科普经典 费曼演讲：科学是什么？

1966年4月，费曼在全国科学教师协会（NSTA）大会上的一次演讲。

我要告诉你们，我是怎么理解科学的

要把“科学是什么”讲清楚有难度，而我又不喜欢哲学化的表述，那么，今天我要用一个很不寻常的方法来表达我的观点。我要告诉你们，我是怎么理解科学的。

说起来有那么一点点孩子气。在我还很小的时候就是这么理解的，可以说从一开始它就进入了我的血液。我要告诉你们，对科学的这种理解是怎样潜移默化地改变我的。这听起来像是我会告诉你们怎么去教学，但是这不是我的本意。我是想通过讲述“我是怎样学会理解科学的”来告诉你们“科学是什么”。

这都是父亲教我的，他让我知道了“科学是什么”。据说——我没有亲耳听到——我母亲怀我的时候，我父亲说：“如果是个男孩，我会把他培养成一个科学家。”他是怎么做到的呢？他从来没有对我说过这样的话：你应该做个科学家。他自己也不是科学家，他是个商人，一个制服公司的销售经理，但他喜爱科学，经常阅读这方面的东西。

我很小的时候——这是我记得的最早的一件事情——那时我还需要坐在高脚的儿童餐椅上吃饭，父亲晚饭后会和我玩一个游戏。他从长岛市不知什么地方买回来大堆的旧的浴室地板砖，长方形的。我们把瓷砖一个接一个立起来，摆成很长的一条。接着，父亲允许我推倒最后一块瓷砖，然后我们看着整条瓷砖长龙倒下去。很好玩。再后来，游戏升级了。那些瓷砖有不同的颜色，他要求我按顺序放一块白的，然后两块蓝的，接着再放一块白的和两块蓝的，就这样把所有的瓷砖摆好——我也许想先放一块蓝色的，但按他的要求必须先摆一块白色的。我想，你们已经领会到其中暗含的教学智慧，其实这并不深奥——先让他喜欢上一个游戏，然后慢慢往里面加教育的内容！

相比之下，我母亲要感性得多。她开始意识到父亲的良苦用心，她对父亲说：“麦尔，要是这可怜的孩子想放一块蓝的瓷砖，你就让他放吧。”父亲回答道：“不行，我要他注意上面的图案。这是我现在唯一能教他的，这相当于最基础的数学。”如果我是在讲“什么是数学”，我想我已经告诉你们答案了。数学就是寻找图案（实际上，这种教育确实有一些效果。我上幼儿园的时候，要接受一个现场测试。那时候我们有编织课。这种课对小孩子来说太难了，现在他们已经取消了这个课程。在课堂上，我们要用彩纸穿过垂直的带子来编织图案。幼儿园的老师很吃惊，她特地给我父母写了封信，说这孩子很不寻常，因为他能提前知道接下来会编织出什么样的图案，而且能编织出令人叹为观止的复杂图案。看来，小时候的瓷砖游戏对我确实有些帮助）。

好，我继续讲我自己小时候学数学的亲身经历。

我父亲告诉我的另一件事情——我说不好，说是一件事情，其实更多的是情感因素——所有的圆，不管它尺寸多大，其周长与直径的比率都是一样的。对我来说，这并不是很难理解的，但是这个比率很奇妙，那是一个美妙的数字，一个很深奥的数字，它叫“派”。那时候我还是个小孩，不能完全理解这个数字的奥秘，但这是个了不得的东西，从此我到处留心寻找这个π。后来我上了小学，学会了怎么求小数，怎么计算，我计算出的结果是3.125，并且想，我又知道了圆的周长与直径之比π的另一种写法。老师把它纠正为3.1416。

