科学与伪科学的一个重要界限——对应原理与科学创新，本文主要内容关键词为：科学论文,伪科学论文,一个重要论文,界限论文,原理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
［中图分类号］N0 ［文献标识码］A ［文章编号］1003-7071(2002)03-0025-05
伪科学经常以激烈地鼓吹“突破”和“创新”的面目出现，它们把自己的那些明显与科学相背离的东西说成是“新的科学”，是以往的科学还没有认识到、还说明不了和解释不了的新的东西。它们试图以“突破”和“创新”为借口来回避与科学对话。笔者认为，玻尔提出的“对应原理”，具有普遍的方法论意义，它为科学创新提出了一种制约性的要求。是否能够满足这种要求，为科学与伪科学在“创新”问题上划出了一条重要的分界线。
一、“对应原理”的普遍意义
在实验科学理论中，经常提出一些原则或原理，它们本身不含有具体的科学内容，既不传达关于事物性质和规律的实证信息，也不讲述关于宇宙人生的思辨哲理，而只是对理论构造方式提出某些要求。例如，伽利略—爱因斯坦的“相对性原理”，一直为古今众多科学家所重视的“简单性原则”，彭加勒、狄拉克等许多人经常谈论的科学美学原则，等等，它们在本质上既不属于实验科学定律，也不属于哲学原理，而是一些规范科学理论性质的元理论定律。著名物理学家尼耳斯·玻尔在量子革命中提出的“对应原理”也属于这种性质。对应原理表述了科学理论发展中的一条重要规律，即新理论和旧理论之间的关系的规律性。它要求：新理论必须能够把旧理论作为自己的一种特例或极限情况而包含于自身之中，使得在原先旧理论曾经适用的那些领域，新理论与旧理论能够取得一致。简单地说，就是要求：新理论必须能够在某种极限情况下过渡到旧理论。
玻尔关于对应原理的讲述，在他的文章中到处可见，现将原文引录几段于下：
把量子论看成经典理论的合理推广的那种企图，导致了所谓对应原理的陈述[1](P51)。
对应原理所要求的原子属性和经典电动力学之间的渐近式的联系……意味着，在量子数很大的极限情况下，相邻定态之间的相对差将渐近地变为零，这时，电子运动的力学图景是可以合理地应用的[1](P61)。
人们要求，在作用量子可以忽略不计的那种边缘区域中，量子力学的描述要和习见的描述直接汇合起来。在量子论中应用经过再诠释的每一经典概念的那种努力，在所谓对应原理中得到了表现；这种再诠释应该满足上述要求，而并不和作用量子不可分性的公设发生分歧[1](P79)。
对应原理……起源于在原子过程的统计解释和经典理论的预期结论之间寻找最密切的可能联系的工作；而经典理论在一种极限情况下是应该成立的，这种极限就是，在分析现象的一切阶段中，所涉及的作用量都要远远大于普适量子[2](P39)。
光谱和运动之间渐近一致性的证实，导致了“对应原理”的陈述；按照这一原理，和辐射的发射有关的每一跃迁过程，其可能性是受到原子运动中一个对应谐和分量的存在的制约的。不但是各个对应谐和分量的频率在定态能量所趋近的极限下将渐近地和由频率条件得出的数值相符，而且，在这一极限下，各力学振动分量的振幅，也给各跃迁过程的几率提供了一种渐近式的量度，而各个可观察谱线的强度就是依赖于这些几率的[1](P28)。
对应原理作为借助经典理论来猜想和推测量子规律的一个指导原则，起初在玻尔那里曾被强调必须把它“纯粹地看成一条量子理论的规律”[3]，是指原子定态跃迁与根据经典理论预期的原子运动的谐和分量对应，跃迁的几率与相应的谐波的强度对应。玻尔把个体跃迁过程各自和原子级粒子的一个运动谐和分量联系起来，把跃迁几率与相应的谐波的强度对应起来，这些具体内容的确是纯粹属于量子论的；但是，玻尔同时指出，在猜测和确认这种对应关系的时候，必须始终遵循着一个原则，就是量子理论一定要能够在一种极限情况下导出与经典理论一致的结果。这一原则具有普遍性的方法论意义。
