《科学究竟是什么》

 

第七章、作为结构的理论:1.研究纲领

 


1.应该把理论看作有结构的整体

前一章扼要介绍的哥白尼革命有力地表明,归纳主义和证伪主义的科学观都过于零碎。他们把注意力集中在理论和个别的或成组的观察陈述之间的关系上,而没有考虑到一些具有重大意义的科学理论的复杂性。无论是朴素归纳主义者所强调的从观察中归纳理论或者是证伪主义者所设计的推测与证伪的图式,都不能为实际上十分复杂的理论的产生和发展的特征提供恰当的描述。比较恰当的是把理论当作某种有结构的整体来描绘的图景。

必须把理论看成为结构的一个理由,起源于对科学史的研究。历史研究揭示,重要科学的演化和发展显示出一种为归纳主义和证伪主义的解释所忽略的结构。哥白尼理论一个多世纪在纲领上的发展已经为我们提供了一个实例。在本章下文,我们还要遇到其他的一些例子。然而,历史的论据,并不是断言理论是某种有结构整体的唯一依据。另一个更有普遍意义的是和观察依赖于理论这一事实密切关联的哲学论据。那就是第三章所着重指出的观察陈述必须以某种理论的语言加以表述。因此,陈述和包含在这些陈述中的概念,在精确和提供信息的程度上将和它们利用其语言作为框架的理论相等。例如,我相信人们会同意,牛顿关于质量的概念要比民主之类的概念具有更为精确的含义。我以为,前一概念之所以具有比较精确的含义,是由于它在一种精确的有结构的理论即牛顿的力学中起着特定的、界限明确的作用。对照之下出现“民主”这一概念的理论,如所周知,却是含糊不清而且五花八门。如果这表示在某一述语或陈述含义的精确性和这一术语或陈述在某一理论中所起的作用之间存在着密切联系这种看法能够成立,那末,由此而产生的相当直接的结论就是必须要有结构严谨的理论。

概念的含义对于概念在其中出现的那种理论结构的依存性和前者的精确性对于后者的精确性和严谨程度的依存性,可以由于指出一个概念借以获得意义的其它方式的局限性而变得更加象是有道理的。这样的方式之一是认为概念可以由于“定义”而获得意义的观点。下定义是不能作为确定意义的基本程序的。概念只能用意义已经确定的其他概念来下定义。如果后一种概念的意义本身也是用下定义的方式来确定的,其结果显然就将是一种无限的倒退,除非有些术语的含义是通过其他某种方法获知的。如果人们不是已经知道了许多单词的含义,一部辞典就会毫无用处。牛顿不可能用牛顿以前的那些概念来为质量或力下定义。他必须通过发展新的概念体系来超越旧的概念体系的术语。第二种方式是认为概念的意义可以通过观察来确定的想法,也就是借助于直接证明式定义的方式。这种想法的根本困难,已经在第27页谈到“红的”这一概念时讨论过。一个人并不能单凭观察而得出“质量”概念,无论他对相撞的台球、弹簧上的重物、沿轨道运行的行星以及诸如此类的对象进行怎样仔细的观察,也不可能单凭指出那些现象,而使别人明白质量的含义。在这里重新提到以下这一点,并不是毫不相干的:如果有人想通过直接证明式定义的方式训练一条狗,他的反应将永远是嗅一嗅他的手指头。

