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科学究竟是什么?

2014-09-07  竹叶连三世

          科学究竟是什么?
 [英]J.斯帕克斯

    一些理论被评价为“科学”的理由,与另一些不被评价为科学的理由,事实
上并没有严格的界限。将科学作为反馈过程来考虑,这一结论是十分明显的。

    从去年7月开始由B·赫尔斯泰德的一篇文章引起了一场论战。争论围绕
着:进化是不是真正科学的理论以及决定此问题的标准是什么?令我惊异的是大
多数参与争论的人已欣然接受K·波普尔关于科学的可证伪性标准,然而须知那是
属于波普尔1930年的经典理论,科学哲学自那以后已有了巨大的进步。本文
的目的是围绕什么是科学以及进化究竟是一种什么样的理论作一阐述。

    主要的新见解来自I·拉卡托斯在1960年伦敦经济学院的工作。众所周
知,科学的理论在特征上是趋向于层次结构的;较晚的、较少的理论依赖于较基
本的那些理论。拉卡托斯将这种依赖看成是一种相互依赖。他将基本理论描述为
“核心理论”或“试金石理论”,它们被辅助理论层所保护。这种稍带修正、辅
助的科学理论的结构模型有很重要的意义,它解释了为什么核心理论并不能被轻
易地按波普尔的可证伪性标准去证伪,因为如果实验结果与理论预言不符,作为
一个科学家来说并不一定要被迫放弃这个理论,他面临着两种选择:或者是放弃
理论的核心部分,或者是调整保护带的辅助理论,这样也可以使理论与实验重新
相符,用这种方法核心理论也可以保存下来,甚至乍看起来事例与核心理论对
立。

    另一关键的见解是这种保护战略(拉卡托斯称之为反面启发法)并不是什么
非科学,它也算不上什么差的科学,它恰恰是科学理论建立的最被重视的特征。
牛顿力学可以作为一个最好而又简单的例子。I·牛顿的核心理论是如果没有外力
的作用,物体将保持其原来的自然状态:或静止、或作匀速直线运动。这就代替
了亚里士多德的思想,他认为仅仅竖直运动:上或下才是自然的。毋庸说明的,
当然我们日常的经验是支持亚里士多德的,物体自然地下落、火焰自然地上升、
所有已知的匀速直线运动实际上是需要有力来保持的,这样如果让直接经验来充
当裁利,无疑,牛顿的核心理论就会被抛弃,但是正象拉卡托斯所说:“对于处
于幼苗时期的科学理论必须宽大为怀”,它们需要给予时间来保护自己。在牛顿
核心理论的情况中,这种保护取一系列力的形式,它被用以来解释我们所能看得
到的、测量得着的真实运动。每一种新的、前所未被解释过的非线性运动都不足
以对牛顿的核心理论构成威胁,而只是激发人们去探索自然界新的力,他的核心
理论实际上已获得了公理的地位,不允许靠经验来推翻。

    然而,这种保护论并不仅限于运用到核心理论上,在受到保护的理论中,过
去和现在都有除核心理论之外的其他等级理论。例如:万有引力定律说所有的物
体相互吸引,于是人们就设想:如果发现了物体之间相互排斥,是不是会使引力
理论失效了呢?事实上这种情况并没有发生,而只是建立了一系列新的理论,它
们处理电性力、磁性力、电磁力、弹力、原子内部的力等等,它们完全允许引力
在牛顿力学中成立。

    但是,到了1880年,迈克尔逊、莫雷设置了一个本来想测地球相对于
“以太”的速度的实验,这引起了牛顿力学的危机,选择一种新理论的转机来到
了。虽然提出了各种保护理论、如菲茨杰拉德收缩、用来解释观察到的光速看来
是恒定的、与地球转速无关,但爱因斯但选择了抛弃牛顿理论的核心部分(这并
非主要来自经验事例)代之以相对论,这样爱因斯但的“正面启发法”获得了胜
利。

    我们现在可以谈谈第三个关键的见解了。即规范。关于规范首先是由加利福
尼亚大学的T·库恩。引出,它在本质上乃是那些与核心理论(或者说试金石理
论)相联而又互锁的理论的整体大厦。在科学中它取核心理论与它的保护理论连
接在一起的这种形式。这个概念可以大大超出科学的范围,例如宗教和政治充满
着规范。牛顿力学是科学的规范,原子理论和相对论也同样是。

    一旦核心理论为保护带所包围,显然要抛弃核心理论就涉及到抛弃整个保护
带。当然也就要引起规范的改变,因此库恩将规范的抛弃说成是“科学的革
命”,为了强调这种对照他把保护带的稳定的提炼物称为“常规科学”。是抛弃
规范,还是坚持常规科学,有没有合理的逻辑理由呢?这个问题占据了科学哲学
家大部分的思想。当然在科学的历史中充满了这两种战略的例子。但哪一个也不
能看成非科学的。

    理论何时抛弃何时‘保护’?