后来，玻恩、海森堡、罗森菲耳德、玻姆等人，又对对应原理进行过阐发。后来的人们，一般都超出了玻尔对应关系的具体内容来看待对应原理，人们都更加看重这个原理的一般方法论意义，并把这种方法论的意义推广到其他一切理论的普遍领域，使其成为一个普遍原理。作为“哥本哈根学派的主要发言人”的罗森菲耳德认为，对应原理的源头可以追溯到瑞利勋爵(1900)的提示。瑞利指出，按照经典的能量均分定理研究空腔辐射所得出的公式表明，经典理论所预见的结果在足够小的频率的极限情况下应该继续成立[4](P57)。显然，这样理解对应原理，就超出了玻尔所思考的对应关系的内容，而强调了这个原理的一般方法论意义。
玻恩在介绍海森堡(1943)的S矩阵理论时也谈到对应原理。在海森堡的理论中存在一个绝对长度a（～10[-13]厘米）和绝对时间τ=a/c（～10[-24]秒）。玻恩说，“根据对应原理，S矩阵理论在绝对长度或绝对时间不起重要作用的情况下必须过渡到通常的哈密顿理论”[5](P160-162)。这里也超出了玻尔的对应关系，而只注重对应原理的一般方法论意义。
玻姆对对应原理的论述颇多。他指出，对应原理“首先是由玻尔提出的。对应原理说，量子物理的定律必须这样来选择，即在涉及众多量子的经典极限下，量子定律的平均结果应导致经典方程”[6](P36)。“尽管量子理论和经典理论很不相同，通过对应原理在它们之间还是建立起了非常密切的关系，据此，按照量子理论要过渡到正确的经典极限这一要求，就能确定量子理论的一般形式。”[6](P69)他并且说，迄至目前，量子理论与实验结果完全相符。以后，在某个新的领域中总会有可能发现量子理论的预言是错的，“这种情况倘若一旦发生，我们就不得不要从根本方面修改量子理论，但这时应当这样来修改：即在我们迄今所遇到的一切现象中，新理论在极限情况下要过渡到现有的量子理论”(6)[P137]。
目前，在众多科学著作和文献中，都把对应原理理解为一个表述新旧理论之间的关系的普遍原理。这里所说的旧理论，是指曾由实验证明在一定的事实范围内适用，以后又遇到了不能解释的新事实的理论。这时候就需要产生新理论来取代原有的旧理论。一般来说，新理论的基本概念和观念与旧理论往往是不同甚至是根本对立的；然而，尽管有这种差异和对立，还是有可能借助对应原理把两者联系起来，联系方式就是，新理论必须能够在一种极限情况下过渡到旧理论。新理论趋合于旧理论的这种极限情况，也就是原先旧理论曾经适用的那些领域范围，新理论必须完全覆盖这些领域，并在这里与旧理论保持一致。于是看起来，旧理论就好像是作为新理论的一种极限情形，或者说是作为比新理论适用范围更小的一种特殊情况，被新理论包含于自身之中。
从数学的观点看，对应原理所表达的关系可以理解为，新理论是关于实在的一种更加精确的描述，而旧理论则是忽略了一项高阶无穷小，从而是一种近似性的描述。在新理论中比旧理论多出这么一个项，体现着新发现了某种关于实在的新效应。在使得这个无穷小量趋于零的极限状况下，两种描述便趋于一致，这时候理论描述的是这个项所表达的效应不重要或者不明显，从而可以忽略的那种情况；而在远离这一极限的情况下，该项所表达的效应将不能忽略，新理论应给出与旧理论不同的描述。所以人们又经常说，旧理论是新理论的极限近似，即它作为新理论的一个极限情况，是对实在的近似描述。我们通常所说的旧理论的适用范围，实际上是旧理论描述所达到的近似程度足够高的领域范围。
二、科学创新必须满足对应原理的要求
科学的发展和进步通常表现为一种创新过程，即以新的科学理论取代原有的旧理论。科学创新是在新事实的推动下发生的。任何一个科学理论，都是在一定的事实基础上建立起来的，因而都在特定的适用范围内有其局限的真理性，一旦超出其适用范围，其真理性就会丧失。随着科学实践的发展和科学认识对象领域的不断扩大，原有的理论总会遇到它解释不了的新现象或新事实，于是就需要提出新的科学理论来代替旧理论。由于新事实和新现象层出不穷，所以科学创新过程是永无止境的。
