第543期：关于科学“可检验性”的审辩

昵称44411603 2017-06-30

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第543期：关于科学“可检验性”的审辩

审辩式思维m... 09-16 04:50 大

第543期：关于科学“可检验性”的审辩

马西莫·皮柳奇（MassimoPigliucci）

（纽约城市大学雷曼学院哲学系主任）

谢小庆按：这是2016年8月10日发表于著名电子杂志《AEON：观念和文化（ideas and culture）》上的一篇文章，原文标题是《科学一定是可检验的吗（Must science be testable）?》。

在本公众号第481期《对所有科学命题都可以审辩》一文中我曾写道：

什么是“科学命题”？或者说，怎样区分“科学命题”与“非科学命题”？对此，也存在争议，但大家具有较大的共识。我个人认为，“科学命题”与“非科学命题”之间的重要区别有两条，第一条是“可重复”，第二条是“可检验”。

皮柳奇教授的这篇文章，结合今天物理学家们围绕“弦论”所进行的“战争”，讨论了“可检验性”问题的复杂性。理解这种复杂性，对于发展审辩式思维非常重要。

本文作者著有《亚里士多德的答案：科学和哲学何以让我们的生活更有意义》一书。这里摘编了文章的部分内容，摘编自“环球科学”微信公众号，原文翻译叶宣伽，审校丁家琦。

数十年前，最具影响力的科学哲学家之一卡尔·波普尔（Karl Popper）陈述了这样一个结论：广义相对论是可靠的科学，而弗洛伊德的精神分析是伪科学。波普尔对于如何划分科学与非科学（non-science），尤其科学和伪科学（pseudoscience）之间界限的问题怀有极大的兴趣，他将这个问题称为“分界问题”（demarcation problem）。经过长时间的思考，波普尔得出了一个简单的区分“科学”与“非科学”的评判标准：可证伪性（falsifiability）。即如果某一观念可以——至少从原则上可以——被证明是错误的，那么我们就可以说这个观念是科学的，即使这个观念最后被发现真的是错误的。

在关于弦理论（string theory）的争论中，波普尔的理论常常被引用。

近几十年来，基础物理学家们一直围绕着“弦理论”团团转，将它视为解释自然界所有物质及其相互作用的终极理论——也即诺奖获得者史蒂文·温伯格（Steven Weinberg）口中的“万有理论”（a theory ofeverything）的候选。事实上，目前而言，弦理论与其说是理论，不如说更接近“一个笼统的数学框架”，这是我们现有的、已知的、从数学的角度来说最复杂的一个框架，其目的是为了解决近代物理学的根本问题：如何统一广义相对论和量子力学。广义相对论和量子力学都是非常成功的科学理论，但是当它们解决一些特定条件下的物理问题——比如黑洞或奇点（宇宙大爆炸之前的宇宙起源点）——时，彼此间就会产生尖锐的冲突。

一些基础物理学家们信誓旦旦地声称弦理论不仅是项颇有前景的科学理论，甚至还可能是唯一的真理；另一些科学家们却对此嗤之以鼻，他们认为“弦理论”根本不能算是科学。他们的论据也非常充分：弦理论和任何实验性的证据都毫无交集——不管是振动着的超弦，折叠的多维时空，还是理论的其他部分——所有的这些都不可能通过实验的方法来验证。

去年，我恰好有幸现场目击了一场这样的讨论会。当时我被邀请到慕尼黑去参加一次基础物理的研讨会，会议的具体讨论内容就是“弦论”。会议的组织者，斯德哥尔摩大学的理查德·戴维（Richard Dawid），是一名有着深厚理论物理背景的科学哲学家，也是理论派认识论的拥护者。他肯定了弦物理学家们的努力，也试图为“弦理论”辩护。