    现在,别说是可证伪性试验对那些好的核心理论不起什么作用了,即便是对
那些好的、较为一般的可以被有效保护着的理论也不起什么作用。但是对那些坏
的、或者是非常特殊的、或局限性很大的理论,证伪试验却是足够锐利的。例
如,有一种理论是如此无所不包以致可用来解释任何结果,所以根本谈不上用它
来预言,我们只能视之为伪科学。用天性自私来解释人的行为就是一例,这个理
论是失败的:因为它甚至要被用来解释最慷慨的行为。它当然也谈不上从经验中
被证伪了,它也毋需什么保护理论。同样,作为另一种极端,也有一种理论是这
样的特殊,以至一个关键的实验就可导致它的推翻。例如,只要显示出刹车仍处
于最大限度的工作状态就可以排除车祸的原因是因为刹车坏了。但是大部分理论
实际上并不能为经验事例所推翻,这是因为有辅助理论的帮助。例如,J ·普利
斯特列当年也可以保护其燃素理论,尽管有一些物质燃烧后变重的事例,但他只
须假定燃素有一负的质量就行了。

    拉卡托斯工作的主要成就之一是揭示了试验假说与试验预言之间的区别,从
8月份刊登的两封信中我们看到这个问题实际上已被混淆,一封是波普尔本人
的,一封是H·邦迪的。每一封信都谈到一种科学的假说应给予经验中试验的必
要,在另一些句子里又都谈到由假说导致“可检验的预言和后果”或“可检验的
结果”的必要。在每一封信中,这两种必要很显然是波普尔作为判别什么是科学
的标准的同义表达。现在问题比较清楚了,从拉卡托斯的著作中可以看出这两种
必要并不相同:显而易见,当预言已被表明确实是错了,并不能就由此推出导致
预言的假说(或者说初始条件)也是失败的,因为假说总是在一定限度内可能受
到保护的。

    科学家信奉波普尔的证伪标准,将它作为真伪科学的界限的这种意愿本身就
是拉卡托斯纲领的最好说明。在任何情况下,在科学中如果有一种理论,虽然有
与此相对立的经验证据,但却不能对这理论进行证伪,则证伪失败,则波普尔标
准也随即失败。但是尽管有这样的反例存在,波普尔的理论却继续有虔诚的追随
者,它能象其他好的理论一样被保护起来。反例更多地是改善这规律,而不是来
证明它!

    但是如果我们决定不再保护波普尔的标准时,我们必须再回过头来看看什么
是科学并试着找出科学是如何区别于其他经验感觉方法的。例如:科学的看法是
建立在事例的可重复性上的;它的严密的逻辑推理;它的易被接受;它的普遍理
论不论是明天、昨天、或一亿年以前都永久地有效,这每一个都是科学的特性,
这些特性往往并不是排他的,而是组合在一起共同起作用,这就是我们所说的科
学的含义。很显然,我们就会想到把科学看成由这些关键元素所组成的过程。这
种科学模型有很多优越性,尤其是,就象我们将要解释的那样,它可以抵挡费耶
本德蛊惑人心的说法,帮助我们从拉卡托斯的观点中导出逻辑的结论。

    加利福尼亚的费耶本德并没有给人以任何科学方法论的印象,在其他方面,
他又是如此怀疑经验事例证伪假设的能力,以致于他主张所有情况下仅有一个原
理可以得到保护,这个原理就是:“什么都行”。逻辑上讲来,凡涉及到理论的
地方他似乎是正确的。如果一些理论可以被保护,为什么其他理论就不能呢?我
们的回答却应建立在这一事实的基础上:科学,就象进化一样,它是一种适应或
反馈过程,它所可能的适应范围具有一定的限度。

    我们对科学的理解上一个主要进步应归功于波普尔,他用关于科学进步的假
说——演绎理论代替了归纳理论。他认为一旦实验事实被认为在某种程度上多少
依赖于理论,那么,从这一系列客观实验资料归纳出的规律和理论也就站不住脚
了。让我们还是引用P·梅多沃的一段活吧:“科学是两种声音的对话。一种是富
于想像力的,另一种是批判的;它是可能与实际之间;计划与实行之间;推测与
批评之间以及可能是什么而实际上又是什么之间的对话。”换言之科学的进步是
一种如图所示的适应、反复或负反馈过程。系统的输出由真正的解释组成。

