書曾說過的話，這個定義中的每個詞都有不確定的含義，甚至包括 「我們」、「一個」 等。但在這裡，我將集中於我認為最成問題的三個詞上：「基本」 （fundamental） 、「推導」 （deduce，演繹） 和 「原理」 （principle） 。

「基本」 這個麻煩的詞不可以被置於該定義之外，因為推導本身並不帶有方向；它往往是雙向的。我所知道的最好的例子是牛頓定律和克卜勒定律之間的關係。每個人都知道，牛頓所發現的不只是引力與距離成平方反比關係的那個定律，還有一個關於物體在任何一種力的作用下如何運動的運動定律。早些時候，克卜勒就已經描述過有關行星運動的三大定律，它們分別為：行星在以太陽為焦點的橢圓上運動；從太陽到任何行星的連線在相同時間內掃過相等的面積；周期 （不同行星在自己軌道上旋轉一周的時間） 的平方同該行星橢圓軌道主軸的三次方成正比。

通常說牛頓定律解釋了克卜勒定律。但從歷史上看，牛頓萬有引力定律卻是從克卜勒有關行星運動的定律中推導出來的。哈雷 （Edmund Halley） 、雷恩 （Christopher Wren） 和胡克 （Robert Hooke） 都通過克卜勒周期平方與直徑 （採用的圓周軌道） 三次方之間的關係導出了引力的平方反比定律，隨後牛頓才將這種討論擴展到了橢圓軌道。當然了，當你在今天學習力學的時候，你會學著從牛頓定律推出克卜勒定律，而不是倒過來。我們有一種很強烈的感覺，相信牛頓定律比克卜勒定律更基本，而正是在這種感覺下，我們認為牛頓定律解釋了克卜勒定律，而不是反過來。然而，要給予一個物理原理比另一個物理原理更基本的想法以一個確切的含義絕非易事。

更基本就意味著更全面 （comprehensive） 的說法很有誘惑力。在試圖抓住科學家賦予 「解釋」 之含義的哲學家中，最有名的是亨普爾。在1948年那篇同奧本海姆 （Paul Oppenheim） 合寫的著名論文中，亨普爾評論道：「解釋一條普遍的規則，就是將其置於一個更全面的規則之下，置於一個更普遍的定律之下。」 [6] 但這樣並沒有消除困難。也許有人會舉例說牛頓定律不僅支配著行星的運動，而且也控制著地球上的潮汐，還有水果從果樹上落下等等，而克卜勒定律只能在行星運動這個小得多的範圍內使用。然而，這並不完全正確。除了適用於經典力學的範圍之外，克卜勒定律還支配著電子的繞核運動，而且這種情況與重力無關。因此，有這樣一種感覺存在，它認為克卜勒定律擁有比牛頓定律更廣的普遍性。然而，如果說克卜勒定律解釋了牛頓定律那將會讓人感到很荒唐，而所有人 （或許哲學純化主義者除外） 對牛頓定律解釋克卜勒定律這種說法並沒有異議。

這個關於牛頓定律和克卜勒定律的例子有點牽強，因為在究竟誰解釋了誰這點上並不存在真正的疑問。在別的情況下，誰解釋了誰這個問題則要困難得多，而且也更加重要。這裡有一個例子：當量子力學被運用到愛因斯坦的廣義相對論中，人們就會發現引力場中的能量和動量會以小束或小包的方式出現，這被稱為引力子，引力子同光的粒子—— 光子—— 一樣質量為零，但是自旋為2 （也就是光子自旋數的兩倍） 。另一方面，已經發現任何質量為零而自旋為2的粒子的行為方式同廣義相對論中的引力子一樣，而且交換這些引力子正好可以產生廣義相對論所預言的引力效應。而且，按照弦理論的一般預言，必然有質量為零、自旋為2的粒子存在。因此，究竟是廣義相對論解釋了引力子的存在，還是引力子的存在解釋了廣義相對論呢？我們並不知道。這個問題的答案取決於我們對物理學未來圖景的選擇—— 究竟是基於像廣義相對論中那樣的時空幾何，還是基於像預言了引力子存在的弦理論那樣的理論呢？

