從科學發展看科學與信仰
作者︰ronald
壹、前言
曾經听到兩個人爭辯著︰上帝不符合科學。當然，你可以贊成上帝是符合科學的，或者上帝是不科學的。只是，上帝符不符合科學並不是我接下來所要討論的主題。我們接下來要討論的是︰在科學的發展史中，上帝究竟扮演了什麼角色。至于上帝科不科學，我認為就留待對科學本質認識不清的人去爭論不休吧！
在這份報告中，我將探討幾位在科學史中佔有一席地位的科學家，並談論他們的信仰，以及當時的社會環境與科學家之間的互動關系。藉以看看上帝在科學的發展中所扮演的角色為何？最後再試著企圖為科學與信仰間的關系提出一套較好的解釋。
貳、科學發展簡史
首先，我們先來看看天文學的發展。
古代的巴比倫人、埃及人、和中國人至少在公元前3000年就有基本天文和數學，包括對天體的運動都有相當準確的了解和預測的能力。這可從他們的年歷和其它的記載看出來。
在古希臘時代，我們可以當時杰出的思想家作為當時科學的代表。然而事實上，當時的哲學與科學並沒有明顯的區別。因此，一個哲學家往往也是科學家。當時的人民並不把科學與其它問題劃分開來。在這個時代里以亞里斯多德的科學成就為最。亞里斯多德的物理學的第一個假設是「作用力造成運動速度」。這是建立在日常經驗上。若你看到一個東西在移動，你就會尋找一個推動它的東西。當沒什麼東西推它時，它就會停止運動。有少數的現象似乎是例外，譬如說，��物體能飛在空中，卻看不見有什麼東西在推它。但這也可以想辦法來解釋，只要說空氣從��物體的前面移開，再跑到後面去推它。
第二個假設是「地球是宇宙的中心」，這就是「地球中心說」。這也建立在我們看到的所有東西上。天空看起來是一個以地球為中心的球面，而且所有的東西都繞著地球跑。物體很自然的不是往地球走，就是背著它走。
第三個假設是有關物質的成份。亞里斯多德的化學很簡單，他說地上的東西是由土、氣、火、水這四種元素組成的。用這個理論他們就能解釋當時所觀察到物質的屬性和變化。
亞里斯多德說天體(太陽、月球、行星、恆星)是由另外第五種元素「以太」(ether)組成的，跟地上的物質不同的是它永遠不變、完美。所以天上會變的東西，像流星、彗星、新星都在天空之下、在地球大氣層空氣中，而不是在恆星和行星中。以太的自然運動不是往地球的直線運動而是繞地球做等速圓周運動，自然形狀也是光滑的球形，因為球或圓圈是最完美的形狀。
住在埃及亞里山大城的「托勒密」(Ptolemy,公元後150年)延伸了亞里斯多德的系統。他發明周轉圓圈(epicycle)的觀念，就是說用很多層周轉圓來解釋行星、月球、太陽的復雜運動。這些天體所呈現的運動不是等速圓周運動，反而會快會慢甚至于偶而會往後退，亮度也會有變化。Epicycles是圓圈上的圓圈，像有一種機器使這些天體在天空行走。托勒密自己大概不是真的認為天空中真有這樣一套機器，而只是把天體的運動分析成這些圓圈以計算未來運動的工作。但後來的人認為這些圈子是真的，是由一種透明的材料組成的。
一千多年之間，世人都同意托勒密的理論是正確的。有兩個非常合乎人性的因素，使大家特別容易接受他的假說就是真理︰
第一、托勒密理論主要是以人類可以觀察得到的現象為基礎。人人可以看得到；因為肉眼看到的是那個樣子，自然便覺得他的說法是很「合理」的。
第二、他的理論滿足了人的自我。試想，以地球為宇宙的中心，所有的星辰都圍繞著地球運轉，同時人又主宰著地球，這是何等令人類自欣**的消息；听起來仿佛都是由人類一手造成的。
