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论思维的刚性与柔性(科学的迷信-2)

论思维的刚性与柔性(科学的迷信-2)

郑晖


科学的迷信(2)

三、一切科学都是假说

有两个司空见惯的词组:科学真理和科学假说。殊不知一个是自相矛盾,一个是同义反复。科学是人造的,真理是天造的,将二者并论,如同说“人造纯天然”一样滑稽。而“科学假说”的提法则与“人造非天然”具有相同的冗余度,因为所有的科学本质上都是假说。有人会说这是在抹煞科学假说与科学理论之间的区别,理由是前者是尚未证实的主观推测,而后者是被证实的客观真理。其实前面的讨论早已化解了这一责难,现在请出波普尔(Karl Popper)先生来一锤定音。

我们一直在谈论着科学,却从未明确地给出它的定义。与其重复乏味无趣、充满误导且毫无启示性的名词解释,不如探讨一个更有意义的问题:科学与非科学的划分标准是什么?对于这个划界问题(demarcation problem),以逻辑实证主义为代表的证实主义坚持证实原则,即能被经验证实的理论便是科学,否则便不是。我们不再重述该观点的致命硬伤,只多言一句:证实论者看起来非常强调科学的客观性,自己偏偏违背了客观原则——对理论经过有限次检验后便断定其完全被证实,是不是太过主观了?波普尔的证伪主义(falsificationism)反其道而行之,坚持证伪原则:一个理论是否是科学的,当且仅当它是可证伪的(falsifiable)或可反驳的(refutable)或可验证的(testable)。乍听上去真有些荒诞,把科学与“真”(理)、(证)“实”这样的正面词汇相剥离已是有违常理了,现在竟然要与负面的(证)“伪”为伴了?居然还“当且仅当”?简直是“当当”两记闷棍嘛。

有必要先解释一下,所谓一个命题是可证伪的,并不是指它一定是错误的,而是指它在理论上容许有反例,或者等价地,它有可能被经验所否定。为更好地理解这个定义,不妨反过来思考:一个不可证伪的命题意味着什么呢?一种情形是命题在逻辑上永真,诸如2+3=5、“哥哥比弟弟年长”、“一周有七天”等等。另一种情形是命题无法被经验验证。比如“存在一个全知全能的上帝”、“我们生活的世界都是虚幻的”等等。逻辑学和数学中的命题属于第一种情形,因而这两门学科在波普尔看来都不属于科学。这并不奇怪,因为二者是纯粹理性的产物,并无经验上的意义。宗教和哲学中的命题属于第二种情形,所以宗教和哲学也属于非科学。请注意,这丝毫不意味着宗教命题或哲学命题是错误的或不重要的,仅仅是说它们无法被检验。

一个至关重要的问题是:可证伪理论的合理性在哪里?在回答这个问题之前,我们返回开篇的问题:科学为什么值得信赖?此前业已论证,科学并没有常人想象的那么可靠。科学研究的每个环节——观察、归纳、证实都不能保证它的绝对可靠性,更何况所有的科学理论还建立在假设之上。其实这些都还不是最关键的,它们只是科学工作者所关心的问题,普通民众并不关心也无从关心。可为什么后者对科学的信任度丝毫不亚于前者呢?当然不是因为他们直接参与或见证了科学研究的全过程,而是因为在日常生活中一再见识到科学的预见力(这种预见力一般通过技术来展现),从而感受到科学的价值和力量,以至于对科学坚信不疑。这也不难理解为什么古人更相信巫师、算命先生而不是科学家,因为当时的科学尚不具备令人信服的预见力。精准的预见力不仅给人们一种心理上的强烈震撼,还能带来更多新的事实。宇宙何其之大,事实何其之多,指望漫无目标的观察带来有价值的结果,无异于相信手执铁锹便可从自家后院里挖出金子。有了理论预测,人们才能针对性地安排一些实验,既可以有效地获得新发现,还能有效地检验新理论。可以想见,没有牛顿力学的预测,加勒(Johann Galle)不会从浩渺的天空中幸运地发现海王星;没有广义相对论的预测,爱丁顿也不会带领探险队远赴非洲观测日全食。

