摘 要：科学理论既是描述，也是一般性说明而非形而上学说明。因此，借助归纳法建立的经验归纳结构的科学理论由事实和定律构成。成熟的或高级的科学理论是由科学公理（基本概念和基本假设）、导出命题或科学定律、科学事实三大块组成的严密的逻辑演绎体系。
关键词：科学理论 描述和说明 要素和结构 经验归纳 逻辑演绎

Abstract：Scientific theory is both representotion and general explanation rather than metaphysical explanation. Therefore, theory of empirical induction’s construction, was established with the aid of inductive method, consists of facts and laws. Ripe and advanced scientific theory is a well-organized logic deductive system. It consists of scientific axioms (basic concepts and basic hypotheses), deductive propersitions, and scientific facts.
Key Word：scientific theory, representotion and explanation, key elements and structures, empirical induction, logic deduction


为了探讨科学理论的要素和结构，我们首先必须对科学理论做一般性的考察。特别关键的问题是：科学理论何所指？具体地讲，究竟科学理论是描述（representotion）还是说明（explanation）。
一、科学理论：描述还是说明？
迪昂对这个问题进行过周密的思考，他在谈到科学理论的典型代表物理学理论时说：“物理学理论是什么呢？是其推论必须描述实验资料的数学命题群；理论的有效性是由它所描述的实验定律的数目和它描述它们的精确度来衡量的。”他断言：
物理学理论将是逻辑地联系起来的命题系统，而不是力学模型或代数模型的不连贯的系列。这个体系就其目的而言不是提供说明，而是提供包含在一个群内的实验定律的描述和自然分类。
迪昂之所以得出科学理论是描述而非说明的结论，是与他对“说明”的理解和界定密切相关的。在他看来，“说明（explain，explicate，explicare）就是剥去像面纱一样的覆盖在实在上的外观（appearances），以便看到赤裸裸的实在。”对物理现象的观察并未使我们与隐藏在可感觉的外观之下的实在发生关系，而是使我们在特定的和具体的形式中领悟可感觉的外观本身。此外，实验定律也没有把物质的实在作为它们的对象，而确实是以抽象的和普遍的形式论及这些已获得的可感觉的外观。理论则在揭开或撕破这些可感觉的外观的面纱时，进而深入外观之内和潜入外观之下，寻找在物体中实际存在的东西。但是，我们屡屡发现，物理学理论不能达到完美的程度；它本身不能作为对可感觉的外观的某种说明出现，因为它不能宣布使存在于这些外观之下的实在达到感官。于是，它满足于证明，我们的所有知觉之所以产生，仿佛由于实在像它断言的那样起作用；这样的理论是假设性的说明。当物理学理论被视为说明时，那么在揭开每一个可感觉的外观以便把握物理实在之前，它的鹄的是达不到的。因为对于两个问题——存在与可感觉的外观截然不同的物质实在吗？这种实在的本性是什么？——的回答并非源于实验方法，实验方法只能获得可感觉的外观，不能发现外观彼岸的事物。这些问题的解答超越了物理学使用的方法；它是形而上学的目标。“因此，如果物理学理论的目的是说明实验定律，那么理论物理学就不是自主的科学；它从属于形而上学。”于是，当我们分析打算说明可感觉的外观的物理学家所创造的理论时，辨认这一理论是由两个实际上迥然不同的部分形成的：一部分仅仅是打算分类定律的描述部分；另一部分是打算把握潜藏在现象之下的实在的说明部分。现在，认为说明部分是描述部分存在的理由远非为真，描述部分才是说明部分由以成长的种子和滋养它发展的根；实际上，两部分之间的链环几乎总是脆弱的和人为的。描述部分借助恰当的和自主的理论物理学方法独立地发展；说明部分达到充分形成的有机体，并像寄生虫一样附着在描述部分上。在理论中有效的一切东西——理论据此似乎是自然分类并把预期实验的能力授予它自己——可以在描述部分找到；这一切是物理学家忘记追求说明时发现的。