托勒密的epicycle系統，為了要符合所觀測到行星的位置而受到很大規模的調整，圓圈的數量增加到八十以上。據說有一個國王提議說，若在創造的時候他在場，就會建議天空的創造要簡單一點。住在波蘭的「哥白尼」(NicolasCopernicus,1473——1543年)研究天文以後就看的出，若epicycles系統改成以太陽為中心，那會使計算更簡單更準確。這就是說太陽是中心而地球不是，地球是繞太陽走的。他計算了從運動中的地球來看別的行星所在的位置。這跟亞里斯多德的教導，也是天主教會的教導，有重大的出入。哥白尼只敢說這是效率較高的計算方式，連這也等到他知道快要死時才敢發表。但地球在走也是真的嗎？他的一些間接的話好象暗示著他是這麼想，一個理論這樣簡單又準確，應該是離真理不遠。
在科學界與一般人之間，對于哥白尼的理論接受得都很緩慢，除了極少的例外，當時的反應大都是強烈的反對。天主教方面直到一六一五年，才對哥白尼的理論加以駁斥。一六一六年，這本書被列入《禁書索引》；同時並宣布，「凡屬肯定地動說的其它著作，均應一並查禁。」然而，「真理畢竟只有一個」，而哥白尼的理論是接近真理的。所以學術界經過繼續的研究，終于證實了哥白尼理論的成立。修正了人類一千四百年來錯誤的宇宙觀。
在後世科學家不斷的研究修正之後，世人常會提出一個問題︰「哥白尼的理論究竟是不是真確的？」哥白尼所留下的理論，的確是不夠完整的，而且在許多方面是不正確的。但是哥白尼理論體系中最重要的一點，他選擇了日球為我們居住的行星系統的中心，是發現有關宇宙奧秘基本的真理；同時，由于他這一重大的啟示，奠定了近代天文學的基礎。
在看完了天文學的這一段發展簡史，我必須提出兩個核心問題︰
第一、無論是亞理斯多德、托勒密或者其它哲人科學家，都抱持著一個共同的信念——這宇宙間有一個真理(規則)存在。
第二、即使是造成天文學一千多年以來的革命的哥白尼，他的出發點仍是以上帝造萬物為基本前提，之後才能進而提出這個宇宙運行的真理應該更簡單、精巧。
哥白尼的貢獻是不容置喙的。舉其中一位歌頌哥白尼最為透徹的人士，史泰森(HarlanTrueStetson)。他說︰「當我們檢讀長長的歷代名人姓氏表，其中有許多位是對于促進世界史上科學的進步具有重大貢獻的人物。如果要我舉出其中三個最重要的人物，我將不加遲疑地答復，哥白尼、牛頓，和達爾文。他們三個具有共同的特性，使他們在贏得進步的過程中不可分。這些特性就是想象力，無盡的天才，以及在悟解新觀念中表現的創造性。如果將這些因素都考慮在內，則在此三位偉大的天才之中，桂冠應歸于哥白尼。因為是他奠定了現代天文學的基礎；如果沒有他的理論，牛頓將無法建立其萬有引力定律。而且，哥白尼打開了通往革命式思想的大門，向流傳已久的正統學說挑戰。因為有了哥白尼作先驅，進化論才能在我們的思想中獲得一個立足點。」
的確，這樣的革命式思想已經啟蒙，同時更替科學披上了理性、客觀甚至正義的外衣。于是科學的某部份特質不斷的彰顯，人們依賴科學、相信科學，仿佛歌頌科學萬能。但是，萬萬卻沒有想到，所有從古至今的科學家，都相信宇宙間有著永恆不變的真理。這份相信真理的信仰，不正是由非理性因素構成？就如同基督徒信仰上帝般，沒什麼原因，就是感受得到上帝的愛。
這樣的結論我們仍然可以從物理學的發展得到相似的印證。從前面對亞里斯多德的思想介紹，我們大約的可以了解當時對于物理學的一些基本觀念。直至十七世紀的牛頓出現，物理科學又再一次的產生重大進步。十七紀學術分科未若今日之精密；當時所稱的物理科學，包括了數學、化學、物理學與天文學；牛頓便是一位集大成而又開拓了學術上新疆域的大人物。其重要的三大發明則足以使牛頓擠身于古今最偉大的科學家之中而無愧。這三大發明便是︰1.發明微積分；2.牛頓發明光的組成定律，由此更分析了顏色的性質與白光的性質；3.「萬有引力定律」的發現，牛頓的貢獻在于︰他證明了引力在實際運作中是有普遍性的。