早在会议开始前的一个月，正反两方的主力科学家们就都已使尽浑身解数，发动了铺天盖地的舆论攻势，有人在严肃的《自然》（Nature）杂志上发表文章宣言，也有人在接地气的Twitter上抒发观点，都想打赢这场近代物理核心的攻防保卫战。为了让大家感受一下当时的氛围，我节选了其中的几段交锋。“最让我恐慌的是，若不能通过实验检验的理论可以成为科学，那么科学和装神弄鬼的废话，或者科幻小说也就没了区别。”这话来源于宇宙学家乔治·埃利斯（George Ellis），显然他在批评弦理论派；紧随其后的是瑞典物理学家霍森菲尔德(Sabine Hossenfelder)，他说：“‘无需实验证明的科学’，这个名词本身就是自相矛盾的。”而哈佛大学教授皮特·盖里森（Peter Galison）则一针见血地指出双方争论的核心：“这是一场有关物理学本质的争论。”而在另一阵地，支持弦理论的一派也不甘示弱，宇宙学家肖恩·卡罗尔（Sean Carroll）就在他的推特上写道：“我们不可能提前预知什么样的理论可以正确描述世界。”紧接着，他又写道：“只有缺乏哲学素养的科学家才会把可证伪性奉若圣经。”斯坦福大学的理论物理学家伦纳德·萨斯坎德（Leonard Susskind）竟发明了一个新词“Popperazzi”来讽刺扯着波普尔虎皮的科学家们（“Popperazzi”可译为“波普尔的跟屁虫”，“azzi”或“razzi”为表示“跟踪者”的词缀），依他来看，那些人都把科学想得太简单了。

在弦理论战争中，一些人对波普尔的科学哲学和它在“分界问题”上的应用只是一知半解。他们把波普尔的哲学做成了贴在电线杆上的小广告：“不能被证伪的东西就不是科学，不要再浪费大众的时间和金钱了！”我们有必要仔细推敲波普尔哲学的深层意义。

优秀的哲学思想是不可能被小广告一样的简单标语总结出来。实际上，波普尔在同行批评和反例的洗礼下，对自己关于证伪性和分界问题的理论做出了多次修改——这是每一个谨慎严密的思想家都会做的。例如，他一开始就排除了验证在理论建立过程中的作用，因为如果人们在建立一个理论的过程中就积极寻找证实它的证据，那么，它要通过检验实在是太简单了。类似的倾向无论是在普通大众的生活中，还是在科学家的研究过程里都十分常见，现代心理学家们给了这种现象一个专有名词：证实性偏见（confirmation bias）。

但后来，波普尔又承认检验是健全的科学方法的一部分，尤其是对于能产生大胆而又新颖的预测的理论而言。毕竟，之所以1919年爱因斯坦得以在一夜间跻身于顶尖科学家之列，恰恰就是因为天文学家们在日全食中证实了他的预期数据。不过对波普尔而言，这并不意味着爱因斯坦的理论（广义相对论）就是“真”的，这只能说明短期内人们不用再对该理论据理力争了。确实，考虑到上文中提到的广义相对论与量子力学在特定条件下的冲突，今天我们不再认为爱因斯坦的理论就是真理。

科学假说在被某种程度上确证之前，需要不同条件下的反复试验。一个完整的理论中总会包含一些辅助性的次级理论和作为背景的猜想。举个例子，如果有人想通过“使用天文望远镜和照相机观测太阳”来验证爱因斯坦的理论，那么事实上，在他进行实验的同时，他还要保证相机的镜头焦距理论、设计天文望远镜的基础光学原理、用来处理实验数据的数学模型和假说都没有问题，以及其他大量科学家们“想当然”的常识和背景——实际上相当于同时验证了这么一大堆理论，而同时，他还要努力把注意力集中在爱因斯坦的理论上。所以当真实观测到的实验结果不能符合理论相关预期的时候，我们并不能急于否定整个理论，因为很有可能出错的只是其中某个次级理论。

