用户名 密码 看不清?点击更换 看不清?点击更换 忘记密码 注册   加入收藏  
 
 
科学理论的要素和结构(1)-科技哲学
来源:  作者:李醒民  点击:次  时间:2002-02-02 00:00于哲学网发表

 Bc由Lw、Cnst、Int、Abstr Mdl、Frml、L形成,它作为范畴的、语义的和组织的图式即理论框架起作用。Bc的创造、精制和建构是自由的而非任意的,因为在Bc的理论框架中存在对主体的某种根本性的限制,即实在客体起作用的客观逻辑。当然,客体并未把任何固定的定义强加于Bc,但是同时它排除任意的建构。Bc和Be作为一个整体、作为一个系统的相互协调的结构联系在一起;作为实在的方便中介的模式化的Bc的许多组分都具有中间的、从属的特征,并未被自然地投射到经验事实上;它们在实在中没有类比物,例如Ψ函数。由事实形成的Be作为理论内容的外部源泉以及它们的证实的工具起作用。在动力学的层面上,理论是作为资料的相继积累和系统化、它们的理论化、从如此得到的系统中推导经验上可发现的结果、理论的最后辩护和在实践中的补充而实现的。Bc和Be的关联并不是直接的。这意味着,严格地讲,Bc的内容并不符合实在世界的关系,而是符合理想世界的关系——这是第二位的概念的实在之世界,它代表原始的或客观的实在之分析的对象。虽然客观实在和科学实在并不重合(相反的断言导致朴素实在论),但是它们通过必要的纽带(拒绝这些纽带就走进柏拉图的死胡同)联系起来,这些纽带归功于Be的特殊作用。第一,Bc的的所有组分都具有经验的系谱,这有时可能难以重构,但却总是真实的。第二,Be详细说明Bc向着Bc和Be之间更好的平衡进步的向量。第三,Be是我们所有关于实在的知识的开始和终结。第四,由于Be在关系上是独立于Bc的,Be作为提供资料和批判的例子起作用,从而妨碍理论和实在完备的和最终的同一和概念模型的证实。任何理论都是事实的理论化;理论被修正和被抛弃,而事实依然如故地保持下去。在理论相互更替中的事实的稳定性,是它们可通约性和确立理论转换的进步性程度的本体论的基础。
→←是由对应(符合)规则或还原规则以及理论的结构和投射到Be上的世界图像之间的联系的规则系统或算法(通过模型、诠释)构成的,从而要记住,Be本身并不是纯粹的实在,而是借助实验、测量和人的经验详细阐明的、在概念上和操作上起中介作用的实在。对应规则打算用来证实(verification)理论项目的经验内容,从而通过操作定义系统保证从模型、诠释和形式化向事实过渡,容许把从Bc导出的推论与诠释的实验结果比较,进而容许理论的实验证明(substantiation)——确认(confirmation)或反驳(rejection)。对应规则系统实现了自然科学中的有意义的、交流的和说明的过程,从而决定了Be的理论负荷或“不透明性”,以及一方面模型和诠释、另一方面模型和事实之间的相互关联。
在Be和Bc之间不存在直接的逻辑桥梁,这相当于不可能直接从Be推导出Bc,或者不可能把Bc还原为Be。由于拒斥Bc和Be 之间的直接的演绎还原关系,我们强调Bc的创造性本质,这在综合的多产的活动过程中出现,该活动与Be的直接概括毫无共同之处。任何从基元的经验逻辑地推导自然科学的基本概念和基本定律的尝试注定要失败。同时,Bc和Be的自主性并不是绝对的,因为它们是由间接的演绎还原链环关联起来的。从Be到Bc的命题隐含Bc的经验起源,而不是它的演绎推导。Bc的经验谱系不必用原始归纳的精神来诠释,在高级理论化阶段的自然科学理论的Bc的动力学表明了这一点。承认Bc不能投射到Be之上或Bc不能直接还原为Be,这便有可能避免朴素实在论的教条。承认Bc间接地还原为Be,使得我们能够认为Be是Bc的真理性的标准,从而避免了约定论的相对主义。这里有必要强调,如果理论不是经验的概括,那么它们便不能预言任何东西,它们也不能被确认。但是,这不是完整的观点。如果理论仅仅是经验的概括,那么它们就应该从来也不会与后者矛盾,实际情况并非如此。当然,Bc没有一对一地依赖于Be,这就是所谓的“等价形式化现象”。于是,理论的内容可以用同样好的不同方式来表达,例如量子力学能够借助海森伯的矩阵或薛定谔的几率波来描述,经典力学的内容能够被表达为牛顿、拉格朗日、雅科毕、哈密顿等的形式化理论。
