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载《文景》2007年1期,题为“飘落的纸币与科学的边界”


一张随风飘落的纸币划出了科学的边界?
——领略卡特赖特的科学哲学

钮卫星

 

  如果你在维也纳圣斯蒂芬广场迎风向上抛出一张千元大钞,它最终会落在何处?当然这只是一个思想实验,它的提出者是维也纳学派创始人之一奥托·诺伊拉特(Otto Neurath)。诺伊拉特想用这个实验证明物理学家有时候是很糟糕的预言家。假如你在圣斯蒂芬广场的地砖上画满整齐的小方格,没有一位物理学家能确切告诉你从上空飘落的纸币会掉在哪一个格子里。
  英国科学哲学家南希·卡特赖特(Nancy Cartwright)非常喜欢这个扔纸币的实验,在她的《斑杂的世界:科学边界的研究》(The Dappled World, A Study of the Boundaries of Science)一书中,她隆重地援引了它,并以此为突破口,向取得过巨大成功的貌似庄严完美的数理科学发起攻击。她最终要证明我们这个世界是十分斑杂的,描述我们这个世界的物理定律是七拼八凑的,不存在一条或几条优美的最终定律。


1、卡特赖特的三个论点

  对那张正在飘落的纸币,卡特赖特说把它交给流体力学专家吧,看看他们能说些什么?专家们马上会抱怨说:这个问题限定得不好!纸币是折叠的还是平展的?是中间对折还是别的折法?它是新的还是揉皱的?奥地利千元大钞的长和宽各是多少?当这一切都限定好之后,专家们还要问做实验的时候天气是晴是阴?风力多大?什么风向?气温几许?湿度如何?等等等等。想把所有的边界条件都考虑进去,来建立一个流体力学模型,去解算我们这张尊贵的纸币会以什么样的轨迹飘落,即便是牛顿重生,拉格朗日再世,也会是束手无策的。事实上,无论是实践上还是理论上,这个问题都不会有一个完美的解答。
  伽利略斜面上滑落的小球,牛顿妈妈家果园里苹果树上掉下的苹果,它们的行为都能按照落体定律作出十分精确的预言,但对圣斯蒂芬广场上飘舞的纸币,物理学家却不能。所以卡特赖特据此推出全书的第一个重要论点:定律只在能使它有效的地方有效。用卡特赖特自己的话来说就是:“物理学定律只适用于它的模型适合的地方”(p.5),或者“理论在它们成功之处是成功的”(p.35)。
  这看上去是一句正确的废话,似乎没有意义。但是在卡特赖特的科学哲学语境里,它是有深刻含义的。卡特赖特在这里要强调的是,那些能使定律有效的实验装置,是经过精心安排的。譬如伽利略做落体实验的斜面便反映了伽利略的高超实验技巧。卡特赖特认为一旦走出实验室,离开那些精心设置的实验装置,定律就失效。而我们之所以能重复得到某些实验结果,那是因为我们精确地重复设置了那些实验装置。实验结果的重复出现依赖于产生这个结果的原因或条件的重复实现。我们制造相同的情况,所以得到相同的结果。
  因此,定律只是在“其他情况均同”(ceteris paribus)的条件下才成立。这是卡特赖特在书中推出的第二个重要论点。至于定律是什么,一些科学家和哲学家把它看做是上帝创造这个世界所遵循的规则,如开普勒等;或者用莱布尼兹的话来说是一种“先定的和谐”,爱因斯坦也常借用这个说法。总之定律有点类似于在柏拉图的超感世界里存在的绝对的东西,等待人们用感官去感知。但是卡特赖特自称是一个经验论者,她说“除了成功的实践,我不知道还有什么原则的指引”(p.3),所以她对定律作了一个实践和操作层面上的定义:“‘定律’指的是对规则性发生的事件的描述”(p.5)。
  然而如何解释一些事件能够稳定地规律性地发生呢?为此卡特赖特提出了律则机器的概念。“律则机器是什么?它是组分或要素的(充分)固定安排,有着(充分)稳定的能力,该能力在适当的(充分)稳定的环境中,将通过重复运作来产生我们用科学定律表达的规则行为的种类。”(p.59)卡特赖特认为自然事物都拥有一种“能力”(capacity),这是事物非常基本的属性。具有“能力”的系统组分,譬如太阳系内的太阳和行星,在非常特定的幸运情况下反复运作,譬如行星和太阳具有相互吸引这种能力而使得行星周而复始地绕太阳转动,产生了我们叫做科学定律的东西,例如万有引力定律。
  所以在卡特赖特看来,定律不是最基本的东西,它们是系统的某种中间输出物,更为基本的是事物的“能力”。那么“能力”又是什么呢?为了解释这一点,卡特赖特令人惊讶地回归到了亚里斯多德的“本性”。她说,“我至今仍然认为,最接近适合我们需要的最好观点是亚里斯多德关于本性的主张。”(p.83)在此基础上她提出了本书的第三个重要论点:“我们最广泛的科学知识不是‘定律的知识’,而是‘事物本性的知识’。”(p.5)