认为概念至少部分地是由于它们在某种理论中所起的作用而获得意义的论断,可以从以下一些历史的回顾中得到支持。

与普遍流行的传说相反,伽利略似乎很少进行力学方面的实验。他在阐述他的理论时所提到的许多“实验”,其实是思想实验。这对于那些认为新的理论总是以某种方式从事实推导出来的经验主义者来说是一个难以置信却又不可否认的事实,但是,当人们认识到精确的实验只有在有了能够产生以精确的观察陈述为其形式的预见的精确理论时才有可能进行。以后,那种难以置信的事实就是可以理解的了。伽利略当时正处在为创立一种新的力学作出重大贡献的过程之中,那种力学后来证明是能够为详细的实验提供支持的。他的努力包括思想实验、类比和说明性比喻,而不是详细的实验,对此不必惊奇。我以为,一个概念,无论是“化学元素”、原子”、“无意识”或别的什么概念的典型的历史是,这种概念最初总是作为一种模糊的观念而出现的,后来,随着它在其中起作用的那种理论取得更为精确而严谨的形式而逐渐明确起来。电场这一概念的出现提供了一个特别生动的虽然有点专门性的实例。这一概念在十九世纪四十年代被法拉第首次引用时是十分含糊的。而且是借力学上的类比和以比喻的方式借用了“张力”、“功率”和“力”之类术语之助,被表达出来的。随着电场和其他各种电磁量之间的关系变得更加明确,场的概念也就变得越来越明确了。一旦麦克斯韦引进了他的位移电流,就有可能使得以麦克斯韦方程式表现出来的那种理论具有较大的严谨性,而那些方程式则清楚地确定了所有各种电磁场量之间的相互关系。正是到了这一阶段,“电场”这一概念,在经典电磁理论中的意义才达到了高度的明确和精确。也正是到了这一阶段,各种场的概念才获得了自己的独立地位,而一向被认为是为各种场提供力学基础所必不可少的以太才被弃置不用。

迄今我们提到了理论之所以必须被看成是某种有组织的结构的两个理由,即历史的研究表明理论具有这种特征以及概念只有借助于结构严谨的理论才能获得精确的含义。第三个理由来自科学成长的需要。显然,科学要能获得比较有效的进步,理论就应该在结构上含有关于其本身应该如何发展和扩充的相当明确的线索和规则。这些理论应该是可以提供一个研究纲领的开放的结构。牛顿的力学就为十八世纪和十九世纪的物理学家提供了这样一个纲领,即用受牛顿运动定律支配的、包含各种力的力学体系去解释整个物理世界的纲领。这种严谨的纲领.可以和现代的社会学相比,后者在很大程度上对于用经验的资料去满足证伪主义者的(如果不是归纳主义者的)好科学的标准是足够充分的,然而可悲的是未能和物理学的成功争一高低。我以为,用拉卡托斯的话来说,关键性的差别在于这两种理论的相对的严谨性。现代社会学的理论未能为指导未来的研究提供一个严谨的纲领。

 

2.拉卡托斯的研究纲领

本章的其余部分将用来扼要介绍一种值得注意的、试图把理论当作有组织的结构来分析的努力,即伊姆雷·拉卡托斯的“科学研究纲领方法论”。[1]拉卡托斯提出他的科学观,是为了改进波普尔的证伪主义和克服对它的责难。

拉卡托斯的研究纲领就是一个既可以从正面又可以从反面指导未来研究的结构。纲领的反面启发法,包括关于不得摈弃或修改这个纲领所依据的基本假定及其硬核的规定。这个硬核部分,由辅助假说和初始条件等等构成的保护带加以保护,不被证伪。正面启发法包括那些指出这研究纲领可以如何发展的概略的指导方针。这种发展包括为了说明以往已知的现象和预见新现象而以附加假定去补充硬核。研究纲领是进步的或是退化的,取决于是否能够成功地导致或是持续地不能导致新现象的发现。免得读者由于这一套新的术语障碍而失去兴趣,让我立即用比较简单的词语来加以解释。

一个纲领的硬核,除了其他方面之外,就是确定一个纲领特征。它表现为某种非常一般的、构成纲领发展基础的理论假说。以下是几个实例。哥白尼天文学的硬核就是这样一些假定:地球和其他行星沿着轨道环绕静止的太阳运行,而地球则每天自转一周。牛顿物理学的硬核,则由牛顿的运动定律加上他的万有引力定律组成。马克思的历史唯物主义的硬核则是这样一种假定:社会的变化要由归根到底决定于经济基础的阶级斗争、阶级的性质以及斗争的细节来解释。

