《科学究竟是什么》

 

第五章、精致的证伪主义,新颖的预见和科学的成长

 


1相对而不是绝对的可证伪程度

前一章提到了一个值得科学家考虑的假说所应该具备的若干条件。一个假说应该是可证伪的,越可证伪就越好,然而应该尚未被证伪。更为精致的证伪主义者认识到,仅仅具备那些条件是不够的。还有一个和科学进步的需要相关的条件。一个假说应该比它所要取代的假说更可证伪。

精致的证伪主义科学观,着重于科学的成长,把注意的焦点从单个理论的价值,转向若干相互竞争的理论的相对价值。它提供的是科学的动态图景,而不是最朴素的证伪主义的静态科学观。在问到一个理论时,不是问:“这是可证伪的吗,”“它有多大的可证伪性?”或是:“它是否已经被证伪”而是更恰当地问:“这个新提出的理论是否可以取代它向之挑战的理论而存在?”一般说来,一个新提出的理论,如果比与之竞争的理论更可证伪,尤其是如果能够预测一种新的不曾为与之竞争的理论接触过的现象,就可以被接受而值得科学家们的考虑。

强调比较理论系列的可证伪性程度,是强调科学是一种不断成长、不断演化的知识体的结果。这样就有可能回避一个技术性问题。因为要确定单个理论有多大的可证伪性是非常困难的。可证伪性的绝对量度之所以不易确定,显然是由于某一理论的潜在的证伪者的数目总是无限的。很难设想对于“牛顿的万有引力定律有多大的可证伪性?”这一问题能够怎样回答。而对若干定律和理论的可证伪程度加以比较却常常是可以做到的。例如,“一切成对物体之间的引力和它们的距离平方成反比”这一论断就比“太阳系各行星之间的引力和它们的距离平方成反比”这一论断更可证伪。后一论断蕴涵在前一论断之内。证伪后者的也就征伪前者,但是反之却不然。在理想的条件下,证伪主义者很希望能够说,构成一门科学历史演变的理论系列,是由可证伪的理论组成,在这种理论系列中的每一个理论都比前一个理论更可证伪。

 

2.越来越增大的可证伪性和特设性修改

科学的理论随着科学的进步,应该越来越可证伪,并因而具有越来越多的内容和提供越来越多的信息。这种要求排除了仅仅是为了使某一理论得以避免被证伪的威胁而进行的理论修改。例如再加上一条假定或对某个现有的假定作一点修改,凡不具有可检验的推断(这些推断已不是未修改理论地可检验推断)者,称之为特设性修改。本节下文将举例说明所谓特设性修改的概念。我将首先讨论证伪主义者会加以拒绝的一些特设性修改,然后再把这些特设性修改同非特设性的因而会受到证伪主义者欢迎的一些修改进行对照。

我从一个相当浅显的例子开始。请考虑这样一个概括:“面包给人以营养。”这个粗浅理论,如果说得更详细些。就等于是说:如果小麦以正常的方式生长,以正常的方式制成面包。再由人们以正常的方式吃下去,那些人就会得到营养。这个显然是无害的理论由于偶然的情况,在法国一个农村却遇到了麻烦:小麦的生长正常,面包的制作正常,但是吃过这种面包的人却大多数得了重病,而且有许多人死亡,“(凡)面包给人以营养”这个理论被证明为伪。这个理论可以经过以下的调整得到修改而避免被证伪:“除了所提到的那个法国农村所焙制的那一批面包以外,(凡)面包给人以营养。”这是一种特设性修改。被修改过的理论不能以任何不同于原来理论的检验方式接受检验。由任何人食用任何面包,是对于原来理论的检验,而对于修改后的理论的检验则只限于食用除了在法国导致灾难性后果的那一批以外的面包。修改后的假说的可证伪性就小于原来的。证伪主义者反对这一类打补丁的做法。