2、反对基础论

  一段时间以来,西方科学哲学界先是掀起一股反对还原论、反对“物理帝国主义”的风潮,最近又流行反对基础论(fundamentalism)。卡特赖特就是反对基础论的重要领头人。所以卡特赖特在《斑杂的世界》中提出上述的三个论点,不只是简单地为了展示自己的科学哲学主张,而是有其明确目标的,那就是贯彻她的反基础论主张。
  所谓基础论就是这样一种主张,即认为世界由数量很少的几条甚至是一条最基本的自然规律控制着,对这样的基本规律的寻找应该被特别优先地考虑。卡特赖特说:“这种基础论教条,正是我们必须反对的。”(p.27)
  卡特赖特的反驳采取釜底抽薪的办法,她要证明自然不存在这样的基本规律,上文三个论点的提出就是为这一论证服务的。在论述中卡特赖特似乎并不区分基础论与还原论――这两者显然有密切的关系,但也有人论辩说基础论者不必是一个强还原论者。她把还原论分成两类,一类叫做“向下还原论”,另一类叫做“横向还原论”。她“不仅想挑战向下还原的可能性,而且想挑战横向还原的可能性。”(p.28)
  所谓“向下还原论”就是一般意义上人们理解的还原论,即认为各门科学的定律可以依次还原为更为基本的定律,譬如生物学还原为化学,化学还原为物理学,物理学最终还原为一条“万有理论”――“基本粒子的标准模型”、“M理论”等就是为达到这个目标做出的努力。对此,卡特赖特比较轻松地说这种“还原论已经过时”(p.27),生物学家们在明确地反对这种还原论,“突现论”(emergentism)在成为时髦。
  确实,一些科学家如霍金这样的名人也公开放弃了对“万有理论”的追求,向下还原论似乎不值一驳了。所以卡特赖特的反驳重点是横向还原论。她问:“在实验室高度设计的环境中或是现代技术装置庇护的系统中为真的物理学定律,是否适用其他系统,甚至种类非常相同但是控制设定更少的不同系统?”(p.28)她的答案是否定的。正是在这里她援引了诺伊拉特的纸币实验。在实验室人为制造的真空中,纸币下落的行为完全可以由落体定律精确预言。但是同样的落体定律,其适用性无法从实验室横向还原到圣斯蒂芬广场上去。
  按照卡特赖特的第二个论点,定律都是“其他条件均同”地成立的。而这种“其他情况均同”条件只有在实验室里通过精心安排才能够做到,在实验室围墙之外是做不到的,所以横向还原在现实世界中是实现不了的。这实验室的围墙在卡特赖特看来就是科学自然的边界。
  卡特赖特还从一个经验主义者的立场出发,极力贬低定律对于现实世界的重要性。她说:“作为一个经验论者,我认为定律与它们被认为适用的世界有相当的距离。”(p.26)她认为定律与现实世界之间的联系应当通过建立模型来取得,而一旦建立起这样的模型,定律就处在次要地位了。她说:“物理学中的理论通常不反映世界上发生什么;只有模型以这一方式反映,而且这样的模型并不已然是任何理论的一部分。”(p.208)“要得到(世界上在)发生什么的真实模型,我们必须超越理论。”(p.209)
  卡特赖特就这样通过模型来贬低定律,认为去寻找一条统一的基本的控制一切的自然规律是对真实的世界而言是没有意义的。从卡特赖特的字里行间我们可以看出,她显然不是在纯哲学层面上为反对基础论而反对基础论。卡特赖特反对基础论有其明确的目的。她呼吁全社会都来支持会使人们生活得更幸福的科学,而不要去关注、拔高、资助那些比如要建造越来越昂贵的粒子加速器来展开研究的基础物理学,而基础物理学家正是还原论者和基础论者最为集中的群体。她也呼吁不要把经费集中到控制乳腺癌的基因――典型的还原论产物――研究项目上去而忽略其他有经验支持的项目。卡特赖特的科学哲学从这样一个为广大公众谋求幸福生活的现实目标出发,在政策层面上有时确实会产生它的影响。