伊利英和卡林金的上述见解是对前人思想遗产的综合性和系统性的概括,比较准确地反映了现代科学的结构全貌,尽管我们不同意他们的某些叙述 。但是,这样的结构显得有些复杂,有必要加以简化:
纵览科学理论的结构,一般而言,不外乎经验归纳结构和假设演绎结构两种。说穿了,这两种结构的理论是借助两种不同的科学方法——经验归纳法和假设演绎法——建立起来的。它们往往集中地出现在科学的不同发展阶段或同一门科学的不同成长时期。
其实,伊利英和卡林金也表达了大致相同的观点,他们的两种理论——从类型论的立场来看,自然科学由经验论的-现象论的(描述的)理论和理论化的-本质论的(说明的)理论构成——是与我们的两种结构对应的。经验论的-现象论的自然科学理论是定性的现象论的知识体系的集合。在它们之中占统治地位的是经验描述,这些描述用语言术语记载通过测量、观察、事实的分析和选择、形象化的登记、原始的分类和系统化、各种类型的实验等等在客体研究的经验水平上得到的资料,以及作为实验资料的归纳概括得到的经验定律、相关和规则性。说明理论是逻辑地组织起来的知识体系的集合。在这里占优势的是通过概念上的重构、诠释、理想化、心理(概念)实验、抽象模型化等在客体研究的理论水平上得到的资料之理论说明,理论化的本质论的自然科学知识之大量的组分(命题)是从根本的命题-公设和公理中演绎出来的精密的定量的详细结果。 周昌忠教授还从自然界、认识主体、科学知识三者结构的同一性看待这个问题 ,其视角是颇为独特的。
在前科学和科学的幼年时期,或者在一门科学的初创阶段,其理论形态往往呈经验归纳结构。这种结构的科学理论主要由事实和定律两种要素构成。它满足于经验事实的收集、整理、分类和抽象。仅有的科学定律基本上直接从经验事实归纳概括而来,其涵盖性和普适性不是很大。各个定律或各类定律往往的孤立的,它们之间没有有机的联系,比如开普勒行星运动三定律、伽利略的自由落体定律、惠更斯的单摆定律、液体表面张力定律、潮汐定律等都是各自为政、各司其职的,彼此之间没有结合物。经验归纳结构的理论是用经验归纳法建构起来的。皮尔逊正确地描绘了经验归纳法这种科学方法的特征:(1)仔细而精确地分类事实,观察它们的相关和顺序;(2)借助创造性的想象发现科学定律;(3)自我批判和对所有正常构造的心智来说是同等有效的最后检验。
一般而言,假设演绎结构是科学发展到成熟时期的产物,即科学理论开始步入公理化、形式化、系统化的的形态。假设演绎结构的理论虽然在数学中相当早慧(例如欧几里得几何学),但是在经验科学中却是近代科学革命之后才陆续出现的,而且大都出现在比较成熟的力学和物理学中。关于这种结构的理论,马根瑙做了这样的勾勒:在顶端一极,我们遇到所谓的原始经验(protocol experences),即感觉材料、观察,它们无凝聚力,本身没有秩序,需要用在原始领域没有直接给出的辅助概念(supplementory concepts)来“说明”或理论化。说明包含着概念化的程序,处于原始经验之下的一级结构。在底部,每一门科学都显示出十分普遍的命题,它们被称为公理或公设。无论给定科学在给定时刻的公理是什么,它们都通过演绎的形式分析导出高一级的即较少普遍的命题,通常称它们为定律或定理。由定律或定理还可以推出比较特殊的推论。这些推论借助对应规则(rules of correspondence)与经验资料联系,以决定其去留。 爱因斯坦给予假设演绎的理论结构以十分简明的描绘:其构成有三要素,即公理体系、导出命题、直接经验(感觉)的各种体现;由公理体系通过逻辑演绎或数学推导可以导出一系列经验命题和经验定律,并交付实验检验;从直接经验到公理体系没有逻辑的通道,只能依靠直觉的领悟。