一个研究纲领的硬核,可以由于“它的创立者在方法上的决定”[2]而成为不可证伪的。在一个得到明确表达的研究纲领和观察所得资料之间的任何匹配不当,都不是归咎于构成其硬核的那些假定,而是归咎于理论结构的其他某一部分。构成结构的这个其他部分的那些假定所形成的复杂综合体,就是拉卡托斯称之为保护带的东西。它不仅包括那些明显的用来补充硬核的辅助假说,而且还包括那些描述初始条件时所依据的假定以及观察陈述。例如,哥白尼研究纲领的硬核就需要通过再给最初的圆形行星轨道增添上许多本轮而加以扩充,而且还必须改变以往公认的对地球与恒星间距离的估计。如果观察到的行星行为情况不同于某一发展阶段上的哥白尼研究纲领的预见,纲领的硬核就可以由于修改一些本轮或增添某些新本轮而得到保护。最后。还要把起初是隐含的其他一些假定揭示出来加以修改。这硬核又由于改变观察语言所依据的理论而得到保护,以便于例如以望远镜的观测资料代替肉眼的观测结果。有关的初始条件,也由于增添新的行星而终于被修改。

一个纲领的反面启发法是不得在这个纲领发展过程中修改和触动其硬核的要求。任何科学家要修改硬核也就等于是放弃那特定的研究纲领。第谷·布拉赫在提出地球以外的一切行星都绕太阳运行,而太阳本身却绕静止的地球运行时,他也就放弃了哥白尼的研究纲领,而引进了另一个研究纲领。拉卡托斯之强调依附在某个研究纲领内工作的约定因素,他之强调必须由科学家来决定接受其硬核,在很大程度上和波普尔对于观察陈述的立场是一致的,这种立场已经在前一章第二节中讨论过。主要的不同点在于,波普尔所涉及的仅仅是关于接受单称陈述的决定,而拉卡托斯却把这一点扩大到适用于构成硬核的全称陈述。象我在涉及波普尔的场合所提到过的那样,我对拉卡托斯之强调个别科学家的明确决定也持有类似的保留。这一问题在本书以下各章将有更充分的讨论。

正面的启发法,也就是一个研究纲领中向科学家们指出他们应该做什么,而不是不应该做什么的方面,在某种程度上要比反面启发法含糊一些,而且也更难于具体地确定其特征。正面启发法指出,对于硬核应该如何补充才足以使它能够解释并预见实在的现象。用拉卡托斯自己的话来说,“构成正面启发法的是已部分明确表达出来的有关如何改变、发展研究纲领的可反驳的变种和如何修改、加强可反驳的保护带的一组提示或暗示。[3]一个研究纲领的发展所涉及的不仅是增添某些适当的辅助假说,而且也涉及到发展某些适当的数学的和实验的技术。例如,从哥白尼研究纲领创始之初,就十分清楚,为了充实和详细应用这一纲领,必须要有能够处理本轮运动的适宜的数学技术、经过改进的天文观测技术和规定各种仪器使用方法的理论。

拉卡扎斯为了阐明正面启发法的观念,引用了牛顿引力理论早期发展的故事。[4]牛顿最初是由于考虑了一个点状行星环绕一个静止的点状太阳的椭圆运动而得出他的引力平方反比定律的。显而易见的是,要把这种引力理论在实际上应用于行星的运动,纲领的这种理想化模型就必须发展成为更加实在的进型。但是这种发展牵涉到一些理论问题的解决,因而不经过大量的理论工作就无法实现。牛顿本人面临着一个确定的纲领,也就是由于受正面启发法指导而取得了重大的进展。他首先考虑到太阳和行星都是在它们相互吸引的影响下运动的事实,然后,他考虑到行星的有限的体积,并且把它们都当作球体看待。在解决了由于那种运动而产生的数学问题之后,他进一步考虑到其他的复杂因素,例如由于行星有自转的可能以及各行星之间以及每个行星与太阳间都存在着引力而引起的一些问题。当牛顿在这纲领方面沿着一条从开始就以一定的必然性显现出来的途径走到那样远的地步时,他开始关注他的理论和观察之间的配合问题。当他发现缺乏这种配合时,他就进入了对于非球体行星之类问题加以考虑的一步。正如包含在正面启发法之内的理论纲领一样,一个相当确定的实验纲领也显示出来。这种纲领包括发展更精确的望远镜以及把望远镜用于天文学所要求的辅助理论,例如可以提供某种估计到光在地球大气层中发生折射这一因素的手段的那些理论。牛顿对于他的纲领的最初的系统阐述也含有要制造其灵敏度足够在实验室的规模上检测引力(卡文迪许实验〕的仪器。

