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论思维的刚性与柔性(科学的迷信-1)

论思维的刚性与柔性(科学的迷信-1)

郑晖


科学的迷信(1)

科学,一个神圣的词汇,作为名词是真理的同义语,作为形容词是正确的换喻词。渺小的人类正是依仗科学这把神兵利器,俨然已可与大自然分庭抗礼。从来没有一种信仰能象科学那样深入人心,胆敢怀疑科学者似乎不是愚昧便是狂妄。本节标题把科学与迷信并列,绝非哗众取宠,而旨在说明一个现象:科学在破除大量迷信的同时,也渐渐变成了一种新的迷信。

有关科学的神话不胜枚举,下面是一些最常见的说法——

  • 科学是客观纯粹的、绝对理性的、价值中立的、普遍正确的、确定无疑的
  • 科学观察是客观的、价值无涉的,并且先于科学理论
  • 科学的发现均始于观察,完全依靠逻辑推理,因此结论是可靠的
  • 科学建立于事实之上,科学实验是客观的、可重复的,因而科学是可靠的
  • 科学真理是可以被证明的,科学理论就是被证实的科学假说
  • 科学不需要假设
  • 科学是精确的,至少可以无限地趋于精确
  • 科学的发展完全是由其自身的内部逻辑力量推动的
  • 科学终究能了解宇宙的终极真理,是万能的(在广度和深度上没有极限)
  • 科学没有边界,也没有极限
  • 不符合科学、不能用科学来解释的东西都是无用的或不正确的,应当坚决摒弃
  • 科学不需要形而上学
  • 科学与宗教不相容
  • 科学给人类带来幸福

接下来我们将一一刺破这些迷信的肥皂泡。为了让话题更加集中,如无特别说明,以下科学主要指狭义的自然科学。

一、没有绝对可靠的科学

首当其冲的一个问题是:科学如此值得信赖的根本原因是什么?也许可以换种问法:科学与其他途径获得的知识有何本质的不同呢?最常见的一种解释是:科学是从客观事实中严格推导出来并通过实践检验的。言下之意,从可靠的事实出发作可靠的推理,得出的结论自然也是可靠的,更何况还要经过反复的验证。真是环环相扣、无懈可击,简直不容置疑。事实上,我们的思维早已被训练得如此地刚性,以至于对此哪怕只闪现一丝怀疑的火花,都会本能地自行掐灭,以防灼伤大脑。本着寻根究底的科学精神,我们发现以上解释实际上隐含着三个观点:一、人的感官经验(sense experience)是确实的和精确的——实证主义(positivism)的观点;二、从一系列特殊的事实能推出一般性的结论——归纳主义(inductivism)的观点;三、被经验证实(empirically verified)的理论是有效的——证实主义(verificationism)的观点。随着哲学标签的引入,我们的讨论开始弥漫起学术的气息,希望您感到的是陶醉,而不是晕眩。下面,让我们试着往思维中掺入一点柔性的元素,以审视的目光重新打量这三个观点。

1. 关于经验观察的可靠性: 人们永远不可能通过观察获得绝对客观的事实。

首先,由于测量仪器精度有限、测量方法或理论公式不够完善、实验条件不尽理想、实验者存在生理局限,实验中的各种偶然误差和系统误差无法避免。随着实验手段的进步,测量误差可以降低,但永远不可能完全消除。海森堡(Werner Heisenberg)的不确定性原理(uncertainty principle)甚至从理论上保证了有些成对的共轭(conjugate)物理量(如位置与动量)不能同时达到任意精度。有人认为只要测量误差足够小,那么对结果的影响总是可以忽略不计的。可惜混沌(chaos)现象的出现破坏了这种乐观的情绪,人们发现一个非线性动力系统可能会对初始值具有极其敏感的依赖性,即俗称的“蝴蝶效应”。换言之,一个混沌系统对测量误差是零容忍的。

其次,观察者的测量行为可能影响到被观察的事实。正如量子力学中所揭示的那样,观察者既是观众,又是演员。当我们测量水温时,温度计已经改变了水温;当我们测量轮胎气压时,已经放跑了部分气体;当我们偷窥动物的世界时,往往在不意间会惊飞几只灵敏的鸟儿。

最后,观察者的客观性存疑。种种实验表明,人的感官并不绝对可靠。耳听固然是虚,眼见也未必为实,难道忘了我们是怎么一次次地被魔术师们欺骗的吗?不仅如此,观察者的实验行为依赖于其理论知识和实验目的,同时也掺杂着个人情感和价值判断,从而不可能做到绝对的中立、客观和理性。一个家喻户晓(但未必真实)的例子是牛顿因观察到苹果的落地而得出了万有引力定律,为什么其他人都熟视无睹?另一个著名案例来自密立根(Robert Andrews Millikan),他在作油滴实验时有意识地去掉了“丑陋的”数据以迎合完美的理论,并因此获得了诺贝尔物理学奖。