科学创新必须具备两个基本特征。第一个特征是新颖性，要求新理论通过引入新概念和新观念，而使得理论能够导出更多的新预言，能够解释更多的新事实，从而使得新理论能够解决原来旧理论不能解决的某些新问题。第二个特征是保持与原有的旧理论的对应性，即新理论的创新必须满足对应原理的要求。科学创新不是完全离开或简单地抛弃旧理论而凭空提出新理论，而是要求在新理论和旧理论之间建立起一种对应关系：新理论必须能够把旧理论作为自己的一种极限情况包含于自身之中，使得旧理论在特定的适用范围内取得局限的真理性。满足对应原理的要求，也就使得理论的新颖性须以新理论能够解决原来旧理论所能解决的一切问题为前提。用一个浅显的道理来比附，就是说，我要取代你，理由就应该有两条：一条，我至少能干一件你干不了的事；另一条，你能干的事情我全能干。这两条是缺一不可的。
在科研实践中，人们经常要靠新创某些类如素、子、力、场之类的新名词，以引入某种新实体或新动因来解释某一新事实。这时候，合理性的试金石还是对应原理，它要求这些新概念必须能解释除了其专用事实之外的更多的已知事实。如果忽略对应原理的限制条件，割裂与以前的科学知识的联系，这些实体或动因就会沦为特设性的甚至宗教性的。这种创新对于科学解释的目的来说是不充分的，或者说是没有实质性意义的。对于人类企望理解的要求而言，新引入的假设同原来的不可判定事实在本质上是等价的，用特设性假设或宗教解释事实，实质上是为了解决一个疑问而同时又新添另外一个新的疑问，因为解释项本身已经是疑问。只能靠使用特设性假设来扩充理论适用范围以接纳新事实，这不是科学创新，而是理论即将被淘汰的信号。
对应原理是在量子理论创造过程中提出的，因此，量子理论对经典理论的关系，给我们提供了科学创新必须满足对应原理这一要求的典型范例。关于量子理论的经典极限，有几种不同的取法，其内涵实质是一致的。一种是取大量子数的情况，在量子数n→∞的极限情况下，玻尔原子相邻定态之间的相对差将渐近地趋于零，量子公设将失去其重要性，这时，电子运动的经典力学和经典电动力学图景可以以非常高的近似程度合理地应用。另一种取法是取普朗克常数h相对很小的情况，如果所讨论的问题，涉及的具有与h相同量纲即作用量纲[J.S]（能量·时间）的量非常大，使得相对来说，普朗克常数h→0，这时候量子效应可以忽略，用经典理论就能给以足够精确的近似描述。还有一种取法是取德布罗意波的波长λ相对非常小的情况，当所讨论的对象，其物质波的波长远远小于仪器装置部件的尺寸，即相对于仪器装置部件的尺寸来说，所讨论对象的物质波的波长λ→0，这时候对象的量子特性就无关紧要并且难以观察，可以用经典力学来代替更一般的量子理论。一般来说，相当人体尺度的宏观物体，大都符合经典极限条件，即上述的λ→0,h→0,n→∞的要求。因此，人们经常把宏观物体运动的领域划为经典力学和经典电动力学的适用范围。
科学创新必须满足对应原理的要求，这一科学发展的普遍规律已经为大量科学史事实所证明。在经典光学的发展进程中，波动光学对几何光学的关系是一种科学创新。从波动光学的基本原理出发，能够很好地解释光在均匀媒质中沿直线前进和在两种介质分界面上发生反射与折射的现象，并且导出了与几何光学的结果相同的反射定律和折射定律。就是说，首先是，波动光学能够解决几何光学能够解决的那些问题；此外，波动光学还能够解决一些几何光学所不能解决的问题，比如它能解释光的干涉和衍射，以及光与物质相互作用的一些现象，如色散、吸收和散射等。在波动光学中，“光线”被定义为波面的法线族。如果对于完整的等幅球面波、完整的等幅柱面波、完整的（无限大的）等幅平面波，即在完整和等幅两个条件同时具备的情况下，波动光学的“光线”就可以用几何光学意义上的光线来代替，两种光学理论给出相同的描述。因此，可以把几何光学看做是对一类理想对称波动的特例描述。几何光学可以看做是波动光学在波长相对很小时的极限情况。当光波波长远小于光学系统装置中各有关尺寸时，就可以由几何光学中的光线来近似处理。但是，在光学系统的几何尺寸与光波波长在同一数量级时，光的波动性质就表现得十分突出而不能忽视了，只能借助于波动光学来处理。