事情渐渐明朗了,判断一个命题是否有经验性的价值,关键看它是否包含目前尚未知晓的信息。“明天要么下雨要么不下雨”,对则对矣,可全无用处。“明天将要下雨”,虽未必对,但至少可作参考。有人会说:一个百分之百正确的命题岂不更有价值?此言差矣,如果一个命题不经经验事实的检验就能保证正确,那要么是一个重言式命题(tautology),要么是一个数学命题[1],不能带来超出逻辑或数学以外的知识,故而算不得是一种经验预见。“好人死后上天堂,坏人死后下地狱”倒是包含了预见性信息,惜乎无法被证实,故而它的价值仅停留于宗教或道德层面而非经验层面。作为鲜明的对照,牛顿力学因准确地预见了海王星而达到辉煌的顶点,广义相对论因准确预言了恒星光线在太阳附近的偏转角而轰动世界。

波普尔的证伪(或称否证)学说深受“犹太三杰”——弗洛伊德、马克思和爱因斯坦的影响。他本人不仅也是犹太裔,而且可以算是弗洛伊德的徒孙(为弗洛伊德的弟子阿德勒工作过),早年(自认为)是一个共产主义者,与爱因斯坦也有过直接的交往。这三位以及其追随者对各自理论的态度大相径庭,令波普尔感触极深。精神分析学者从来不预测任何事情,但却宣称能解释一切事情。一个人因私利而杀人,他们可以解释;另一个人为正义而牺牲,他们也可以解释。马克思主义者也不遑多让,他们能把任何可以设想的事件解释为对他们理论的证实。资本家降低工资?那是对工人的剥削,是本性使然。资本家提高工资?那是为了调和劳资矛盾,乃情非得已。何时该坚持本国特色、何时该与国际接轨?只要“活学活用”辩证法,何愁不左右逢源?他们也不是全无预测,不过一旦预测失败,总能很轻易地通过引入辅助性的特设来挽救原有的理论。爱因斯坦的态度则迥然不同。他总是在寻求判决性实验,如果结果不出所料,并不能确证其理论;如果结果与预言相悖,则宣告理论失效。比如,他明确地声称:如果不能发现引力红移现象,那么广义相对论将是不可信的。强烈的对比让波普尔得出一个论断:科学态度是批判的态度,必须彻底抛弃教条主义,让理论事先作出超出常识的、尽可能精确的预言,并坦然地接受实验的否证,而不是事后百般地辩解。由于因果关系的不对称性,预见结果比解释原因困难得多,因而先见之明比后见之明有说服力得多。这时候请股评家们来现身说法是再合适不过的了。提起前一天的股市行情,无论如何诡谲多变,他们都能分析得头头是道,“必然”二字贴满了一脸。可一到第二天的行情预测,他们便开始含糊其辞,扭头从“必然”王国走进了“自由”王国。

可证伪理论是时代的产物。牛顿的经典物理学曾被看作终极的宇宙真理,拉格朗日(Joseph Lagrange)的话道出了当时科学家的心声:“牛顿是伟大的,他发现了宇宙的规律;牛顿也是幸运的,因为宇宙只有一个。”随着相对论和量子力学的兴起,牛顿理论作为绝对真理的神话彻底破灭。作为这一科学史上重大事件的见证者,波普尔意识到:科学的本质不在于无误性,而在于可错性。此处的错,不一定指彻头彻尾的错误。例如,牛顿力学并未完全被否定,在宏观低速的领域仍然是适用的。爱因斯坦说得好:一个理论的最好命运莫过于它能指出一条通往一个更广泛理论的道路,而它在新的理论中作为一种极限情形继续存在。