解釋即推導的說法也會遇到困難：有時我們發現，被導出的物理原理似乎超越了據以推導的 「基本」 原理。這一點在關於熱、溫度和熵的熱力學中尤為突出。19世紀，在熱力學定律被總結出來之後，玻爾茲曼 （Ludwig Boltzmann） 成功地從統計力學中導出了這些定律，統計力學是關於由大量個體分子組成的宏觀物質樣本的物理學。儘管受到普朗克 （Max Planck） 、策梅羅 （Ernst Zermelo） ，以及其他一些堅持熱力學作為獨立的定律同其他定律一樣基本的老觀點的物理學家的抵制，玻爾茲曼對熱力學做出的統計力學解釋仍然獲得了廣泛的認可。但貝肯斯坦 （Jacob Bekenstein） 和霍金 （Stephen Harking） 隨後在20世紀的工作表明，熱力學也適用於黑洞理論，但這並不是緣自黑洞是由眾多分子構成的這一理由，而僅僅因為黑洞擁有一個任何粒子和光線都無法逃逸的表面。由此看來，熱力學似乎超越了導出熱力學的統計力學。

無論如何，我都會爭辯說：有理由認為，熱力學定律不如廣義相對論和基本粒子標準模型那樣基礎。在這裡，區分熱力學的兩個不同的方面很重要。一方面，熱力學是一個允許我們從一些簡單的定律 （只要這些定律適用） 中導出有趣結論的形式系統，這些定律適用於黑洞、適用於蒸汽鍋爐以及許多其他系統。但另一方面，熱力學定律並不適用於所有地方。用於單個原子，熱力學是沒有意義的。為了驗證熱力學定律是否適用於某個特定的系統，你必須考慮熱力學定律能否從你對該系統的了解之中推導出來。有時候這是可行的，有時候則不行。熱力學本身不能作為所有事物的解釋—— 你總是必須要問，為什麼熱力學適合於你所考察的系統，而要做到這一點，你需要從任何恰巧與那個系統有關的更基本的定律中推導出這些熱力學定律。

基於這些考慮，我認為熱力學和歐幾裡德幾何學之間並不存在多大區別。不過，歐幾裡得幾何學適用於多得令人驚訝的不同場合。如果三個人同意每個人都測量他的兩條視線之間的夾角，然後將這三個角加起來，總數將會是180度。同樣，通過累加由鐵條組成的三角形或者用鉛筆畫在紙上的三角形的三個角，你也可以得到180度這個結果。因此看來，幾何學可能比光學或者力學更加基本。但是歐幾裡德幾何學是一個基於假設的形式演繹系統，在某個給定的情形下這些假設可能適用也可能不適用。從愛因斯坦的廣義相對論我們了解到，歐幾裡德體系並不適用於引力場，儘管在地球的弱引力場情形下它是一個很好的近似。不言而喻，當我們用歐幾裡德幾何學來解釋自然的時候，我們是在依賴廣義相對論來解釋為什麼歐幾裡德幾何適用於我們身邊的情形。

在談到推導的時候，我們會遇到另外一個問題：究竟是誰在進行這些推導？我們常常說，某個東西被其他的東西解釋了，而無需我們真正能夠去推導它。例如：在20世紀20年代中期量子力學建立後，當第一次可以清晰易懂地計算氫原子的光譜和氫的結合能的時候，許多物理學家立即下了一個結論：所有的化學都可以由量子力學和電子與原子核之間的靜電吸引原理來解釋。狄拉克 （Paul Dirac） 等物理學家聲稱，現在所有的化學都已經被理解了。但是除了最簡單的氫分子之外，他們尚未成功地推導出任何其他分子的化學特性。物理學家們斷定，所有這些化學特性都是量子力學的法則被應用到核子和電子上的結果。

