學問有何用?

只要你是 Facebook 上癮,基本上每幾天就會見到一個類似的帖:「物理/科學/數學/人文/XX 有什麼用?」

(XX 可隨喜好填充)

作為一個在象牙塔內、可是又不安守本份搞科普的學者,我其實非常支持同學們問這個問題。只不過,我並非同意學問無用。我認為問這個問題的時候,同學們應該反省到自己的不足。很多時候,當我們覺得某種學問無用,都是因為我們不懂如何去運用。我敢打賭當我們問「學問有何用?」的絕大部分時候,問題並不在學問,而在我們自己的無知。

物理學有何用?數學有何用?化學有何用?我們手上的 iPhone 硬件根據電子學、量子力學的規則運作;Facebook 和一切電腦軟件的運算全依靠數學;你想電池長壽一點嗎?那就必須請教化學家。那麼人文、藝術之類的又有何用?我們以為 YouTube 上的歌曲、電影的劇本由誰人創作?

我指出這些東西,並非要「教訓」學生。畢竟我兩年前還仍是個學生,想自己也無甚資格指教後輩。想當年我亦年輕過,亦曾問過同樣的問題,只是當時沒有人對我當頭棒喝,這些想法都是我自己經年累月所領悟的。現在想來,雖未算後悔,但亦遺憾未能更早些了解自己的不足,早點學習多些對現在教研有幫助的東西。

書到用時方恨少。同學們,學問有無用,從不在於學問本身,而在於學習的人懂不懂得如何去運用,把學到的知識化為技能。當我們懂得如何運用知識時,就會為自己曾經問出如此問題而感到慚愧。這也叫做成長吧。

圖為理論物理學家費曼與他的非洲鼓。來源:加州理工大學

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當我們的小孩問問題,我們有耐心回答他們嗎?當我們不懂得回答時,我們會老實承認、敷衍了事,或責怪他們多問題?

我小學時,曾試過問老師問題,被老師罵我「啱啱先教完,點解又唔識?係咪冇聽書?」當我們叫小孩子讀書,我們的心態是希望他們多學習嗎?可是,為何我們有時卻不喜歡他們發問?

我們從書本上學習知識。書本,是人類最偉大的發明。透過書本,我們能夠窺見前人的思海、學習未所聽聞的知識。可是,在知識被發現之前,我們無書可讀。獲得知識的終極途徑,就是發問。

問問題,是因為我們不知道、因為我們想知道。有些問題,我們可以由已知的知識去推敲答案。有些問題卻不然。這些問題,可能是無解的、或靠當下的知識無法解決的。這些問題,我們非但不應迴避,更應多深入思考。因為這種問題,就是通往新知識的途徑。

十七世紀,人類仍不知道星辰運行的原因。牛頓看見蘋果從樹上掉下來。他抬頭仰望,看見月亮。

「為什麼月亮不會掉下來?」

這個問題,看似無聊。日月交替,明月高掛天際幾千年,從不變改。但想深一層,我們知道天體運行規律,並不代表我們明白它。牛頓發現,根本無人明白為何月亮不會像蘋果一樣往下掉,沒有人知道答案。那麼,就去尋找答案吧。

牛頓發現了萬有引力定律,原來日月星辰都依循同一條方程式運動。哈雷訪問牛頓,嘆息世上沒有人知道彗星的運動軌跡。牛頓卻說:「那很簡單,是個橢圓形。彗星和其他所有星體,都依循我發現的平方反比律運動,絲毫不差。」

300 年後,一位名叫愛因斯坦的年輕人,思考如果他能夠騎在一道光線之上,會看見什麼。

「我們會看見一個靜止的電磁波嗎?」

可是,電磁波動方程告訴我們,這不可能。最後他發現了相對論,推翻了牛頓運動定律。

沒有人一出生就知道知識。沒有人能夠讀完所有書本,也不可能學習所有知識。可是,我們能夠思考,而發問就是激發思路的最好方法。我們在地球的生命演化舞台中脫穎而出,其中一個原因是我們的好奇心。發問,是我們仍舊保有這好奇心的證據,是我們引以為傲、所以為人的證明。

下次,當小孩子問「為什麼?」誰知道這個問題會帶領我們走到那裡去?