我说这些事情就是想说明早期教育的影响。“这还是一个未解的秘密”“这个数字很神奇”这样的想法对我很重要，那个数字本身是什么并不重要。很久之后，我在实验室做实验——我说的是在自己家里弄的一个实验室，其实也就是捣鼓点小东西——不，对不起，我没有做实验，从来不做；我只是胡乱捣鼓点小东西。我组装了一台收音机和一些小玩意儿，就是瞎鼓捣。渐渐地，通过书本和手册，我开始发现一些方程式可以用在和电相关的东西上，比如电流和电阻之类。有一天，在一本书上，我发现了一个振荡电路频率的计算公式，，其中L是电感，C是电路的电容。这儿有个π，但是圆在哪儿呢？你们在笑，但是我当时是很认真地在思考这个问题。在我印象里，π是和圆相关的一个东西，现在电路里也出来了个π，那么圆在哪儿？是用什么符号表示的呢？你们这些在笑的人，你们知道这个π怎么来的吗？

我身不由己地爱上了这个东西，不由自主地去寻找它，思考它。然后，我意识到，线圈是圆的，一定跟这个有关系。大概半年后，我看到另一本书，书上有圆形线圈产生的电感，还有方形的线圈，它也能产生电感，而这些公式中也有π。我又开始思考，我认识到π不是从圆形线圈里来的，它们之间没有什么关系。现在我能更好地理解π了，但是在我心中，我仍然不太清楚那个圆在哪儿，那个π又是从哪儿来的……

你要弄清楚我们什么时候在教科学的工具——比如语言，什么时候在教科学本身

我想就语言和定义的问题说几句，先中断一下我的小故事。因为我们必须学习语言。它不是科学，但这并不意味着：仅仅因为它不是科学，我们就可以不教语言。我们不是在谈怎么教学，我们是在谈科学是什么。知道怎么把摄氏温度转换成华氏温度，这不是科学。这种知识很重要，但它不是严格意义上的科学。同样地，如果你在讨论什么是美术，你不会说，美术等同于“3B铅笔比2H铅笔柔软”这样的知识。两者完全不是一码事。这并不是说，美术老师不该教这些铅笔的知识，也不是说画家不懂这个也会画得很好（其实，你只要试一下，一分钟之内就能发现3B铅笔确实比2H铅笔柔软，但这是个科学的方法，而美术老师可能不会想到要去解释它）。

为了与别人交谈，我们必须使用语言，就是这样。你想知道这两者有什么不同，这很好，你要弄清楚我们什么时候在教科学的工具——比如语言，什么时候在教科学本身，这也很好。

不要用你刚学到的新词，用你自己的语言复述一下你刚学到的内容

为了把这一点说得更清楚些，我要挑一本科学课本，指出一些问题，可能不怎么留情面。这可能有些不公平，因为我相信，不用费什么力气，我同样能在其他书里找到类似的问题来批评一番。这是一本一年级的科学课本，很遗憾，一年级的第一堂科学课，它就以一种错误的理念来教小学生学习科学——对于科学是什么，教科书自身的理念就是错误的。书上有几幅图：一只可以上发条的玩具狗，一只手按下发条的按钮，然后这狗就能动。最后一幅图的下面写着一个问题：“是什么让它动起来的？”紧接着是一张真狗的图片，还是这个问题：“是什么让它动起来的？”在这后面，是一张摩托车的图片和同样的问题——“是什么让它动起来的？”就这样一路问下去。

一开始，我以为他们准备向学生介绍科学有哪些学科门类，比如说物理、生物、化学。可事实不是我想的那样。这本书的教学参考给出了这样的答案：“能量让它动起来的。”能量是个很难捉摸的概念，人们很难正确把握它。我的意思是，能量这个概念，人们如果想要能够正确运用它，想要用能量的概念正确地推导出一些东西，是很难的。这超出了一年级小学生的接受能力。（这样子来回答那个问题，）还不如说“上帝让它动起来的”“意念让它动起来的”或“可移动性让它动起来的”（就实际效果来说，这样的回答和“能量让它动起来的”是一样的）。

