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2016年2月11日，LIGO科学合作组织宣布发现引力波，轰动了整个科学界。毫无疑问，在发现引力波的种种意义之中，最值得一提的是这次发现进一步验证了爱因斯坦的广义相对论。根据广义相对论，任何做加速运动的物体都会引起周边的时空发生波动。一般情况下，这种波动极其微小，我们无从探测。但是一些超大质量的物体（比如恒星或者黑洞），在超强加速的条件下（比如爆炸或者碰撞），其导致的空时波动就有可能被设计巧妙的高精度仪器探测到。此次捕捉并记录下的引力波，就是由13亿光年外的两个黑洞碰撞合并而引发的。 科学哲学是哲学中的一个分支，它的主要任务是对科学研究中的基本概念问题、科学研究的方法以及科学发展的逻辑进行哲学思考。用科学哲学的行话来说，引力波的发现使得广义相对论得到“证实”（confirmation），这是“科学证实”的一个典型实例。不难看出，科学证实具有以下的一般性结构：我们有一个科学理论T，根据T推论出一个可以被观察到的现象P，然后观察到P，这样的话，我们就说P证实了T。需要注意的是，这里说的“证实”应该与“确证”区分开来。与确证不同，证实是有程度上的差别的。严格地说，引力波的发现只是在一定程度上进一步证实了广义相对论。 乍看起来，上述科学证实的结构简单直观，以至于我们（包括科学家自己）通常不会意识到这里面有问题。但是科学哲学的工作之一就是要对科学研究中经常被我们忽视的，或者不假思索当成是预设的，但其实是隐藏了一些问题的概念进行深入分析。上面我们谈到的那个科学证实的一般性结构有什么问题呢？举个例子，假设现在我们有一个理论，它的内容是“广义相对论是成立的并且所有的聚乙烯都是导电的”。换句话说，这个理论由两个“子理论”合并组成，一个是广义相对论，另一个是“所有的聚乙烯都是导电的”。现在的问题是，存在引力波，这个现象既然可以由广义相对论推论得到，那就一定可以由广义相对论再加上另外一个理论（比如这里的“所有的聚乙烯都是导电的”）而推论得到。因此，存在引力波，这个现象也可以说是“广义相对论是成立的并且所有的聚乙烯都是导电的”这个理论的一个推论。如此的话，根据上面提到的那个科学证实的一般性结构，我们就应该说引力波的发现证实了“广义相对论是成立的并且所有的聚乙烯都是导电的”这个理论。 可能有人觉得以上的论断没什么好大惊小怪的。引力波的发现就算证实了“广义相对论是成立的并且所有的聚乙烯都是导电的”这个理论，那又如何呢？问题在于，根据我们通常对科学证实的理解，如果一个理论T2可以由另外的一个理论T1推论得到，那么任何对T1的证实同时也是对T2的证实。举个例子，假设DNA理论蕴含遗传学理论，即遗传学理论可以由DNA理论推论得到，那么所有对DNA理论的证实，至少在一定程度上同时也是对遗传学理论的证实。这个理解似乎没什么问题。但是让我们回到引力波的例子，显然，“广义相对论是成立的并且所有的聚乙烯都是导电的”这个理论蕴含了“所有的聚乙烯都是导电的”这个理论，换言之“所有的聚乙烯都是导电的”这个理论可以由“广义相对论是成立的并且所有的聚乙烯都是导电的”这个理论推论得到。如果是这样的话，那么根据上面那个关于科学证实的理解，对“广义相对论是成立的并且所有的聚乙烯都是导电的”这个理论的证实同时也就是对“所有的聚乙烯都是导电的”这个理论的证实，因为后一个理论是前一个理论的推论。如此的话，如果我们同意引力波的发现证实了“广义相对论是成立的并且所有的聚乙烯都是导电的”这个理论，那么我们就应该同意引力波的发现同时也证实了“所有的聚乙烯都是导电的”这个理论。显然，这个说法太荒谬了。