延伸閱讀:

無知的價值》 – 余海峯

論人、論學問》 – 余海峯

從前有本書叫十萬個為什麼》 – 余海峯

冥王星和學問》 – 余海峯

科學精神與學術誠信

為何科學家說的話可信?

其實不必然。我每次講講座和教書的時候,我第一句都是「我的話不要照單全收。經過自己思考和查證的才是屬於自己的知識。」

我並非故意說謊,只不過科學家也是人,也有可能犯錯。我相信絕大部分科學家講的內容有錯時,都不是故意的。

但明顯,科學家說的話有一定程度可信性。這聽起來好像是犯了「權威謬誤」(appeal to authority),其實不然。科學家之所以有一定程度的可信性,是因為科學家的論文必須經過同儕審查 (peer review),才能出版。以一般學術論文的投稿過程為例,如果論文不單止一位作者,則在投稿時必須表明所有作者都已經檢查過並同意所有內容,方能投稿。

投稿到期刊之後,期刊會隨機由一位編輯負責跟進 (有時候也可以指定編輯,但很少發生)。編輯會就論文的題目尋找適合的審查專家,稱為 reviewer。Reviewer 通常是由該領域的專家擔任,「專家」指的是該人在該領域之中有明顯的研究成果。一般情況下,reviewer 都不會由學生擔任。當 reviewer 同意審查論文之後,他/她通常會用三到五個星期的時間仔細審查論文,然後寫一個審查報告,告訴編輯與作者他/她認為該論文應否被刊登出版,而且會列明詳細原因、改善意見、批評等等。

重要的是,reviewer 的身分是保密的。當然,有時候有經驗的作者也能夠從審查報告看出 reviewer 的身分。如果作者對 reviewer 的理據有反對,也可以向編輯提出。整個過程的重點是提升和確保論文的科學內容與質素。

當然,大家都知道科學家也是人,有時候也會有不誠實、不公正的情況出現。如果作者認為 reviewer 的理據不合理,可以向編輯提出更換 reviewer。現在有些期刊漸漸開始採用所謂的雙盲 (double blind),即是 reviewer 和作者雙方都不知道對方身分。不過,由於論文內容很容易透露作者身分,例如其所使用的研究方法、資料來源等等,暫時大部分的期刊都未實行雙盲。

Reviewer 的數量視乎情況而定,大多數論文都只有一個 reviewer。我們可能會很自然的想,多一個 reviewer 總比較好吧 (怎麼這句話好像在 689 口中也聽過?) 然而,期刊跟據經驗發現,多一位 reviewer 除了會令審查時間延長之外,對提升論文質素沒有多大效果,因為同一個領域的專家的意見大都很接近 (reviewer 是義務性質的,所以編輯也不能強迫 reviewer 交報告)。

確保論文質素的責任,其實一直都在作者身上。作者有責任確保論文內容正確無誤。注意,這裡說的「正確無誤」是指立論在論文提供的證據之上,作者沒有誤導、誇大或造假。科學精神就是不斷修改知識裡的錯誤,才令人類文明進步。例如我們不會說因為牛頓的牛頓運動定律是錯的,就認為牛頓造假。牛頓的「錯」反而是他誠實的表現,因為牛頓只能跟據當年的數據進行分析。愛因斯坦證明牛頓定律錯,極件事情是極為正面的,是科學精神的表現。科學家可說是世上最能接受並改善錯誤的一群人,因為科學家面對的不是法官、不是證人,而是大自然。理查.費曼曾在挑戰者號太空穿梭機失事調查委員會提交美國總統的報告之中,寫下一句對所有學者的警惕格言:

For a successful technology, reality must take precedence over public relations, for Nature cannot be fooled.

