《科学究竟是什么》

 

第一章、归纳主义:科学是从经验事实推导出来的知识

 


1、广泛持有的常识科学观

科学知识是已证明了的知识。科学理论是严格地从用观察和实验得来的经验事实中推导出来的。科学是以我们能看到、听到、触到……的东西为基础的。个人的意见或爱好和思辨的想象在科学中没有地位。科学是客观的。科学知识是可靠的知识,因为它是在客观上被证明了的知识。

我认为,以上的论述概括了现代认为科学知识究竟是什么的流行观点。这种观点最初是在“科学革命”期间,并作为其后果变得流行起来的,这个科学革命,主要是在十七世纪发生的,是由伟大的先驱科学家伽利略和牛顿引起的。哲学家弗兰西斯·培根和许多同时代人概括了当时这种科学态度,那时他们坚持认为:如果我们要了解自然界,我们就必须向自然界请教而不是向亚里土多德的著作请教。十七世纪的进步力量终于认识到中世纪的自然哲学家迷恋于古代人,特别是亚里土多德的著作,还有圣经作为科学知识的源泉是错误的。他们为“伟大的实验家”如伽利略的成功所激励,愈来愈把经验当作知识的源泉。从那以后,这个评价不过是被实验科学的辉煌成就加强而已。JJ.戴维斯在他的著作《论科学方法》中写道:“科学是建立在事实上面的建筑物。”[i] HD安东尼对伽利略成就的最新评价是这样的:

引起同传统决裂的与其说是伽利略所作的观察和实验,不如说是他对观察和实验的态度。对他来说,基于观察和实验的事实被当作事实来对待,而与某种先人之见无关……观察的事实可能符合也可能不符合人们承认的宇宙图式,但是,在伽利略看来,重要的事情是接受这些事实,并且建立符合这些事实的理论。[ii]

我将在下面几节概述的朴素归纳主义的科学观,可以被看作是试图把对科学的这种流行看法加以形式化。我把这种科学观叫做归纳主义的,因为它基于归纳推理。对此我将作简短的说明。在后面几章里,我将要论证这种科学观以及和它类似的流行看法都是完全错误的,甚至会危险地把人引入歧途。我希望到那时就会明显地看出,为什么形容词“朴素的”对许多归纳主义者的叙述是合适的。

 

2.朴素归纳主义

照朴素归纳主义者看来,科学始于观察。科学的观察者应该具有正常的未受伤害的感官,应该忠实地记录下他所能看到、听到等等的东西,作为和他正在观察的情况有关的事例,而且他在做这些事时不能带有任何成见。关于世界或世界的某一部分情况的陈述可以被不带成见的观察者使用其感官直接地证明或确立为正确的。这样达到的陈述(我称它们为观察陈述)就形成构成科学知识的定律和理论从中推导出的基础。这里是几个不大激动人心的观察陈述的例子。

在一九七五年一月一日半夜十二点,金星出现于天空中某个位置。

部分浸入水中的那根木棒,看起来是弯的。

史密斯先生打他的妻子。

石蕊试纸浸在液体中变成红色。

这些陈述的正确性,可以通过仔细的观察来证实。任何观察者都可以直接运用他的或她的感官来证实或检验它们的正确性。观察者自己能看得见。

上面引用的这种陈述属于所谓单称陈述类。单称陈述和我们在下面很快就要遇到的第二类陈述不一样,涉及到在特定的地点特定的时间的特定的事件或事态。第一个陈述涉及金星在特定的时间在天空特定位置的一次特定的出现,第二个陈述涉及对一根特定木棒的特定观察,如此等等。这很清楚,所有的观察陈述都会是单称陈述。它们是一个观察者在特定的地点和时间运用他的或她的感官得出的结果。

其次,我们来看几个可以形成科学知识组成部分的简单例子。

天文学:行星以椭圆轨道绕太阳运行。

物理学:当一光线从一种介质进入另一种介质时,它以这样一种方式改变方向:人射角的正弦除以折射角的正弦就是表示这一对介质特性的常数。

心理学:动物一般具有某种发泄攻击性行为的先天需要。

化学:酸使石蕊变红。

这些都是对宇宙某个方面的性质或行为提出的看法的一般性陈述。同单称陈述不一样,它们涉及在所有地点和所有时间的特定种类的所有事件。所有的行星,不论它们位于什么地方,总是以椭圆形轨道绕着太阳运行。不论什么时候发生光的折射,它总是按照上面叙述的折射定律进行的。构成科学知识的定律和理论都作出那种一般性的断言,这种陈述被称为全称陈述

现在可以提出下列问题。如果科学基于经验,那末用什么方法能够从作为观察结果的单称陈述中得出构成科学知识的全称陈述呢?构成我们理论的非常一般性的不受限制的论点,如何能在包含有限数目观察陈述的有限证据基础上被证明为正确呢?