下一个例子不那么可怕而且比较有趣。这个例子的根据是早在十七世纪伽利略和他的亚里土多德学派对手之间实际上发生过的一次争论。伽利略在用他新发明的望远镜仔细观察了月球之后宣告,月球并不是一个光滑的球体,它的表面倒是充满了山岭和凹坑。他的亚里士多德学派对手在反复观察之后不得不承认情况看来确实如此。但是这种观察结果却威胁到了对于许多亚里土多德派具有根本性意义的观念,那就是,一切天体全都是完美的球体。伽利略的对手面临着显然有可能被证伪的威胁,以一种毫不掩饰的特设性方式来捍卫自己的理论。他说,月球上有一种不可见的物质充塞着凹坑,覆盖着山岭,从而使月球获得了完美的球形。当伽利略问到怎样才能测知这种不可见物质的存在时,回答是无法测知。这就无可置疑,修改后的理论不能导致任何新的可检验的后果,因而是证伪主义者所不能接受的。这位被激怒的伽利略以一种独具一格的机智方式揭露了对手立论的虚弱。他宣称,他愿意承认月球上果然存在着一种不可见、不可测知的物质,但是他坚决认为,这种物质的分布并不象他的对手所说的那样,而是高高地堆积在山岭的顶巅,以致这些山岭在事实上要比从望远镜里所看的高出许多倍。伽利略就在发明这种特设性保护理论法的无谓游戏中智胜他的对手。

科学史上还有另一个可能是特设性假说的例子要简略地提一下。在拉瓦锡之前,燃素说曾经是解释燃烧的标准理论。根据那种理论,燃素是在物质燃烧时从那些物质中散发出来的。在发现许多物质燃烧后增加了重量以后,这种理论感受到了威胁。克服明显证伪的一个办法,就是提出燃素具有负量的说法。如果这种假说只能以比较燃烧前后物质重量的方式加以检验,那末,它就是特设性的。它不能导致任何新的检验。

试图克服某种困难而进行的理论修改,并不必然是特设性的。以下就是几个并非特设性的,因而从证伪主义观点看来也是可以接受的修改的实例。

让我们回到“面包给人以营养”这个论断的证伪,看一看它能够用怎样一种可接受的方式来加以修改。一种可接受的做法是用下列的论断来取代原来的被证伪的理论:“除受特种真菌污染的麦子所制成的面包以外,凡面包都能给人以营养”(再附上对于那种真菌及其特性的详细说明)。这种修改后的理论不是特设性的,因为它导致新的检验。用波普尔的话来说,它是能够加以“独立检验”的。【1】可能的检验将包括:对用以制成有毒面包的小麦进行检验,以确定是否有那种真菌,在一些专门准备的小麦上培养那种真菌,并检验由这种小麦制成的面包的营养效果,对那种真菌进行化学分析以检查是否存在已知毒素,等等。所有这些检验(其中有许多并不构成对于原有假说的检验)都可能导致修改后的假说之被证伪。如果修改后的、更可证伪的假说经受了新的检验而未被证伪,那末,人们就可以获得某种新的知识,就可以作出进步。

现在要从科学史上找一个并非虚构的实例,我们不妨考虑一下导致海王星发现的一系列事件。十九世纪对于天王星运动的观察结果表明,它的轨道大大地偏离了根据牛顿的引力理论所预测的轨道,从而给引力理论提出了一个问题。

法国的勒弗里埃和英国的亚当斯试图克服这个困难,提出在天王星的附近有一颗先前未被发现的行星。这颗推测中的行星和天王星之间的引力是导致后者偏离起初预测的轨道的原因。这种设想就不是特设性的,后来的发展证明了这一点。要估计这颗推测中的行星的大致位置是可能的,只要它具有适当的体积,而且是造成天王星轨道摄动的原因。一旦做到了这一点,就可以通过望远镜对适当的天域进行观测以对这种新的设想加以检验。正是以这种方式,盖勒终于第一个看到了现在已知为海王星的这颗行星。为了确保牛顿的理论不致被天王星轨道的偏离证伪所采取的行动,远不是特设性的,它导致了对于这一理论的新的检验,而这一理论以戏剧性的循序前进的方式,通过了这种检验。

 