3、亚里斯多德复活?

  定律既然不是第一位的,那么我们关于这个世界的最终知识不应该是那些可以用数学公式表达出来的定律,而应该是关于事物“本性”的知识。为了阐释本性这个概念,卡特赖特坚定地向亚里斯多德靠拢了。这有点出人意料,但也在情理之中,似乎还符合历史发展的逻辑。
  我们知道说过“我爱我师,但我更爱真理”的亚里斯多德创造了与他的老师柏拉图很不同的哲学体系。简单来说柏拉图哲学重视的是超感世界里的理念,可感世界的事物不过是理念的模糊反映;柏拉图重视精神层面的东西,轻视经验,强调数学训练是哲学的入门。亚里斯多德在对经验的重视方面则远远超过柏拉图,他认为感性事物自身就是自然科学应该研究的实在。关于这些实在的真知只能从感性知觉中获得:存在于思想中的东西,无一不首先存在于感性之中。
  在罗马帝国崩溃之后,欧洲进入一段黑暗时期,基督教在那里慢慢扎根成长。公元五世纪前后圣奥古斯丁把柏拉图主义融进了基督教,此后柏拉图主义成了基督教神学的哲学基础。到十三世纪初亚里斯多德被欧洲人重新认识,花了将近一个世纪的时间亚里斯多德主义终于取代了基督教神学中的柏拉图主义。然而到文艺复兴之后的科学革命时期,历史的天平又倒向另一侧,哥白尼、开普勒等人身上带着强烈柏拉图色彩的自然观,伽利略更以此来反对亚里斯多德的自然观。
  科学革命之后建立起来的现代科学,一直努力地实践着把通过感官得来的不精确的经验与理性概念图象区别开来这一柏拉图主义的主张,并结合近代兴起的机械论、还原论的认识方法,在对自然的“拷问”中获知了越来越多、越来越深刻的知识。然而这一进程在二十、二十一世纪之交受到了置疑。在卡特赖特笔下,用数学表达出来的定律要让位于亚里斯多德式的本性了。
  卡特赖特直言不讳地说:“假如我们采纳亚里斯多德的范畴,将会得到好得多的对科学知识的描述。”(p.90)卡特赖特之所以支持起这样一种古老的范畴来,是因为她认为:“亚里斯多德关于本性的概念,比起定律、规则性与显现属性等概念,更适合描述我们在现代科学中所拥有的那种知识:给我们提供理解以及力量来改变我们周围的规则性,产生我们想要的定律。”(p.90)她强调:“我们不能用自然律来代替本性。因为我们的基础知识――关于能力的知识――典型地是关于本性及其产物的。”(p.93)
  亚里斯多德式本性早在近代科学革命时期就已经被批评得“体无完肤”了,因为一方面它在亚里斯多德对世界的说明中处于核心地位,另一方面它却在“本质上是不可知的”(p.92)。可惜的是卡特赖特似乎也没有准备在书中把这个“本性”说的更清楚一点。她只是强调她想复活的亚里斯多德式本性,与亚里斯多德自己对这个概念的理解不完全一样。但无论如何,她“还是坚持认为,运用亚里斯多德本性对于现代的说明方案是核心的。”(p.94)


4、“时髦的扯淡”还是科学哲学的新趣向?