不過經驗已經證實了這一點；事實上，我們現在可以通過複雜的計算機運算運用量子力學和靜電引力原理來推導相當複雜的分子的特性 （不像蛋白質或者DNA分子那麼複雜，但仍是相當複雜的有機分子） 。幾乎任何物理學家都會說化學已經被量子力學和電子與核子的簡單性質解釋了。但是化學現象永遠不能以這種方法來完全解釋，因此化學將會持續地作為一個獨立的學科。化學家們不會稱自己為物理學家；他們有不同的期刊和有別於物理學家的技能。通過量子力學的途徑處理複雜分子是很困難的，但是我們仍然明白物理學能夠解釋為什麼化學物質會是那個樣子。這個解釋不在我們的書本上，也不在我們的科學論文裡，它在自然之中；這是因為物理定律決定了化學物質的行為。

類似的說法也適於物理科學的其他領域。作為標準模型的一個部分，我們已經有了良好驗證過的強核子力的理論，這種力將核子內的粒子綁在一起，同樣也將構成這些核子的粒子綁在一起。該理論就是量子色動力學，我們相信它解釋了質子的質量為什麼就是那個特定值。質子質量就是質子內部夸克之間相互作用的強力所產生的。這並不是說我們可以實際計算質子質量，我們甚至不敢斷言自己已經擁有了合適的算法，但是關於質子質量已經不存在任何神秘的成分了。我們覺得自己已經知道了質子質量的究竟，但並不是在我們已經計算出結果或者知道該如何去計算的意義上，而是在量子色動力學可以計算出它的這個意義上—— 質子質量是量子色動力學的結果，儘管我們不知道如何計算。

在這裡非常重要的是認識到某些事情已經得到了解釋，即便是在這種有限的意義上，因為它可以給我們一種戰略性的判斷從而知道應該在哪些問題上下功夫。如果你想計算質子質量，那麼就請吧，祝你擁有更強的計算能力。那將是計算能力上一次有趣的表演，但是它不會超越我們對自然法則的理解，因為我們對強核子力已經有了足夠深入的理解，從而知道在這個計算中不需要新的自然法則。

解釋即推導的說法的另外一個問題是：在某些情況下，我們在沒有對其做出解釋的情況下就能夠推導出某些結果。這聽起來真的有些奇怪，那麼我們來看下面這個小故事。當物理學家們開始嚴肅地對待宇宙大爆炸理論之後，他們所做的重要事情之一就是計算宇宙在迅速膨脹的最初幾分鐘內輕元素的合成。這個計算是通過寫出所有支配各類核反應發生率的公式來做到的。任何一種核素的數量 （物理學家們所說的 「豐度」） 的變化率等於多個單項的總合，其中每一項都同其他核素的豐度保持某個比例。通過這種方式，你可以列出一大套相互關聯的微分方程，隨後，將它們輸入計算機而得出一個數值解。

當這些方程被皮布爾斯 （James Peebles） 於20世紀60年代中期以及隨後的瓦戈納 （Robert Wagoner） 、福勒 （William Fowler） 和霍伊爾 （Fred Hoyle） 求解後，他們發現在經歷了最初的幾分鐘後，四分之一的宇宙物質都以氦的形式存在著，剩下的幾乎全都是氫元素，餘下的其他元素在數量上就微乎其微了。同時，這些計算也揭示了某些規則性。舉例來說，如果你往理論中添入某些東西以加快宇宙膨脹速度，比如加入一些新型的中微子，你會發現更多的氦將會產生。這個結果看來有些和直覺相反—— 你或許以為加速宇宙的膨脹將會減少合成氦的核反應時間，然而實際的計算結果卻表明它提高了氦的合成量。

