第一部分科学的世界
第一章个人的知识与社会的知识
科学知识的目的在于去掉一切个人的因素，说出人类集体智慧的发现。在这一章里我要讨论一下科学知识在达到这项目的上获得了几分成功，和为了达到最大限度的成功而必须牺牲掉的个人知识因素。
整个社会的知识和单独个人的知识比起来，一方面可以说多，另一方面也可以说少：就整个社会所搜集的知识总量来说，社会的知识包括百科全书的全部内容和学术团体会报的全部文献，但是关于构成个人生活的特殊色调和纹理的那些温暖而亲切的事物，它却一无所知。如果有个人说："我没法说出我看到布痕瓦尔德①所感到的恐怖"，或者"我没法用语言表达我过了多年的集中营生活之后重见大海所感到的快乐"，这时他是在说一件千真万确的事实；他从亲身经验所得到的知识是那些与他经验不同的人所没有的，这种知识并不是用语言可以完全表达出来的。
一个运用语言文字的能手可能在敏感的读者心中创造一种与他自己相差不多的心境；可是如果他用的是科学的方法，那么他的经验之流就会烟消云散，永远消失。语言，这个我们借以表达科学知识的唯一工具，在其起源及其主要功用方面，基本上是社会性的。固然数学家乘船遇险漂到荒岛，他很可能掏出随身带的笔记本和铅笔，用数学语言做一些演算，来消磨这种难受的寂寞；同样，人们记日记也完全是为了自己看的。再就日常生活中更常见的事来说，大多数人也是通过语言进行内心思维活动的。可是语言的主要目的毕竟还是传达思想，为了达到这个目的，语言就必须是大家公用的语言，而不是说话人独创的一套自家语言。其结果就是在把思想翻译成语言的过程中，每个人经验中最具个人特点的东西几乎都失掉了。
此外，就连语言的共同性本身在很大程度上也是一个错觉。某种形式的一句活通常可以为适当的听者一致认为对或是错，但是这句话的意义对于所有的听者来说却并不相同。影响不到一句话的真或伪的那些意义上的差别，通常在实际生活中没有什么重要意义，因而被我们忽略掉，结果使得我们认为个人的世界与公共的世界非常相似，这种相似远远超过了实际的情况。研究一下学习语言的过程，我们就会很容易证明这一点。
理解一下词的意义有两种方法：一种是通过别的词给它下定义，这样的定义叫作文字的定义；另一种是通过让人经常当着一个词所指的物体听到这个词，这样的定义叫作实指的定义。显然开始只能使用实指的定义，因为文字的定义要是假定一个人已经认识用来下定义的那些词。你可以通过文字的定义懂得五边形是具有五条边的平面图形，可是小孩子却从来不是用这种方法学会那些常用的词的，例如"雨"、"太阳"、"午饭"或"床"等。这些词是通过小孩子看着我们要说的东西，由我们用加重语气读出相应的词让他们学会的。所以小孩子对于一个词的意义的理解要受他个人经验的影响，要受他的环境和感觉系统的决定。
一个经常看到毛毛细雨的小孩和一个只见过热带倾盆大雨的小孩，对于同一个"雨"字的意义会有不同的理解。一个近视眼的小孩和一个远视眼的小孩对于同一个"床"字也会有着不同的意象。①布痕瓦尔德（Bucbenwald），第二次世界大战中纳粹德国最大集中营之一。--译者不错，教育力求把语言变成不带一点个人因素的东西，并且获得了某种程度上的成功。"雨"不再是大家都熟悉的那种现象，而成了"从云块落到地面的水点"，"水"不再是把你弄湿的那种东西，而成了H2O。关于氢和氧，我们必须牢牢记住它们的文字的定义；至于你是否理解这些定义倒无关紧要。