将科学研究比喻为“盲人摸象”，这个说法合理吗？

盲人摸象

大家都听过盲人摸象的故事。

几位盲人被召去触摸一头大象，以判断大象长什么样。大象太大，每个盲人只能触摸到一小部分。每个盲人摸到不同的部位，因而众说纷纭。一人摸到了象腿就说：“原来大象长得像一棵树。”另一位盲人说：“原来大象是一根绳子。”因为他摸到的是象尾巴。摸到象鼻子的盲人说：“大象是一条水管。”

一般人们用这个故事来比喻和嘲笑看问题狭隘片面之人。但对于科研工作者来说，不得不颇感遗憾地承认，在一定的意义上，科研的方法就是盲人摸象。

人们嘲笑摸象的盲人，是因为大多数人不是盲人，能看到大象长什么模样。将此用来比喻科学研究时，就不一样了。我们大家，包括整个人类，都是“盲人”。一开始，谁也没见过我们研究的“大象”是什么模样，只能靠摸它来猜测它。

大象，是故事中盲人们“触摸”的对象，就像科学家们企图研究探索的自然规律。摸象，也就是观察大自然或对客观世界进行人为的实验，这是科学活动的第一步。

那么，大千世界万事万物，五花八门，应该观测些什么呢？到底是摸象、摸马，还是摸牛？这就需要科学工作者自己做出选择，也就是选择课题。

选题往往是科研人员碰到的第一个问题。影响选题的因素很多，取决于环境和条件，同时也取决于研究资历和兴趣。研究环境和实验条件是决定选题的客观因素，实用性、道德性、社会利益等都不可忽视，也许其中包含许多功利的、技术性的因素，也不得不考虑，否则研究就将如同一场实现不了的白日梦。就主观而言，当然是选择你感兴趣的、喜欢的、有美感的事物和现象，也就是选择你愿意为之付出时间和精力的课题。

图源：pexels

盲人靠触摸，科学家靠实验。

盲人触摸后得到对大象的结论，科学家们从实验总结出数学模型，得到科学理论。盲人只靠触觉，用手摸，科学家们除了使用自己的感官（包括眼睛）之外，还有各种各样的实验仪器和技术手段。盲人摸象和科学研究，两者大不相同，但是，思考一下在这个经典故事中，盲人易犯的一些错误，却能给我们的科研方法带来很多启迪。

感官和仪器的不完善将产生错觉和误差，因此，观测和实验需要进行多次，不同的人、不同的实验室、不同的时间和地点，要具有可重复性。即使是在同一个实验室，也需要进行多次实验，取其平均值而消除误差。为了做到可重复性，需要抓住事物的主要问题，选择更为简单的事实。因为越简单的事情，重复发生的概率便越高。观测主要的，忽略次要的，犹如使用奥卡姆剃刀。例如，我们研究抛物体的轨道运动，为了简单化，将任何被抛射的物体都只当成一个点，无论是抛出去的手榴弹，还是大炮发射的炮弹，都是一个点，将它们的具体形状全盘“剃去”。因为我们感兴趣的只是它们的抛射轨迹，而不是手榴弹在这个轨道上如何旋转。得到观测和实验数据后，还经常需要用到某些统计方法来处理数据。

知其然

杨振宁将物理学研究分为 3 个阶段：观测实验、唯象描述、理论架构。将观察和实验得到的数据加以概括和提炼后，得到的某种描述性模型，被称为唯象描述规律。也就是说，唯象规律只是一种总结和描述，尚未建立能解释它的理论。在唯象描述的阶段，对观测到的现象，认识尚处于知其然，却不知其所以然的阶段。

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例如，开普勒根据第谷给予的大量天文观测数据，总结得到行星运动的开普勒三大定律，属于一种唯象描述，因为从它们只能知道行星如何运动，却不知道行星为什么会如此运动，直到后来有了牛顿的万有引力定律及三大运动定律，才解释了这种椭圆运动的原因。

唯象描述一般是局部的、片面的，因为是根据局部的观察事实总结出来的，不知其发生的原因，怎么知道朝哪个方向推广呢？就像每个盲人根据自己摸到的大象的局部而得出的印象一样，并不能代表整个大象。有人摸到大象腿，建立一个唯象规律——“大象是棵树”；另一个人摸到大象耳朵，建立一个唯象规律：“大象是个扇子”；第三个盲人摸到象鼻子，建立一个唯象规律：“大象是根绳子”。当然，大象不是树，也不是扇子或绳子。

唯象描述有其主观性。即使是观察同样一类现象，不同的人可以建立不同的理论。大家都摸大象耳朵，有人说“大象是一片树叶”，但另外一位盲人却可能认为“这东西像是一床折叠起来的被子”。

