科学中的直觉和反直觉

直觉（intuitive）和反直觉（counterintuitive）是科学讨论在描述一个科学理论或者发现的时候，经常使用的二分法。这个叫法本身并不那么科学和严谨，但是其中的意味却是无限深长的。 既然不严谨，我也不去定义它，只看范例： 

最简单清楚的直觉理论，在古希腊科学有很多范例。比如“刚性物体排开的水量等于它的体积”。比如欧几里得平面几何中的公设和简单定理。“凡直角都相等”，“两点之间直线最短”，初学几何的人，都会想这不是废话吗。等到用这些废话为基础武器，逐步分解，证明了其他复杂得可怕的理论，我们才知道废话的精辟之处。这就是直觉理论最原始的特征：不言而喻。然而，即使在这种萌芽时代的智慧中，也埋下了“反直觉”理论的种子，那就是仅仅“篡改”了一条欧几里得公设，就闯出一片新天地的罗氏几何。 

牛顿第三定律是另一个直觉理论的例子：作用力必然导致反作用力。这看起来也是不言而喻的废话。但牛顿第一定律就不是了：“物体将保持它的运动状态，直到外力改变它”。这是一个相对原始的反直觉理论。在今天，初中物理课修完的同学也许会不同意这是反直觉的。但是在牛顿的年代，这却是彻头彻尾的反直觉。无数牛顿之前的大学者，都理所当然地认为物体要保持运动，必须不断注入外力。这才是费劲力气保持各种物体运动的古代人类的“直觉”。另一个直觉对阵反直觉的著名例子是伽利略对阵亚里斯多德（我不叫它“比萨斜塔实验”，是因为这个传说本身是有误的。但是双方的论点是明确无误的）。“更重的物体下落更快”，这样既简单又错误的直觉，连亚里斯多德这样的智者都不能免俗。可以保证，即使在21世纪的今天，一个纯文盲多半仍然会有这样的直觉。 

直觉与反直觉是相对的，也是可以培养的。经过一定科学训练的人（比如说读完初中物理），他的直觉会超越两足动物的局限，随着训练的程度达到新的精确度，比如说把牛一定律变成他的直觉。但一个人具体的生活年代和环境，并不反映他应有的直觉水平，或者他的直觉正确程度。比如我95岁的奶奶（文盲），直到今天仍然不同意我说的地球围着太阳转。比如美国仍然有20%以上的人认为地球生命历史不超过4000年。 

十八、十九世纪是直觉型科学理论达到顶峰的年代。能量守恒定律（在不久以后就将被进阶的“反直觉”理论给河蟹了），热力学第二定律（“一个房间不花力气整理只能越来越乱”），在它们刚刚被提出的年代，文盲仍然会认为是反直觉的，受过良好科学训练但非专业的头脑，一听到就知道是正确的。而真正的前沿研究者则是醍醐灌顶：“这么简单明白，怎么我就没有归纳出来呢？”非常精彩，非常辉煌，但在物理学上，一般人类直觉能够企及的高度也就到此为止了。接下来的爱因斯坦、海森堡、薛定谔，一个比一个猖狂地反直觉。相对论刚刚提出的时候，不要说普通人，就是顶尖物理学家，也认为爱因斯坦简直是在说胡话。对今天世界上99%的人来说，相对论和量子物理仍然是胡话。然而我们现在都知道，他们是正确的。因为广岛真的被炸掉了，我们车上装的GPS也真的用上了相对论校正。 

“反直觉”的优势在现代物理学中很清楚。能够以普通人类直觉发现的真理，基本都被发现了。剩下的真理必然都很古怪难以接受。在这样的高度还去依靠直觉，多半都要犯错误。比如爱因斯坦的“上帝不掷骰子”，听起来很美好很庄严，结果证明错误。同样是老爱的坚信宇宙密度常数严格等于1，宇宙会无限震荡，听起来很和谐很完满，从现在的证据看来，也是错得离谱。即使是无数物理学家（再一次包括老爱）追求的圣杯：统一场理论，也是一个高级的直觉型假说，前景仍然不妙。总之在现代物理学中，寻求反直觉的答案，克服直觉障碍去接受和欣赏反直觉的理论，反而被养成了研究者的本能。看看霍金有多少胡话（姑且不说他的胡话站得住脚不），以及被学界和起哄界怎样异口同声地热捧。 

然而在生物学中，直觉与反直觉的力量对比就完全是另一回事了。 

达尔文的进化论，是生物学中开天辟地的反直觉理论。在著名的钟表匠辩论中，神创论者洋洋得意的雄辩（Paley主教：“我们看见地上有一个精致的怀表，自然能肯定某处一定有一个钟表匠！”），首先是一个蹩脚的比喻，然后不过是一个粗浅短视的人类直觉。如果放到现代物理学那种气氛中来看，连认真驳斥的价值都没有。然而这种直觉式的大脑当机，却能跟进化论翻翻滚滚地斗上一百多年。直到今天，仍然妨碍大众在生物学上入门，仍然堂而皇之披上科学的外衣来反科学，仍然有少数严肃的学者在掉进相同的直觉陷阱（Fred Hoyle，天文学家和数学家：“生命起源于地球的概率就像大风吹过机械垃圾场组装出一架波音747的概率”。这句话被各种神棍肆无忌惮地篡改，主语直接变成了“进化论”。实际上Hoyle并不反对进化论原则，只是在概率计算上有异议，从而认为地球生命必然有地外来源，才有时间来满足他的概率计算结果。他的领域是生命起源）。这篇文章的主题不是跟他们叫板，所以这里先暂且不提，后文再加讨论。 

并不是说，科学家就不会被直觉蒙蔽。前面曾提到，反直觉天才如爱因斯坦，也曾连挖三个直觉的大坑。只是在生物学中，直觉理论的顽固性来得特别的强，而对反直觉理论的接受来得特别的艰难，不管大众和专业领域都是如此。进化论就曾有直觉与反直觉的争论，即是用进废退学说和自然选择学说。在那个对遗传的物质细节一无所知的年代，用进废退理论的描述来得如此自然。“长颈鹿需要吃高处的叶子，伸着伸着脖子就变长了”，直到我上小学《自然》的时候，我的老师仍然是这么讲的！近两百年之后都还是这样，可想而知达尔文主义在初生年代的四面楚歌。话说回来，即使艰深繁杂如生物学，仍然是科学。科学的伟大就在于在科学的竞技场中，我们可以肯定真理必胜，即使前面被拍倒一百次，走上一千个曲折。人生中其他的事情，不管是政治、感情、事业还是道德正义，我们都不能打这样的包票。这也是科学对我的终极吸引力。