3.证伪主义科学观的确证

在前一章把证伪主义作为归纳主义的代替办法加以介绍时,证伪,也就是理论由于经不起观察和实验的检验而遭到失败,曾被描绘成具有关键的重要性。已经论证在逻辑上容许根据可取得的观察陈述,确立理论的伪而不是它的真。也有人主张,科学应该是由于提出大胆的、高度可证伪的、试图解决某些问题的猜测并继之以谋求证明那些新的设想为伪的无情的努力而获得进步的。与此同时也有人认为,当那些大胆的推测被证伪时,科学就获得有意义的进展。以证伪主义者自居的波普尔在本书40页上所引的段落中说过同样的话,那一段的着重点是他自己加的。但是把注意力完全集中于证伪的实例却等于是在歪曲更精致的证伪主义者的立场。前一节最后举出的一例,就已经明确地包含着这一点。以一个可独立检验的推测性假说捍卫牛顿理论的尝试之所以成功,是因为这一假说终于被海王星的发现所确证,而不是因为它而被证伪。

把具有高度可证伪的大胆的推测之被证伪看成是科学获得有意义进展的时刻是错误的。【2】当我们考虑到各种极端的可能性时,这一点就变得十分清楚。在一个极端,我们可以看到形似大胆冒险推测的理论,而在另一个极端,我们也看到谨慎的推测,提出的论断似乎并不涉及任何重大风险。任何一种推测只要经不起观察或实验的检验,就被证伪,而只要能够通过这样的检验,我们就会说,它已经被确证。【3】标志着重大进步的将是大胆的推测之确证,或是谨慎的推测之证伪。属于前一类的事例能提供信息,并将成为对于科学知识的重要贡献,就是因为它标志着前所未闻的或是曾被认为不可能的事物的发现。海王星和无线电波的发现以及爱丁顿对于爱因斯坦认为光线在强引力场中将会弯曲这一冒险预见的确证,都构成了这一类的重大进展。冒风险的预见得到了确证。谨慎的推测被证伪之所以能提供信息,是因为这类事例确定,被认为毫无问题是真的推测,事实上却是假的。罗素之论证根据一些看来几乎是不证自明的命题的朴素的集合理论是自相矛盾的,就是一种显然谈不上有什么风险的推测被证伪而提供信息的实例。与此形成对照的是,某种大胆的推测被征伪或是某种谨慎的推测被确证却不能提供多少新的知识。如果某种大胆的推测被证伪,由此而能得到的全部知识只是又一个疯狂的念头被证明是错误的而已。开普勒关于行星轨道间的间隔可以参照柏拉图的五种均匀的固体加以解释的推测之被证伪,并不是标志物理学进步的重要里程碑。同样,谨慎的假说之被确证,也不提供信息。这样的确证所表示的只是,某种立论周密而且是公认为不成问题的理论得到了又一次成功的应用。例如,用某种新的方法从铁矿石中提炼出来的铁在加热时也象别的铁一样膨胀这样一种推测之得到确证,就没有多大的重要性。

证伪主义者希望摈弃特设性假说而鼓励提出有可能改进被证伪理论的大胆假说。那些大胆的假说将导致原来被证伪的理论所不能产生的新颖的可检验的预见。然而,尽管导致有可能进行一些新的检验这一事实使得一种假说值得进行研究,但是,只有在它经受住了至少是其中一些检验之后,这种假说才能被认为对它所要取代的成问题的理论的改进。这就等于是说,一种新提出的大胆假说在能够被认为宜于代替已证伪理论必须要能作出某种新颖的预见并得到确证。许多轻率而鲁莽的推测都经受不住嗣后的检验,因而不能被认为对科学知识的成长作出了贡献。偶尔也有轻率而鲁莽的推测,导致了新颖的看来是不可能的预见并且为观察或实验所确证,因而成为科学成长史上光辉的一页。大胆推测所导致的新颖预见的确证,在证伪主义科学成长观中占有非常重要的地位。

 

