科学的方法

物理网文 2015-03-09

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科学的方法

- 卢昌海 -

The most incomprehensible thing about the world is that it is comprehensible.

- Albert Einstein

我撰写的最早的科学哲学短文是科学的目的，写于 2002 年。那篇短文当初的标题是 “什么是科学 (一)”，本拟写成一个系列。后来由于未曾续写，便改名为 “科学的目的”，与其它几篇短文一起并入了合集什么是科学。不过，那个合集虽取了当初那个系列的标题，其实却只是不同时期、不同场合所写的几篇科学哲学类短文的松散组合，而非原先拟写的那个系列。

原先那个系列一搁置便是 7 年。前些天 (2009 年)，我将自己一些旧作的合集制作成了 PDF 文件，其中包括了那个科学哲学短文的合集。那个合集 PDF 的制作使我重新考虑起了当年那个系列。虽然这些年来我对科学哲学的评价越来越低，写作兴趣越来越小，不过当年拟定的写作思路我觉得仍是有意义的。那个思路简言之就是先谈目的，后论方法。之所以设定那样的思路，是因为方法往往取决于目的，目的一旦确定了，讨论方法就有了参照。我曾在不止一篇文章中提到过科学方法优于其它认知方法，理由何在呢？在本文中，我就重拾昔日的思路，以科学的目的为参照，来谈谈这一问题。

我们首先重复一下科学的目的一文中介绍过的科学的目的：

科学的目的：科学寻求的是对自然现象逻辑上最简单的描述。

这一目的对于科学来说几乎是定义性的。虽然科学也被人们用来谋求很多其它的目的——善良的或邪恶的，政治的或军事的，社会的或文化的——但那些只是科学的应用，以及某些科学家从事科学的动机，而非科学本身的目的。

除科学的目的外，在本文中我们还将用到一个有关科学的基本事实，那就是：

有关科学的基本事实：我们并无任何已被确认的、能理解全部自然现象的科学理论。

上述事实应该是足够显而易见的，而且显然是被科学界所普遍认可的。当然，我们都知道，世界要比科学界大得多，在科学界之外也有很多人宣称自己在做 “研究”，并且口气往往很大。如果他们当中有人认为自己已经有了可被确认的、能理解全部自然现象 (从而可以推翻上述基本事实) 的理论，那么我愿意从无数个自然现象之中举出一个特定的现象——μ 子反常磁矩——供他们做初步自检。

明确了科学的目的及上述有关科学的基本事实，我们就可以以之为出发点，来回答一个对本文来说具有核心意义的问题，即什么样的方法是我们追求科学的目的时应该采用的正确方法？这个问题的答案并不复杂。我们首先注意到：既然我们并无任何已被确认的、能理解全部自然现象的理论，那么为追求科学的目的所提出的任何东西就都存在出错的可能性。而既然存在出错的可能性，那么纠错就是必不可少的。因此，追求科学目的的正确方法所须满足的第一个基本特征就是允许纠错，并且具有纠错能力：

追求科学目的的正确方法所须满足的基本特征之一：允许纠错，并且具有纠错能力。

既然需要纠错，那么接下来的一个很自然的问题就是：以什么为依据来纠错？这个问题的答案也很简单：既然科学寻求的是对自然现象逻辑上最简单的描述，那么纠错的依据显然就是自然现象及逻辑推理。由于我们了解自然现象的基本途径是观测与实验^[注一]，因此追求科学目的的正确方法就必须尊重观测与实验，尊重逻辑推理。这是纠错的依据，也是追求科学目的的正确方法所须满足的第二个基本特征：

追求科学目的的正确方法所须满足的基本特征之二：尊重观测与实验，尊重逻辑推理。

这两个基本特征正是科学方法的基本特征，反过来说，任何方法只要切实满足上述基本特征，就是科学方法，这可以说是科学方法的定义 (或定义的一部分)。虽然科学哲学的推理大都是模糊的，有时甚至是似是而非的，但上述推理在我看来是例外，只要认同前面所列的科学的目的及基本事实，上述特征就是必然推论，在这点上并无多少模糊性。从这个意义上讲，科学方法不仅优于其它认知方法，而且还是追求科学目的的唯一正确的方法。