狭义相对论对经典力学的关系，也是一种科学创新。相对论并不是完全抛弃和脱离经典力学而另外重新建立起来的与旧理论毫无关系的新理论，而是把自身看做一个更加普遍的理论，在这个理论中，经典理论仍然具有一定的真理性，只是它的适用范围受到了限制：牛顿的理论是爱因斯坦的这个更普遍的理论在对象运动速度较慢情况下的一个特例。在对象运动速度远小于光速的极限情况下，洛伦兹变换将过渡到伽利略变换，相对论速度合成法则将过渡到经典力学的速度合成法则，物体的相对论质量渐近地等于经典的静止质量，相对论动量渐近地等于经典动量，相对论动力学方程式将过渡到牛顿运动定律方程，狭义相对论与牛顿力学渐近地趋于一致，两个理论会导出大致上是一致的结果。
非欧几何对欧几里得几何学的关系也是一种科学创新。非欧几何的产生是通过外延式扩充公理集而推动理论有效发展的典型例子。经过历代数学家近两千年的努力，确认了欧几里得几何学第五公设（平行公设）的不可判定性。从这一公理系统中去掉平行公设，把另一非欧平行公理并入，就得到一种非欧几何。非欧几何描述的是弯曲空间，它能够把欧氏几何作为自己的某种极限状态下的特例包含于自身之中。比如，在罗巴切夫斯基几何学中，在如下两种情况下：当罗巴切夫斯基函数中表示空间曲率半径的常数K充分大（即空间曲率非常小）的情况下；或者在空间曲率固定，但只考虑罗氏空间中的一块充分小的局域平面上的几何性质的时候，罗氏几何能够以允许忽略的误差而回到欧氏几何学。这表明，欧氏几何只是罗氏几何的某种极限近似，它适用于描述空间尺度不特别大情况下的空间性质。在我们通常的宏观世界的空间尺度下，几何空间的非欧性是可以忽略的，用欧氏几何学即可足够精确地描述空间的性质。在超宇观世界的特大空间尺度下，几何空间的非欧性才能明显地表现出来，在那里欧氏几何学就不适用了，必须使用非欧几何来描述空间的性质。
应该注意的是，对应原理所要求的在趋近于某种极限状态的特殊情况下新旧理论之间的渐近式的联系，或者如通常所说，新理论逐渐过渡到旧理论，这并不能看成是新理论从基本观念上又返回到了旧理论，恰恰相反，即使在这些极限状态下，新旧理论之间在根本观念上的对立依然存在，并且必须以新理论观念取代旧观念。例如，上面所举的例子中，量子论的定态和个体跃迁概念，光的波动本性的观念，狭义相对论的时空观念，罗巴切夫斯基的弯曲的几何空间，即使在极限状态下还是要保留下来，只不过这些新观念表现出来的效应在这种特殊情况下非常不明显从而可以忽略，使得新理论与旧理论取得了形式上的一致而已。
三、伪科学不能满足对应原理的要求
伪科学经常以激烈鼓吹“创新”的面孔出现。但是，它们所鼓吹的“创新”不能满足对应原理的要求，所主张的是一种完全抛弃科学遗产、脱离以前科学知识的所谓“突破”和“创新”。实质上，对应原理所强调的是科学创新与以往人类全部科学遗产的联系问题。它限制了那种完全脱离和抛弃以前的科学知识而随心所欲地构造所谓“最新科学”的随意性。科学创新并不是纯粹地为了“新”而“新”，对于一个创新理论来说，并非“新”就是一切，它同时还要对现有的旧理论负有责任，在新理论中要给予旧理论以一席之地。科学创新必须满足对应原理这一要求，保证了一个合格的新理论，必定是从人类历史地连续积累起来的知识土壤中生长出来的。
