马特·斯坦利（Matt ）是纽约大学的科学史教授。
正如物理学不是关于世界事实的清单一样，历史也不是人物和时代的清单。它是一种强大而鼓舞人心的思维方式。
在现代物理教育中，老师通常不太重视教授某些方面，比如与人相处、团队合作、误解、对手和盟友。物理学家通常不太关注这些方面，认为它们对科学研究没有帮助。然而，社交互动确实对他们的研究有很大的影响。物理学家通常都是通过惨痛的经历才学到这一点的。在这个科学合作的时代，独自前行是不可行的。
历史可以帮助物理学家做到这一点，而历史学科研究了许多这样的问题。作为科学史学家，我们的工作就是揭露那些鲜为人知的故事，并与公众分享。我们讲述这些历史的方式可以改变人们对历史的看法。从历史的角度看待科学可以帮助物理学家更彻底地理解科学，并为他们提供许多有用的工具。
物理学是一项社会事业
研究是人做的，人有好恶，有自负，有偏见。物理学家也不例外，他们也有偏爱的想法，坚守一些早就该抛弃的概念。一个典型的例子就是电磁以太，它吸引了整个19世纪的物理学家。最后发现，以太这个概念给他们带来的困难远多于它解决的问题，但物理学家们仍然把它当作核心的解释工具。1905年，爱因斯坦的狭义相对论宣告以太是多余的，但物理学家对电磁以太的热情并没有立刻消退。
人来自不同的地方，物理学家也和所有人一样历史 物理学家，想要保卫自己的国家。100年前，第一次世界大战爆发后，英国科学家拒绝与德国科学家合作。一战结束后，德国及其法西斯盟友仍然被禁止加入国际科学组织。二战期间，希特勒手中拥有原子弹的能力，吓倒了反法西斯盟国的科学家，并让他们打开了核武器的潘多拉魔盒。虽然很多参与其中的科学家事后都后悔不已，但战争和民族主义却成为核武器发展的动力。
上述案例并非例外，物理学家也并非没有政治观点、哲学偏好和个人情感的特殊群体。科学史的作用，就是要揭开“不关心世事”的隐士天才的神秘面纱，让物理学更加人性化。
物理学更加人性化是件好事。对于初学者，特别是学生来说，他们会发现物理学更容易进入。许多潜在的学生半途而废，因为他们所学的东西似乎与他们的生活没有关系。科学教育专家发现，那些放弃的学生有强烈的求知欲。他们想知道几乎所有的事情，包括他们现在所学的各种研究方法是怎么来的？物理学家和化学家为什么这样理解自然？他们所学的东西和世界有什么联系？等等。如果教学中不涉及这些知识，学生很容易失去好奇心。从历史的角度看，提出概念的、政治的、哲学的、伦理的或社会的问题，揭示物理学对学生自身生活的重要性是很自然的。把人当作人来对待的学科比把人当作计算机器的学科更有吸引力。
了解物理学的人文一面，也能帮助学生理解物理学家所做的事情。物理学是一项团队工作，物理学家需要交流，物理学是一项社会事业，思想和实验设备需要经常交换。爱因斯坦提出广义相对论后有一段时间，其他科学家很难独自解释这一理论。要完全理解这一理论，必须直接与爱因斯坦和他的团队取得联系。但在第一次世界大战爆发时，很少有科学家能够联系到他。直到荷兰物理学家威廉·德西特联系到爱因斯坦本人，并将这一理论传递给英国物理学家和和平主义者亚瑟·爱丁顿，广义相对论才被公众所知。物理学研究需要人与人之间的交流，而有时交流并不容易。
物理学并不明显
回想起来，一切都似乎显而易见。教科书上的实验结果非常清晰，一些理论只需几页计算就可以证明。但这些清晰解释的背后是科学家的巨大努力和犯下的错误。物理学的历史提醒我们，验证物理理论是多么困难，即使是那些今天看来显而易见的理论，比如地心说和原子理论。
复杂性而非简单性是科学实践的规律。每一个发现的背后都有许多人、许多想法、许多意外和许多争论。一般来说，理解一个理论的意义需要付出很多努力。例如，密立根的油滴实验在教科书中被视为实验设计清晰、理论解释令人信服的典型。但如果你看看罗伯特·密立根的实验笔记，你就会知道这个实验有多难。（图为笔记中的一页）