另外，牛頓的學說精華也集中在一六八七年初版的《數學原理》。《數學原理》這部書，想要用日常生活的語言來作一個簡潔的說明，是十分困難的事情。全書是以數學的方法，說明星體的運動，共分三冊。首冊討論力學，解釋空中物體運動的道理。第二冊討論在有阻力——如空氣和水——的環境中，物體如何運動。第三冊中，牛頓利用前兩冊中建立的原理，說明整個太陽系的結構和運作。他利用拉丁文gravitas(譯為重量或重)創造新字gravity(重力)。他還精確解釋木星的衛星、土星和地球的運動，兼及環繞太陽的所有行星。他的說明精密正確，兩百多年來，沒有多少重大修訂的地方。接著他又說明如何利用地球的質量，計算太陽和行星的質量。他精密描繪月球運動，解釋地球潮汐是月球和太陽的引力作用引起的。《數學原理》講的都是宇宙間種種現象，並沒有解釋造成這種現象的原因；換言之，它只是討論「如何」而不涉及「為何」。牛頓在此書出版後，為答復讀者的批評，曾聲明他的書完全是一種機械式的說明，絕不敢對于至高無上的創造者締造宇宙的最高動機妄加一詞。《數學原理》第二版出版時，牛頓曾在書中加上下面一段自白，以說明他個人的信念——數學原理一書封面
「這一至美至善的包容了日球、行星、慧星的大系統，惟有出于全知全能的上帝之主張猶如一個盲人對于顏色毫無觀念，我們對于上帝理解萬事萬物的方法，也是一無所知。」
我們可以說，牛頓相信，科學的作用，乃在建立知識；當我們的知識豐富時，便越能了解上帝創造世界的道理——雖然，人類也可能永遠都不能發現支配自然界真正的科學法則。
參、結論
在第二部份的科學發展簡史里，物理科學的發展我只談到牛頓。後來影響科學發展甚大的愛因斯坦等人卻沒有提及。主要的原因是，我將在結論的部份以愛因斯坦為例作一個結束。
歷史上真正能影響後代、流芳百世的人物，往往是在身後始享盛名。像愛因斯坦(AlbertEinstein,1879——1955)可算是極罕見的例外之一。愛因斯坦理論之難于了解，是由于他研究的範圍、性質極其復雜艱深。但是愛因斯坦理論中的某些要點，畢竟仍然可以不必憑借數學上的象征符號而加以說明。不過我們必須在心理上先準備接受一個狂想的世界觀。譬如說，照愛因斯坦的理論解釋，空間是曲線的；兩點間最近的距離並非一條直線；宇宙間是有定限的但沒有一定的疆界；並行線最後仍必相交；光線是曲折的；時間是相對的，所以不能在任何地方都用同樣的方法去衡量；長度是隨著速度而改變的；宇宙是圓柱形的，而不是如過去所相信的球形；物體在運動中，大小將要收縮，但質量卻要增加；除了大家已經熟悉的高、長、寬等空之外間觀念，還有一個四度空間，那便是時間。總之，愛因斯坦對于科學的貢獻能名震當時，流傳後世，主要是由于其相對論——他在這方面的成就，霍夫曼曾加以總結說，「《相對論》具有劃時代的意義，使其作者可以置身于古往今來最偉大的科學家之林，與牛頓或阿幾米德分庭抗禮。」
愛因斯坦即使成名後仍是孜孜不倦地研究，他所要完成的研究被稱作「統一場理論」，試圖解說大自然的和諧一致。從這里我們又可以看到一位偉大的科學家對真理的信仰。按照愛因斯坦的觀點，物理定律凡適用微小的原子者，應該也適用于龐大的天體。「統一場理論」將把一切物理現象都包容在一套理論體系之中。引力、電力、磁力、原子能以及世間一切的力量，都將受到此一理論的規範。不過，由于數學上的困難，「統一場理論」還沒有能夠與既存的物理學理論一一相互驗證。愛因斯坦本人對于這一套理論懷有不可動搖的信心。他認為統一場理論將來必對于「能的原子性格」提出充分的解釋，並且可以展示出來宇宙間「萬物有序」的秩序。