我们应该这样来看：那只是能量的定义。我们应该反过来解释。我们应该说“如果某个东西能运动，它里面就有能量”，而不是“使它运动的是能量”。这个差别很微妙。

惯性也一样。我来把这个差别说得更清楚一点：你问一个孩子“是什么让玩具狗动起来的”——假如你问一个正常人这个问题，那你就应该先思考一下。答案是：你拧紧发条，而发条要松下来，于是这个力推动齿轮转动。这是多好的科学课启蒙啊！我们把玩具拆开，看看里头是怎样运转的。你要观察齿轮的巧妙设计，你要观察棘轮。学一些关于这个玩具的知识，安装玩具的方法，人们能设计出棘轮还有其他东西，由此可见人类的智慧，等等。这样会很好。（那本教科书上的）问题提得很好，答案未免有点缺憾，因为他们想要教给学生的是能量的定义，但是学生什么也没学到。

设想一下，假如一个学生说：“我不认为是能量让它运动的。”你该怎么把问题讨论下去呢？

我最终想出了一个办法，可以用来检测你究竟是传授了一个思想还是教了一个概念。我们这么来检测：“不要用你刚学到的新词，用你自己的语言复述一下你刚学到的内容。”“不要用’能量’这个词，请告诉我，关于那个玩具狗的运动，你现在学会了哪些知识？”如果你说不出来，那么，你除了概念什么也没学到。相关的科学知识你什么也没学到。这也许还不大要紧。关键是你可能立马不想学习科学了，因为你不得不学习很多定义。用来启蒙的第一堂科学课就是这个样子，这难道没有可能（给科学教育）带来毁灭性的灾难吗？

我认为，在第一堂课上只是为了回答问题去学习一个神秘的词语，这简直太糟糕了。那本书上还有其他例子——“重力使它下落”“你的鞋底磨损了，是因为摩擦力的作用”。鞋子磨损了，是因为它和人行道频繁接触，人行道上坑坑洼洼，很容易磨损鞋子。仅仅扔出“摩擦力”这个专用名词来解释，实在令人提不起兴趣，因为这不是科学。

这只是一个例子，说明抛出那些物理学名词和真正教科学的区别。那些物理学名词是必不可少的，我们反对的只是在第一堂课上就讲这些。学到后面肯定要引入这个名词的定义，告诉你什么是能量，而不是针对“什么让狗动起来的”这样简单的问题。面对孩子，我们应该给出符合他们兴趣的答案：“拆开它，我们来看看里面有什么。”

如果你想教导别人去观察，你得让他知道，通过观察他会发现美妙的东西

和父亲在树林里散步时，我学到了许多东西。比如看到鸟，他不会忙着告诉我鸟的名字，而是说：“看，那鸟总在啄自己的羽毛。它老是在啄羽毛。你想想看，它为什么啄羽毛呢？”我猜想：“是羽毛乱了，它想把羽毛理顺。”父亲会问：“那鸟的羽毛什么时候弄乱的？还有，它的羽毛为什么会弄乱呢？”“飞的时候。它在地上走的时候，羽毛不会乱。但是飞的时候，羽毛就乱了。”然后他会说：“照你这么想，鸟刚刚落地时，就会去啄羽毛，而它理顺羽毛之后，在地上走来走去时，就不怎么啄羽毛。好，我们来看看。”于是我们就过去看，仔细地观察。我观察到的结果是：鸟不论在地面上走了多久，它都会去啄羽毛，就跟它刚刚从空中飞下来时一样。我猜错了，可是我真的猜不出真正的原因。这时候，我父亲就会告诉我答案：那是因为鸟的身上有虱子。鸟的羽毛里会掉下来一些小皮屑，那东西是可以吃的，虱子就吃这东西。虱子身上有一点点蜡，那是因为虱子腿部的关节能分泌出这东西。在那里有一只非常小的虫子，它靠吃蜡生活。小虫子能有这么多的东西吃，最后导致它消化不良，因此它排泄出的液状物里就有很多糖分，还有一种微小的生物就靠这糖分生存，等等。