爱因斯坦的上述描绘已经包含了建构假设演绎结构的理论的假设演绎法,他将其发展为“探索性的演绎法”。这种方法的最大特色是,作为理论基础的逻辑前提即基本概念和基本假设既不是不证自明的,也不是从经验事实中归纳出来的,而是在经验事实的引导下,通过“思维的自由创造”或“理智的自由发明”得到的。 实际上,爱因斯坦是直接受到彭加勒约定论思想——科学中的基本假设是在经验启示下自由的约定——的影响而总结出探索性的演绎法的 。他言简意赅地阐述了这种方法的精髓:
物理学构成一种处在不断进化过程中的思想的逻辑体系。它的基础可以说是不能用归纳法从经验中提取出来的。而只能靠自由发明来得到。这种体系的根据(真理内容)在于导出的命题可由感觉经验来证实,而感觉经验对这基础的关系,只能直觉地去领悟。进化是循着不断增加逻辑基础简单性的方向前进的。为了要进一步接近这个目标,我们必须听从这样的事实:逻辑基础愈来愈远离经验事实,而且我们从根本基础通向那些同感觉经验相联系的导出命题的思想路线,也不断地变得愈来愈艰难、愈来愈漫长了。
如果说爱因斯坦已经勾勒出形成假设演绎结构理论的蓝图的话,那么迪昂则以物理学理论为例,详细地陈述了建构它的四个相继操作的特征,其中前两个操作是构筑理论的公理即基本概念和基本假设的操作。(1)我们选择自认为简单的性质描述我们所要描述的物理性质,其他性质可视为这些简单性质的组合。我们通过合适的测量方法使它们与数学符号、数和量的某个群对应。这些数学符号与它们描述的性质没有固有本性的联系,它们与后者仅具有记号与所标示的事物的关系。通过测量方法,我们能够使物理性质的每一个状态对应于表示符号的值,反之亦然。(2)我们选择少量的原理或假设,作为将要建立的理论的基础或演绎的逻辑前提。它们仅仅是根据方便的需要和逻辑上的一致,把不同种类的符号和数量联系起来的命题,它们并不以任何方式宣称陈述了物体真实性质之间的真实关系。(3)根据数学分析法则把原理或假设结合在一起。理论家计算所依据的数量并非是物理实在,他们所使用的原理也并未陈述这些实在之间的真实关系。对他们的要求是:他们的符号系统是可靠的,他们的计算是准确的。(4)这样从假设推出的各种推论,可以翻译为同样多的与物体的物理性质有关的判断。对于定义和测量这些物理性质来说是合适的方法,就像容许人们进行这种翻译的词汇表和图例一样。把这些判断与理论打算描述的实验定律加以比较。如果它们与这些定律在相应于所使用的测量程序的近似程度上一致,那么理论便达到了它的目标,就说它是好理论;如果不一致,它就是坏理论,就必须修正或拒斥它。简而言之,建构物理学理论的四个基本操作是:物理量的定义和测量;选择假设;理论的数学展开;理论与实验的比较。
假设演绎结构的理论取代经验归纳构的理论,可以说是科学发展的必然结果。爱因斯坦对此有深刻的洞察:“科学一旦从它的原始阶段脱胎出来以后,仅仅靠着排列的过程已不能使理论获得进展。由经验材料作为引导。研究者宁愿提出一种思想体系,它一般地是在逻辑上从少数几个所谓公理的基本假定建立起来的。”他以相对论作为范例,说明了理论科学在现代发展的基本特征:
初始假设变得愈来愈抽象,离经验愈来愈远。另一方面,它更接近一切科学的伟大目标,即要从尽可能少的假设或者公理出发,通过逻辑的演绎,概括尽可能多的事实。同时,从公理引向经验事实或者可证实的结论的思路也就愈来愈长,愈来愈微妙。理论科学家在他探索理论时,就不得不愈来愈听从纯粹数学的、形式的考虑,因为实验家的物理经验不能把他提高到最抽象的领域中去。适用于科学幼年时代的以归纳为主的方法,正在让位给探索性的演绎法。