2. 关于归纳推理的可靠性: 归纳推理(数学归纳法除外)是不严格的。

实验事实通常具有特殊性,在逻辑上表现为一个特称命题(particular proposition)。科学理论通常具有一般性,在逻辑上表现为一个全称命题(universal proposition)。从一组特称命题推导出一个全称命题,被称为归纳推理(inductive reasoning)。容易看出,这种推理并无逻辑上的保障。即使发现一万只乌鸦全是黑的,也不能断定“天下乌鸦一般黑”。对此,归纳主义者提出:应观察大量的事实,如果这些事实均符合同样的规律,则可断定理论成立。可究竟多大才算“大量”?没有一个公认的标准。不仅理论的必然性无法保证,甚至连大概率的正确性也是一种奢望。因为事实总是有限的,而理论涵盖的对象却通常是趋于无限的,有限的样本相对无限的取值空间而言,在概率上都趋于零。更何况有些实验是无法多次进行的,举个极端的例子:原子弹的杀伤力实验在整个世界历史上只进行过两次。

归纳法除了有数量问题外,还有个时间问题:过去成立的事实不代表将来也会成立。极端如休谟(David Hume)者,甚至拒绝相信明天的太阳定会升起,哪怕它此前从未旷过一天工。如果您闻听此言有将其暴打的冲动,不要忘记他可是近代最重要哲学家之一(许多人认为“之一”二字都是多余的),既不痴傻疯癫,也非胡搅蛮缠。有人据理力争:归纳法不是在以前的理论形成中屡试不爽吗?哼哼,休谟又在一旁冷笑了:这分明是在循环论证!归纳法在场合A是成功的,归纳法在场合B是成功的,。。。,由此推出归纳法在任何场合都是成功的。这个推理本身不正是归纳推理吗?用归纳推理来论证归纳推理的正确性,不是循环论证是什么?每当NBA评论员用历史数据来预测胜负的时候,每当某些人动辄以“历史证明”来寻求其断言的合理性的时候,不知道他们的颈后是否感受到来自休谟鼻孔里的森森凉气?

对于归纳法的另一个质疑容易受到忽视,但同样令归纳主义者感到如芒在背。众所周知,实验数据通常是有误差的,而理论公式通常却是精确的。回忆一下,胡克定律、欧姆定律的线性正比关系,库仑定律、万有引力定律的平方反比关系,哪一个不是简洁精确的?试问:从不够精确的特殊事实如何能推导出精确的一般结论?从严格意义上说,恐怕连归纳推理都算不上吧?

3. 关于理论检验的可靠性: 一个理论无论被成功地检验过多少次,也不能被证实。

该问题从某种意义上说是上两个问题的重复,只不过一个发生在理论确立之前,一个发生在理论确立之后。实验结果与理论预测常会有一定的出入,而误差的允许范围并无明确的界定。更糟的是,人们在检验理论之时往往比建立理论之前带有更多的主观性。为了维护现有的理论,支持者总会精心挑选有利的事实或者增加辅助性的特设来自圆其说,颇有“事后诸葛亮”的嫌疑——心理学上称之为后视偏差(hindsight bias)。倘若一个理论在验证过程中陷于为辩护而辩护、为修正而修正的境地,那么很可能已经偏离了真理的航道。地心说便是一个典型实例。该学说在解释行星运动时一再遇到困难,但支持者们总能找出一些牵强的理由和生硬的假设来挽救。例如,为了解释行星逆行现象,托勒密(Claudius Ptolemaeus)专门提出本轮(epicycle,周转圆)理论。地心说就这么一路缝缝补补,竟然也流行了两千年,直到为哥白尼的日心说所取代。

科学的可重复性原则也是为人津津乐道的。相当一部分人认为,当一个理论在被不同的人、不同的时间、不同的地点被反复验证后,其正确性便可以得到保障。特异功能被斥为伪科学的一个原因便是其不具备可重复性。事实上,验证次数不是一个绝对的衡量标准。1919年,爱丁顿(Arthur Eddington)的一次日全食观测便成了判决性实验(crucial experiment),此前无数次被检验的经典力学在一夜之间变得脆弱不堪,而头一回被检验的广义相对论则开始逐渐为人们所接受。再者,可重复性本身就是一个相对的概念,任何两次实验都不可能完全地对等。有些理论囿于客观条件、伦理道德等限制,直接检验的机会极少,甚至完全没有,主要通过理想实验、模拟实验、替代实验等间接方式。如进化论、宇宙大爆炸理论、一些生物医学理论,等等。