证伪论的合理性还体现在它聪明地绕开了那些使证实论难以自拔的沼泽地。它不纠缠于认识论中有关知识的来源以及可靠性等问题,也不再枉费心机地为归纳法正名,更干脆地放弃了对科学的真理性的执着坚守,把传统的“观察-归纳-证实”的实证机制用“问题-猜想-反驳”的试错机制来代替(或:问题1-尝试解决-消除错误-问题2)。由于证伪过程是一种否定后件式的假言推理,属于演绎推理(deductive reasoning),具有归纳推理所不具备的逻辑上的严格性。只是一个反例便足以推翻一个定律,这种类似“一票否决”的机制听起来未免过于残酷。对此波普尔的说法是:不可反驳性不是一个理论的长处,而是它的短处。不敢冒被反驳的危险的理论是没有实质性内容的,如果我们的目的是追求知识的增长,那么就应该放弃追求理论的(逻辑)高概率(没有任何实质内容的重言式概率最高)。理论的内容越丰富,则包含的信息越多,禁止发生的现象越多,也就越容易被未来的经验所反驳。从这里我们看到了经济学原理的影子:理论的价值与风险成正比。此外,波普尔还把生物学中的进化论引入认识论,认为知识的增长是一个自然选择的结果,人类拥有的知识时时刻刻由迄今在适者生存的竞争中幸存下来的假说组成。

证伪论不仅重新定义了科学理论——可以被证伪但尚未被证伪的猜想或假说,也重新定义了科学态度——不是小心地呵护理论、谨慎地避免错误,而是不断地挑战理论、努力地发现错误并从错误中学习。必须了解,当一个理论完备到足以解释世间发生的任何事件的时候,当一个理论灵活到足以躲避任何攻击的时候,当一个理论被声称是放之四海而皆准、永远颠扑不破的时候,当一个理论被高喊着要坚决捍卫的时候,当一个理论被用作评判其他理论的标准的时候,恰恰是该理论远离真理接近教条、远离科学接近迷信的时候。

四、没有绝对理性的科学

波普尔开创了批判理性主义(critical rationalism)的先河,他的证伪论大胆新颖、简洁有力。但证伪论也有它的局限,同样要接受他人的批判,而这也正是它所倡导的。实际上,一个理论不可能因为一个反例就轻易地被否证。有时是因为反例本身来源于观察,而观察并不完全可靠;有时是因为忽略了某些不该忽略的因素;有时被否证的理论通过少量的修改可以继续存在。总之,否证论过于刚断激进,忽略了理论的柔韧性和稳定性(波普尔本人也意识到否证的界限并不总是那么清晰的)。例如,牛顿理论在解释水星近日点进动(perihelion precession)的问题上遭到了困难,但人们并没有立即抛弃该理论,而是孜孜不倦地寻找支持的证据,甚至希望能有类似海王星那样的发现。直到广义相对论成功地解释这一现象并被广泛地接受后,这种努力才被放弃。此外,否证论是从微观的角度来探求科学发展的模式,全然忽略了科学理论的历史背景和整体框架。

库恩(Thomas Kuhn)是一个证伪论的反对者,当然也是证实论的反对者。他创造性地提出了一套范式(paradigm)理论,认为科学的发展不是线性递增的渐进过程,而是周期性的革命或突变,即范式转移(paradigm shift)(这一术语并非库恩创造的,不过后来被广泛地应用于其他领域)。所谓范式,不是指某个具体的理论,而是指科学共同体(scientific community)共有的世界观和方法论,包括价值标准、形而上学原则、符号体系、理论框架、应用方法等等。通俗地说,范式就是看待问题和解决问题的模式与套路,既有客观成分——理论和方法体系,也有主观成分——心理信念。据此,库恩把科学的发展过程描述为如下几个周期性的阶段——

前科学-常态科学-危机-革命-新的常态-新的危机

在从事某一学科的研究者对共同研究的问题尚未达成基本共识之前,该学科处于前科学(prescience)阶段。各种候选范式激烈碰撞、互相融合,最后脱颖而出的范式成为公认的准则。于是,研究活动开始从无组织到有组织、从多样化到单一化,此时便进入常态科学(normal science)阶段。拥有统一范式的学科标志着它的成熟,库恩以此作为区别科学与非科学的一个重要特征(虽然他并不十分热心划界问题)。在常态科学阶段,科学家们倾向于维护和发展现有的框架,不会轻易地否定它。即使出现一些难以解释的反常(anomaly)现象,也会尽量地通过修正理论来克服。在经过一段稳定期之后,困难愈来愈多、愈来愈严重以至失去控制,科学家们的固有信念渐渐动摇,危机(crisis)随之来临。直到一种能有效化解危机的新型范式出现,并被越来越多的科学家认同的时候,科学革命(scientific revolution)便产生了。