另一方面，在理论中为假且与事实矛盾的无论什么东西，尤其可以在说明部分找到；物理学家之所以把错误引入理论中，是由他想要把握实在导致的。因此，当实验物理学的进步与一个理论对立并且迫使它做出修正或改造时，纯粹描述的部分几乎整体进入新理论，从而使新理论继承了旧理论全部有价值的所有物，而说明部分却坍塌了，以便为另一种说明让路。在物理学理论中，持久的和多产的东西是通过逻辑工作从几个原理演绎出为数众多的定律，并成功地把这些定律自然地加以分类；短命的和不结果实的东西是着手说明这些原理的劳动，为的是把这些原理附属于与潜藏在可感觉的外观之下的实在有关的假定。
在科学和科学哲学的历史上，反对科学理论即是科学说明这一主张的人还是比较多的。这种异议认为，没有任何科学（一定没有任何物理学）确实回答了事件何以发生、事物何以以某些方式相联系的问题。只有当我们能够表明发生的事件必定发生、事物间拥有的关系必定在它们之间具有时，才能对这些问题做出回答。实验科学方法不能发现现象——它们是每个经验研究的根本题材——中的绝对必然性或逻辑必然性；即便科学定律和科学理论是真的，它们也不过就是关于现象之共存关系或相继次序的逻辑上偶然的真理。因此，科学回答的问题是有关事件怎样（以什么方式或在什么条件下）发生和事物如何联系的问题。因而科学家获得的至多只是精确的、综合性的描述体系，不是说明体系。比如，E. W.霍布森强调：
不能把说明物理现象正是自然科学的功能这一通常的思想接受为是真的，除非“说明”这个词是在极其有限的意义上得到使用的。由于有效因果关系的概念、逻辑必然性的概念无法应用于物理现象世界，因而自然科学的功能是在概念上描述自然中要待观察的事件序列；但是自然科学不能说明这种序列的存在，因而不能在“说明”这个词能被使用的最严格的意义上来说明物理世界中的现象。这样自然科学倾其所能不过是描述现象怎样发生，或者按什么规律发生，但它完全无能回答它为什么发生的问题。
在坚持科学理论也是说明的人物中，内格尔和亨佩尔是有代表性的。按照内格尔的观点，说明是对“为什么”问题的回答，但是为了表明“为什么”这个词并非没有歧义，而且随着与境的变化，不同种类的答案都是对它的恰当答复，就需要略为思索一下。要知道，在回答“为什么”问题上，各门科学提供的说明，在说明假定与其被说明相相联系的方式上，可能都有所不同，因此可以把说明划分为不同的逻辑形式。 其中包括演绎模型，或然性说明，功能说明或目的论说明，发生学说明。
在亨佩尔看来，科学所关心的是发展一种对世界的概念，这种概念对我们的教育具有一种清晰的、逻辑上的意义，从而能够经受客观的检验。由于这个原因，科学说明必须符合两个特定的要求，即说明的相关性要求和可检验性要求。说明的相关性要求意指，所引证的说明性的知识为我们相信被说明的现象真的出现或曾经出现，提供了有力的根据；说明的可检验性要求意指，构成科学说明的那些陈述必须能够接受经验检验。科学说明采取两种形式：演绎律则说明（deductive-nomological explanation）、或然性说明（probabilistic explanation）或归纳统计说明。演绎律则说明是用普遍定律覆盖下的演绎归结做出的说明。科学说明中需要用到的这些定律称为对于被说明现象的覆盖定律，而说明性论证则可以说是把被说明者归在这些定律的覆盖之下。但是，并不是所有科学说明都立足于严格的全称形式的定律之上。或然性说明所依据的定律具有或然性形式，所以只能以很高的概率甚或“实际上是必然性”预期被说明者。正是基于这些考虑，
理论的构写需要确定两类原理，它们可以称为内部原理和桥接原理。内部原理将阐明理论及定律所需要的这些基本实体与过程，这里所说的定律正是那些基本实体与过程所遵从的。桥接原理将指明理论所设想的过程如何联系于我们已知的经验现象，从而使理论可以说明、预言或逆断这些现象。
桥接原理可以说是把某种理论上假定的实体与中尺度物理系统的特性联系起来，其中前者是不能直接观察和测量的（诸如运动中的分子及其质量、动量、能量），后者则或多或少可以直接观察和测量（例如用温度计或压力计测定的气体的温度或压力）。但是，桥接原理并不总是要联系“理论非观察量”与“实验观察量”二者。一个理论如果没有桥接原理就不会有说明能力，也不可能经受检验。