1983年，著名科学哲学家拉里·劳登（Larry Laudan）发表了一篇名为《分界问题的终结》（The Demise ofthe Demarcation Problem）的论文，在这篇影响巨大的论文里，劳登声称，解决分界问题对哲学家们来说完全是浪费时间。他在文章中列举了一系列理由以论证他的观点，其中最重要的一条便是，对于任何人来说，找全所有界定“科学”、“伪科学”、或是其它类似事物的充要条件组成的集合都是绝对不可能的——而若是找不全这些充要条件，完全严格地区分科学与伪科学简直就是天方夜谭。劳登认为，“科学”或是“伪科学”这样的概念本来就是复杂的、多维的、模糊的，并不存在清晰的分界线。波普尔的证伪性标准，是一种与客观情况相去甚远的“一刀切”标准，它并不适用于区分“科学”与“伪科学”，而认为它能在理论物理这样的前沿学科中区分健全与非健全的科学理论，就更是一个笑话了。

分界问题的研究并不是无路可寻的——出路就是20世纪另一位伟大的哲学家路德维希·维特根斯坦（Ludwig Wittgenstein）提出的“家族相似性”理论。“科学”和“伪科学”各自都是一类具有“家族相似性”特征的概念。

家族相似性（Family Resemblance）指用同一个字（或词）来代表不同事物或状态，这些事物或状态虽然不同，却像家族的成员一样，具有某些相似的特征，且属于同一家庭。维特根斯坦以游戏（game）这个词为例，在日常语言中，游戏这个词可以用来指称诸多不同的活动，如打棒球是一个game、下棋是一个game、人生是一个game等等，但这许多活动其实并没有相同的特质，它们所具备的只是家族相似性，就好像家庭中的成员（如兄弟姊妹）一般，长得相似，有相似的神韵、体型、眼睛和眉毛，可是仔细分析起来，这些成员并不具备有相同的特质。有趣的是，关于科学哲学，维特根斯坦没有留下任何只言片语，更遑论基础物理学了。维特根斯坦真正感兴趣的是“语言”，包括语言本身、语言的逻辑和语言的应用。维特根斯坦指出，生活中许多颇为实用的概念其实并不服从劳登所提到的那种清晰的定义式界定。他最喜欢用的例子就是“游戏”这个看上去很简单的词语，如果有人想用定义三角形的方式去定义“游戏”这个词语，那么等着他的就只有无尽的挫败。你会发现定义“游戏”本身就是一个怎么都无法完成的“游戏”。维特根斯坦这么写道：“我们如何去和别人解释‘游戏’是什么呢？我们只能为对方形容几个游戏的例子，然后再加上一句‘像这样的，或是其他类似的，就是游戏。’这并不是因为我们无知，只是从来没有人刻意划分过这样的边界。我们可以人为地划分边界，但这么做能让这个理论的实用性更强吗？我觉得完全不会！”

问题的关键在于，很多情况下边界确实存在，但我们无法发现它们，这让“定义游戏”和“规范科学的界定方法”成为了柏拉图式的理想，永恒地存在于形而上学的维度。我们经常为了某些特定的目的创造边界，然后根据创造它的目的来测试其是否有效——就像界定科学和伪科学时一样，我们主观认为这两者间存在意义重大的差异，所以非要尝试着给它们划个界线，强调他们的不同。相信无论是对于科学家，还是对于哲学家来说，对“天文学和占星术这两者之间存在本质的不同”这个说法应该都没有什么异议，只不过问题是，这个差异在什么地方？或者至少，大约在什么地方？

参加慕尼黑弦论论战的许多科学家们确实感觉到，基础物理的传统构想和弦理论学家们声称的事物之间有着某种很重要的区别。研讨会的组织者理查德·戴维反对人们使用“后经验科学”（post-empirical science）的说法来形容弦理论，他提倡使用“非经验理论”（non-empirical theory assessment）来替代。不过无论别人如何选择这些称呼，戴维和他的同行者们都发现，弦理论这样的物理学理论已经偏离了伽利略时代所确立的传统科学的航道。

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