解釋並不難，儘管這個解釋不能輕鬆地從計算機列印結果中看出來。當宇宙在最初幾分鐘內快速膨脹並冷卻的時候，從原始質子和中子中合成複雜核子的核反應就在進行著，但是因為當時物質濃度相對較低，這種反應只能順序地發生，首先質子和中子合成為重氫核，也就是氘核，隨後氘核又同質子、中子或者其他氘核一起合成更重的核子，如氦核。然而由於氘核非常不穩定，它們的結合相對較弱，因此直到溫度降至接近10億度的時候，也就是在最初3分鐘的末點，才真正地有氘核生成。在整個這段時間裡，中子都在持續地轉化為質子，就像自由中子在現代的實驗室中所表現的那樣。

當溫度降到10億度時，已經為氘核的結合提供了足夠冷的條件，於是留下的所有中子都迅速地合成氘核，氘核隨後又合成為氦核這種非常穩定的核。合成一個氦核需要兩個質子和兩個中子，所以此時所產生的氦核數量正好是餘下的中子數量的一半。所以在早期宇宙中，決定氦的數量的關鍵因素在於溫度降到10億度之前，有多少中子已衰變。宇宙膨脹得越快，溫度降到10億度就會越早，同時留給中子完成衰變的時間就會越短，而留下的中子也就越多，因此所合成的氦也就越多。這便是對計算機演算結果的解釋；但是在那些由計算機生成的、反映豐度與膨脹速度之關係的圖表中是找不到這種解釋的。

更進一步來看，雖然我曾經說過物理學家只對解釋普遍原理感興趣，但是究竟什麼才能被視作原理，什麼又僅僅是偶然，這點並不清楚。有時候，被我們視為基本自然法則的東西僅僅只是偶發事件而已。克卜勒再次為我們提供了這樣一個例子。今天克卜勒主要以他的著名的行星運動三大定律為人所知，不過當他還是個年輕人的時候，他也曾嘗試過用規則多面體構建一個複雜的幾何結構來解釋行星運動的軌道半徑這件事情。今天，我們對此會覺得好笑，是因為我們知道行星離太陽的距離只是反映了太陽系形成中間的偶發事件而已。我們不會試圖通過一些基本法則推導出行星軌道的半徑來解釋它們。

但是在某種意義上，對於地球與太陽之間的距離存在著一種近似的統計解釋。 [7] 如果你要問為什麼地球距離太陽一億英裡，而不是兩億或者五千萬英裡，抑或更近一點或更遠一些，有一種答案會說：如果地球距離太陽過近，那麼對於我們而言就太熱了；而如果它距離太陽太遠，則對於我們而言又太冷了。就此而言，這種說法是個相當愚蠢的解釋，因為人類對太陽系的形成並沒有多麼高明的見解。然而從某種意義上看，這個解釋又並非如此愚蠢，因為在宇宙中有數不盡的行星，哪怕只有很少的一部分相對其恆星而言處於合適的位置、並且也恰好擁有合適的質量和化學成分，總之，只要允許生命進化，那些探究自己所在的行星與其恆星之距離的生物就會發現，它們生活在這很少的一部分行星中的一個行星上。

這類解釋被認為充滿了人類中心的 （Anthropic） 觀念，你會發現它並不能為太陽系物理學提供什麼非常有益的見解。但是，當用於我們平時稱之為宇宙的東西上時，那些人類中心的論證可能就會變得非常重要。宇宙學家們越發猜測性地認為，正如地球只是眾多行星中的一個一樣，我們的大爆炸，我們生存於其中的這個宇宙的大爆炸，可能只是在一個比我們的宇宙大得多的巨宇宙 （Mega-universe） 中四處零星爆發的爆炸之一。他們更進一步地推測說，在眾多不同的大爆炸中，某些假定的自然常數取不同的值，甚至某些現在被我們稱為自然規律的東西都會採取不同的形式。在這種情況下，為什麼我們所發現的自然規律和我們所測定的自然常數正好就是那個樣子，就有一種粗糙的目的論解釋—— 正是因為有了這類大爆炸，才會有人來問這種問題。