牛顿的引力理论所隐含的纲领提供了强有力的启发式指导。作为另一个有说服力的例子,拉卡托斯对波尔的原子学说进行了详细的评述。[5]发展研究纲领的这些实例的一个重要特点是,观察性检验都是在较晚的发展阶段上才成为有关的方面。这和我在前一节关于伽利略创立力学开端的评论是一致的。根据一个研究纲领而开展的研究工作,早期总是在对显而易见的观察证伪不加注意或不予置理的情况下进行的。必须使一个研究纲领有充分实现其潜在可能性的机会。应该设置适度精致而恰当的保护带。在我们所学的哥白尼革命的例子中,这包括发展适当的力学和光学。当一个纲领发展到适于接受观察性检验的地步时,据拉卡托斯认为,具有压倒性重要意义的是确证而不是证伪。[6]一个研究纲领必须能够成功地,至少是断断续续地,作出终于可以确证的新颖预见。关于“新颖”预见的概念,已经在第五章第4节讨论过。当差勒首次观测到海王星和卡文迪许首次在实验室的规模上检测出引力时,牛顿的理论曾经历过这种戏剧性的成功。这样一些成功是这个纲领进步性质的标志。与此相对照,托勒密的天文学在整个中世纪却未能预见任何新颖的现象。到了牛顿的时代,托勒密的理论已经无可救药地成为退化的理论。

以上概述表明,一个研究纲领的价值可以从两个方面来评价。首先,一个研究纲领应该具有一定程度的严谨性,从而有可能为未来的研究提供一个确定的纲领。其次,一个研究纲领应该导致新颖现象的发现,至少是偶尔地。研究纲领要能够成为合格的科学研究纲领就必须同时满足这两个条件。拉卡托斯认为马克思主义和弗洛伊德心理学是能够满足第一个条件但是不能满足第二个条件的纲领,而现代社会学作为一个研究纲领来看也许能够满足第二个条件但不能满足第一个条件。

 

3.研究纲领内的方法论

在拉卡托斯的框架内,科学方法论必须从两个观点来加以讨论,一个和在单个研究纲领内所做的工作有关,另一个则和对立研究纲领之间的价值比较有关。单个研究纲领内的工作包括,以增加和明确提出各种不同的假说来扩大和修改它的保护带。什么样的增加和修改为一种好的科学方法论所允许,什么样的该被认为是不科学的而被排除,拉卡托斯对这个问题的回答是直截了当的。任何行动都可以允许,只要不是象第五章第2节所讨论过的那种意义上的特设性的。对一个研究纲领的保护带所作的增加或修改必须是可以加以独立检验的。个别的或是形成集团的科学家都完全可以用他们所选择的方式去发展保护带,只要他们的作法能为新的检验提供机会,从而使新的发现成为可能。为了说明问题,不妨从牛顿理论的发展中举出我们已经探讨过多次的一例,并且考察一下勒维里埃和亚当斯在致力于麻烦的天王星轨道问题时,所遇到的处境。这两位科学家选择了用提出认为初始条件不适当来修改纲领的保护带。他们的详细主张是科学的,因为这种主张。可以接受独立的检验,而且也终于导致海王星的发现。但是对这一问题还可能有别种反应,按拉卡托斯的说法,也可能是真正科学的。另一位科学家也可能主张对规定观测所用望远镜的用法的光学理论加以修改。这种做法将会是科学的,如果,比如说,它能够对一种新的象差作出预言,而这种新的象差的存在,又是可以经过光学实验而加以检验的。另一种做法也可能牵涉到推翻保护带中某种假定,例如有关地球大气层中光的折射的假定。这种做法也会是合理的,如果它使某些新的实验性检验成为可能,或许还能导致地球大气层某种意料之外的特性的发现。