广义地说，现代说明理论可以分为演绎主义的、与境主义（contextualism）的和实在论的三种。对演绎主义者来说，说明一个事件，必定是从一组初始（和边界）条件出发，加上普遍定律，从而演绎出关于该事件的一个陈述；同样，对定律、理论和科学的说明也是借助演绎的小前提进行的。亨佩尔的演绎律则说明或覆盖律模型就属于这类说明。与境主义者认为，说明本质上存在于社会交流中，这种交流发生在讲解者和听讲者之间，通过交流消除了听讲者对对某事物的疑惑。一些与境主义者把注意力集中在说明事件的实用方面或社会方面，另一些则集中在说明理由唤起想象力的或启发性的内容上。在实在论者看来，说明是要对给予说明的现象或事件发生的未知模式所做的一种因果性的说明。 不管各家观点如何，有一点是毋庸置疑的，那就是，科学说明的内容和形式并不是一成不变的，而是随着科学的发展而不断进化的 。
乍看起来，上述的描述论者和说明论者似乎是针锋相对的或势不两立的，实际上二者之间并无根本性或原则性的区别。因此，既不应不分青红皂白地把描述论者或反说明论者推入“不可知论者和实证论者”之列，也不能像“反科学者”那样苛求科学理论去说明它根本无法说明的东西 。以描述论或反说明论的代表人物迪昂为例，
迪昂所谓的“描述”并不是指对事实或现象的描绘，而是理论对实验定律群的表示。迪昂所谓的“说明”，是指对物理现象或物理外观做出符合物理实在（相当于康德的“物自体”）的诠释，这是一种本质主义的、寻求终极原因的狭义说明（因而属于形而上学的领域），即要求说出某事物为什么必然存在或发生；而不是当今科学哲学中在于回答诸多科学中的“为什么”的泛说明或一般性说明，即通过讲出过程或理由（说明项）使某事物（被说明项）变得明白易懂；也不是用普遍规律说明特殊规律、用特殊规律说明经验事实，以及在经验事实中找出某些规律性的联系的覆盖性说明。因此，严格地讲，迪昂从科学中力图排除的并不是说明本身，而是“形而上学的说明”。与亨佩尔关于科学说明的演绎律则说明和归纳统计说明、以及说明的相关性要求和可检验性要求比较一下，就不难明白迪昂的所指。
在这一点上，迪昂与马赫的观点基本上是一致的。马赫把描述分为两类：直接描述是仅仅使用纯粹概念工具的事实的言语交流，间接描述是在某种程度上使用了在其他地方已经给出的系统描述，甚或还没有精确地做出的描述，如光像波动或电振动。于是，所谓的理论或理论观念都落入间接描述的范畴。 在这里，马赫所说的间接描述实际上属于非形而上学的科学说明。
当代一些科学家和科学哲学家也都是在一般性说明和覆盖性说明、而非形而上学说明的意义上承认科学理论是说明的。例如，物理学家温伯格（S. Weinberg）给科学说明下了这样一个定义：“物理学说明就是当物理学家说‘原来如此啊’的那一时刻他们已经做了的事情。”由于他认为这个“先验定义”“往往用处不大”，他特别强调物理学家感兴趣的是对规则和原理的说明，而不是对个体事件的说明。当我们证明某个物理原理可以从一个更基本的物理原理推导出来时，我们就说明了这个物理原理。在他看来，科学并不能说明一切问题，比如偶然性事件、道德原则、最基本的科学原理等。 由此可见，温伯格的观点是与迪昂和亨佩尔基本一致的。现在，我们在科学理论既是描述、也是一般性说明的理解上，探讨科学理论的要素和结构。这样一来，便把作为构成要素的形而上学从科学理论中排除出去了。

二、科学理论的要素
论及科学理论的要素和结构，是难以把要素和结构截然分开的：讨论科学理论的结构必然要涉及它的构成要素，否则结构成为无源之水、无本之木；讨论科学理论的要素也不得不涉及各个要素的地位以及它们之间的关系，这实际上就是在讲结构。不过，为了论述方便，我们还是拟在思想上把二者相对地分开讨论。
逻辑经验论者对科学理论的要素做过系统的研究。他们认为，科学理论由三部分组成：形式系统、对应规则和概念模型。这一思想最早是由坎贝尔 提出，卡尔纳普接受了它，内格尔加以系统的阐发。形式系统是所谓的“假设”、“抽象演算”，它由逻辑句法以及一组初始概念和公理两部分组成。利用逻辑句法提供的形式规则和变形规则，可以从公理导出理论的全部定理（科学定律）。对应规则即坎贝尔的所谓“词典”，它把理论语言同观察语言对应起来，前者的意义可由后者导出。为此，他们为理论概念和命题制定了详尽的对应规则，这样一来，漂浮或翱翔在经验事实平面之上的纯粹演算的形式系统便获得了经验意义。概念模型就是对形式系统作语义解释，它施加于形式系统的初始概念和公理或公设之上，由此使抽象的演算变成具体的科学理论。由于模型，科学理论不仅是“定理的源泉”，而且还成为“见识的源泉”。此外，理论还通过模型而扩展到新的领域，并借助它指示可以在什么地方引入对应规则。 内格尔在阐明科学理论的三要素时说：