罗伯特·密立根实验室笔记本的每一页都像这页一样，充满了数据、计算、更正，有时还有偶尔的评论。为了完善著名的油滴实验并获得电子电荷，他花费了大量的时间和精力。这本笔记本的日期是 1912 年 2 月 27 日
大自然很少给出直接的答案。因此研究人员有时不得不盲目探索，不断尝试、失败和猜测。一旦他们有了明确的结果，他们就会忘记艰苦的工作。他们认为简单比复杂更令人信服，而事实上复杂更令人放心。学生和年轻的研究人员被告知物理很难，而他们的实际努力比教科书上显示的要困难得多。混乱是常态，错误是正常的。通过努力工作和奋斗取得的科学成果比通过突然的灵感取得的成果更有意义。物理学的结果从来都不是自明的。
每当物理学家对一组数据做出不同的解释时，它都会提供新的证据，证明物理学并非显而易见。有些数据只有从某个角度才有意义。阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊首先在他们的天线中发现了低频噪声，而不是宇宙微波背景，而且只有从大爆炸的角度来看它时，他们才发现它的价值。
物理学史告诉我们，解决一个问题通常有好几种方法。量子电动力学的出现，并不是因为它有明显的优越性，而是因为戴森证明了费曼、施温格和朝永振一郎的重正化方法是一致的，他们的方法都是正确的，只是需要重新组织一下而已。如今不可或缺的费曼图，在刚出现的时候并没有受到重视，费曼图让人摸不着头脑，不知道怎么用。戴森对新想法持开放态度，他要告诉人们费曼图的好处，传播费曼图的重要性，所以我们现在看到的简单明了的理论，在当时是很难形成的。
罗伯特·威尔逊（左）和阿诺·彭齐亚斯检查他们的天线。他们因发现宇宙微波背景辐射而共同获得 1978 年诺贝尔物理学奖。他们最初发现的只是来自天线的一些低频声音。
物理学需要各种各样的人才
好的物理学需要创造力历史 物理学家，一个奇怪的想法可能有助于澄清一个令人困惑的观察，也可能是理解一个方程式的关键。历史表明贝语网校，物理学的发展需要概念的奇怪碰撞。以热力学第二定律为例，这条定律的形成和解释，很大程度上要归功于开尔文。但开尔文最初的研究动机并不是第二定律，他是一个宗教信徒，他在圣经诗篇102篇中看到天地终有一天会枯竭，他想研究宇宙的热寂。因为开尔文的个人背景，他接触到了很多与第二定律相关的数据。可以看到，与其他研究热力学的物理学家相比，开尔文独特的视角有多么重要。不同方法的相互作用，会产生新的观点。没有开尔文的奇怪视角，我们就不会有热力学第二定律。
开尔文
奇怪但有用的想法往往来自与手头问题截然不同的领域。詹姆斯·克拉克·麦克斯韦从历史学家那里了解到统计方差；粒子物理学家路易斯·阿尔瓦雷斯将他在同位素方面的专业知识带给了他儿子沃尔特的地理研究，最终帮助解开了恐龙灭绝之谜。科学史向我们展示了科学家跨领域交流的重要性，以及不同群体之间的交流可以带来多大的益处。看似孤立的问题往往紧密相连，你永远不知道何时何地会找到一个可以解决问题的奇怪想法。
鼓励不同想法的最佳策略是培育多元化的社区。小团体往往能提供不同的思维方式，往往是灵感和新方法的来源。边缘群体最终成为主流的例子有很多。例如，玛丽埃塔·布劳 ( Blau) 在物理学的边缘发展了核乳胶技术（粒子物理学最重要的发明之一）。作为一名奥地利犹太女性，布劳在战争期间遭受了双重排斥。女性经常被拒绝进入实验室，有时理由是她们的头发很容易着火。即使在纳粹崛起之前，犹太人也很少被允许担任高级职位。这些限制意味着，如果布劳想研究粒子，她必须用非常常见的材料制作廉价、便携的实验设备。正因为如此，她开发了基本的观察工具，最终震惊了当时基本上同质的物理学界的物理学家。
玛丽埃塔·布劳（ Blau，1894-1970）是战争期间奥地利的一名犹太女性，她被物理学家排斥，她的边缘研究使她开发出核乳胶技术。
