科學與技術的迷思

    科學是什麼?科學是研究“是什麼”的學問。例如,太陽是什麼?太陽光的組成是什麼?太陽發光發熱的原因是什麼?等等。由於科學的研究目標是世界上已有的東西,所以一般其成果都是“科學發現”。

    技術是什麼?技術是研究“怎麼做”的學問。比如,如何讓夜晚像白天一樣明亮?如何產生紅光、綠光或黃光?如何產生並利用核能?等等。技術的研究目標往往是解決問題的方案,所以一般會得到新的“技術發明”。


    舉個例子,如果我們要從一塊木板上拔出一顆釘子,我們可以用手、用老虎鉗或者用羊角錘來拔。如何拔出這顆釘子,這是一項技術;其中蘊含的槓桿、摩擦力、材料形變等原理則屬於科學知識。

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羊角錘與槓桿原理


    科學與技術是相輔相成的,這一點應該是毋庸置疑的。

    科學進步能促進技術發展。力學由牛頓的力學三定律發展到開普勒行星運動三定律、計算出了三個宇宙速度,纔有了航天技術的發展,纔有了後來的嫦娥計劃、天宮一號和天宮二號。電磁學由安培定則、法拉第電磁感應定律發展到麥克斯韋方程之後,無線通信技術才得以應用、發展,纔有了現在的電視、電話和手機,纔有了後來的3G/4G和現在的5G。有了解剖學、病理學、藥理學等學科的發展,纔有了現代醫學的成就。

    技術發展當然也能促進科學進步。有了超大型粒子對撞機,高能物理纔能有進一步的發展。有了LIGO,才能發現引力波、從而進一步驗證愛因斯坦的相對論。有了顯微鏡,微生物學才得以創立和發展。

    仍然以拔釘子爲例。如果我們瞭解槓桿原理,在使用羊角錘時就會很自然的握住錘柄的末端,因爲這樣可以省力——雖然費距離。而這槓桿原理,據說正是阿基米德通過對日常生活中的槓桿進行觀察和計算後得出的。

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    如果沒有正確的科學理論,技術會怎樣發展呢?

    在對原子、分子等物質組成一無所知的時候,無數人都夢想着點石成金,煉水成油。在不懂得熱力學三定律的時候,無數人都夢想着發明永動機造福全人類。很顯然的,這些人會走上歪路,就是因爲沒有正確的科學理論的指導。

    二戰時期,德國科學家海森堡,受命研製×××。但是根據海森堡等人在1942年的計算結果,製造×××至少需要幾噸的鈾235。按照當時德國的鈾235生產能力,生產幾噸的鈾235幾乎是不可能的任務。但是實際上,製造一個×××所需的鈾235不到20公斤。如果使用鈈,所需的量甚至更少、生產起來也更容易。不管海森堡是有意爲之,還是無心之失,總之,這個錯誤的計算結果導致德國沒有繼續研製×××,從而被美國搶先了一步。

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沃納·海森堡。

作爲當時世界上最頂尖的物理學家之一,他爲什麼會算錯製造×××所需的鈾235的量?他是有意爲之,還是無心之失?這就是科學史上著名的“海森堡之謎”。與之相關聯的還有“哥本哈根之謎”。感興趣的可以看看。


    還有一個離我們更近的例子。當我們還不知道×××是什麼的時候,我們只能靠“青蒿一握,以水二升漬,絞取汁,盡服之”來治療瘧疾。然而這個藥方的效果並不突出,否則中國就不至於在1979年還有數萬例瘧疾感染病例了。而在屠呦呦先生髮現×××的作用以及提×××的方法之後,治療瘧疾的方法也隨之突飛猛進,屠呦呦先生也因之獲得了諾貝爾醫學獎。

    沒有正確的科學理論做指導,技術很容易走上錯誤的方向。即使方向對了,也只能是在摸索中事倍功半、費十得一,對我們的幫助微乎其微。

    沒有優秀的技術幫助,科學又將如何前進呢?

    沒有望遠鏡,人類只能用肉眼仰望星空,對宇宙的認識就永遠停留在星座、星宿之中。沒有顯微鏡,人類根本意識不到微生物的存在,對流行疾病就只能解釋爲瘴氣、瘟神。沒有拉瓦錫的定量實驗,人們還以爲是燃素引發了燃燒現象。沒有大型強子對撞機(LHC),上帝粒子至今仍是假說。沒有實驗物理的相助,理論物理恐怕只能是霧裏看花、水中望月了。

大體上來說,沒有技術的支持,很多科學理論要麼無法驗證,要麼根本無法開啓。


    回到我們的釘子和羊角錘上來,如果阿基米德沒有見過任何槓桿,也許槓桿原理不知要晚多少年才能被發現。而如果沒有槓桿原理,雖然人們可以通過摸索、嘗試發明出羊角錘、起重機等,但是其中的摸索和嘗試必定會走更多的彎路。

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愛迪生髮明電燈就是一個理論知識不夠、只好靠摸索和嘗試前進的例子。當然我們知道了,他在嘗試了2000多種行不通的辦法之後,取得了成功。


    用數學化一點的語言來說,科學是定義域,技術是映射函數。那麼值域呢?值域就是我們想要實現的目標。幾乎可以說我們是做任何事情、實現任何目標,都需要了解定義域,並選擇和掌握好映射函數,這樣才能得到預期結果。

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    如果我們的目標是炒一盤好菜,我們需要了解各種食材和佐料的味道和特點,需要掌握刀工、火候、翻炒等技術。如果我們的目標是造一架飛機,我們需要掌握空氣動力學、材料學等科學知識,需要有金屬冶煉、原油提煉、機械製造等種種技術。如果我們的目標是治療疾病,我們需要了解病理相關的知識,並需要掌握臨牀和製藥相關技術。如果我們的目標是構建一個軟件系統,我們需要掌握計算機原理、編程語言、網絡協議、數據庫原理等方面的知識,需要掌握軟件設計、編碼實現、系統部署等方面的技術。


    對軟件開發而言,如果我們沒有這些必要的積累,很容易寫出滿是bad smell的代碼和系統——也就是俗稱的shit hill。這樣的系統,也許眼下可以跑通流程,但是身後必將洪水滔天。這不僅僅是遺禍他人,也是害人害己:我們本可以用這些時間精力來學習知識、提高技術,結果卻把他們浪費在了shit hill上,其中付出機會成本不可謂不慘重。更何況,想要成爲技術大牛、行業領先,靠日復一日的堆砌代碼是不可能做到的——日復一日的拔釘子,最多變成卓別林摩登時代裏的那個擰螺絲的工人。只有肯思考羊角錘爲什麼能輕鬆拔出釘子的人,纔有可能成爲阿基米德那樣的大師。

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