不僅如此，在一次講學中，愛因斯坦在講詞中顯示了他性格中重視精神情感的一面——「我們所能體驗到的最美妙最深邃的情緒，乃是對于神秘的驚奇感。這種驚奇感乃是一切真正科學的播種者。如果一個人對于這種情緒感到陌生，如果他對于神秘的事物皆不感到驚奇而只是凜然兀立，這個人可以說是雖生猶死了。能夠知道有些事情的確是我們無法理解的，承認自然本身便是最高的智能，最為光華耀目的美，以我們淺漏的知識來說，僅能理解其最原始的形式——這樣的知識，這樣的情感，便是真正虔誠的宗教感的中心。」
談到這里，不難發現我所反復論證及說明的，正是從古至今的這群科學家的一個共同特征——對于宇宙(自然)間真理的探尋。我們可以說這些科哲學家，在先驗的信仰上已經假設了有一定的真理、規則。我們看到了這些科哲學家對于科學知識的建構不遺余力，但是這些知識的構築事實上有其內在的危機。孔恩的《科學革命的結構》一書在1960年問世後，便對以往的科學線性發展史發出挑戰。科學史學界在二十世紀的新發展，其影響大略有三︰1.新發展嚴重地打擊了「啟蒙時代」以來所代表的光明、理性、希望的
形象；2.在對前啟蒙時代的巨人及其傳統作內容分析以及預設分析時，許多人發現這些科學研究傳統的預設中有不少「哲學」的因素；3.對許多「科學革命」作科學史的研究，所得的結果有很有趣。「學圈」當初在劃分科學與哲學的區別時，一定涉及了一個問題︰一個科學理論憑什麼優于另一個科學(或玄學)理論？我們可以說，在科學史的新發展里對于過往科學研究的典範的勾勒，同時也幫助我們發現科學崇拜背後的信仰。如果真是如此，科學的哲學專家肯不肯說幾乎整部科學史都是非理性的呢？——因為科學的發展不符合他們的理性判準。不過，大概沒有一個科學家願意隨便犧牲科學在過去的光輝形象。
這里我們終于回到了最前面所舉的例子︰上帝不符合科學？我並無意討論上帝是否符合科學這件事，而是要來質疑科學本身作為衡量上帝的判準的正當性。科學研究作為知識的累積，這樣的貢獻我並不打算予以抹除。但是，科學本身對于客觀、真理和簡單而劃一的宇宙規則的向往不正是非理性的因素所構成？從科學的發展簡史上看來如此，從科學哲學的角度看來亦是如此。因此，我們不得不對我們平日所崇拜的科學持些許的保留。並且能對科學與信仰的關系能有進一步的認識。兩者的關系也許並不是對立的，而是一體的兩面，如同熱與冷、光與影的關系一般。至于，對于上帝科不科學的質疑，我則認為信不信在個人的意願、情感的問題，用科學研究去質疑上帝的存在，在現在看來似乎已經不是那麼明智的想法了。
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就著微分幾何學而言，其實我們並不能『預設』這個宇宙的空間是的什麼樣子。只有在『光速不變』的實驗結果之下，我們才能寫出這個宇宙的『度規』(兩點之間的長度數學代表式)，我不太喜歡『空間是曲線』的這種說法，這種說法是預設了宇宙是內在于另外一個更高維的空間之內，由這個空間看來我們現在居住的這個空間是曲線的。但事實並不必然如此︰我們所居住的空間很可能就僅僅只是四維的。但是由數學家惠特尼證出的一個甚難的數學定理中，任何度規都可能看成是更高維的歐幾里得空間(就是在高中學習的那種空間)的一個曲面︰所以這種說法，有一種數學上的味道。