當然了，我不希望我們被迫走入這類推理之中，而是期待著我們會發現一組獨特的自然規律來解釋一切自然常數之所以如此的原因。但是，我們必須留意這種可能性：我們所謂的自然規律和自然常數也許只是大爆炸的偶然特徵而已，而我們恰巧發現自己就在這個大爆炸之中，儘管被限制在這個大爆炸的一個特定區域 （好比特定的日地距離） ，該區域允許生命的出現來追問為什麼他們是現在這個樣子。

反過來，一些原本揭示了基本物理原理的系列現象也有可能被簡單地視作偶然事件。我想這也許就是困惑我多年的一個歷史問題的答案。為什麼亞里斯多德 （包括許多其他自然哲學家，特別是笛卡兒） 滿足於一個不能為拋體或其他落體在其行程中任意時刻的位置提供預測的運動理論？牛頓定律可是做到了這一點的。按照亞里斯多德的說法，物質傾向於回歸它們的自然位置—— 土的自然位置就是下降，火的自然位置就是上升，而水和空氣的自然位置則處於二者之間，但亞里斯多德並沒有嘗試過說出一塊泥土下降的速度或者是一個火花上升的速度。我這樣說並不是在問為什麼亞里斯多德沒有發現牛頓定律—— 很明顯，總有人會是第一個發現者，而榮譽恰好降臨到了牛頓頭上。我的困惑在於，為什麼亞里斯多德對於自己不會計算拋體在任一時刻的位置並未感到不滿，他看來好像沒有認識到這是一個人人都該去著手解決的問題。

我猜想，之所以如此的原因在於亞里斯多德曾含蓄地假定：物質回到其自然位置的運動速率純屬偶然，它們不受規則的約束， （除了重物體比輕物體落地快之外） 你無法總結出關於它們的任何普遍定律，唯有平衡問題—— 平衡時物體靜止不動—— 人們能夠得出普遍法則。這也許反映了希臘哲學家對 「變化」 的普遍蔑視態度，正如在巴門尼德 （Parmenides） 的作品中所見的那樣，亞里斯多德的老師柏拉圖對巴門尼德是極其讚賞的。當然在這一點上面，亞里斯多德錯了。但是倘若你將自己置身於他那個時代，你就會發現，運動受精確數學法則所支配這個有可能被發現的事實遠不是那麼顯而易見的。就我所知，直到伽利略開始測量小球滾過斜面的不同距離所花的時間，這一點才開始為人們所理解。了解什麼是偶然，什麼是原理，這是科學所擔負的一項艱巨任務，然而在這一點上，我們不可能總是預先知道。

現在，我已經解構了 「基本」、「推導」、「原理」 這幾個詞，那麼在我的建議—— 在物理學中，當我們從一個更基本的原理中推導出了某個原理，我們就說已經解釋了該原理—— 中還能留下什麼呢？是的，我認為存在一個關於科學未來的遠景，但只在某個歷史背景下。我們已經在穩步地邁向一幅更令人滿意的世界圖景。在未來，我們希望能夠理解自然中所見的一切規則性。基於幾個簡單的原理，或曰自然法則，所有其它的規則性都能夠從中被推演出來。這些簡單的原理將成為所有能夠直接從中被推導出來的原理 （例如，標準模型或廣義相對論原理） 的解釋，而後者又將成為進一步被導出的原理的解釋，如此等等。只有擁有了這個終極理論，我們才能斷言哪些是原理，哪些是偶然，哪些自然事實是哪些原理的結果，究竟哪些才是基本原理，而哪些又是由它們解釋的次基本原理。