一項成功的技術中,真相必須凌駕於公共關係之上,因為大自然是不能被欺騙的。

相反地,科學界、學術界之中絕不容忍的天條,就是造假和剽竊 (plagiarism)。學者之間的知識交流和進步,是建立在相互誠實的基礎之上。因此學術造假、剽竊,是絕對不能容忍的。修改數據、剽竊他人研究成果、抄襲等等,在學術界是極嚴重的行為,因為涉及的不單止個人操守和誠信,更影響整個領域的研究。

什麼是造假,相信不用我多說。然而,有一點很多人未必知道的是,重複使用自己舊論文中的內容或圖片也是屬於自我剽竊 (self plagiarism),亦是絕不容許的。通常情況下,如果要引用自己的舊論文,在內文中寫「see XXX et al. (20xx)」已足夠。引用其他人的論文也是一樣,除非像天文科學有時候需要用其他人的圖片加上自己的模型數據去做比對。複製於自己論文中的內容如果沒有得到其論文作者與期刊同意,即為剽竊。

科學家每次寫論文的時候,都是在向大自然發誓。大自然是不能被欺騙的,最後能夠欺騙的只是其他認真相信你的研究員和你自己。學術造假、剽竊,最後一定會被揭破。賠上的不單止是一生的學術誠信,更是全個研究領域的進展,阻礙的是人類文明進步。例如南韓教授黃禹錫幹細胞研究造假,曾被南韓全國捧為英雄,現已成為大學學術誠信課程必備反面教材,遺臭萬年。近日美國期刊徹回香港大學肝臟移植論文,因其內容涉及剽竊,也是對香港學術界和世界醫學界的損害。

科學精神,就是誠實。對大自然、對其他人、對自己誠實,方能名垂千古。

延伸閱讀:

無知的價值》- 余海峯

論人、論學問》- 余海峯

冥王星和學問

很多人可能覺得探訪冥王星沒什麼大不了,股市跌兩毫或者某明星 gathering 才比較關心。

沒有問題的,這只是反映個人對世界的好奇心的重點放在哪裡,我絕對尊重。

所以我現在就以簡單易明的比喻,說說人類能夠把新視野號送到冥王星,究竟是一件怎麼樣的事?

冥王星很小,半徑只有大約 1,200 公里,不到地球的 5 分 1。

冥王星離地球非常非常遠。因為冥王星的軌跡比地球的軌跡更加橢圓,而且其公轉平面也比地球的更加傾斜,平均地冥距離大約是地日距離的 30 倍。

想像冥王星是一個足球,那麼冥王星距離地球就好像高雄距離香港那麼遠。如果冥王星是一個放在高雄的足球,那麼把新視野號送到冥王星,就好比把一粒塵埃從香港拋到放在高雄的足球旁邊。

這就是新視野號任務的難度。

同時,這也是許多人在追求學問的過程中所遇到的難度。

不論任何學問,從來沒有不勞而獲。不需經過驗證和思考的,不會是真正屬於自己的知識。

在克服困難的過程中,我們會學到很多很多。過程可能很辛苦、令人很氣餒,但克服困難後而獲得的滿足感,是只有經歷過這過程的人才能夠明白的。

如果你不明白,請相信我,試一次。一生,至少要試一次追求知識、學問的感覺。

我向你保證,這會是世上其中一種最美好的感覺。

冥王星,你好嗎?謝謝你的等待,地球人仍未放棄追求這感覺。

延伸閱讀:

NASA 新視野號主頁,可以找到很多有趣的東西:https://www.nasa.gov/mission_pages/newhorizons/main/index.html