为了分析起见，区分理论的三个成分将是有益的：（1）一种抽象的演算，它是该系统的逻辑骨骼，且隐含地定义了这个系统的基本概念；（2）一套规则，通过把抽象演算与具体的观察实验材料联系起来，这套规则实际上便为该抽象演算指定了一个经验内容；（3）对抽象演算的解释或模型，它按照那些或多或少比较熟悉的概念材料或可以形象化的材料使这个骨骼变得有血有肉。我们将按照刚才提到的顺序来发展理论的这些特征。但在具体的科学实践中，很难对它们予以明确的表述，它们也不对应于理论说明建设中的各个实际阶段。因此，不要认为这里采纳的阐述顺序反映了个别科学家在心灵中产生理论的时间顺序。
对于这些要素及其关系，亨佩尔做了一个十分微妙的比喻：科学理论可以比做一张错综复杂的空中之网，网结代表了它的术语，而连接网结的网绳，一部分相当于定义，一部分相当于包括在理论中的基本的以及派生的假设。整个系统好像是漂浮在观察平面上。可以把这些解释规则看做一些细线，它们不是网的一部分，但是把网上的某些点和观察平面的特定位置连接起来，借助这种解释性的连接，网结就能作为一种科学理论起作用：从某些观察材料开始，我们可以通过解释性的网绳上升到理论之网的某些点，而通过定义和假设达到其他一些点，其他的解释性网绳使得可以从这些点下降到观察平面。
不少学者采取简单的两分法，把科学理论分为两个组成要素：事实和理论。他们认为，研究活动的结果由陈述和陈述网络组成，这些陈述的分类和它们的关系的特征是中心的争论点。最普通的分类是使观察陈述（或经验陈述）和理论陈述对立的分类。这种区分阐明了科学的二元维度：实验和资料收集，猜想和概括。由于居间陈述的增生，理论陈述和观察陈述之间的区分绝不是清楚的。第一种立场——可以命名为还原论的立场——减小两个类型陈述之间的距离。它包括两个极端形式：其一是，理论陈述是从观察陈述导出的（实证论和逻辑经验论），这样一种学说或提供可靠性的标准（所谓的归纳主义理论），或确立有意义的陈述和无意义的陈述之间的划界标准；其二是，观察陈述是由理论考虑形成的，没有这些考虑，它们没有意义，这就是所谓的观察负荷理论。第二种立场拒绝在理论陈述和观察陈述之间确立高等级的联系。虽然确实存在关联，但是人们假定，不同的陈述范畴是相互相对独立的。在这些条件下，有可能检验从理论陈述推导的经验预言，或决定一个理论是否比另一个理论能更好地说明一组观察。在这个模式中，知识生产本质上被还原为陈述的生产，在这些陈述之间能够确立起翻译关系。翻译被局限于语言学的意义——翻译不是从陈述的全域退出。这说明了向哲学和本体论问题的自然漂移。 中国学人任鸿隽也表明，科学智识或科学理论的要素至少有两个：
一是事实，一是观念，事实是由外物的观察得来的，观念是由内心的思想得来的。观察是属于官觉（sense）的，思想是属于推理（reason）的。但是观念必须根据于事实，事实必须系属于观念，这两个要素，须如车有两轮，鸟有两翼，同时并用，方能得到真正的智识。若偏于一方面，不是失之零碎，便是失之空虚，智识既不完全，今后亦因之阻滞了。
他进而引用了惠威尔的一段论述，一明其意：“这两个要素（感觉与理性）都不能组成实在普遍的知识。感觉印象若不与合理凌空的原则相联合，结果不过实际认识单个的物体；反之，理性机能的运用若不使它常与外物相印证，结果也不过引到空虚的抽象和枯槁的才能罢了。真正切理的知识，须有两个要素相结合——正当的推理与用以推理的事实。”
对科学理论的要素列举得更为详尽的，恐怕非伊利英和卡林金莫属。他们把自然科学理论的要素用公式表示如下：Ω＝（Fac，Lw，Cnst，Int，Abstr Mdl，Frml，L）。其中，Fac是符合实在的事实的非空集合；Lw是定律的集合；Cnst是常数的集合，在许多理论中它是空的； Int是自然的、经验的和语义的诠释的集合，该诠释保证了自然科学的理论的Abstr Mdl和形式化与实在的类型论的同一；Abstr Mal是在理论中所接受的抽象模型语义假定和辅助建构物的集合；Frml是作为自然科学的思维、语言和命题定量化的工具起作用的形式化的集合；L是在理论中所接受的逻辑假定和推导法则。

三、科学理论的结构
关于科学理论的结构，我们不拟牵扯过多的问题 ，仅仅讨论科学理论的要素组成的结构本身。刚刚提及的伊利英和卡林金认为，在自然科学和实在的确定部分之间存在者直接的（刻板的）关联；这个特征使自然科学区别于数学，并使它明确地在本体论上被阐明。作为实在的简化的复制，理论研究在固定域中的对象之间实质性的关系，决定了分开的要素和它们的完整结构的定性性质。理论的概念基础Bc和它的经验基础Be之间的依赖用公式Bc→←Be表达，在这里，基础之间的联系机制和Bc在认识论上阐明了自然科学的本质。