現在，我已經使出了渾身解數去闡述科學是否能解釋事物這個問題，下面請容我拾起科學能否解釋一切這個問題。毫無疑問是不能。必定有一些無人能夠解釋的偶然事件存在著，但這並不是說即便我們了解了所有引發它們的確切條件之後依然如此，原因在於我們永遠無法知曉所有那些環境條件。

有些問題，比如為什麼基因密碼正好是它現在這個樣子，為什麼六千五百萬年前的一顆彗星恰好擊中地球的那個位置而不是其他位置，我們可能永遠也回答不上來。我們不能解釋，比如說，為何布思 （John Wilkes Booth） 的子彈擊中了林肯，而試圖槍殺杜魯門的波多黎各民族主義者卻沒有成功。如果我們有證據顯示正當其中一個槍手要扣動扳機的時候，他的胳膊被撞了，我們可能會得到一個部分解釋，但在發生了的現實中，我們並沒有這種證據。所有這些信息都在時間中消失了；我們無法復原那些依賴於偶然的事件。或許我們可以嘗試以統計的方式去解釋它們：比如說，你可以考慮這樣的說法，即19世紀中期南方的演員可能是較好的射手，而19世紀中期的波多黎各民族主義者則是較差的射手，但是當你僅掌握少數幾條孤立的信息的時候，就連作出統計推論都相當困難。物理學家們只是力圖解釋那些不依賴於偶然的事件，但在現實世界中，我們試圖去理解的事情大都取決於偶然。

更進一步講，科學永遠都不可能解釋任何道德原則。在 「是」 與 「應該」 的問題之間似乎存在一道不可逾越的鴻溝。或許我們能夠解釋為什麼人們認為有些事情應該做，或者說解釋為什麼人類進化到認定某些事情應該做，而其他事情卻不能做，但是對於我們而言，超越這些基於生物學的道德法則依然是一個開放的問題。比如說，人類可能是以男人和女人扮演不同的角色來獲得進化的——男人狩獵並戰鬥，女人生育並養育子女——但是我們依然可以邁向一種新的社會，其中所有種類的工作對男人和女人都是同樣開放的。告誡我們是非善惡的那些道德準則，並不能從我們的科學知識中推導出來。

我們的解釋在確定性方面同樣存在著很大的限制，我並不認為我們永遠能夠對其中任何一條感到確信無疑。正如數學中存在深奧的定理，表明算術中的一致性是不可能證明的情形一樣，我們可能永遠也無法證明，最基本的自然定律在數學上是自恰的。不過我對此並不感到擔憂，因為即便我們知道了自然定律在數學上的自恰性，我們依然不敢斷定它們就是真的。當你在職業生涯中轉過那道彎使你成為一個物理學家而不是數學家時，你就會放棄對確定性的擔憂。

最終，有一點看來很清楚，我們永遠都無法解釋最基本的科學原理。 （也許這就是為什麼有些人說科學無法提供解釋的原因，不過按此推理，任何別的東西也都無法提供解釋。） 我認為我們最終將獲得一組簡單的普適的自然法則，即我們無法解釋的法則。我能夠想像的唯一的一種解釋 （倘若我們正好不打算發現一組更深層次的法則，那樣的話只是把這個問題進一步推後） 就是去證明，數學上的自恰性要求有這些法則。但這顯然是不可能的，因為我們已然能夠構想出多套自然法則，就我們所知他們在數學上完全自恰，卻不能描述我們觀察到的自然界。

舉例來說，如果你從基本粒子標準模型中扔掉所有東西只保留強核子力及其所作用的粒子夸克和膠子，那麼你得到的餘下部分就是被稱為量子色動力學的理論。雖然量子色動力學看來是在數學上自恰的，但是它描述的卻僅是一個匱乏的宇宙，其中只有核粒子——沒有原子，也沒有人類。如果你放棄量子力學和相對論，那麼你可以建立起一大群其他的、在邏輯上自恰的自然法則，比如牛頓定律，描述的只是一些粒子依照定律永不停息地相互繞行，而宇宙中別無他物，並且永遠也沒有新的事情發生。這些理論在邏輯上都是自洽的，但是它們都很匱乏。