二、一切科学都建立在假设之上

传统的认识论(epistemology)认为,(科学)知识是观念符合对象的结果。至于二者是如何相符的,在近代西方有两种截然不同的观点:一个是笛卡尔(Rence Descartes)创立的唯理论(rationalism),主张知识源于先天观念,推崇演绎法;另一个是培根(Francis Bacon)创立的经验论(empiricism),主张知识源于感官经验,推崇归纳法。两大派别多年来一直争战不息,休谟的出现更加剧了二者的矛盾。他从经验论的阵营中杀出,把经验论引向怀疑论(skepticism)的死胡同,并通过否定归纳原理断绝了它的归路。不等唯理论幸灾乐祸,休谟回手对它的软肋发出致命的一击——否定绝对的因果律。每当人们说“太阳把石头晒热”的时候,休谟就会不识时务地跳将出来:凭什么说“太阳晒”导致了“石头热”?我能够感受到的只是太阳晒和石头热,却感受不到二者的因果关系。人们之所以相信两种现象之间因果联结,只是因为它们恒常地前后相伴。但那不过是一种下意识的联想或习惯性的信念,找不到任何逻辑的依据。很显然,一旦因果链条被割断,唯理论的战车将彻底陷入瘫痪。休谟的破坏力还不止于此,他坚称:观念就是观念,永远不可能是对象,谁也不能保证它们一定相符,从而把整个认识论推向彻底的不可知论(agnosticism)。如果您觉得休谟在无理取闹,那就大错特错了。他的观点尽管令人不快,却是无可辩驳的。当人们确信自己的主观认识符合了客观事实的时候,却未意识到这本身就是一个主观判断,与先前的归纳推理一样坠进循环论证的泥沼。从实质上看,唯理论以非理性的方式来坚持理性,而休谟以怀疑理性的方式来坚持更纯粹的理性。作为一个“温和的怀疑论者”(休谟自称),休谟一方面拒绝轻信和盲从,一方面为冷冰冰的科学注入人性,明确划分了知识与信仰的界限,并为理性和宗教的盲目崇拜者分别开了一副清醒剂。

休谟撬动了人们一直迷信的科学理性的根基,也将另一位哲学伟人——康德(Immanuel Kant)从独断论(dogmatism,或译为教条主义,此处指唯理论)的沉梦中惊醒。后者从此开始了长达十一年的闭关修炼,终于推出划时代巨著《纯粹理性批判》(Critique of Pure Reason),力图在独断与怀疑、理性与经验、演绎与归纳、唯物与唯心之间取得调和。鉴于唯理论无法解释科学知识的经验依赖性,而经验论又无法解释科学知识的普遍必然性,康德创立了先验唯心论(transcendental idealism)。他的一个论点是:科学知识源于先天综合判断(synthetic a priori judgment)。打个粗糙的比方,如果把人脑比作电脑——当然是能自动开发和升级软件的超级电脑,当这台电脑刚出厂时,唯理论者认为它已是各种软件齐备,经验论者它认为只是一台裸机,而康德折衷地认为它仅预装了操作系统的内核(kernel)。他有一句惊世骇俗的名言:“我们的理智不是从自然引出规律,而是把规律强加于自然”,并且毫不谦虚地把自己的这套理论比作哥白尼式的革命(反对者则讽刺为托勒密式的反革命)。其理由是:哥白尼把“太阳围绕地球转”改成了“地球围绕太阳转”,而他把“(认识的)主体围绕着客体转”改成了“(认识的)客体围绕着主体转”。即知识不是观念符合对象,而是对象符合观念。在他看来,经过这样的关系反转,认识论的难题便会迎刃而解。

康德哲学并非无可挑剔,但有一点是不易之论,即所有的科学理论都是人给自然设立的法则,哪怕后者未必遵从。对此一个有力的支持证据是,所有的科学理论均建立于人为的假设之上。不少人会觉得不可思议,因为在他们的潜意识里,科学与假设是互相对立的概念——科学理论都是真理啊,“真”理岂能“假”设?不妨这么说,如果一套科学理论是一座大厦,那么事实是砖石,而假设是地基。没有事实,科学理论固然无法构建;但没有假设,科学研究甚至无法开始。

有一个假设是所有的科学都无法逃避的,即科学研究的对象是有规律的。(如果您觉得这本是天经地义的话,请复习以上休谟先生的发言)人们采纳该假设绝不是因为证明了客观规律的存在性,而是出于一种信念,或者一种无奈——倘若不信,我们还能做什么呢?柏格森(Henri Bergson)就认为,所谓的规律只是科学家脑中歪曲的图像。