另外就是，兩點之間最近的距離，是所謂的短程線。就著居住在任何一種維度上的生物而言，他所能做的，並不是跑到更高維的空間去觀察，決定兩點之間那一種距離是最短的，他所能做的，是比較『所有他所能找到的路徑』，來找出那一條路徑是最短的。在地球表面上的生物移動的唯一方法，就是沿著地球表面運動。只有更高維空間的生物，才會認為他們為何不直接穿過地球運動。但這點觀點，在更更高維的生物看來，可能還不是最短的。在這里我們看到度規一變，短程線也就跟著變動。但是我還是要強調︰我們並不必然『內在』于另一個更高維的空間之內，如果我們把一點到另一點的最短距離定義為『直線』，那我們就是在走『直線』而不是『曲線』。
至于愛因斯坦的方程式是動力學方程式︰他只告訴你如果初始條件是這樣，他會按那一種方式變化，從愛因斯坦的方程式並不必然推出宇宙長的是什麼樣子。宇宙是『閉』的，是『開』的，或是『平直』的，是在假設了宇宙的大尺度性質是『均勻』的和『各向同性』的性質之後，由數學推導出來的結論。其實在這里我們可以看到一個更有意思的問題︰就是近代科學不喜歡把人類弄到宇宙中一個特別有利的位置上，人在宇宙中和任何其它的生物一樣的平凡，當然這也並不必然如此。就我所知，在這種假設下，宇宙的大尺度形狀還要取決于兩個參數，但現在也未找出這兩個參數確實的數值。
我自已覺得這一點很有意思︰物理學必然有一個統一理論可以說明所有的現象嗎？現代的物理學家對這點與其說是有真正的了解，毋寧說是抱持著某種信念。如果理論是理解真實的工具，統一場論的企圖就是要大家全部使用同一種工具來達成理解真實的目的。現實生活中是很難出現一種工具(不管是物質的或是理論的)可以取代掉所有其它的工具的。在什麼樣的領域中容許出現這樣的一種工具，這也許是另一個有意思的問題。當然，我也許扯的太遠了。
參考書目
1.劉大衛《科學簡史》
2.奧康諾著《批評的西方哲學史(上)》台北市︰桂冠，民87，頁103。
3.奧康諾著《批評的西方哲學史(上)》台北市︰桂冠，民87，頁114——124。
4.RobertB.Downs《改變歷史的書》台北市︰聯經，民87，頁187。
5.RobertB.Downs《改變歷史的書》台北市︰聯經，民87，頁199——200。
6.RobertB.Downs《改變歷史的書》台北市︰聯經，民87，頁223。
7.DavidEliotBrody,ArnoldR.Brody著；範昱峰譯《發現科學︰七大科學理論及大師》台北市︰先覺，民88，頁68。
8.RobertB.Downs《改變歷史的書》台北市︰聯經，民87，頁234。
9.DavidEliotBrody,ArnoldR.Brody著；範昱峰譯《發現科學︰七大科學理論及大師》台北市︰先覺，民88，頁133——173。
10.RobertB.Downs《改變歷史的書》台北市︰聯經，民87，頁282。
11.RobertB.Downs《改變歷史的書》台北市︰聯經，民87，頁294。
12."學圈"即指在典範下工作的科學家們。
13.孔恩著；程樹德等譯《科學革命的結構》台北市︰聯經，民83，頁9——11。
14.典範一詞的意義出自于孔恩《科學革命的結構》台北市︰遠流，民83，頁54。
典範的主要論點在于其對于科學發展過程上的型態論述︰
典範更趨完整
前典範時期→常態科學時期→典範危機的出現
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