由于长期的文化惰性或刻意决定，代表性不足的少数群体经常被边缘化。因此，许多希望增加物理学多样性的物理学家认为自己是在帮助纠正社会错误。费曼被哥伦比亚大学拒绝入学，因为有些人认为该大学不应该录取这么多犹太学生。现在看来，这是一个荒谬的决定，但它让麻省理工学院受益匪浅，因为它接受了边缘学生费曼。
2015 年，美国最高法院首席大法官小约翰·罗伯茨 (John G. Jr.) 对“多样性有利于物理学”这一观点表示困惑。罗伯茨的言论令人失望，即使其背后的想法并不异常。科学作为纯粹理性的独立领域，其完美性实际上掩盖了不同观点和意见的重要性。然而，不同观点的重要性在科学史上已有充分记载。这一记录阐明了为什么物理学绝大多数是由白人完成的，以及为什么对白人的依赖是物理学未来的限制因素。物理学史是知识和制度多样性重要性的一个很好的例子。解决问题可以用许多不同的思维方式，因此应该鼓励多样性。
物理学尚未结束
观点和解释的多样性提醒我们，物理学是一门不断发展的学科，所有知识都是暂时的，总有新的方法来解决问题，总有新的东西要学习。物理学的历史应该让人们质疑当前的理论是否能够永远保持正确。
有人担心承认这种不确定性会让科学变得不那么迷人。事实上，这反而让科学更加迷人。如果物理快要完工了，谁还会去学物理呢？给一堵快要完工的墙上加砖并不是什么令人兴奋的事情，但扩建一栋没有限制的建筑却是一项令人兴奋的挑战。因此，知道并非所有的事情都已经被发现是件令人振奋的事。
承认不确定性意味着改变我们教授物理和科学的方式。物理学通常是物理学家认为正确的事物的列表。我们称这些列表为“教科书”。它们并不反映物理学家或其他科学家实际所做的工作。除了教授物理学家已经知道的知识外，教科书还应强调物理学中尚不清楚的知识。它们应该向学生展示有多少东西需要学习：还有哪些未解之谜，哪些是难题。应该赞扬好奇心，鼓励每个人问“还有什么？”
这种教育转变的一个影响是减少了对证据的关注。很少有事情能够被严格证明为真。在实践中，科学家会为特定的主张积累证据。这些证据提供了一定程度的可信度。坚持认为每个科学概念都符合或应该符合证据标准是危险的，因为这会使知识容易受到攻击，因为每个主张都有疑问。如果科学家不诚实地面对他们的怀疑，一旦出现不确定性，就会引发信任危机。谈论证据和怀疑将使科学在公众中更有影响力。
物理变化
接受未来的物理学会有所不同，就等于接受过去的物理学与现在的物理学有所不同。每个人都倾向于认为现在的情况是常态。但历史表明，事情并不总是那样。过去的人们有不同的想法，理解这一点对理解现代人大有裨益。历史教会我们如何通过关注过去来开始关注现在。
没有人比爱因斯坦更喜欢历史方法。他早年读过恩斯特·马赫的科学史著作，他认为马赫使他能够批判性地思考科学原理。爱因斯坦曾经写道，历史和哲学背景可以避免偏见的困扰。他抱怨物理学家认为目前公认的思想是永恒的、不可改变的。他建议物理学家应该研究这些思想的历史，并了解它们被证实的环境。这样，处于边缘的年轻物理学家（如 1905 年担任专利秘书的爱因斯坦）就会有勇气进入新领域并提出富有创意的新建议。
历史训练你批判性地思考公认的观点。有很多种方式可以思考神秘的量子物理世界。被广泛接受的哥本哈根解释不是最好的解释，也不是唯一有效的解释。爱因斯坦希望物理学家对量子力学的基础持批判态度。
历史学家兼哲学家 Hasok Chang 认为，科学解释的多样性使得科学史成为现代科学研究的资源。他将自己的方法称为补充科学，即将被遗忘和未解之谜重新带回人们的视野。将这种补充科学付诸实践需要自我反省，即使在专业科学的背景下，对假设和理论进行深入思考和批判也是困难的，但科学史鼓励这种做法。
基础物理小组于 1975 年在加利福尼亚州伯克利成立，旨在探索神秘主义和基础量子物理学。照片中是该小组的四名成员。从左到右站立的是 Jack 、Saul 和 Nick 。坐着的是 Fred Wolff。