当然，这里有必要说明一点，那就是不用科学方法，或者说用不正确的方法，未必一定不能产生出对科学有用的东西，它只是不能系统性地产生那样的东西，而且随着科学的不断发展，不用科学方法而产生出对科学有用的东西的可能性会越来越小。为民科辩护的人常常会说：民科的东西未必一定是错误的。说得很对，其实别说是民科的东西，哪怕是胡乱敲击键盘的猴子敲出的东西，也会有一个不为零的概率能包含一些正确的东西 (是否有人愿意为了那样的概率来阅读那样的东西，就另当别论了)^[注二]。但是，不管用什么方法得到的东西，如果要成为科学理论，就必须接受科学方法的检验^[注三]。

在本文的最后，我们稍稍扯远一点。参与或旁观过有关科学与宗教的讨论的读者也许大都见过这样的场景，那就是每当有人提出科学优于宗教时，往往就会有人反驳说科学也有不能解释的东西^[注四]。在这里我们要顺便强调一点，那就是：我们支持科学，首先支持的是科学的方法，其次才是科学的内容。科学与人类对未知世界的其它一些认知方式之间最本质的差异，在于他们对待未知及对待自身的态度迥然不同。科学的自我纠错、自我完善的能力是许多其它认知方式所不具有的。许多人以科学也有不能解释的东西来为宗教等辩护，看似思路开阔，不拘泥于已有的知识体系，实际上却忽略了一个最重要的地方：那就是正因为已有的知识体系存在局限性，才更需要一种像科学那样能够客观理性地对待自身局限性，随时愿意接受证伪的认知方式，这是我们认为科学远远优于其它认知方式的最深层的原因。正是因为科学具有这种素质，我们通过科学方法所获得的知识才远比通过其它认知方式所得到的东西更客观，更接近正确，也更有希望达到正确。但这种通过科学方法所获得的知识——即科学的内容——尽管已是人类知识中最值得珍视的部分，它的价值与科学方法相比仍是其次的。只要科学方法存在，哪怕所有具体的知识都失去了，使科学的直接解释能力暂时降到与宗教一样薄弱的地步，假以时日，科学依然能够重新发展起来，并远远超越其它认知方式。

注释

我通常用 “观测” 表示对来自于自然现象的信息的直接接收 (比如观测行星的运动)，而用 “实验” 表示对人为安排过的现象所做的观测。不过实际上，哪怕 “观测” 也并不是完全直接的，而是与理论有关 (比如任何通过视觉的观测都依赖于光学理论)。观测和实验与理论之间的关系实际上是一种相当复杂的依赖关系。不过它们之间必不可少的自洽要求还是能让我们区分好的与坏的理论体系。比方说，如果一个理论体系认为真空中的光线是七扭八歪的，那么我们观测到的椭圆轨道经过这种光学理论一反推，就会对应于相当复杂的行星轨道。相应的，引力理论就不可能如牛顿引力那样简单。那样的理论体系——如果能够建立起来的话——就会明显不如我们现有的理论体系来得优越。
需要说明的是，在这里提到胡乱敲击键盘的猴子并非是要用一个概率更小的例子来贬低民科。事实上，从文字上碰对一些东西的概率，固然是民科远远高于胡乱敲击键盘的猴子；但另一方面，一涉及到具有一定复杂度的技术性内容，情况就恰好相反：胡乱敲击键盘的猴子会有一个不为零的概率碰对，而民科由于翻来覆去只会在自己那口井里扑腾，碰对的概率反倒是零。因此这两者是互有长短，而非一者贬低另一者的关系。
当然，如前所述，方法往往取决于目的，科学的方法是为了追求科学的目的而采用的方法，在所有可能的方法中，它只是一个小小的部分。在这个世界上，不同的人有不同的追求，如果所追求的不是科学的目的，那么相应地，所采用的也就不一定是——甚至一定不能是——科学的方法。比方说，如果所追求的是某种不容挑战的教条——比如《圣经》或某某主义，那么所采用的就会是一些截然不同的方法，比如自欺、欺骗、附会、偷换概念、混淆逻辑、答非所问、选择性目盲、选择性遗忘、请不听话的人 “喝茶”、请很不听话的人上 “火刑柱”，等等，这些都不是科学的方法。
有关这一点的进一步讨论，可参阅拙作科学哲学讨论中的 “大规模杀伤武器”。

二零零九年六月五日写于纽约
二零零九年六月六日发表于本站
二零一三年十一月五日最新修订
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补注