爱因斯坦关于科学理论结构转变的大势在当代得到了回应。伊利英和卡林金指出,在经典科学中,有意义和概念的明晰性在数学结构的充分理解之先,阐明理论的普适模式是对可以得到的经验材料的抽象和直接概括。对理论活动来说,中心的存在问题也用相同的朴素实在论的钥匙解决。直接的明显性被认为是存在的决定性条件:只有在直接的可理解的感知中给出的东西才存在。在现代科学中,阐明理论客体的工具是数学,在理论和实在之间起中介作用的辅助模式的份额增加了,概念的明晰不再在数学结构的感知之先,科学发现它更难以把握数学结构的内容,因为客体是在数学化的路线上被引入的。这是科学的概念基础的有效精制的需要和知识的组织形式尽可能完善的欲求所必须的。数学化的过程直接开辟了用高度抽象的结构操作的可能性,这照例在直觉和直接观察中没有原型。由此开始,数学假设、假设演绎法、理论构造的原理方法在自然科学中广泛应用,相对论是出色的例子。数学化的最根本的认识论结果是科学抽象达到较高水平,在客体的感知中失去直觉的明晰性。
通过对科学理论的要素和结构的一般性考察,我们不难看出,借助归纳法建立的经验归纳结构的理论是科学理论的初级阶段,比较简单明了,无须耗费笔墨讨论。但是,真正的科学理论毕竟不是经验定律的杂烩,也不是零散事实的编目,而是一个具有严整结构和有机联系的系统。也就是说,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)、导出命题和科学定律、科学事实(感觉经验和观察资料的科学陈述)三大块组成的严密的逻辑体系。

参考文献
迪昂著:《物理学理论的目的和结构》,李醒民译,华夏出版社,1999年版,第324、121、7~10、35~36、42页。
内格尔著:《科学的结构》,徐向东译,上海译文出版社,2002年版,第29~30页。
从萨蒙(W. C. Salmon)和法因(A. Fine)的说法中,我们也许可以深入理解内格尔的这些见解。按照范弗拉森的观点,科学说明是对为什么疑问(why-queation)的回答。但是,萨蒙争辩说:“并非所有的为什么疑问都要求科学说明,并非所有的科学说明都要通过提出为什么疑问而做出。而且,仅仅使事件符合规则的图式(patterns)来说明还是不充分的,这样的经验类型的结构没有说明能力,缺乏因果关系是冒犯。然而,因果性并非没有问题,尤其是涉及量子力学现象时。” 参见N. Sanitt, Science as a Questioning Process, Bristol and Philadelphia: Institute of Physics Publishing, 1996, pp. 153~154. 法因认为,不能设想量子力学提供了理解。因为“它是黑箱理论中最黑的,是惊人的预言者,但却是不够格的说明者。”海森伯在某种程度上走不同的路线,我们必须用他的所谓“毕达哥拉斯的”战略,代替力图借助基础的结构因果地说明的古老的“德谟克利特的”战略。取代假设实体在大小上永远更小,我们寻找数学对称,而把所有的物理类比撇在一边。夸克模型最近的成功能够被认为是不利于海森伯的提议,由于夸克能被视为物理结构,尽管具有巨大的非直觉种类的性质。但是,随着研究的继续,难道海森伯不可能原来是正确的吗?参见E. McMullin, The Shaping of Scientific Rationality: Construction and Constain; E. McMullin ed., Construction and Constraint, The Shaping of Scientific Rationality, Indiana: University of Notre Dame Press, 1988, pp. 1~47.
