一个科学家的观点——响应《社会科学是科学吗？》

|作者：林志忠

(台湾阳明交通大学电子物理系)

本文选自《物理》2025年第10期

01前 言

日前，台湾《科学月刊》总编辑曾耀寰邀请我对该刊2025年7月号的文章《社会科学是科学吗？》撰写一篇读者响应。我反复阅读文章后，却彷佛陷入困境，觉得迷惘而不知从何回答。作者的专业背景是应用经济学，而我的专业背景是物理学，或更准确地说，是低温物理学实验。谅必是因为专业学科训练的不同(“人文社会(科)学” vs. “自然科学”)，造成我对文章的难以消化，感觉非常陌生，即便文章中反复使用“模型”、“科学方法”与“科学”等关键词眼。一言以蔽之，长文中想要辩证和强调的主要结论是：社会学是一门科学。套用作者自己的文句，则是“社会科学是科学殆无疑义”，因为“社会科学是用科学的方法，研究人类社会的种种现象。”

本文标题的起头是“一个科学家的观点”，当公众听到“科学家”一词时，大多数人即刻想到的对象应是“自然科学家”，如物理学家、化学家、数学家、生物学家、医学家等，而不是社会学家、经济学家或政治学家等。虽然现在的人文社会学科常主动或被动称作，如“社会科学(social science)”、“政治科学(political science)”或“图书馆科学(library science)”等，也无法改变以上印象。这一认知，无疑正是造成我难以消化领会这篇文章及其论点的主因。反过来说，本文的标题即使未冗长写作“一个自然科学家的观点”，也谅必不致引起读者的任何误解。

基于这一公众认知或“常识”，让我们回归本文的主题：社会(科)学到底是不是一门科学？此外，若是公众听到“科学”一词时，他们的直接反应只会想到“自然科学”，则为何社会(科)学及其他一些人文社会学科，需要画蛇添足套上“科学”结语词(外衣)？

2025年正逢“国际量子科学与技术年”，因此以下我们概略回顾量子力学诞生过程中的几件要事，看看这门重大自然科学是如何发展起来的。藉此，也可以了解何谓(自然)科学？它如何形成，及具备哪些要素？

图1 在这本精巧的杰作

The Meaning of It All: Thoughts of a Citizen Scientist

里，费曼探索游走在科学与哲学、科学与宗教及科学与社会等边缘的问题，书中对“科学的不确定性”、“价值的不确定性”和“不确定的年代”有极精辟的见解

另外，建议有兴趣的读者阅读费曼演讲集

The Meaning of It All: Thoughts of a Citizen Scientist

(图1)。在这本科普演讲集中，费曼对何谓科学(知识)、科学的应用和科学方法有很深刻的见解与说明。费曼女儿米雪·费曼编辑的

The Quotable Feynman

(图2)中，则收录了许多费曼关于科学的本质的观点、警句与隽语。

图2　在费曼女儿米雪·费曼编辑的

The Quotable Feynman

中，收录了许多费曼对科学的本质所做深刻思索后的观点、警句以及隽语

02量子力学起源的三个例子

2.1　普朗克引入量子化常数

量子物理”的概念，即一个物理量是离散的而非连续的，公认的起源是1900年，普朗克为了解释高温固体所辐射出的电磁波(热和光)的频率

(f)

分布，而引进的一个“数学猜测”。即普朗克为了推导出能与当时测量到的“实验数据”吻合的一组“数学曲线”，而把电磁波的能量(

E

)“硬着头皮”写成

E=nhf

n

为0或正整数，

h

为现今称作普朗克常数的一个崭新物理常数)。在普朗克之前，甚至直到1923年“康普顿效应”实验完成之前，大多数物理 学家完全接受麦克斯韦电磁波理论，深信电磁波的能量只与电磁场的振幅平方(强度)成正比，而与频率无关，并且深信能量是一种连续的物理量，可以为任意(正)值。