归纳主义者的回答是,如果某些条件被满足,从有限的单称观察陈述中概括出普遍性定律是合理的。例如,可以合理地从涉及石蕊试纸浸在酸中变红的一系列有限观察陈述中概括出普遍性定律“酸使石蕊变红”,或者从一系列受热金属的观察中概括出定律“金属受热膨胀”。归纳主义者认为这些合理的概括必须满足的条件可列举如下:

        1.形成概括基础的观察陈述的数目必定是大。

        2.观察必须在各种各样的条件下予以重复。

        3.没有任何公认的观察陈述和推导出的普遍性定律发生冲突。

条件(l)被认为是必需的,因为只在观察一根金属棒膨胀的基础上作出所有金属受热膨胀的结论显然是不合理的,正如在观察一个酒醉的澳大利亚人的基础上作出所有的澳大利亚人都是酒徒的结论是不合理的一样。要证明这两个概括是正确的,必须有大量独立的观察。归纳主义者坚持认为我们不应该跳跃到结论。

在上述提到的那些例子中,增加观察数目的一个方法可以是,反复地加热一根金属棒或连续地观察一个特定的澳大利亚人夜夜酒醉。显然,用这种方法得到的一系列观察陈述为相应的概括形成一个很不令人满意的基础。这就是为什么条件(2)是必要的。“所有的金属受热时膨胀”,只有在它所根据的膨胀现象的观察涉及各种各样的条件时才是合理的概括。应该加热各种各样的金属,长铁棒、短铁棒、银棒、铜棒等等。应该在高压和低压、高温和低温下加热,如此等等。如果在所有这些情况下,所有受热的金属样品都膨胀,那时,也只有在那时,从所得的一系列观察陈述中概括出普遍性定律才是合理的。而且,很显然,如果观察到一个特定的金属样品受热后不膨胀,那末,这个普遍性概括就未得到证明。条件(3)是必不可少的。

我们业已讨论的这种推论,使我们从有限的单称陈述到达全称陈述,从部分到达全体,被称为归纳推理,而这个过程就称为归纳。我们可以把朴素归纳主义的观点作这样的总结:按照他们的观点,科学基于归纳原理,这个原理可以表述为:

如果大量的A在各种各样的条件下被视察到,而且如果所有这些被观察到的A都无例外地具有B性质,那末,所有A都有B性质。

因此,按照朴素归纳主义观点,科学知识的主体是在由观察所提供的那种可靠的基础上,通过归纳建立起来的,随着由视察和实验确立的事实数目的增加,并且随着由于我们的观察和实验技巧的改进而事实变得更加精确和深入,愈来愈多的范围更广、概括性更强的定律和理论通过精心的归纳推理建立起来。科学的成长是连续的,随着观察资料储备的增加而日益向前和向上。

以上的分析只是对科学的部分论述。因为科学的主要特征无疑是它的解释预见的能力。正是科学知识使天文学家能够预见下一次日蚀将在什么时候发生。或者使物理学家能够解释水的沸点为什么在高海拔的地方比正常情况低。图1用图式概括了归纳主义者对科学的完整想法。图的左边表示科学定律和理论从观察推导出来,这一点我们已经讨论过。右边的意思尚待讨论。在讨论以前,稍微说一下逻辑和演绎推理的特点。

 

 

3.逻辑和演绎推理

科学家一旦掌握了普遍的定律和理论,他就可能从它们推导出各种作为解释和预见的推断来。例如,已知金属受热时膨胀的事实,就可能推导出这样的事实:连续的铁轨之间不间隔少量的空隙,在炎热的太阳下就会变弯。涉及这种推导的推理方法称为演绎推理。演绎不同于前一节讨论的归纳。

对演绎推理的研究构成逻辑学。[iii]这里不准备对逻辑作详细的叙述和评价。不如用一些浅显的例子说明它的一些与我们对科学的分析有关的重要特征。

这里是一个演绎逻辑的例子。

1

1所有哲学书都是令人厌烦的。

2这本书是一本哲学书。

3这本书是令人厌烦的。

在这个论证中,(l)和(2)是前提,(3)是结论。我认为这是不言自明的:如果(1)和(2)是真的,那未(3)必定是真的。一旦已知(1)和(2)是真的,(3)就不可能是假的。因为(1)和(2)是真的而(3)是假的就包含一个矛盾。这是逻辑上正确的演绎的关键特征。如果一个逻辑上正确的演绎的前提是真的.那末,结论就必定是真的。

上面的例子稍加变动就给我们提供一个不正确的演绎的例子,

2

         1.许多哲学书是令人厌烦的。

        2. 这本书是一本哲学书。

        3.这本书是令人厌烦的。

在这个例子里,从(1)和(2)不一定得到(3)。有可能(1)和(2)是真的,而(3)是假的。即使(1)和(2)是真的,这本书仍然可以是少数不令人厌烦的哲学书中的一本。断言(l)和(2)是真的,而(3)是假的并不包含矛盾。上面的论证是不正确的。