     将“反馈”运用到科学上

    可以把今日称之为反馈的系统用来描述科学,尤其应该指出的它们之间有许
多一致性,可以用来解决当前关于科学的一些论战。

    负反馈系统,譬如说一个自动控制的加热系统是自动达到目标的,不论锅炉
已用成什么样了(有一定限度),或者气压是怎么改变的(在一定范围内),或
者说锅炉是否生锈,房间都能获得预定温度。换句话说,即使系统的某些部分有
些不完善,只要不是太不完善它也总是向目标靠拢而最终获得目标的。科学也是
这样,即使科学知识本身包含有不完善和错误,它也将获得目标,为事物现象找
到可靠的根据。正象拉卡托斯所指出的那样,要达到这一点的方法是用辅助理论
来保护那些不完善的理论。当然,没有一种保护作用可以挽救整体上不合适的理
论,恰象不论反馈量多大都不能使一个不合适的锅炉把房间加热得合适的温度。

    反馈模型的第一个应用是答覆了费耶本德,他认为在科学中“什么都行”,
但也有一些相同的象征,这种看法也显示出科学知识本身也相当程度地包含有尚
未被经验事实揭示出的不完善和错误。

    第二个有用的结果是解决了什么在前的争论。实验资料呢还是假说?归纳主
义者依据日常经验认为实验资料先于假说,然而波普尔则坚持假说先于实验资
料。科学的反馈模型将假说和实验资料置于输入是新的实验资料和作为理论基础
的假说,环由实验测试结果的反馈来闭合。如果经验与期望的不一致,那么或者
是科学知识本身,或者是输入的假说,或者是实验资料重新加以提炼、调整,一
直到观察与预言能够统一为止。同一反馈环中,这样,两种主张变成都正确了,
从闭环中任何部分往后看,看到的却是另一些组成部分在前!

    第三个有用的结果是可以解释科学家为什么同时可以追求两个目标:真理和
简洁。无论是对爱因斯但还是对威廉·奥卡姆,科学理论的简洁是有至关重要意义
的目标,探索真理的同时也追求简洁,这似乎意味着真理必然是简洁的,然而这
种思想却又得不到什么证明来支持。现在负反馈理论解释了这个问题,因为达到
“真实”的解释(即那些没有理由怀疑的东西)可以通过许多理论结构,因此我
们当然可用第二个标准,亦即简洁在其中选择一个。当然,影响科学家选择什么
样的理论的其他思想倾向的存在也是允许的。

    一个能动的反馈系统的第四个性质是它们表现为有目的性。即使是组成的元
素改变、环境有所变化,系统仍然不断地追寻着目标,这就解释了为什么科学看
来有一个不顾及参与科学者目标的方向和动向,这也解释了为什么进化看来仍有
一定的目的,尽管达尔文抹杀这一点。

    现在:看来把科学考虑成是一种适应的或反馈的过程是很有道理的。那么,
另一适应的过程,进化,为什么要建立起它的科学地位就出现了一些麻烦了呢?
我想有两个理由。

    其一,在一种理论中,如果观察到的现象之间的前后关系与它的内容一样重
要,这就与科学的特性有些不相称。受控制的实验是用来检验实验事实重复性的
关键,这就必须确保清除环境中通常的变化。这样,才能导致实验者从现象的内
容中或内部特点而不是从现象的前后关系上探索原因。在科学中结果多选择还原
论和偶然性的解释。然而,在进化中,环境对种的发展所起的决定作用就像种的
天生本性一样重要。这就使这种特殊的观察的可重复性远比科学中通常观察的可
重复性要小得多。

    进化的第二个特点产生于它是一个反馈过程这一事实。这就意味着仅仅可以
预言过程的目的(适者生存)和这种系统的各种一般特性以及如前所述科学方法
的一般性质,反馈环中其他元素(如种的组成)却没有一个能被可靠地预言,这
是因为反馈环中变化并不必然能阻止目标的达到。这种不可预见性按波普尔的标
准当然使理论的证伪工作变得非常困难,造成理论的科学地位确定不了。但它却
可以象它的对手创世论一样被保护起来。但真正的争论并不在于进化、或其他基
于反馈的任何理论是否科学以及是否有被考虑的价值,对于科学,通往理解的道
路并不只有一条。争论的要点在于它们能否导致一个有效的解释,来帮助我们在
这复杂的世界中作出决定,对这个问题的回答是:它们能。事实上,环境、生
命、社会和现在许多技术都因为反馈过程的行为和稳定性极大地依赖于它成功的
运转。如果科学不把这样的过程包括在自己范围之内,自有其他方法论将包括
它。

(New Scientist, Jan 15, 1981) 

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