在这一个例子中，当普朗克心不甘、情不愿画出他的一组“数学曲线”时，我们很难想象此刻在他的心里，有何预想的具体量子“模型”存在？换句话说，普朗克并不是为了描述和解释他事先建构出的某一个模型的特性，只是遵循逻辑一路推理，进而创立了一套革命性的科学理论。请读者注意，在以上这两段文字里，我刻意使用普朗克的“数学曲线”一词，而不说“理论曲线”，正是因为想要强调电磁波能量量子化的概念，并不是建立在先有“模型”，然后依据某一套“科学方法”，一步一步推导出来的。事实上，即使在具有理想吸、放热性质的“黑体”解释里，到底是什么微小粒子(谐振子)在以f的频率振动？它们如何振动？一直是一个很模糊，说不清的“模型”。反之，在《社会科学是科学吗？》文章里，作者似乎主张社会(科)学问题的探索方式是，首先建立一个清晰的“模型”，接着依循“科学方法”的步骤展开研究，因此是一门科学。

2.2　爱因斯坦的固体比热理论

普朗克在引入电磁波能量量子化并写出相应的“数学曲线”之后，虽然成功解释了实验数据(自然界的真实物质特性)，却并不被当时的物理学家重视，甚至普朗克自己心里也不以为然，深感不安。那时，在诸多将于未来二三十年内陆续赢得诺贝尔奖的大科学家中，唯独年轻的爱因斯坦是个例外。爱因斯坦不但很快地接受了电磁波能量量子化的概念，并运用它解释了现在大家耳熟能详的“光电效应”；更让人赞佩的是，他随即又进一大步将能量量子化的概念，扩充用于解释固体(绝缘体)比热随温度变化的行为。经典统计力学告诉我们，由于“能量均分定理”，固体的摩尔比热值(

C

V

)必定等于三倍理想气体常数(

R

C

V

=3

R

。虽然很多实验数据确实与这一项“杜隆—珀蒂定律”预测吻合，但当时(19世纪末，一个冷却技术尚未诞生的年代)已有少许实验数据显示，当温度稍低于室温时，某些坚硬固体的比热会往下偏离“杜隆—珀蒂定律”的预测，使得

C

V

<3

R

天纵英才的年轻爱因斯坦大胆想象，更深刻地意识到，不但电磁波的能量是量子化的，物质的“特性”必然也是量子化的！因此，他破天荒假设固体中的“原子”都在进行简谐运动，其振动能量值(

)是离散的，即以

频率振动的“原子”，其能量值必定为

nhν

，而不能是任意连续值。爱因斯坦的这一项看似天马行空的预测，不仅顺利解释了固体比热偏离“杜隆—珀蒂定律”值的原因，更成功预测了当温度趋近绝对零度时，

C

V

将急剧下降，迅速趋近于零。

在1907年爱因斯坦做出以上固体比热特性的预测时，我们很难想象，爱因斯坦心里能有一个具体的固体“模型”，从而计算它被逐渐加热(冷却)后，温度如何逐渐上升(下降)？事实上，在当时“原子”是否是一个物理实体都仍有争议，也尚无X射线绕射实验证实晶体是由“原子”的周期性排列组成的(劳厄的X射线晶体绕射实验完成于1912年)。所以，爱因斯坦心中应不会事先规划出一个具体的固体“模型”，进而抓紧一套“科学方法”的步骤，依序去探索而得出这一项科学结论。

2.3　量子力学的诞生

1913年，玻尔提出原子中的电子能级量子化概念，即一个电子只能处在一些特定半径的轨道上绕着原子核进行圆周运动(相当于电子角动量量子化)；因此，电子的能量也是量子化的，只能有某些离散值。这是继电磁辐射能量量子化后的量子物理学的又一重大进展，但是除了氢原子(和氦离子He+)的光谱线外，玻尔原子“模型”即使几经修补，仍然无法解释其他原子和分子的行为，更无助于导引后来量子力学(矩阵力学与波动力学)理论的建立。反而，海森伯正是在彻底扬弃不可观测的“电子轨道”与“玻尔半径”(虚构)概念的基础上，建立了矩阵力学。海森伯神来之笔的出发点是，着重考量原子吸收或放射出的电磁波的能量和强度，因为这才是实验能够测量得到的真实物理量。很难说1925年的海森伯心中，能够有何事先建构的、明确的原子结构“模型”：原子核之外的电子在哪里？它(们)如何运动？显然，即便缺乏一个具体的原子结构“模型”，也并不妨碍矩阵力学的建立。