父亲所说的这些，虽然不完全正确，但是这种方法是对的。首先，我学到了“寄生”这个概念，一个生物靠另一个生物生存，这个生物再依赖另一种生物，一直有能依赖的对象。其次，他接着说，在自然界，只要有可以吃的东西，能维持生命，不管它是什么东西，都会有某种形式的生物找到利用这种资源的方法，而且一点点吃剩的东西都会有别的生物来吃。

我要说的就是，即便观察后，我还不能得到最终的结论，可是，观察得到的结果就是一块金子，这是很有价值、非常神奇的结果。这确实很神奇。

你们假设一下，如果当初他要求我去观察，要求我拉一个单子，要求我把观察的结果记下来，去做这做那，还要去观察。而如果我真的列了这张单子，那么这单子会和其他130张单子一起被归档，放在一个笔记本的后面。如果是这样，我就会觉得那些观察的结果没什么意思，而且我从中也不会学到多少东西。

我认为有一点很重要——至少对我来说很重要：如果你想教导别人去观察，你得让他知道，通过观察他会发现美妙的东西。

何谓科学，我想，它可能是这样一回事

何谓科学，我想，它可能是这样一回事：在这个星球上，生命进化到了一个阶段，智慧生物出现了——不仅仅是指人类，也包括那些能嬉耍的动物，它们能从这些活动里学到一些东西（比如猫）。但在这个阶段，每个动物只能从自身的经历中学到东西。它们又渐渐进化，直到某些动物学习能力变得更强，不仅能更快地从自己的经历中学到东西，还能从别的途径学习，比如通过观察其他动物的经历，或是有别的动物给它亲身示范，或是它能够模仿另一个动物。于是就有了这样的可能性：所有的动物都可能学到这些经验，

但是这种经验的传承没有效率，而且掌握这些经验的动物可能会死掉，至于学到了这些经验的动物，也许在它能够把经验传授给其他动物之前就死掉了。

问题是，有没有可能学得更快一些——学习的速度能超越遗忘的脚步？那些碰巧学到的东西，可能因为学习者的记忆力不好，也可能因为学习者或发明者的死亡而被遗忘。也许，就出现了这样一个阶段，某种动物的学习效率提高到了这样一个程度，突然之间整件事情有了一个崭新的面目：某个动物学会了一些事情，紧接着就传授给另一个动物，它再接着传授给下一个动物，它们传授知识的速度如此之快，足以使这些知识不会在这个种群内消失。于是整个种群的知识就有可能积累起来。这种现象被称为世代累积性（time-binding）。我不知道是谁发明的这个词，不管怎么说，刚才说的那一个种群的动物，他们中的一些现在就坐在这儿，想把这个经验和那个经验结合起来，每一个都努力向另一个学习。

一个种群拥有自己种群的记忆，拥有代代相传积累起来的知识，这是自然界的一个新现象。但是，这也有一个弊端，因为有可能传递错误的东西——对这个种群没有好处的思想。这个种群有思想，但有些思想不一定有益。于是我们又到了这么一个时期，思想非常缓慢地累积起来，不仅包含实用和有用的东西，还混杂着大量形形色色的偏见和千奇百怪的信仰。

我能给出的最好的定义

后来，人们发现了一个避免这种弊病的方法。那就是存疑。人们不确定流传下来的东西是否真的正确，想重新亲自验证事情的真相，不想盲目相信学到的东西。这就是科学：经过重新检验的知识才是可信的，而不是一味相信前人留下来的知识。我就是这么看待科学的，这是我能给出的最好的定义。

为了提高大家的兴致，我想说说大家都很熟悉的事情。宗教人士传教的时候，他们不是对人们说教一次就完事的——他们要反复说教。我想，向人们传授科学知识也有必要这么做，运用不同的方法，孜孜不倦地激励人们学习科学，让大家记住科学的意义所在，不仅教孩子们，还要教成人，教每个人。我们这样做，不仅仅是为了让自己成为更好的公民，或者更有能力去控制大自然；我们这么做还有别的意义。