由于科学具有的众所周知的力量， “科学” 二字得到了广泛的应用，使很多东西变成了 “科学”。这其中一个重要的例子是 “社会科学”。什么是社会科学？我心目中的定义是：使用科学方法研究社会现象的学科。这个名称要想名副其实，社会科学就同样需要遵循科学方法的基本特征 (特征二所提到的 “尊重观测与实验” 可改成 “尊重社会调研结果” 等)。用这个标准来衡量，当年那种不允许对某某主义纠错的学科就不能称为社会科学 (因为不符合科学方法的特征一)。而 “中国人民自己选择了某某主义、某某党、或某某道路” 之类的政治命题也就变成了假命题。且不说当年是否真地能算是作了选择，起码目前已不允许再作选择。这就好比不允许科学家重做观测和实验来核实结果，实质性地违背了科学方法的特征二。 [2009-06-06]
在本文发表之后，快刀浪子网友提出了一个问题，那就是奥卡姆剃刀 (Ocam's Razor) 算不算是科学方法的基本特征？我的看法是：奥卡姆剃刀在科学经常受到伪科学或宗教渗透的年代是很有用的，因为它可以把上帝之类没有逻辑价值的假设 “剃” 掉。不过，虽然伪科学与宗教至今仍在社会上盛行，但它们对科学界的渗透已大不如前。当代科学家在从事研究时，纠错、观测、实验、逻辑推理等仍是日常行为，但已极少有机会用到奥卡姆剃刀 (因为已极少有科学家在研究中提出没有逻辑价值的多余假设)。因此我没把奥卡姆剃刀列为科学方法的基本特征，虽然它也可以视为是科学目的中 “逻辑上最简单” 这一用语的推论之一。 [2009-06-07]

相关链接

什么是科学

站长近期发表的作品

网友讨论选录

网友：大漠孤狼 (发表于 2009-06-06)

看了昌海兄这篇文章，我也有一个疑问，那就是如何定义社科（假如真有社科这门科学的话）的目的？
网友：卢昌海 (发表于 2009-06-06)

我当年拟写的什么是科学系列在科学的方法篇 (即本文，它只谈科学方法的基本特征) 之后还打算写写具体的科学方法。其中包括科学方法在自然科学以外的应用 (不过那只是早年的计划，考虑到这第二篇就拖了七年，那第三篇未必真的写)。对于社科 (我对社科的定义是用科学方法来研究社会现象的学科)，我在文末增添了 [补注一] 予以说明。

至于社科的目的，我觉得如果要对得起这个 “科” 字的话，应该多少有些类似于科学的目的，只是换一个对象，比如 “寻求对社会现象逻辑上最简单的描述” 等。或者如果觉得 “逻辑上最简单” 对社科来说太别扭的话，改为含糊一些的 “寻求对社会现象最合理的描述” 等，也可以。不过在社科上有一个很大的问题，那就是我文章中提到的 “基本事实” 在科学界是无争议的，在某些国家的社科中则不然，因为那是与某某主义的唯我独尊的地位不符的。因此本文的推理方式在社科上不太容易推行，不如由那个来自自然科学的 “科” 字入手，直接将科学方法的特征作为定义性的特征，即 [补注一] 所采用的方法，更为方便。
网友：快刀浪子 (发表于 2009-06-07)

从现象过渡到实验，中间似乎还要补充其他一些假设。比如要求研究对象可以从外界分离出来，进行研究。如果世界上的任一东西都对研究对象存在不可忽略的影响，那么实验就是无用的。因为没法对实验条件进行真正的控制。

“这些年来我在科学哲学方面的写作兴趣已越来越小”——我有一段时间对哲学比较有兴趣，现在兴趣也大幅下降。哲学思考可以使人的思路清楚一点，但作用也仅限于此。对客观世界的认识只能靠科学研究。一些哲学问题，思路清楚了，也就再没有什么可想的了。觉得哲学没有什么可研究的，而科学的研究则越来越深入。
网友：卢昌海 (发表于 2009-06-07)

“从现象过渡到实验，中间似乎还要补充其他一些假设”——确实如此，我在 [注一] 中作了一些说明。

“如果世界上的任一东西都对研究对象存在不可忽略的影响，那么实验就是无用的。”——这个我觉得并非如此，即便任何东西彼此间的影响都不可忽略，实验仍是有用并且是必须的。能够孤立出某个子体系的实验固然很好，但在不能孤立出子体系的情况下，我们仍可安排对子体系进行观测。比如我们仍可以对一个物体的运动进行观测，我们要比较的将是实验结果与依据理论所计算的包括了所有其它东西对该物体的影响后的预言，看它们是否相符。当然，在那种情况下，由于无法做孤立实验，因此无论从实验数据中构筑出理论模型，还是从理论中计算出可与实验相比较的东西，都会困难得多，也许需要更有创造性的努力，或更频繁的猜测及纠错过程。但无论什么样的理论一经提出，仍必须用实验来检验。