  卡特赖特是英国伦敦经济政治科学学院和美国加州大学圣迭戈分校的哲学教授,英国科学院院士。她被认为是当今学术界重要的、有影响力科学哲学家之一。除了《斑杂的世界》之外,还著有《物理学定律如何说谎》、《自然的能力及其测量》,合著有《奥托·诺伊拉特――在科学与政治之间》等著作,发表了近100篇学术论文。她把多元论的经验主义和现实主义原则结合起来,发展出一种极具争议性的科学哲学。
  《斑杂的世界》是卡特赖特一系列相关论文的集结,初版于1999年10月。书出版后不久,在英语媒体上有颇为热烈的反响,在英国、美国、加拿大等专业的学术书评刊物上都有对这本书的评价。正像一些读者所熟悉的,在西方的书评刊物上,负面评价是常见的。据笔者了解所知,《斑杂的世界》也获得了相当一部分的负面评价。这些负面评价当然不是针对卡特赖特本人的学术水平,而是针对她在书中所展现的观点。
  2002年12月16日和17日,在德国康斯坦茨大学召开过一个为期两天的研讨会,研讨会的主题就是“卡特赖特的科学哲学”,一共有16位报告人对卡特赖特科学哲学的各个方面做了评述,其中有多篇报告是评价《斑杂的世界》或其中某个方面的,并且也不乏负面评价,卡特赖特本人在会上对这些评价一一作答。
  对于一般读者层面上的评价,我参考了亚马逊网上书店的读者评论,发现在四位留下评论的读者中,有一位给予了满分5分的评价,一位打了3分,另两位都只打了1分。可见在一般读者中,对卡特赖特观点的认同情况也是相当两极分化的。其中一位读者称卡特赖特书中所写是一种“时髦的扯淡”。曾经于1996年在《社会文本》上写诈文揭露后现代主义者如何滥用科学的艾伦·索卡尔(Alan Sokal)在1999年合著出版过一本《时髦的扯淡:后现代知识分子对科学的滥用》,看来这位读者把卡特赖特与后现代主义者、社会建构论者归为一类了。而卡特赖特本人在回应一篇书评时明确强调她不是一位社会建构论者,《斑杂的世界》只是一部分析哲学的著作。
  还有读者反映这本书是“难以理解的”,这可能会是相当多的一部分读者包括笔者本人的反应。卡特赖特在书中分析的科学集中在物理学和经济学两个领域,因为一般认为前者是自然科学中最精密的科学,后者是社会科学中最精密的科学,所以卡特赖特以此两者作为科学的代表。因此要读懂这本书,要对物理学的许多理论特别是量子力学和经济学中许多模型有很好的了解才行,这无疑超越了大部分读者的知识结构。
  然而不管怎样,在中国翻译出版这本书,总是值得肯定的好事。上海科技教育出版社把这本书归为“开放人文”丛书中,寓意也是很明显的。读者可以不同意书中的观点,评论是自由的,但我们要以开放的态度去了解国外学界的各种新进展。比如卡特赖特向亚里斯多德的回归,这事发生在二十一世纪之初,还是一种很值得注意的科学哲学新趣向;而卡特赖特摒弃“定律”、回归“本性”的科学哲学主张,背靠着一个为广大公众谋幸福的现实宗旨,这是科学哲学对科学政策的一种新介入,也值得我们深入思考。

 

 

 

20070128加入