我们现在生活在一个没有科学的时代，几乎人们所有的交流、电视上的言论和书本，所有这些都充斥着不科学的东西。

科学的另一个价值，就是倡导理性思考，它同样也倡导自由思考的重要性；怀疑前人教给我们的东西是否都是正确的，其成果就是理性思考。你一定要把科学和科学研究的形式或流程（后者有时能促进科学的发展）区别开来，尤其在教学中，你们老师一定要区分二者的不同。说出科学研究的流程，比如我们写（报告）、做实验、观察，等等，这个很容易，你完全可以照样画葫芦。拿宗教来说，过分注重形式却记不住宗教领袖最重要的教诲，原本伟大的宗教最终落得个支离破碎、分崩离析的下场。同样地，我们可能只注重科学（研究）的形式，还把它当作科学，实际上充其量也就是伪科学。如此一来，我们都尝到了苦头，现如今很多研究所的研究氛围很是沉闷，没有研究自由——这些机构都受到了伪科学顾问们的影响。

我们对教学做过许多研究，比如说，人们进行观察、记录和统计，但是这种行为并不是真正的科学研究，得到的结果也不是普遍获承认的知识。它们只是模仿了科学研究的形式——就好像南太平洋岛屿上的居民用木头建造飞机场和无线电发射塔，期望有朝一日一架大飞机会降落在那里。他们甚至还造出了木头飞机，外形跟他们在周围国家的飞机场上看到的飞机一模一样，但是奇怪的是，这些飞机就是飞不起来！这种伪科学模仿的结果就是造就了很多专家，你们当中很多人就是专家。你们这些教师，真正从事基础教育的教师，时不时你们也可以怀疑一下专家。但是学习了科学精神后，你们必须怀疑专家。实际上，我还可以从另一个角度来定义科学：科学就是坚信专家也有无知的时候。

当一个人说“科学指导我们这个指导我们那个”，他说得不大准确。科学并不会教我们这些那些，那是经验在教导我们。如果他们对你说“科学已经表明……如此这般的”，你应该反问：“科学是怎么证明这个的？科学家是怎样发现这个的——怎样发现，发现了什么，在哪儿发现的？”能说明问题的不是科学，而是实验，实验结果才可以说明这个问题。你和其他人有同等的权利，在获取实验结果的基础上（但是我们一定要了解所有的实验证据），自己去判断：通过这个实验，我们是否已经获得一个可以被再次运用的结论。

在一个真正的科学还没有发展到一定地步的复杂领域，我们不得不依赖一种古老的智慧——绝对的坦率。我想鼓励从事科学基础教育的教师们，你们要乐观一点，对待常识要有一些自信，要有自己的头脑。你们要知道，指导你们的专家也许是错误的。

每一代人都会从自己的经历中发现一些东西，他们必须把这些发现传给下一代

我或许已经破坏了教育秩序，将来考进加州理工学院的学生也许不会再这么优秀了。我认为，我们现在生活在一个没有科学的时代，几乎人们所有的交流、电视上的言论和书本，所有这些都充斥着不科学的东西。不是说那些内容不好，我是说它们是不科学的。于是，就出现了大量打着科学旗号的智力专制。

说到底，人不可能有来生。每一代人都会从自己的经历中发现一些东西，他们必须把这些发现传给下一代，但是这种知识的传递必须在继承和扬弃之间保持微妙的平衡，以免我们人类（现在人类已经知道自己容易犯以讹传讹的错误）把错误的知识强塞给下一代。但是我们人类确实把自己积累的智慧传递了下去，还有那些也许称不上智慧的“智慧”。

在传承先辈的知识这个问题上，我们很有必要教学生一种技能：如何在“取其精华”和“去其糟粕”两者之间保持一种平衡，这需要相当高超的技巧。科学的各个学科门类在其发展过程中都有过这样的教训：认为先辈大师们字字珠玑、说的都是绝对真理，这样的信念是很危险的。

各位继续努力！谢谢大家！

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