一个人所受的教育越高，文字的世界和感官的世界的距离也就越大；你学会怎样正确使用文字，正象你学会拉小提琴一样；你终于成了一个运用文字的能手，熟练到连文字还有其意义这一点也丢在脑后了。这时你已经成了一个只具有社会性的人，连藏在你心头深处的思想也适合刊载在百科全书上了。但是你却再也没有希望作一个诗人，如果你想谈情说爱，你会发现你说的那种不带一点个人色调的语言很难引起你所希望引起的那种感情。你为了传达而牺牲了表达，结果你所传达的最后只能是既抽象而又干燥无味的东西。我们越是接近逻辑上的完全抽象，不同的人在理解一个词的意义上所出现的无法避免的差别也就越小。这一点是很重要的。没有理由认为两个受过适当教育的人在理解"3481"这个数字的意义上会有什么不同。
对于两个逻辑学家来说，"或"和"不"可以有完全相同的意义。纯粹数学自始至终都在使用能够为大家所公认、不带一点个人因素的概念。这是因为数学概念中没有从感官得来的东西，而感宫乃是形成个人世界的门户。人体是一件反应灵敏的记录器，不断传进来自外界的消息；传到一个人体的消息绝不会和传到另一个人体的消息完全一样，尽管实际生活和社会的需要让我们学会不去理会两个邻近的人在知觉结果方面的差别。在物理学的建立上，我们特别强调知觉知识的时宜方面，这是知觉知识中最抽象和最接近逻辑和数学的一个方面。我们这样做是为了要做到让概念成为大家共同理解的东西，把可以传达的都传达出来，不能传达的就听其沉没到黑暗朦陇中去。可是人类所理解的空间和时间，实际并不象科学所说的那样不带一点个人的因素。在神学家的心目中，上帝超然地对全部时间和空间一览无遗；科学在模仿这种非片面性的努力上获得了一些表面上的成功，但是这种成功有一部分实在是我们的错觉。
人类与神学家的上帝不同：人类的时间和空间总有个"此时"和"此地"。凡是属于此时此地的事物都是清晰分明的，事物越是遥远就越变得模糊不清。我们对于一个事件的全部知识都是从一个时空中心向外辐射出去的，这个中心就是此时此地我们所占有的这块小小的领域。"此地"是个意义含糊的字眼：天文学中的宇宙论可以把银河系当作"此地"，在研究银河系时"此地"指的是太阳系，在研究太阳系时"此地"指的是地球，在地理上"此地"指的是我们居住的城市或地区，在感觉的生理研究上"此地"指的是与身体其它部分相对而言的脑子。大的"此地"总是以小的"此地"作为它的部分的；一切"此地"都包含说话人的脑子或者脑子的一部分。至于"此时"，情况也相仿。科学素以消除"此时"和"此地"为本身的目标。
对于地球表面发生的某个事件，我们要指出它的经纬度和日期，借以确定它在时空簇中的位置。我们已经发展了一种技术，它可以保证所有具有精密仪器的精确观察者在经纬度和日期上会得出相同的数字。结果只要我们满足于这些数字，不去深究它们的意义，那么这些数字就不会再有任何个人的因素。在我们人为地把格林成治的经度和赤道的纬度规定为零度之后，其它地方的经纬度也就随着确定下来。但是什么是"格林威治"？这类名词原是不该在完整的宇宙概观中出现的，它的定义并不是数学上的定义。如果想给"格林威治"下定义，最好的办法是把一个人带到格林威治，并对他说"这里就是格林威治"。如果另外某个人已经确定了你所在的地方的经纬度，那么你就可以用格林成洽相对于这个地方的经纬度来给格林威治下定义；举例说，格林威治位于纽约以东多少度和以北多少度。但是这样仍然逃避不开"此地"这个概念，"此地"在这里指的是纽约而不是格林威冶。