新視野號探索冥王星》- 余海峯

飛越邊際:冥王真面目》- Edward Ho

封面圖片來源:http://imgur.com/gallery/aAt54Nm

從前有本書叫十萬個為什麼

我小時候,大約十多年前,在圖書館、書店裡,都會很容易找到一系列叫做《十萬個為什麼》的書。

《十萬個為什麼》是一套科普書籍,每一頁都有一個簡單的問題,大至天文物理、小至日常生活等等問題都有。例如:

「飛機為什麼會飛?」

「太陽為什麼由東邊升起?」

「斑馬線為什麼是黑白色的?」

「植物有性別之分嗎?」

現在回想,近五六年再走書店,突然發現一個問題:「點解已經唔見呢套書好耐咁嘅?」

我們從小就學到,在學校裡有不懂的時候,就要發問。可是,由小學、初中、高中、一路到大學,雖然學習的內容越來越難,但發問的次數卻越來越少。

不知道何時開始,我們就被灌輸了一個概念:發問是愚蠢的表現,因為問問題代表你不懂;而且你一個人問問題,阻礙了全班同學上課、拖慢了老師的教學進度;在家中問問題,我們也想必得過這類回應:「點解你咁多問題㗎?」、「點解?呢個世界好多嘢都冇得解㗎!」彷彿我們的社會,只要答案,不要問點解。

科學和其他所有學問,其實最重要的並非把一大堆知識記入腦中,而是在學習的過程中,學習如何發問。透過發問不同的問題,我們慢慢可以學到,發問什麼問題可以把問題的邏輯清晰呈現出來;透過發問不同的問題,我們也漸漸會領略到,發問什麼問題能夠問到問題的核心。

現在的網絡世界資訊實在太多。我們願意花多少時間在一個題材上、在一篇文章裡,也成為我們會否 click 進一條 link 的考慮因素。不知何時,「你最意想不到的 20 個冷知識」、「你不能不知道的 10 個餐桌禮儀」、「令 13 億人都震撼的 5 句說話」等等,才能夠吸引到我們的眼睛:直接給我答案,不要問點解、浪費我的時間!

我們每天上網,都能夠得到一大堆資訊。可是,卻犧牲了發問的機會、和思考問題的趣味。好的學問態度,不應只是學習如何做對的研究,也應該是學習如何問對的問題。

《十萬個為什麼》或許不是寫得最好的科普書籍,但它的書名卻是學問的最好代表:欲「學」必「問」。

你喜歡問問題嗎?

論人、論學問

我們不應該用教育背景或專業去標籤任何人。要知道,任何一個尊重學問的人,最基本的就是對人對事的態度:誠實。很多時候,我們必需要承認,我們對 comfort zone 以外的事物,理解真的並不多。

我會尊重其他人的專業,特別是我理解不深的行業,我往往非常欣賞。為什麼?因為在他們的角度看過去,他們對這世界的了解比我多啊。為什麼我們要看不起或者去批判其他人的專業?

且讓我引用一些人的說話:

古希臘哲學家阿里士多德 (Aristotle) 說:「把是說成非,或把非說成是,叫做錯;把是說成是,或把非說成非,叫做對。」

“To say of what is that it is not, or of what is not that it is, is false, while to say what is that it is, and of what is not that it is not, is true.”

文學家梭羅 (David Thoreau) 說:「甚於愛、金錢、諾言、名望、公平,給我真相。」

“Rather than love, than money, than faith, than fame, than fairness, give me truth.”

物理學家費曼 (Richard Feynman) 說:「對於一項成功的技術,真相必須凌駕於公共關係,因為大自然是不能被欺騙的。」

“For a successful technology, reality must take precedence than public relation, for Nature cannot be fooled.”

這些不同背景的人,他們所寫的文字之間,你覺得有共通點嗎?