内格尔著:《科学的结构》,第17~31页。
亨佩尔著:《自然科学的哲学》,上海科学技术出版社,1986年版,第53~55、56~78、81~83页。
拜纳姆等合编:《科学史词典》,宋子良等译,湖北科学技术出版社,1988年版,第226~230页。
例如,从牛顿时代直到19世纪末,力学模型,包括通过空间在相互作用力的影响下运动的小物体,被认为是物理学中的说明的理想形式。在19世纪后期,麦克斯韦使用力学模型帮助他发现了描述电磁现象的方程。同时代的其他科学家,例如开耳芬勋爵发现了更令人信服的模型来推导方程。令人啼笑皆非的是,麦克斯韦的后继者发现,他们能够通过保持该方程并抛弃力学模型做得更好。这些物理学家当中的一些人借助电磁场说明所有现象,以取代力学模型。这一努力从来也没有完全成功,在20世纪初这以电磁世界图像而闻名。更激进的转变发生在1920年代,是伴随量子力学出现的。此时,物理现象独立于它们如何被观察而发生的假定受到怀疑。早期物理学研究的这一假定被下述描述代替了:被看做是发生的东西关键得依赖于人们用来观察它的手段。此外,随着量子力学的进展,精确预言未来的可能性的信念一般地消失了。参见G. Feinberg, Solid Clues, New York: Simon and Schuster, 1985, p. 244.
帕斯莫尔写道,不可知论者和实证论者在一个决定性之点是一致的:寻找原因和隐秘的运动不是科学的任务或任何其他学科的任务。科学家能够做的最多的东西是,以方便的形式概述在他的实验室拥有的经验。他还说,反科学者——或科学家本身在他们的超科学的沉思中——往往如此深深地不满意科学说明。这样的说明没有坦白地回答它们想回答的问题:任何事物究竟为什么存在?我的存在要达到什么意图?我接受我的道德原则的终极辩护是什么?对我来说那为什么发生?或者,至少它们没有以满足处在问题背后的含义回答它们。帕斯莫尔在答复中坚决主张,就反科学依赖于科学根本没有说明、科学没有发现“原因和隐秘的运动”的观点而言,它也依赖于极其狭隘的科学概念或不可能要求的说明概念;就它依赖于科学没有回答实际上极其重要的对说明要求的的观点而言,它谴责科学没有做由于案例的真正本性不能去做的东西。参见J. Passmore, Science and Its Critics, Duckworth: Rutgers University Press, 1978, pp. 6, 23~24.
李醒民著:《迪昂》,台北三民书局东大图书公司,1996年版,第129~141页。
E. Mach, Popular Scientific Lectures, Open Court Publishing Company, U.S.A., 1986, pp. 236~258. E. Mach, Principles of the Heat, Historically and Critically Elucidated, D. Reidel Publishing Company, 1986, pp. 363~370.
温伯格著:科学能够说明一切吗?文亚译,《科学文化评论》,第3卷(2006),第5期,第52~62页。
坎贝尔说:“一个理论是一个相互联系的命题,这些命题分为两类。一类是关于为该理论所特有的那些观念的陈述;另一类是关于这些观念与具有不同性质的某些其他观念间关系的陈述。第一类合起来叫做理论的‘假设’,第二类则是理论的‘词典’。”参见卡尔纳普等著:《科学哲学和科学方法论》,江天骥主编,华夏出版社,1990年版,第26页。
周昌忠:逻辑实证主义的科学观,北京:《自然辩证法通讯》,第5卷(1983),第5期,第16~23页。
内格尔著:《科学的结构》,第107页。
程星:科学理论的结构:它的概念、内容及意义,北京:《自然辩证法通讯》,第10卷(1988),第2期,第10~15页。
M. Callon, Four Models for the Dynamics of Science. A. I. Tauber ed., Science and the Quest for Reality, Macmillan Press Ltd., 1997, p. 249~292.