关于规律的假设还得进一步加强:规律不仅存在,而且要足够地简单,简单到可以为人类所认识。(如果您觉得这是在侮辱人类的智慧,那一定是对人类的智力水平作了未经证实的乐观假设)为什么那么多的物理定律可以用简单而精确的数学公式来表达?正如前文指出的那样,这些定律从未被真正证明过,不只是因为归纳法的局限,也因为粗略的实验数据无法严格地验证精确的数学关系。这些定律能被广泛接纳,仅仅是因为科学家们坚信规律应当是简单的。假如一定要拒绝规律的简单性假设,那么就得承认科学理论不是真理,至多只是对规律的简化描述。

仅仅假设客观世界是有规律的、可认知的还远远不够,科学家们在研究过程中总会有意无意地增加许多实用的假设。比如,声称“我不作假设”的牛顿在他的力学理论无意中用到了绝对时间的假设,而爱因斯坦在他的狭义相对论中则有意地引入了光速不变的假设。为了更好地说明问题,我们介绍一下大科学家庞加莱(Henri Poincaré,也译为彭家勒)提出的约定论(conventionalism)。该理论认为,在科学创造过程中总会选择一些约定(convention),这些约定无所谓真假,仅仅是出于方便才提出来的。约定论行走于经验论和唯理论之间,一方面认为约定不是凭空产生的,而是受经验的引导或提示;另一方面认为约定是人类自由创造的产物。在一定程度上,庞加莱也赞同康德的先验论,认为一些算术公理是先天综合判断,但同时也认为欧氏几何公理仅仅是约定(否则无法解释非欧几何的合理性),并非康德所坚信的绝对真理。相比康德主张的人为自然立法,庞加莱主张的是人为科学立法。他提出,一个被反复验证过的规律可以通过约定从定律提升到原理,从此不再接受实验的检验,成为永恒的严格的真命题[1]——这就部分地解释了被我们一再质疑的精确公式的合理性。一个适当选择的原理虽然牺牲了客观性,但却能给科学研究带来极大的便利。比如,牛顿第二运动定律(F=ma)可以提升为原理(比如作为力或质量的定义),成为力、质量和加速度之间的永恒关系。正是基于这种思想,他建议将光速不变作为公设,因而被爱因斯坦尊为相对论的先驱。约定并不是假设的全部,庞加莱把科学假设细分为三类——

  • 自然假设(natural hypothesis)

    这是一类极其自然且难以避免的假设,实质上是伪装的定义或约定。比如超距无关性假设:相距较远的两个物体之间互相独立。显而易见,没有这一假设任何实验都无法开展。比如因果连续性假设:微小的扰动导致的后果也是微小的。这保证了实验者对物体的稳定性和测量误差有一定的容忍度。再比如线性假设:路径在微小的范围可用直线段代替(回忆一下用多边形周长逼近圆周长)。不到万不得已人们是不会舍弃自然假设的,当然也不是没有例外——超距无关性假设在黑洞附近完全失效,量子力学和混沌学动摇了因果连续性假设,而分形(fractal)的出现则破坏了线性假设(参考一个事实:英国海岸线是无限长的)。

  • 中性假设(indifferent hypothesis)

    这类假设是辅助性的、没有客观倾向性的,即使换成其他假设也不会影响结论。之所以选择一个而不是另一个,完全是为了方便计算或有助于理解具体问题。比如我们可以假设物体是连续的,也可以假设是由原子构成的(不连续的)。只要不被误解,它们都是有益无害的。

  • 概括假设(generalization)

    这类假设是概括的经验性假设,随时接受客观实验的证实或证伪。

还有一点值得注意,科学都建立于数学之上,而数学又建立在公理之上。所谓公理,无非是一些公认的却又无法证明的命题,本质上也是人为的设定。从这个角度看,科学也是离不开假设的。有人会反驳,数学公理虽然无法被证明,却是不证自明的。可惜随着非欧几何的横空出世,此言不攻自破。

实证主义,尤其是逻辑实证主义(logical positivism或neo-positivism)主张把形而上学(metaphysics)从科学中彻底排除,以捍卫科学的纯粹性。然而,由于科学与假设之间千丝万缕的联系,注定了这种努力是徒劳的。况且,对客观世界可知性的假设不正是一个地地道道的形而上学问题吗?

注释

  1. 为便于理解这一观点,不妨假设某定律阐述的是事实A与事实B之间的关系。可以引入一个抽象的中介事实C,使之与A之间有一个严格的、精确的、永恒的关系,即所谓的约定性原理。假如以后A与B之间的关系需要修正,只需调整B与C之间的关系即可,不影响A与C之间的恒定关系。

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