有,就是誠實。無論你讀的是文學或者科學、你喜愛的是音樂或者詩詞、你做的是工程還是電腦,只有一件事你是必須要做的:對事實,你要誠實。

誠實,也就是學問的基石、學問的價值、學問的精神。

也請讓我以我所熟悉的專業去做例子:

科學的一個重要價值,是任何科學理論都可以被新的觀察數據修正、替代。在科學中,沒有「權威」這回事。一個好的科學理論,至少應該具有下列特點:

  • 它可以使我們根據理論作出預言,用最少與最簡單的假設解釋最多的實驗與觀測數據;
  • 它可以被事實所證偽。換句話說,它可以被事實證明為錯誤的。

歷史告訴我們,就算是一向不相信「權威」的愛因斯坦,也有因為自我思想封閉而犯下錯誤的時候。實際上,愛因斯坦常常犯錯。他曾說過:「上天為了懲罰我藐視權威,而使我自己也成為了一位權威!」

科學之所以可信,是因為科學不會因為提出理論的人的地位而去判斷理論重要與否。當然,科學家也是人,歷史上科學被「權威」壟斷也時有發生。不過,到最後事實還是會戰勝偏見,就如同伽俐略所說:「不管怎樣,地球還是在動。」

科學一向給人的感覺是對人類自身的存在重視不足,我認為這是大眾對科學及科學家的誤解。古代的人之所以會對萬物產生好奇心,主要原因之一正是因為我們希望認識自己:

「我們是誰?」

「為何我們會在這裡?」

「我們是由甚麼構成的?」

這些都是歷代科學家、哲學家所關心的問題。

一直到現在,我們都還在尋求答案。一些問題的形式或許已經改變,但我們仍能感受到「人」在這些提問背後代表的價值。

我相信,人文和理性本為一體。我亦相信當我們不理解其他人所理解的學問時,我們要做的,是去學習,不是去批判。學問,其實就是出於對世界的好奇心,可是很多人卻似乎忘記了這一點。

封面圖片是費曼在玩他的非洲鼓。費曼一生都對世界保持好奇的心:他是一個物理學家,卻花很多時間去學畫畫、打鼓。他曾公開表演非洲鼓、辦過自己的個人畫展、試圖破解古瑪雅文明的文字、自學開鎖,更被專業鎖匠封為「神人」、做生物學和心理學研究等等。

世上的學問多到學不完,我只希望跟費曼一樣,多花心思去了解、學習、欣賞。

無知的價值

甚麼是科學?科學是狂野的,科學家需要想像力。我不肯定這是否與藝術家的想像力相似。從前,人類想像世界是平坦的一塊陸地,被站在烏龜背上的大象托起;也有些人認為世界是被一個大湯碗蓋著的,外面有天堂也有地獄,如果能夠到達外頭看看的話必定十分有趣。

這些故事真美,美得藝術家們都以它們作創作的題材,一些不朽佳作流傳後世使我們能夠一窺古人浪漫的智慧。但科學家卻用種種理論破壞了這種美,他們會說世界是由原子構成,重力使星球形成,各種化學作用使生物得以繁衍。

但我會問:「難道這不比古代傳說都美麗嗎?」從前的人幻想我們都住在大象背上,現在我們知道我們其實住在一顆巨大石頭上面,這上頭有陸地、有海洋、有熱熱的內核、有各種各樣的生態、地殼會活動形成新的山坡和河谷……這顆石頭有一個很科幻的名字「地球」。地球由於自身重力作用而形成球體,而且亦因為重力,帶動著上面的人以時速 16000 公里繞著一個更巨大的火球轉動,同時又有另外幾個行星加上幾千萬顆小行星一同繞著這個大火球轉動。有些行動緩慢,幾百年、幾千年、甚至幾萬年才繞一個圈,有些卻有如一個個活蹦亂跳的小孩一樣到處衝來衝去……真是令人難以置信啊!