此外，通过经纬度来给格林威治或纽约下定义本身就很荒谬。格林威治是个实有其地并且住有居民的地方，这里有些建筑在确定以格林威治的经度作起算点之前就已经有了。自然你可以对格林威治作一番描写，可是你总会碰上具有同样特点的其它城镇。如果你要让你的描写一定指格林威治，唯一的办法是说出它和另外某个地方的关系，比方说它在泰晤士河伦敦桥下游若干哩。可是这样你又得给"伦敦桥"下定义。迟早你还是免不了要把某个地方定义为"此地"，而这却是一个以自己为中心的定义，因为所说的那个地方并不是每个人所公认的"此地"。可能有一个逃避开这个结论的办法；以后我们还要讨论这个问题。但是显而易见或轻而易举的办法是没有的，除非找出一个办法，否则所有经纬度的确定都会掺杂着"此地"这种主观因素。这就是说，虽然不同的人给一个地方确定了相同的经纬度，他们对于他们所得出的数字到底还是没有给予相同的定义。我们相信我们生活于其中的这个共同的世界是一个结构，这个结构一部分是科学的，一部分是先于科学的。我们知觉到的桌子是圆形或长方形，尽管画家为了表现它们的外形，不得不把它们画成椭圆或非长方形的四边形。不管一个人离我们有二呎还是十二呎，我们看他总是差不多同样大小。除非我们注意到这些事实，我们很少觉察到经验让我们在解释可感觉的形相上所做的校正。
从一个在一张侧面像上画出两只眼睛的小孩子到一个谈论电子和质子的物理学家，中间要经过一段很长的路程，可是在走这段路程时却有个始终不变的目标：消除感觉的主观性，而代之以对所有知觉者都相同的一种知识。感觉到的事物和人们认为是客观的事物之间的差别逐渐扩大；小孩子画的有两只眼睛的侧面像和看到的还是很相近的，但是电子和质子和感觉世界之间却只剩下一点点逻辑结构上的相似。然而电子和质子有一种好处，就是它们可以不靠感官而实际存在，而我们的直接视觉材料，由于它们掺有主观性因素，差不多可以肯定他说不是我们见到的物体的真实情况。电子和质子的存在--假定相信它们的存在从科学上讲是正确的--并不依靠它们是否被知觉到；相反，我们有充分理由相信它们在宇宙还没有一个知觉者以前就已经存在了无数的年代。虽然它们的存在并不依靠知觉，但是我们还是依靠知觉才有理由相信它们的存在。
几十万年以前。从一个广漠遥远的区域发射出多到让人难以相信的光子，这些光子在宇宙中向四面八方流动。最后有很少数的光子击中了一张激光板，使感光板发生化学变化，这些变化使得感光板的有些部分在天文学家的观察下呈现黑色而不是白色。对于一个渺小的但却受过高等教育的有机体所发生的这点微小的效果，是我们相信有一块大小和银河差不多的星云存在的唯一理由。
认识的顺序和因果的顺序恰好相反。就认识的顺序说，观察黑白形状的天文学家的短暂的主观经验发生在前，而那块广漠、遥远和属于很久以前的星云出现在后。在研究我们为什么相信一个关于经验的语句的理由时，我们逃避不开带有个人局限性的知觉。我们从这个不纯的来源得到的知识，经过科学方法的一番提炼，到底能达到怎样纯净的程度，做到和上帝一样超然而无所偏，显出自己辉煌的成就，这是个困难的问题，我们以后将要多加研究。可是有一件事从开始就很明显：只有在原来的知觉材料确实可信的条件下，才有理由相信以它为基础推论出来的那座高大的宇宙大厦。我的意思并不是说一定要把原来的知觉材料看成无可置疑而加以接受；实际情况并不是这样。