4.大胆、新颖和背景知识

对于分别用来修饰假说和预见的两个形容词“大胆”和“新颖”还有必要再说上几句。它们两者都是历史上相对的概念。在科学史某一阶段被认为是大胆的推测,在较后的阶段却并不一定仍然是大胆的。当麦克斯韦在一八六四年提出他的“电磁场动力学理论”时,那是一种大胆的假说。其所以是大胆的,是因为它违反了当时所公认的一些理论,这些理论包括下列假定:电磁系统(磁体、充电体、载流导体等等)间的相互作用是越过空虚的空间瞬时完成的,而电磁效应只能通过具体的物质以有限的速度传播。麦克斯韦的理论却和这些被普遍接受的假定相抵触,因为他的理论预测光也是一种电磁现象,并且预测,就象后来所了解的那样,波动的电流应该发出一种新型的辐射,也就是以有限速度在空虚的空间传播的无线电波。所以,麦克斯韦的理论在一八六四年是大胆的,由此而产生的关于无线电波的预见,则是一种新颖的预见。今天麦克斯韦的理论能够为一系列电磁系统的作用情况作出精确说明的事实已经成为公认的科学知识的一部分,而断言无线电波的存在和某些特性就不是什么新颖的预见了。

如果我们把科学史上某一阶段得到普遍接受和完全肯定的科学理论总和称之为当时的背景知识,我们就可以说,一种假说,只要从当时的背景知识看来其论断是未必可能的,就可以认为是大胆的。爱因斯坦的广义相对论在一九一五年就是一种大胆的理论,因为当时的背景知识中包括认为光沿直线传播的假定。这种假定就和广义相对论的推断之一相抵触,这一推断就是,光线在通过强引力场时应该弯曲。哥白尼的天文学在一五四三年是大胆的,因为它和当时认为静止的地球为宇宙中心的背景假定相冲突。而在今天,他的天文学就不会被认为是大胆的了。

正象要根据有关的背景知识来考虑推测之是否大胆一样,判断预见之是否新颖要看它所涉及的现象在当时的背景知识中是否出现过,或者是否被这种背景知识所明确排除。关于海王星的预见在一八四六年是新颖的,因为当时的背景知识并没有提到过这样一颗行星。布瓦松在一八一八年根据菲涅耳光的波动说预言,对不透明圆盘的一侧加以适当仿照明则在另一侧的中心就应该可以观察到一个光斑,这一预测是新颖的,因为构成当时背景知识的一部分的光的微粒说,排除了出现这种光斑的可能。

上一节表明,对科学知识成长的重大贡献之得以实现,不是在大胆的推测得到确证的时候,就是在小心的推测被证伪的时候。关于背景知识的概念使我们能够看到,这两种可能性会作为一次实验的结果而同时出现。背景知识是由许多小心的假说构成的,正是因为这种知识是得到普遍承认而且被认为是不成问题的。某一大胆推测之得到确证势必牵涉到据以判断此项推测为大胆的那种背景知识某一部分之被证伪。

 

5.归纳主义和证伪主义的确证观比较

我们已经了解,据精致的证伪主义的解释,确证在科学中起着重要的作用。但是,这并不妨碍照样给那种观点标上“证伪主义”的标签。精致的证伪主义者在否认理论能够在任何情况下被证明为真或可能真的同时,仍然认为理论可被证明为伪并加以摈弃。科学的目的在于证明某些理论为伪并以更好的理论加以代替,以能够显示出具有更大的经受检验之能力的理论加以代替。新理论的确证之所以重要,仅仅在于它为证明新理论比所要取代的理论高明提供证据。所要取代的理论被在新理论的帮助下发现的证据证伪,而新理论则由于这种证据而得到确证。一旦新提出的大胆的理论成功地取代了它的对手,就该轮到它自己来充当严峻检验的靶子了,这些检验将在更大胆推测的理论帮助下被设计出来。

由于证伪主义者所强调的是科学的成长,因而他们的确证观和归纳主义者有很大的不同。根据如第一章所述的归纳主义者的观点,能够确证某一理论的一些事例的意义,完全取决于得到确证的观察陈述和这些陈述所支持的理论之间的逻辑关系。对于牛顿的理论,盖勒对海王星的观察所提供的支持和现代对海王星的观察所提供的支持,在程度上毫无差异。取得这种证据的历史背景是无关紧要的。确证的事例之所以是确证的事例,只在于它为某一理论提供归纳上的支持,得以成立的确证事例的数目越多,理论得到的支持就越大,因而它应该是真的就越可能。这种脱离历史背景的确证理论,似乎会产生这样一种并不动人的结果:对落下的石头,行星的位置等等所作的无数的观察,只要能够增加万有引力定律真理性的概率值,就会成为值得进行的科学活动。