两种做法是拉卡托斯的方法论所禁止的。特设性假说,不能加以独立检验的假说,是不许可的。例如,就我们所举的例子来说,如果认为令人烦恼的天王星的运动之所以会如此是因为这是它自然而然的运动,这就是不科学的。另一种被排除的作法是我们已经提到过的那种侵犯硬核的行动。当一个科学家企图用认为天王星和太阳之间的引力不服从平方反比定律去解决天王星的轨道问题时,他也就放弃了牛顿派的研究纲领。

理论的复杂综合体的任何一部分都可能成为一次明显的证伪的原因这一事实,对信赖一种绝对的推测与反驳的方法的证伪主义者提出了一个严重的问题。对于他来说,在查找麻烦根源方面的无能为力将产生无头绪的混乱。拉卡托斯的科学观在结构上,足可以避免这样的后果。维持秩序的是纲领硬核的不可侵犯性和与此相伴随的正面启发法。在那种框架独创性推测的扩散将导致进步,只要由这些独创性推测所产生的预见有一部分偶尔能证明是成功的。保持或摈弃某一假说的决定,相当直截了当地取决于实验的检验的结果。经得起实验检验的那些假说,可以暂时被保留,而经不起的将被摈弃,虽然这样一些决定在面临更有独创性的、可以接受独立检验的假说时,仍然要接受更进一步的抉择。观察对接受检验的假说的影响,在一个研究纲领内相对说来是不成为问题的,因为硬核和正面启发法有助于确定一种相当稳定的观察语言的意义。

 

4.研究纲领的比较

虽然在一个研究纲领内对立假说的相对价值可以用比较直截了当的方式加以确定,但是对立的研究纲领之间的比较却要麻烦一些。大致说来,研究纲领相对价值的确定,要看它们进步或退化所达到的程度。退化的纲领将让位于进步的对手,正如托勒密天文学之最后让位于哥白尼理论一样。

接受或摈弃研究纲领的这个标准遇到的主要困难之一是和时间因素相联系的。必须经过多少时间才能确定一个研究纲领已经严重退化到不能导致新现象的发现?拉卡托斯关于假设的行星为不轨的比喻(见本书第74页)表明了这种困难。在那个想象出来的牛顿派天文学内部的发展过程中,永远不可能有把握知道一项重大的成功是不是就在眼前。不妨举一个真正的历史上的实例.曾经经过了七十年之久才发现哥白尼关于金星有盈亏现象的预见是正确的,而哥白尼关于恒星应显示出视差的预见之得到确证则是经过了几个世纪才出现的事情。因为无从肯定未来发展和检验一个研究纲领的努力可能产生的结果,就永远也不能断言任何纲领已经退化得不可救药。总是有这种可能:一个研究纲领保护带的有独创精神的修改会导致某种引人注目的发现,从而使整个纲领重新复活并处于进步的状态。

电学理论的历史提供了一个对立研究纲领命运转化的实例。一个纲领,我将称之为超距作用理论,把电看成是某种存在于带电体内共沿着电路流动的流体或粒子。认为分开的电的要素在一定距离内越过虚空的空间以一种取决于要素的间距和运动的力的瞬间的相互作用。另一种纲领是法拉第所开创的场的理论,根据这种理论,电现象可以解释为在带电体和电路周围介质中所发生的作用,而不是它们之中的某种物质的行为。在法拉第获得成功以前。超距作用理论曾被认为是进步的。它导致对莱顿瓶蓄电能力的发现和卡文迪许对带电体之间引力或斥力反比平方定律的发现。然而,由于十九世纪三十年代法拉第发现了电磁感应并发明了电动机、发电机和变压器而终于使得场的理论胜过了超距作用理论。又过了几十年,当赫兹产生出场的理论所预见的无线电波时,这一纲领甚至获得了更富有戏剧性的进展。尽管如此,超距作用理论却并没有就此告终。正是由于那种钢领,才出现了有关电子的观念。一对此,W.韦伯这位超距作用理论家在十九世纪上半叶就曾含糊地预言过,后来H.A.洛仑兹在一八九二年又以更精确的语言预言过,在以后的十年间,J.J.汤姆逊等人终于在实验中检测出电子的存在。如果超距作用说在本世纪之初就由于场论获得了优越的进展而被放弃,经典电磁学理论的发展就会受到很大损害。附带说一句,两种纲领之间均相互作用以及经典电磁学理论由于从一个纲领继承了场的概念。从另一个吸收了电子的概念作为两个纲领的调和产物而出现这一事实表明,研究纲领并不是象拉卡托斯所说的那样独立自主的。