此外，实验结果也有可能随时间而变化，因此唯象描述也相应地变化。

某一个盲人，专摸大象的肚子，大象有时候是站着的，他摸到的肚子像是天花板或是墙；但有时候大象扑倒在地上，肚子摸起来像一座小山坡。因此，他对大象的肚子得到两种唯象描述模型，有时需要用“墙壁”模型，有时需要用“山坡”模型。

人对世界的认识总是片面的，科学家的头脑只能考虑到宇宙之一隅，永远也不能囊括整个宇宙。但是，所有这些片面的、局部的知识之总和，可以逐渐逼近全面的理论。

知其所以然

唯象描述不能令人满意，科学的最终目的是要“知其所以然”，因此，科学家们便进一步地建立能够深入解释现象的理论模型。

科学的理论系统是分层次的。因此，我们所谓的唯象描述和理论模型，实际上也是相对而言。某一层次的理论模型，可以解释被该层唯象规律描述的现象，但它对更深（或者更高）的层次而言，可能又只能扮演“描述”的角色，需要更“高深”的理论模型来解释。

例如前文所列举关于行星运动的例子，开普勒定律是“运动学”层次的唯象描述，牛顿万有引力定律是理论模型，因为它揭示了行星绕日运动的本质，用引力的平方反比率，从动力学的角度解释了行星轨道为什么是一个椭圆。

但是，如果深究下去：为什么万物之间会有吸引力呢？牛顿力学对此并没有解释，而只是用一个数学公式来（唯象地）描述这个万物皆有的性质。因此，在研究引力的层次上，牛顿力学只是唯象描述。而广义相对论，在某种意义上从物质与时空关系的角度，解释了万有引力的本质：是来自于物质造成的空间弯曲，物体在弯曲的空间中沿着最短的“测地线”运动，使它们看起来像是在互相吸引。因此广义相对论成为解释引力作用更高一级的“理论模型”。

然而，人们还可以继续追问探讨下去：物质为什么会使空间弯曲呢？正是这些没完没了的“为什么”，激励科学家们不断地从唯象描述，建立起更深一层的理论模型，促进了科学的进步和发展。唯象描述和理论模型都需要不停地被修改，不断地修正错误，以符合更多的实验结果。物理理论正是这样逐次被修改，才得以完善。

比如，以人类对太阳系的认识过程为例，可以说明理论如何随着观测资料的积累而不断地改正“错误”。

地心说时代，人类自以为是地认为自己所在的地球是宇宙的中心。古人注意到天上有 7 个会移动的光点：太阳、月亮以及另外 5 个被取名为“金”“木”“水”“火”“土”的光点，7 个发光体绕着地球转。

后来，地心说被日心说代替，人们又以为所有星球（包括月亮）都绕着太阳转。也知道了这些星球自己都不发光，而是反射太阳之光，因而被称为太阳系的“行星”。再后来，人类才认识到月亮不属于太阳的行星，应该看成是绕着地球转的地球卫星更为合理。紧接着，天文学家们又借助分辨率更高的望远镜，在 1781 年和 1846 年，分别发现了天王星和海王星。

海王星 概述图

海王星的运动轨道表现了一些异常的特性，使得克莱德·汤博（ClydeTombaugh）发现了冥王星。冥王星成为太阳系的第九大行星。但后来发现这又是一个错误的概念。根据 1931 年的天文观测资料，估计冥王星的质量与地球质量差不多。但是随着观测方法的改进，到 2006 年时，天文学家们发现，冥王星的质量比地球小得多。并且，在太阳系还发现了许多小行星群，其中有一些小行星比冥王星还大，如果将这些都算成行星的话，那么太阳系行星数目将会超过 13 万个。因而，天文学家们于 2006 年严格制定了作为太阳系行星的标准，纠正原来的错误，将冥王星从太阳系的行星中“开除”出去。

物理学中对真空的认识过程，也是一步一步纠正错误而修正的。从牛顿的绝对真空到现代充满各种“场”的量子场论真空，谁对谁错？并不是简单一句话能说清楚的。它们只是在不同历史阶段不同的理论模型，看哪一个模型能够更自洽、更符合逻辑，解释更多的实验结果。因此，理论模型有缺陷是正常的，并不是一个值得大惊小怪之事。

科学家们的种种数学模型，与真正的现实是有区别的。模型可以有多种多样，现实却只有一个。在物理学上，将“大多数人”公认了的、被“多次”实验证实了的数学模型，叫作有效物理理论。因为真理和模型之间总是需要一个人为界定的标准。有效物理理论并不能说就是唯一的、绝对的真理，只能说推翻它们的可能性比较小而已。理论物理的发展过程中，不乏此种实例。

来源：《科学是什么》，略有删改

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