但如果你一直觀察下去,你又會發現這些運動不是雜亂無章的:一種叫做重力的東西,依循平方反比律,使得一個個星球按照不同的距離以不同的速度、不同的方向在太空中起舞。而這個叫做重力的東西不單止由大陽作用於行星之上,同時亦由行星作用於住在上面的一切東西。正正因為這條無形的安全帶,令我們不會被快速自轉的地球拋出太空,令我們可以進行各種活動。這種令足球急變下墮的力量,與令人造衛星留在軌道上的力量,竟然是同一樣的東西!這是個多麼的奇妙、多麼的美麗動人的故事!

可能有人會說:「科學家把世界描述得太過精確了,扼殺了種種的可能性啊!」但事實上,科學家可能才是對世界的運行方式最不確定的人呢!在這裡我所說的那種「不確定」,並不是一無所知、胡說八道的那種。只是你要知道,科學定律並不等於大自然本身,科學定律永遠不可能是「正確」的。科學家永遠都只是在猜,如果世界是如此這般的話會發生甚麼有趣的事情,然後再看看那些有趣的事情有沒有真的發生。只是其中有一些猜的比較準確,一些猜得沒那麼準確罷了,重要的是永遠沒有人能夠絕對的準確。

費曼 (Richard Feynman) 曾說過:

「我從來都活著,也從來都很無知,那容易得很。我想知道的是你如何能甚麼都知道!」

這種「不確定」、對大自然的「無知」就是科學的本質。我們永遠沒有辦法知道一粒電子的位置,我們只能知道它應該在哪裡附近;而更糟的是,其實電子只是一個概念,是一個幫助人類腦袋理解科學概念的東西。也許實際上根本就沒有電子,電子這個概念可能只是方便我們解釋自然現象的工具。

科學家觀察世界的方法其實與其他人一樣,用眼看,用心感受,用腦想像。科學家想像世界的運作方式其實差不多,只不過科學家要遵守的規矩嚴厲多了:它們必須不自相矛盾、能夠作出預測、理論結果又要符合實際觀測……這是多麼嚴苛的條件啊!

科學界沒有所謂的權威,只有大自然才是理論的最終挑選者。科學家不會因為某某是權威而輕易相信他的理論。一個好的科學家會把所有有線索自己重新追溯一次,如果在所有資料都經過大自然篩選之後,自己得出的結論與權威的一樣,沒有甚麼大不了,只不過表示這個權威應該沒弄錯而已。而如果結論不一樣的話,也只不過令到權威沒那麼權威罷了。

實際上,對現有理論存疑,是科學家最基本的工作之一。這種懷疑並不會減輕科學的重要性,更是人類智慧進步的泉源。因為沒有絕對的確定,沒有一個理論可以被認為是絕對正確的。只是在找不到更好的理論之前,姑且暫時使用而已。這種情況在歷史上屢見不鮮,由牛頓力學過渡到愛因斯坦的相對論就是一例。這種不確定不會消失,只會慢慢的隨著人類的智識提高而變得愈來愈小;但重要的是它永不會消失,永遠不會。一旦失去了它,人類進步的動力也就隨之消失,因為我們已經不用再想些甚麼新點子了。

把我今天的話總結一下:科學是不確定的,這種「不確定」與「存疑」的特徵對科學的意義重大;而且它能留給人類大大的想像空間,一個個美麗動人的理論模型於焉誕生。科學家早已習慣無知,這令他們有動力不斷找尋新的方向。費曼曾於演講中作出以下的省思:

 「因此,科學家早已習慣面對『存疑』和『不確定性』。所有的科學知識都是不確定的。這種與疑惑和不確定性打交道的經驗十分重要,我相信其中潛藏著巨大的價值,而且這種經驗超越科學,往外延伸。我相信,要解開任何從未被解開過的難題,你必須讓通向未知的門半開半掩地,容許『你可能沒全弄對』的可能性。假如你早已抱有定見,也許就找不到真正的答案。」

– 引自費曼於華盛頓大學第二屆約翰.丹茲講座的第一講「這個不科學的年代」

也許最經常說出「我不知道」的人,知道的比其他人更多。