于是,按照拉卡托斯的看法,决没有理由断言:一个研究纲领比另一个对立的纲领“更好”。拉卡托斯本人承认,两个纲领的相对价值,只能以“事后明白”的方式来加以确定。因为他未能为摈弃一个严谨的研究纲领或是为在两个对立的纲领之间作出抉择提供明确的标准,所以人们就可以和费耶阿本德一道说,拉卡托斯的方法论是个“口头装饰品,就象是献给一个更幸福的时代的纪念品,在那个时代,人们仍然认为,只根据几条简单的‘理性’规则去从事象科学这样十分复杂而且常常是灾难性的事业是可能的。”[7]说得宽厚一点,人们可能会同意,由于科学研究结果明显的不可预测性,要指望科学方法论能为决定在科学实践中采取正确步骤提供确定的规则是不现实的,也许甚至是荒谬的。也许会争辩说,拉卡托斯用关于进步的和退化的研究纲领的概念所做的事,是对科学的目的这类事情提供某种说明。根据退化的研究纲领工作的那些人将会知道,为了使他们的纲领恢复生机,必须完成哪种事情。他们必须以一种严谨的能产生新颖预见的方式发展他们的纲领,他们还必须检验这些预见,以期至少其中有一些会得到确证。与此相对照的是:在一个不严谨的、只比一堆各不相干的假说略胜一筹的框架内进行的研究,就象用特设性的不可检验的修改方法加以保护的纲领一样,将被排除。根据拉卡托斯的标准,具有以上两种特征中无论哪一种的理论活动都必须被认为是不科学的。

 

阅技文献

主要出处是I.拉卡托斯:《证伪和科学研究纲领方法论》,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。根据拉卡托斯的观点研究一些历史实例的有E.扎哈尔的《为什么爱因斯坦的纲领代替了洛仑兹的?》,载《不列颠科学哲学杂志》,第24卷,(1973年)第 95123223263页,以及I.拉卡托斯和 E·扎哈尔的《为什么哥白尼的纲领代替了托勒密的?》,载R.韦斯特曼编:《哥白尼的成就》,(加利福尼亚州伯克利 1975年,加利福尼亚大学出版社)。关于拉卡托斯的研究纲领在多大程度上是自成体系的,K.科欧奇在《理论之间的批判和科学的成长》中进行了批评。该文载R.C.巴克和R.S.科恩编:《波士顿科学哲学研究》,第8卷,(多德雷希特1971年,莱德尔出版公司),第160173页。对拉卡托斯和库恩的观点进行比较,并为库恩辩护的有:D.布鲁尔:《科学知识的两种规范?》,载《科学研究》,第1卷,1971年第101115页。探讨新颖预见概念的有A.E.默斯格雷夫:《逻辑的和历史的确证理论》,载《不列颠科学哲学杂志》,第25卷,1974年第l23页。

 

注    释

 


[1] I.拉卡托斯:《证伪和科学研究纲领方法论》,载I.拉卡托斯和A.默斯格雷夫:《批判和知识的成长》(剑桥1974年,剑桥大学出版社),第91196页。

[2] 同上,第133页。

[3] 同上,第135页。

[4] 同上,第136136页。

[5] 同上,第140154页。

[6] 我在这里使用“确证”(confirmation)一词,象在前几章一样,所指的是某一实验检验结果支持某一理论而不是证明某一理论。拉卡托斯在我曾用“确证”的地方使用“证实”(verification)。

[7] P.K.费耶阿本德:《对专家的安慰》,载拉卡托斯和默斯格雷夫:《批判和知识的成长》,第215页。

 


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