加强或削弱个人的证词有着种种人所共知的方法；在法庭上我们使用一些方法，在科学上我们使用一些多少有些不同的方法。可是一切都依靠一个原理，那就是证词当中每一小部分都必须具有一些分量，因为只有依靠这个原理，彼此一致的证词才能具有很大的概然性。个人的知觉知识是我们全部知识的基础，我们还没有一种能在许多观察者所共有的与件上开始研究的方法。第二章天文学的宇宙天文学是一门最古老的科学，对于天体及其周期性运行规律的观察使人类得到了关于自然界规律的最初的概念。可是尽管天文学非常古老，它却仍然和以前任何时期一样富有生命力，在帮助我们正确估量人在宇宙中所占的地位上也仍然起着重要的作用。
在希腊人开始提出天文学上的假说以前，巴比伦人和埃及人对于太阳、月亮和行星在恒垦中间的运动已经观察了好几千年，他们也掌握了准确地推测月蚀和非常不准确地推测日蚀的方法。希腊人和古代其它民族一样，相信每个天体都是神，或者至少受天体自己的神或女神的严格支配。确实也有人怀疑过这种看法：庇里克里斯时期的安那克萨哥拉就认为太阳是一块赤热的石头，而月亮则是土做成的。可是他却因为主张这种意见而受到迫害，被迫离开雅典。不管是柏拉图还是亚里斯多德，他们的唯理主义倾向都不见得能达到这样的程度。但是当时最好的天文学家并不是唯理主义倾向最强的人；最好的天文学家是毕达哥拉斯学派的学者，他们受了迷信的启示，碰巧提出了最好的假说。在纪元前第五世纪末，毕达哥拉斯学派的学者发现大地是个球体；大约一百年之后，伊拉托斯提尼斯正确推算出地球的直径，和实际相差不到五十哩左右。在纪元前第四世纪，旁都斯的希拉克里底斯主张地球每天自转一周，金星和水星按照轨道围绕太阳运行。纪元前第三世纪，沙摩斯的亚里斯塔库斯提出了一个完备的哥白尼体系，并且得出一个理论上正确的推算地球与太阳和月亮之间距离的方法。虽然由于他掌握的数据不够准确，这个结果就太阳来说错误非常之大；可是一百年以后，波西顿尼乌斯所做的一次推算和正确数字相差就不过一半。
可是这种非常蓬勃的发展并没有继续下去，其中很大一部分成就由于古代后期理智的普遍衰退而被人遗忘了。比方说把普洛提努斯著作里所说的宇宙和后来对于宇宙的看法对比一下，他所说的宇宙就显得象个舒适宜人的小寓所。整个宇宙受最高的神的管理，但是每个星球也是一个等级较低的神，这些神和人相差不多，然而不论在哪一方面部比人高贵聪明。普洛提努斯指责诺斯提教派，因为后者相信在创造出来的宇宙中最值得人们称赞的莫过于人类的灵魂。在他看来，天体不仅看来是美的，而且在道德和理智上也是美的。太阳、月亮和行星都是高贵的神灵，受这位哲学家在他最高境界中感到兴趣的那些动机所支配。他愤怒地谴责诺斯提教派（以及后来的摩尼教徒）的悲观看法，按照这种看法，有形的世界是一个邪神创造出来的，所以要受到每个真心向上，向往美德的人的鄙弃。
恰好相反，这些装饰天空的明亮的神灵是聪明而善良的，这些神灵正是在倾覆罗马帝国的种种愚行和灾祸所造成的混乱当中唯一使这位哲学家得到安慰的东西。中古时代基督教的宇宙虽然不及摩尼教的宇宙那样严峻，可是它却失掉了非基督教直到最后还保留着的一些富有诗意的想象力。然而这个变化并不算很大，因为天使或大天使多少代替了多神教中天体上的神灵。中古时代的宇宙，包括它的科学和诗的方面，都写进了但丁的《天堂篇》；其中科学一方面是沿袭亚里斯多德和托勒密的。大地是个球体，位于宇宙的中心；撒旦在地球的中心，地狱是座倒立的圆锥，撒旦就是圆锥的顶端。在地球另一面和那路撒冷正好相对的地方是炼狱，它的最高峰就是地上的天堂，正好和月亮接触。