紧随海森伯(与玻恩及约当三人一起)建立矩阵力学的几个月之后，薛定谔也独立地提出一套波动力学理论，并很快地证明了波动力学和矩阵力学在数学上的等价性。物理学家熟悉微分方程式，因而对波动力学感到亲切并相对乐意接受，但是波函数(

)的真正物理意义，即

* 为

的共轭复数)代表电子在某一瞬间出现于空间某一处的几率，却又构成随后另一段曲折蜿蜒科学故事的主轴——这一项对波函数的物理意义的追问、诠释，与科学上乃至哲学上的深曲思辨，可能是导致玻恩迟至1954年才获颁诺贝尔奖的主因。因此，与其说薛定谔在写下波动力学微分方程式之时，心中存有一个清晰的原子结构“模型”，不如说他心中明白玻尔的原子模型无法描述物理真实，因此他必须另辟蹊径，同时借助在当时还难免隐晦的德布罗意的电子具有波长的概念，写下一组“电子波/物质波”的运动方程式。(注：尚未满24岁的美国物理学家Carl Eckart，在刚获得博士学位不久的1926年春(可能稍早于薛定谔)，即独立证明了波动力学和矩阵力学的等价性。另外，有科学史学家指出，在泡利的波动力学一出现，也随即证明了它与矩阵力学的数学等价性。)

03我们的实验研究是如何进行的？

再以当代实验研究为例，说明自然科学研究是如何选择课题和开展的。一般而言，我们对于自身专业领域的全球当前进展并不陌生，知道同行实验室正在研究哪些题目，为何要探索那些课题。虽然大家心中未必有一个明确或清晰的“模型”要验证，但都约略了解这些课题牵涉到哪些理论概念，属于哪一分支领域范围的物理问题。例如，大多数科学家接受高温超导体(如钇钡铜氧YBa2Cu3O7)必定是由电子与电子之间的集体强相互作用引起的说法，而且从1986年发现高温超导体迄今将近40年，两三代的研究者也一直朝着这一方向投注大量心力。然而，却很难说他们心中真的有一个能解答某种材料为何会产生高温超导特性的确切“模型”。

另一个例子是，面对纳米科学与技术，我们会很迫切去制作金属、半导体或超导体纳米线，把它们放到极低温下(液氦温度或更接近绝对零度时)去测量，看看会发生什么，这时我们心中未必有一个特定的纳米材料的“模型”要验证，但我们心中有一个坚定的信念：当温度降低而接近量子力学“基态”时，在微小尺度的样品里面，很可能会发生有趣的非经典或非欧姆定律行为，如相位相干性电子波函数叠加(干涉)造成的“介观”量子传输现象，及某种庞大数目微观粒子涌现的集体凝聚行为。发现预想之外的物质世界新现象，拓展知识新疆界，正是“自然科学”研究的重要使命与本色。

04结 语

我个人认为，绝大多数的自然科学家，并不会事先去熟读著名科学史学家和科学哲学家库恩的《科学革命的结构》之后，才开始选择他的研究课题，接着规划订定理论计算或实验测量该如何进行。正如李白、杜甫、苏东坡和曹雪芹，肯定不会事先钻研诗词写作方法或作文写作指南之后，才提笔写下传世名作，是一样的道理。

本文并未直接回答“社会(科)学是否是一门科学？”的问题。我的个人粗浅看法无宁是，一门学问如果体大思精，底蕴具足，则名称应是约定俗成(乃至次要)的。反过来说，我们都生活在技术挂帅的时代，因此自然科学时常受到工程学和技术的挤压(如物理学受到材料、半导体和AI挤压)，而人文社会又受到理工挤压，这的确是无可回避。当局者需要自强自立，为了个人志(职)业及人生，是努力寻求出路的一项重大考验，同时这也是文明永续的一件大事。又，社会上常把“理工”并列，但在学科本质上，“理”与“工”的气质迥异，甚至可以说“理”可能更接近于人文社会学科，只是人文社会学家也常不自觉地将(自然)科学家拒之鸿沟之外。

致 谢感谢辅仁大学物理系吴至原副教授仔细阅读初稿及提供修正建议。

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