也許我們對於終極解釋的最大希望在於發現一套自然的終極法則，並證明這是唯一在邏輯上自洽的豐富理論，豐富得足以允許我們人類的存在。這也許會在一兩個世紀後發生，如果它真的到來了，那麼我認為物理學家們就將達到他們解釋力的極限。

參考文獻

[1] 作者簡介：溫伯格（Steve Weinberg），1933年生於美國紐約。因「對基本粒子間的弱相互作用和電磁相互作用的統一理論的貢獻，其中尤其是對弱中性流的預言」，與格拉肖（Sheldon Glashow）、薩拉姆（Abdus Salam）分享1979年度諾貝爾物理學獎。文亞翻譯。

[2] 譯校附記：本文基於2000年秋天在阿姆赫斯特（Amherst）的「科學與解釋的極限」（Science and the Limits of Explanation）論壇上所做的報告。王秋濤、方在慶、郝劉祥校。

[3] 「論原因概念」（On the Notion of Cause），重印見《神秘主義和邏輯》（Mysticism and Logic, Doubleday, 1957）, p.174.

[4] 福斯特（E. M. Forster, 1879-1970）是著名的英國作家和批評家，與羅素、凱恩斯、伍爾芙等人一起屬於布魯門斯伯裡小組（Bloomsbury group）。《天使不敢涉足之處》是他的處女作（1905），或譯《初生牛犢不怕虎》（英諺有云：天使不敢涉足之處，愚人敢進。）——校者

[5] 用原因來解釋事件所存在的困難，可以用一個常被哲學家們援引的例子來說明。假如市長被發現是一個偏癱，難道就可以用市長在多年前染過梅毒但未曾治療的事實來解釋麼？這樣解釋的困難在於，大多數染上梅毒且未獲治療的人事實上並沒有偏癱。如果你能夠跟蹤從梅毒到偏癱的整個事件序列，你將會發現其中還有許多其他事情扮演了關鍵的角色——或許螺旋菌是以一種方式而不是另一種方式擺動，或許這位市長缺乏某些維生素——誰知道呢？不過，在一定意義上我們仍然覺得市長的梅毒是導致他偏癱的原因。也許這是因為梅毒在諸多導致這一結果的因素中是最富有戲劇性的一個，而且肯定是與政治關聯最緊的那一個。

[6] 亨佩爾、奧本海姆，「關於確證邏輯的研究」（Studies in the Logic of Confirmation），《科學哲學》（Philosophy of Science）, Vol.15, No.135 (1948), pp.135-175；稍作修改後重印於《科學解釋面面觀與科學哲學論文別輯》（Aspects of the Scientific Explanation and Other Essays in the Philosophy of Science, Free Press,1965）。

[7] 為了尋求這種「解釋」的早期例子，德克薩斯大學的漢金森（R.J. Hankinson）將我的注意力引向了蓋倫身上。由於生在哥白尼之前1400多年，蓋倫關注的是對太陽的位置而不是對地球的位置的解釋。在「論身體各部位的功用」（On the Usefulness of the Parts of the Body）一文中，他對太陽位置的解釋和腿部末端的腳的位置的解釋進行了類比——太陽和腳都被造物主置於它們能夠發揮最大功用的地方。

儘管這些解釋都採取了被現代科學拋棄的目的論的形式，蓋倫的類比比他能夠認識到的要好。正如地球是那些與其恆星之間的距離在很大程度上是一種偶然的眾多行星中的一個，腳的位置也是我們的脊椎動物祖先在進化過程中大量偶然變異的結果。那些在偶然變異的鏈條中將腳置於嘴中的生物沒有存活下來將自己的基因傳給後代，正如一顆行星出於偶然離其恆星太遠或者太近都不會成為哲學家們的家園。