天体是由十个同心的天球构成的，最靠下面的是月球。凡是比月亮低的东西都是可以腐化败坏的；凡是比月亮高的东西都是永不毁灭的。比月亮高的天球照顺序排有水星、金星、太阳、火星、木星、土星和各恒星，再往上就是最外层的天球。过了最外层的天球最后还有最高天，最高天没有运动，也没有时间和地点的分别。上帝，这个亚里斯多德所谓的不受动的推动者，先使最外层的天球运转，再由最外层天球把运动传到恒星层，这样依次把运动最后传到月球。但丁的作品并没有提到这些不同的天球的大小，可是他却能够在二十四小时之内走遍天球。显然他所想象的宇宙用现代的标准来衡量未免小了一点；因为这个宇宙不过是几千年前才创造出来的。所以它的开始并不是很久以前的事。各天球都以地球为中心，它们是上帝选民的永久住所。上帝的选民包括那些受过洗礼，在信仰和德行两方面都达到要求标准的人，那些预见到基督降生的教长和先知，以及少数在尘世受到奇迹的启示的非基督教徒。近代天文学的开路人正是为了反对这样一种宇宙观而进行斗争的。把哥白尼所引起的震动和亚里斯塔库斯所遭到的默默无闻作一个对比是很有意思的。斯多葛学派的克林提斯认为亚里斯塔库犯了亵渎神明的罪，应当受到审判，但是当时的政府对这个提议却表示了非常冷淡的态度；假如他真和伽里略一样受到迫害，说不定他的学说会变得人所共知。亚里斯塔库斯和伽里略后世声名的不同当然还有其它重要的原因。希腊时代的天文学是有闲富人的一种消遣--尽管是种高尚的消遣，却不是整个社会生活的一个组成部分。
到了十六世纪，科学已经发明了火药和罗盘针，美洲的发现使人们看出了古代地球构造学的局限，天主教的正统开始成了阻挡物质进步的一道障碍，蒙昧主义的神学家的狂怒使得科学家在世人眼中成了代表新智慧的英勇战士。十七世纪由于发明了望远镜、动力学和万有引力定律，科学的世界观取得了完全的胜利，人们不仅把科学看成探索纯粹知识的一把钥匙，而且也把它当作推动经济进步的一个有力工具。从这时起，人们才认识到科学并不只是关系到个人，而且是关系到整个社会的一件事情。把太阳和行星看作一个完整体系的学说实际上是由牛顿完成的。这个学说与亚里斯多德和中世纪的哲学家所不同的地方在于：它不是以地球，而是以太阳作为太阳系的中心；天体在不受外力作用下，沿着直线而不是圆来运动；事实上天体运动的轨道既不是直线也不是圆，而是椭圆；保持它们的运动并不需要外力的作用。但是关于太阳系的起源，牛顿却没有说出什么科学性的意见；他设想上帝在创造世界时，用手沿着切线的方向把行星掷了出去，然后就交给万有引力定律去支配它们。
在牛顿之前，笛卡尔曾经提出太阳系起源的学说，可是他的学说看来是站不住脚的。康德和拉普拉斯发明了星云说，根据这个假说，太阳是由一块原始星云凝聚形成的，行星则是由于太阳自转越来越快而被抛出去的。这个学说看来也有缺点，近代天文学家都趋向一种看法，认为行星是当另外一个星体经过太阳附近时形成的。在这个题目上人们所知道的仍然不多，但是没有一个人怀疑行星是由于某种内部作用从太阳产生出来的。晚近天文学最显著的进步是关于星体和星云这一方面。恒星中最近的半人马座α星离地球大约有25×1012 英里，或4.2 光年。（光速每秒186，000英里；一个光年是光在一年内所走的距离。）