且不说引力波跟聚乙烯的导电性没什么关系，就算它们之间有关系，“所有的聚乙烯都是导电的”这分明是一个错误的理论，一个错误的理论怎么能被一个真实的科学发现所“证实”呢？ 以上我们用引力波的例子想说明的问题，在科学哲学中被称为“追溯悖论”（The Tracking Paradox）。用更清晰的说法，这个悖论的产生依赖于两个前提：第一，如果由一个理论T推论得到一个现象P，那么P（一经发现）就证实了T；第二，如果P证实了T，并且如果T蕴含一个子理论T’，那么P就证实了T’。这两个前提都貌似合情合理，但是套用在我们之前讨论的引力波的例子上，就会得出一个荒谬结论，也就是说引力波的发现证实了“所有的聚乙烯都是导电的”（或者其他任意理论）。由合情合理的前提，经过合情合理的推导，却得出一个荒谬的结论。这样的情况，我们说就存在着一个悖论。 有关科学证实的更为著名的一个悖论是亨普尔悖论。为了解释这个悖论，让我们再次引用一下引力波的发现。更为准确的说，引力波的发现是（在一定程度上）证实了这样一个理论命题：“所有做加速运动的质量体都会在其周围的空时引起波动。”需要注意的是，我们一般认为如果一个发现证实了一个命题，那么这个发现同样也就证实了所有跟这个命题“逻辑等价”的命题。关于什么叫做逻辑等价，我们在此不必细究，我们现在只需要知道两个互为“逆否”的命题是逻辑等价的。关于“所有做加速运动的质量体都会在其周围的空时引起波动”这个命题，其对应的逆否命题是“凡不在周围引起空时波动的，就不是做加速运动的质量体”。不难看出，对于“凡不在周围引起空时波动的，就不是做加速运动的质量体”这个命题，其证实异常简单：我面前的这台电脑就没有引起空时波动，它恰恰也不是做加速运动的质量体，仅此而已！然而，如果我面前这台电脑的存在证实了“凡不在周围引起空时波动的，就不是做加速运动的质量体”这个命题，那么它同时也就证实了这个命题的逆否命题，即“所有做加速运动的质量体都会在其周围的空时引起波动”。既然证明这个命题可以如此的轻巧，我们何苦还要等发现了引力波才说它得到了证实呢？ 换一个更为经典的例子。“所有的乌鸦都是黑的”这个命题与“所有非黑的东西都不是乌鸦”互为逆否命题。为了证实“所有非黑的东西都不是乌鸦”，我们完全可以指着一个西红柿说：“这个东西，它不是黑的，而且它也不是乌鸦，因此这个西红柿的存在就（在一定程度上）证实了所有非黑的东西都不是乌鸦。”现在的问题是，如果这个西红柿的存在证实了“所有非黑的东西都不是乌鸦”这个命题，那么它就同时证实了这个命题的逆否命题，即“所有的乌鸦都是黑的”。因此，“所有的乌鸦都是黑的”可以经由这个西红柿的存在而得到证实。 用更清晰的说法，亨普尔悖论的产生依赖于如下两个前提：第一，如果发现一个东西有某个属性Q，而一个理论说这一类的东西都具有属性Q，那么这个发现就（在一定程度上）证实了这个理论；第二，如果一个发现证实了一个理论T，而T与另一个理论T’逻辑等价，那么这个发现也就证实了T’。这两个前提都貌似合情合理，但是套用在乌鸦的例子上，就会得出一个荒谬结论，即发现一个西红柿就证实了“所有的乌鸦都是黑的”。因此这里也存在着一个悖论。 关于科学证实的追溯悖论和亨普尔悖论是科学哲学中的两个小问题。但即使对这两个小问题，研究文献已然是蔚为大观。篇幅所限，我们这里不可能对这两个悖论进行深入细致的讨论，尤其不可能讨论对于这两个悖论的种种复杂而有趣的解决办法。笔者希望通过对证实悖论的介绍，使得读者能够管窥一下科学哲学的旨趣。 （作者单位：中山大学哲学系） |
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