任鸿隽著:《科学救国之梦——任鸿隽文存》,樊洪业、张久村编,上海科技教育出版社,上海科学技术出版社,2002年版,第334~335页。
V. Ilyin and A. Kalinkin, The Nature of Science, An Epistemological Analysis, Moscow: Progress Publishers, 1988, p. 107.
例如,科梅萨罗夫揭示:科学一般地显示出客体结构和意义结构,二者肯定并非没有联系,但决不是等价的。此外,我们在这些结构内鉴别出若干科学的独有特点,其中包括所提出的客体的集合、决定给定的理论命题或经验命题是否充分形成所使用的标准、真理概念是否被特定的理论采纳。参见P. A. Komesaroff, Objectivity, Science and Society, Interpreting Nature and Society in the Age the Crisis of Science, London and New York: Routledge & Kegan, 1986, p. 374.
V. Ilyin and A. Kalinkin, The Nature of Science, An Epistemological Analysis, pp. 108~113.
这两位作者说:“理论被修正和被抛弃,而事实依然如故地保持下去”,这显示出“在理论相互更替中的事实的稳定性”。实际上,显示出“稳定性”的是事实之间的关系,而不是事实本身。旧事实在理论的更替中已经按照新范式加以诠释,被纳入新的概念框架理解——事实本身已经得以更新。例如,牛顿力学中的同时性事件在狭义相对论中不一定是同时的;牛顿力学中的受力运动在广义相对论中是自由运动。再者,“约定论”并不就是“相对主义”,起码彭加勒的约定论并非相对主义。至于“理论的内容可以用同样好的不同方式来表达”,这种情况倒是存在的,可是用不同的方式表达同样的理论内容时,其理论的“质”往往有高下之分,那些在逻辑上具有简单性的理论是更佳的理论,因为它能更深入地把握实在。
V. IIyin and A. Kalinkin, The Nature of Science, An Epistemological Analysis, pp. 103~104.
他说:从客观世界和认识主体的关系来说,自然界作为系统是由现象和本质构成的,科学认识主体正是从这个结构去把握对象,由此来建立科学知识系统。因此,作为对自然界的现象-本质结构的反映,认识主体具有感性-理性的结构,而科学知识系统则具有经验知识-理论知识的结构。参见周昌忠:试论科学知识系统的逻辑结构,北京:《自然辩证法通讯》,第9卷(1987),第1期,第1~7页。
皮尔逊著:《科学的规范》,李醒民译,华夏出版社,1999年1月第1版,第37页。
H. Margenau, Ethics and Science; The Search for Absolute Values: Harmony Among the Science, Volume II, Proceedings of the Fifth International on the Unity of the Sciences, New York: The International Culture Foundation Press, 1977.
爱因斯坦:《爱因斯坦文集》第一卷,许良英等编译,北京:商务印书馆,1976年第1版,第541~542页。
李醒民:论爱因斯坦的探索性的演绎法,《自然科学发现经验的探索》,福建人民出版社,1988年版,第215~233页。
李醒民著:《彭加勒》,台北三民书局东大图书公司,1993年第1版,第256~260页。
爱因斯坦:《爱因斯坦文集》第一卷,第372页。
迪昂著:《物理学理论的目的和结构》,第22~23页。
爱因斯坦:《爱因斯坦文集》第一卷,第115、262页。
V. Ilyin and A. Kalinkin, The Nature of Science, An Epistemological Analysis, pp. 80~81.

 



哲学网编辑部 未经授权禁止复制或建立镜像
地址:上海市虹梅南路5800号2座416室 邮编:200241
ICP证号:晋ICP备 05006844号