最早一次测定星体的距离是在1835 年；从那时起，人们使用各种巧妙的方法算出越来越远的距离。人们相信用现有的威力最强的望远镜可以看到的最远目标离地球大约有五亿个光年。人们现在有了一些关于宇宙的一般结构的知识。太阳是银河系中的一个星体，银河系由大约3，000 亿颗星体汇集而成，广度大约有150，000 个光年，厚度大约有25，000 至40，000 个光年。银河的总质量大约为太阳质量的1，600 亿倍；而太阳的质量大约为2×l027 吨。整个银河系缓慢地绕着它的重心旋转；太阳需要2.25 亿年才能走完它绕着银河系所走的轨道。我们用望远镜可以观察到，在银河以外的空间相当均匀地散布着和银河系大小差不多的其它星系。这些星系叫作外银河星云；其中可以观察到的估计约有三千万个；但是这个统计还不完全。两个星云之间的平均距离大约有二百万个光年。（这些事实大多数采自赫伯尔的《星云的世界》，1936 年版。）有关星云的最奇异的事实之一就是除了极少例外，它们的光谱线都向着红端移动，移动量和星云的距离成正比。唯一看来合理的解释是说星云正在远离我们，最远的星云离开的速度也最快。在，500 万个光年远的距离这种速度达到每秒，300 英里。（赫伯尔，第118 页，第八图。）速度到了一定的距离就会和光速变得相等，结果不管我们用的望远镜威力有多大，星云仍然不会被我们观察到。广义相对论对这个奇异的现象提出了一种解释。这个理论认为宇宙的大小是有限的--这并不是说它有一个边缘，超过了这个边缘就不再是宇宙的一部分，而是说宇宙是一个三度的球体，其中无可再直的直线最后都又回到出发点，象地球表面的情况一样。
这个理论进一步推测宇宙一定不是逐渐缩小就是逐渐扩大；然后它根据从星云上观察到的事实断定宇宙是在逐渐扩大。照爱丁敦的说法，宇宙每十三亿年左右扩大一倍。（《科学的新途径》第210 页。）如果这是正确的话，那就是说宇宙以前曾经很小，但是将来会变得很大。这就使我们想到地球、星体和星云的年龄问题。根据大部分从地质学得来的证据，人们估计地球的年龄大约有30 亿年。太阳和其它星体的年龄仍然是一个争执不决的问题。如果在星体的内部，物质能够因一个电子和一个质子转化为辐射而归于消灭，那么星体的年龄可能有好几亿万年；如果不能够，那么星体的年龄可能只有几十亿年。（H.斯宾塞·琼斯：《无尽的世界》第231 页。）总的说来，后一种看法似乎更为普遍。我们甚至有理由相信宇宙有一个时间上的开始；爱丁敦一直主张宇宙大约从纪元前900 亿年开始。这比起我们的曾祖父一辈所相信的纪元前4004年确实要长，但是它仍是一段有限的时期，至于这个时间以前到底是什么样子，这类古老的谜语仍然没有得到解答。我们从这个天文学的宇宙概观所得到的最重要的结论是：虽然宇宙确实很广大很悠久，我们却有理由--尽管这些理由现在看来还带有很大的臆测性--相信宇宙既不是无限广大，也不是无限悠久。
广义相对论，通过把观察和推理巧妙地结合起来，自认能够告诉我们宇宙整体是什么样子。如果这是确实的话--我并不相信它是这样--那么一直成为天文学的特点的空间和时间上的度量的增加将会有一个限度，这个限度是我们测度能力所及的范围。爱丁敦主张宇宙的周界的数量级是60 亿个光年。（《科学的新途径》第218 页。）如果真是这样，更好一些的望远镜将使我们"完全掌握这个令人感到棘手的局面"。我们正在开始看到，我们不久也可能"把它击成粉末"。但是我并不认为我们将来能够"把宇宙改造得更合乎我们的心愿"。