前几年，在东北曾发生过一场“水变油”的闹剧，在全国炒得沸沸扬扬。东北人王洪成，小学没毕业，但被吹嘘为一个完成了中国“第五大发明”的“超人”。他自称发明了一种特殊物质，以非常小的比例掺入水中，就能把水变成汽油、柴油，于是声言将彻底解决人类能源危机。他多次以精彩的表演蒙骗了社会各界的许多人士。首先是一些新闻记者抱着“眼见为实”的信条做了离奇的报道，把这种只有傻瓜才相信的事儿说成是“不信的只有傻瓜”；一些教授也受骗上当，联名为伪科学做论证、上荐书；还有不少党政干部公安干警被蒙骗，出来为骗子“保驾护航”，有的甚至亲自“下海”参与其中。到王洪成的诈骗罪行被揭穿并绳之以法时，这场诈骗已遍及全国，吸引数百家投资者，造成了严重的经济损失。
这是一个典型的打着科学发明招牌的伪科学骗局。有一些被伪科学蒙骗的人还曾发表文章总结王洪成的成功经验：
认为只有踩在前人的肩膀上才能获得成功，逼迫自己背上越来越重的包袱，这是人类的不幸之处。王洪成成功的原因在于他幼时淘气厌学，无知方能越雷池，才可能突破人类文明的成果，获得异想天开的自由，才可能有他的水变油理论的伟大发现，并使他自信：“永动机”的奥秘也将最终在他那里被解开[7]。
这种总结，实际上就是在倡导一种与以前的人知知识完全割裂的所谓“突破”和“创新”。一方面打着“科学”的旗号，使用现代科学的名词术语编造各种离奇的神话；另一方面，又在贬损科学，否定科学，假科学之名行反科学之实，这是一切伪科学所共有的基本特征。伪科学贬损和否定科学的惯用手法之一，就是以“创新”为名，完全脱离以前的科学知识，纯粹立足于幻想来提出所谓新的学说或理论。邪教“法轮功”的缔造者李洪志在伪科学的道路上走得更远。他经常以激烈鼓吹“突破”和“创新”的面目出现，把他的那些与科学明显相悖的歪理邪说辩解成：我讲的这些是“新的科学”，是“科学还没有认识到的”、“还没有发展到这一步的”，是“以往的科学说明不了的”新的东西；并且鼓动，只有“突破”以往的科学，人类才能发展，社会才能进步。
伪科学所鼓吹的这种“突破”或“创新”与科学创新精神是格格不入的。“无知方能越雷池”，可以说是一句点睛妙语，贴切地表达了伪科学所鼓吹的“突破”和“创新”的核心本质；与此相对立，科学创新则主张“只有站在前人肩上才能获得成功”。伪科学把人类科学遗产视为束缚和阻碍“创新”的羁绊，认为必须彻底摆脱以前全部科学知识的“包袱”才能实现“创新”；而科学是把以前的科学知识看做创新的基础，把继承前人科学遗产看做实现创新的必要条件。总之，是否能够满足对应原理的要求，这是科学与伪科学在“创新”问题上的一个重要分界线。
伪科学家热衷于鼓吹一种完全抛弃科学遗产，脱离以前科学知识的所谓“突破”和“创新”，这是不难理解的。我们看到，现代的许多伪科学家，作为“奇迹”的创造者，大都只具有低浅的学历和学术水平，有的小学都没有读完，从而不可能掌握多少科学知识，不可能有足够的知识准备来从事科学创新活动。他们既无须学历，亦无须现代科研手段和条件，而能够奇迹般地达到上乘境界，其实这才是真正的“奇迹”。要对这种“奇迹”作出解释，只能靠编造关于“超人”和“神灵”的各种神话，借助神秘力量以实现一种无须科学、脱离科学、否定科学的“突破”和“创新”。
的确，以往的科学不能解释的新事实是层出不穷的，为了解释新事实就需要不断创新，即提出新的科学理论。但是，科学创新所追求的新颖性，不是指一味地追求新奇。对应原理告诉人们，科学的进步是一个前后相继的具有因果连续关系的进程，而不是孤立片断和幻想产物的堆积；科学创造没有神奇的捷径，要创造出可以取代旧理论的合格的新理论，必须以学习以往的科学为基础。关于科学创新必须满足对应原理，这一方面的要求经常被人们忽视，所以很容易被伪科学家们讲的那些貌似高扬创新精神的说法所迷惑。实际上，从方法论上看，伪科学的“突破”和“创新”所坚持的是一种极端倾向，忽视对应原理的要求，一味地追求“破”和“新”，走向极端就是一条反科学的道路。
［收稿日期］2002-04-20