与此相反,在证伪主义者看来,确证的意义在很大程度上要依确证的历史背景为转移。如果确证是检验一项新颖预见的结果,那种确证就可以使一种理论获得某种高度的价值。那就是说,如果估计到从当时的背景知识看来某一确证未必可能会发生,那种确证就会是有意义的。确证如果是既有的结论,就没有意义。如果今天我以抛掷石头到地上来确证牛顿的理论,我对科学就并没有作出任何有价值的贡献。反之,如果明天我确证认为两个物体之间的引力取决于物体温度的思辨理论,并因而证明牛顿的理论为伪,我就会对科学知识作出有意义的贡献。牛顿的引力理论及其某些局限已经构成现今背景知识的一部分,而引力对于温度的依赖关系却并不是。这里有另一个例子可以支持证伪主义者赋予确证的历史观点。赫兹在检测到第一束无线电波时确证了麦克斯韦的理论。而每当我收听我的收音机时,我确证了麦克斯韦的理论。在这两种事例中,逻辑上的情况是相同的。在每一种事例中,理论都预言无线电波应被检测到,在每一种事例中,成功地检测到天线电波都为理论提供了某种程度的归纳上的支持。尽管如此,赫兹仍然由于他所成就的确证,而恰如其分地享有盛名,而我所作出的经常不断的确证,在一种科学的背景下却理所当然地被人们所忽略。赫兹向前迈出了有意义的一步。当我收听收音机时.我只不过是在原地踏步。对这种差别起作用的是历史背景。

 

阅读文献

已经引过波普尔的著作作为有关证伪主义的读物。与科学成长的讨论特别有关的《推测和反驳》(伦敦1969年,卢特尔奇和基根·保尔出版社)第10章,和《客观知识》(牛津 1972年,牛津大学出版社)第 5章和第 7章。费耶阿本德对更为精致的证伪主义纲领作出了贡献。例如可参阅他的《解释、还原和经验主义》载H.费格尔和G.麦克斯韦编:《科学解释,时间和空间,明尼苏达科学哲学研究》,第3卷(明尼阿波利斯1962年,明尼苏达大学出版社)第2797页,以及《经验主义问题》,载R·科洛德尼编:《超越确实无疑性的边界》(纽约1965年,普兰提斯·霍尔出版社)第45260页。I·拉卡托斯在《证伪和科学研究纲领方法论》中讨论了证伪主义纲领发展诸阶段及其与归纳主义纲领的关系,载I.拉卡托斯和A.默斯格雷夫编:《批判和知识的成长》(剑桥 1974年,剑桥大学出版社)第 91196页,并且他在《证明和反驳》中应用证伪主义的科学成长概念于教学,载《不列颠科学哲学杂志》,第14卷(19631964年)第 l25120139221342页。关于科学成长的有意义讨论有N·科欧奇:《科学中的理论变化》,载G.皮尔斯和P.梅纳德编:《概念的变化》(多德雷希特1973年,莱德尔出版公司)第167198页;S.阿姆斯特丹姆斯基:《在科学与形而上学之间》,(多德雷希特1975年,莱德尔出版公司)以及HR.波斯特:《符合、不变性和启发法》,载《科学史和科学哲学研究》,第 2卷(1971年)第 213255页。

 

注释 

1】例如参阅KR.波普尔:《科学的目的》,载他的《客观知识》,牛津(1972年)牛津大学出版社,第191205页,尤其是193页。

2】有关这点的详细讨论,参阅AF.查尔默斯:《论从我们的错误中学习》,载《不列颠科学哲学杂志》,第24卷,(1973年)第164173页。

3】“被确证”(confirmed)的这种用法不应与另一种用法相混淆,根据后一种用法,我们说一个理论“confirmed",指的是它已经被证明或被肯定为正确。

 


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