大卫·凯瑟的《嬉皮士如何拯救物理学》揭示了如何培养批判性思维。20 世纪 60 和 70 年代，一些物理学家对他们圈子里的“闭门研究”文化并不满意。他们对方程式背后更深层次的哲学意义很感兴趣。因此，他们同时研究了那个时代的反主流文化和量子物理学的历史。通过这些努力，他们对贝尔定理和量子纠缠有了更深入的理解。因此，认识到人们曾经的思维方式不同是很重要的。
物理学中没有严格的定律
任何初次阅读科学史的人都会惊讶地发现，科学的实际实践并不遵循教科书上写的顺序。科学家解决问题并不遵循严格的线性系统。科学家的研究可能来自一个假设、一个奇怪的观察，或者一个实验中的异常。爱因斯坦在晚年总结道，科学家必须是狡猾的机会主义者，当新的挑战出现时，不断改变自己的应对方式。
事实上，科学家并没有严谨的方法论，他们只是根据已有的证据，得出最佳解释。19 世纪初，天王星的轨道似乎偏离了牛顿引力理论。当时，人们可以声称牛顿引力理论是伪造的，尽管只有少数人这么做。牛顿引力理论被证明是如此强大，以至于一个异常现象不足以放弃这一伟大理论。因此，科学家找到了一个更简单的解决方案：天王星的偏离是由于一颗新行星（藏在黑暗中的海王星）的存在。后来，当水星的轨道也偏离时，人们使用了同样的解释。为了挽救牛顿引力理论，天文学家寻找了藏在太阳光后面的火神星。但爱因斯坦最终提出，水星轨道的异常足以成为放弃牛顿理论并支持自己的理论的理由。
有时偏差是放弃理论的理由，但有时需要提出全新的实体来挽救理论。不同的情况需要不同的方法。物理学家通常有充分的理由做出选择，但他们承认他们的选择是困难而复杂的。
历史故事讲述了科学发现的过程。但狭义相对论的起源却有完全不同的版本：它是直接源于迈克尔逊-莫雷实验的结果？还是源于爱因斯坦对空间和时间本质的哲学思考？还是源于麦克斯韦方程的抽象推理？人们对物理学的定义取决于他们所听到的故事。因此，讲故事的人必须确保他们的故事有历史依据。
人们不必过于担心他们的研究会破坏科学方法。物理学有很多种方法，因为弦理论违反方法论准则而对其进行攻击是不公平的。当今的物理学家通常没有接受过科学哲学方面的培训（爱因斯坦和尼尔斯·玻尔都接受过），他们所引用的哲学原理已经过时了。卡尔·波普尔的科学可证伪理论已经不再有用。例如：占星术是可证伪的，但它不是科学。科学史展示了科学的定义和标准是如何随着时间的推移而发生变化的，希望它能被激励参与科学哲学家的重要工作。
概念的本义
历史告诉我们，知识不是固定的。通过历史思考，我们问：为什么过去的人认为这是真的？为什么我认为这是假的？
学习历史可以帮助你理解概念的本义。亚里士多德并不是牛顿物理学的反对者，他只是持有完全不同的观点。过去的人担心的事情不同，解决问题的方法也不同。历史学家最不想做的就是从现在的角度来看待过去。
历史思维可以让研究课题变得动态化。它帮助人们把科学看作一系列问题，而不是一系列断言。这些问题会延续到未来，了解迄今为止的相关问题是有帮助的。
不得不说，科学史很有趣，有很多激动人心的故事。詹姆斯·焦耳的实验成功依赖于他对啤酒的掌握，而牛顿为了更多地了解颜色而亲自用匕首刺穿了自己的眼睛！看完这些故事，你难道不想知道更多吗？
但我也听到有人担心，学习历史会占用科学教育和定量研究的时间。最好的办法是将历史融入教学和思考中。这样做将有助于物理学家和物理系学生，并吸引优秀学生从事科学研究。即使对于非科学专业的学生来说，科学史也是提高科学素养和熟悉科学概念的好方法。
詹姆斯·焦耳，他在 19 世纪对能量守恒定律的探索得益于他对啤酒的专业知识。科学史揭示了一些让学习物理更有趣的趣闻轶事
最后，科学史可以让科学家接触新的思维方式，迫使他们重新审视自己所知道的知识。这种思维灵活性对于任何学科都是必要的，但对于像物理学和其他学科这样具有影响力和权威性的学科来说尤其如此。
江泽民／译自：世界科学