读者到现在可能已感到厌烦。这种经验当然和例(l)和(2)中的陈述的(1)和(2)的真实性有关。但这里需要强调一点:单靠逻辑和演绎不能确立在我们的例子里出现的那种事实陈述的真实性。逻辑能在这方面提供的一切是:如果前提是真的,那末,结论定是真的。但是前提是否是真的则不是一个诉诸逻辑所能解决的问题。一个论证可以是一个完全合乎逻辑的演绎,即使它包含一个在事实上是假的前提。这里是一个例子。

3

  1.所有的猫都有五条腿。

  2.巴格斯·帕塞是我的猫。

  3.巴格斯·帕塞有五条腿。

这是一个完全正确的演绎。情况是:如果(1)和(2)是真的,那末,(3)必定是真的。而事实是在这个例子里,(1)和(3)是假的。但是这对作为一个正确演绎这个论证的地位并无影响。因此,单靠演绎逻辑,不能成为有关世界的正确陈述的来源。演绎所涉及的是从其他已知的陈述中推导出陈述。

 

4. 归纳主义科学观中的预见和解释

我们现在处于这样一种地位:用简单的方法就可了解作为预见和解释手段的定律和理论在科学中所起的作用。我再一次用一个浅显例子来开始说明这一点。考虑下面的论证:

        1.相当纯的水在大约摄氏0°时结冰(如果有充分的时间的话)。

        2.  我的汽车散热器中有相当纯的水。

        3.   如果温度降到摄氏0”以下,我的汽车散热器中的水将会结冰(如果有充分的时间的话)。

这里我们有了一个从包含在前提(1)中的科学知识演绎出预见(3)的正确逻辑论证的例子。如果(1)和(2)是真的,(3)必定是真的。然而,(1)、(2)或(3)的真实性并不是由这个或任何其他的演绎所确立的。对一个归纳主义者来说,真理的来源不是逻辑而是经验。按照这个观点,(1)由对水结冰的直接观察所确认。一旦(1)和(2)已被观察和归纳所确立,那末,预见(3)就可以从它们中演绎出来。

比较重要的例子更为复杂些,但是观察、归纳和演绎所起的作用本质上仍然是相同的。作为最后一个例子,我将考虑归纳主义者关于物理学如何能够解释虹的论述。

在这里代替前面例子中的简单前提(l)的是一些支配光的作用的定律,即光的反射和折射定律以及关于折射程度依赖于颜色的断言。这些一般原理是用归纳法从经验中推导出来的。做了大量实验室中的实验使光线从镜面和水面反射,测量光线从空气进入水、从水中进入空气等的人射角和折射角,在各种各样的条件下,用各种颜色的光来重复实验,如此等等,直到证明对光学定律的归纳性概括有理所需要的各种条件被满足为止。

代替前面例子中的前提(2)的也是一系列更为复杂的陈述。这些陈述所包括的断言大意是:太阳相对于地球上的观察者,位于天空中某个特定方位,雨滴从一块相对于观察者位于天空某个特定区域的云落下。象这些描述受调查的一组现象的细节的陈述那样的一组陈述,称为初始条件。实验设置的描述是初始条件的典型例子。

已知光学定律和初始条件,现在就有可能进行演绎,得出观察者可看到的虹的形成的解释。这些演绎不再象我们前面的例子那样不言自明,它们包含着数学的又有文字的论证。论证大体是这样的:如果我们假定一颗雨滴大体上是球形的,那末,一束光通过一颗雨滴的途径大体上可以被描述如图2。如果一束白光在雨滴的a点射人,那末,如果折射定律是正确的,红光将沿着ab通过,而蓝光将沿着  ab’通过。再者,如果支配反射的定律是正确的,那末,ab必定沿着bc反射,而ab’必定沿着b'c’反射。在cc’点的折射又由折射定律所决定,以致虹的观察者就会看到白光的红和蓝的成分被分离(光谱的所有其他色光也是如此)。我们的观察者也可看到任何雨滴的同样的颜色的分离,因为这些雨滴都处在夭空某一区域的这样的位置.使得连接雨滴和太阳的直线与连接雨滴和观察者的直线形成一个夹角D. 于是几何学的研究得出这样的结论:假如雨云足够大,观察者就可看见一个有颜色的弧。

 

2

这里我只是概述了对虹的解释,但是所提供的道理将足以说明有关推理的一般形式。设光学定律是真的(对于朴素归纳主义者来说,这一点能够用归纳法通过观察确立),并且设初始条件已被精确描述,那末,必然得出虹的解释。所有科学的解释和预见的一般形式都可以总结如下:

        1.定律和理论

        2.初始条件

        3.预见和解释

这就是图1右边所描绘的那一步。

一个二十世纪经济学家对科学方法的如下描述和我们已描述的朴素归纳主义科学观很一致,表明这个观点不是我专为批判它这个目的而发明出来的。

“如果我们试想一个具有超人的能力和活动范围的头脑,但是就他的有关思想逻辑过程而言是正常的头脑……是如何运用科学方法,那这个过程将会是这样:第一,所有事实会被观察和记录下来,关于它们的相对重要性,不加选择或先验的猜测。第二,这些被观察和记录的事实,将会得到分析、比较和分类;无需假说或公设,与必然涉及思维逻辑的那些东西不同。第三,关于事实之间的分类关系或因果关系的概括将从事实的分析中归纳出来。第四,进一步的研究将是演绎的也是归纳的,从以前确立的概括中作出推断”。[iv]

 

5、朴素归纳主义的吸引力

朴素归纳主义的科学观有某些表面的优点。它的吸引力似乎在于这样的事实:关于科学的性质、它的解释力和预见力、它的客观性和它比其他知识形式更优越的可靠性,它提供了使某些一般人持有的模糊观念形式化的论述。

我们已经看到朴素归纳主义是如何说明科学的解释力和预见力的。

归纳主义科学的客观性导源于这一事实:观察和归纳推理本身都是客观的。观察陈述可以被任何观察者运用正常的感官来确定。不允许任何个人的主观的因素干扰。正确地得到的观察陈述的正确性并不依赖于观察者的趣味、意见、希望和期望。科学知识借以从观察陈述中推导出的归纳推理也是同样的情况。归纳或者满足规定的条件或者不满足规定的条件。这不是由主观的意见决定的问题。

科学的可靠性是随着归纳主义者对观察和归纳的看法而来的。形成科学基础的观察陈述是确实的和可靠的,因为它们的真实性能够被直接运用感官确定。而且,观察陈述的可靠性将被转移给从它们中推导出的定律和理论,如果正当的归纳所需要的条件得到满足的话。照朴素归纳主义者看来,这一点是由形成科学基础的归纳原理来保证。

我已经提到,我认为朴素归纳主义的科学观是十分错误的,而且会把人引入危险的歧途。在下面两章,我要开始说明原因。不过,我也许应说清楚,我所概述的观点是归纳主义的一个非常极端的形式,许多更为精致的归纳主义者都不会愿意把他们同我说的朴素归纳主义的某些特点联在一起。虽然如此,所有的归纳主义者都主张:在科学理论能被证明为正确的限度内,它们是在经验提供的多少可靠的基础上借归纳法的支持而得到证明的。这本书的以后几章将提供充足的理由来怀疑那种主张。

阅读文献

我所描述的朴素归纳主义过于朴素,以致不能受到哲学家们的同情对待。将归纳推理系统化的经典的、更为精致的尝试之一是JS.穆勒的《逻辑体系》(伦敦1961年,朗曼出版公司)。WC.索尔蒙的《科学推理的基础》(匹茨堡1975年,匹茨堡大学出版社)将更为现代的观点作了一个精辟而简明的一总结。归纳主义哲学家对知识的经验基础及其在感性知觉中的起源关心到何种程度,在AJ·艾耶尔的《经验知识的基础》(伦敦 1955年,麦克米伦出版公司)中是非常明显的。对感性知觉传统观点的一个卓越而简明的描述和讨论是C·W·K·蒙德尔的《知觉:事实和理论》(牛津1971年,牛津大学出版社)。对逻辑实征主义那种特别牌号的归纳主义有兴趣,我建议读两本论文集,A·J·艾耶尔编:《逻辑实证主义》(格伦科1959年,自由出版社)以及PA.施尔普编:《鲁道尔夫·卡尔纳普的哲学》(伊利诺州拉萨尔1963年,欧本.克特出版社)。归纳主义纲领在多大程度上变成为一个高度技术性的纲领在R.卡尔纳普的《概率的逻辑基础》(芝加哥1962年,芝加哥大学出版社)中是很明显的。

 

注释

 


[i] JJ.戴维斯:《论科学方法》(伦敦1968年,朗曼出版公司),第8页。

[ii] HD.安东尼:《科学及其背景》(伦敦1948年,麦克米伦出版公司),第145

[iii] 逻辑学有时被认为包括归纳推理的研究,因此有归纳逻辑和演绎逻辑。本书理解的逻辑学仅是对演绎推理的研究

[iv] 这段引文出自AB.沃尔夫,CG.亨普尔在《自然科学的哲学》(英格尔沃德·克利夫斯1966年,普兰提斯·霍尔出版社)第11页中曾加以引证。重点为原作者所加。

 


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