举一个范式转移的实例。19世纪末,经典物理学取得了无与伦比的全面成功,作为三大支柱的经典力学、经典电磁学和经典热力学,当仁不让地成为各领域的范式。物理学家们无不踌躇满志,俨然已掌握了大自然的终极密钥,早把哲学家们的谆谆告诫抛诸脑后。孰料天空飘来的“两朵乌云”(迈克尔逊-莫雷实验与黑体辐射实验)引起了一场暴风骤雨,看似坚不可摧的物理学大厦竟变得摇摇欲坠。幸得相对论与量子力学应运而生,分别驱散了这两朵乌云,最终让物理学安然度过危机。它们也众望所归地成为两个崭新的范式,完成了现代物理学的一次重大革命。

范式理论不仅否定了科学的渐进性,更对科学的客观性提出了挑战。即使当前范式百孔千疮,科学家们仍倾向于坚守,这已不能用事实或理论来解释,只能说与信念有关。量子力学奠基人普朗克(Max Planck)迫于情势提出了量子假设,但出于对经典范式的深深信念,后期一直试图把自己的假设纳入其中。他曾深有体会地说:“一个新的科学真理并不是靠说服它的对手并使其看见真理之光取胜,而是由于它的对手死了,新的一代熟悉它的人成长起来了”即使比普朗克显得更为开放的洛伦兹(Hendrik Lorentz),也遗憾没有在旧的基础崩溃之前死去。范式信念的烙印之深,由此可见一斑。难怪库恩把范式转移比作心理学上的格式塔(Gestalt)转换、宗教上的改宗、政治上的改革。无知的现代人常常会忍不住嘲笑亚里士多德的理论,诸如五大元素说、地心说、重力说等,是否想过自己又会怎样地被后代嘲笑呢?不同的历史时期有不同的范式,那是近乎宗教般的信仰,岂是轻易可以超越的?

同样地,一个新范式的接受与否也不全靠严密的逻辑论证或严格的实践检验,有时取决于科学直觉、宗教或哲学观点、对和谐的信念、个人心理、社会心理等非理性因素。比如哥白尼反对地心说的一个根据是:它的体系过于复杂,不能彰显造物主的伟大。他提出的日心说在当时并没有足够实验数据的支持,相反还有不少不利的事实,但由于比地心说更简洁、更自然,仍吸引了不少包括开普勒和伽利略在内的科学家参与到新范式的建构中来。“让一个方程符合美比符合实验更重要”狄拉克(Paul Dirac)这句“唯心”的名言在麦克斯韦方程组中得到了最好的应验。麦氏方程组从内容到形式无不体现出科学的和谐与美妙,人们在惊叹的同时也加深了对其正确性的信念。只可惜,美并没有一个量化的标准。开普勒的行星轨道方程在很长时间内不被接受,就是因为包括伽利略在内的科学家都不喜欢椭圆,认为正圆才是最高贵最完美的。无论宗教、哲学、美学等带给人的启示是正面的还是负面的,它们都实实在在地影响到了范式的接受程度。此外,社会因素也不可忽视。爱因斯坦的相对论在很长时间里只有极少数人能真正理解,可为什么很快能广泛地被世人所接受?除了有限的实验支持和理论本身的优美之外,媒体和科学界推动的社会建构(social construction)也是功不可没的[2]

库恩认为范式具有不可通约性(incommensurability),即不同的范式之间难以比较,没有绝对的好坏标准。但他本人拒绝被冠以相对主义(relativism)的帽子,理由是他并不否认范式革命的进步性和不可逆性。不过下面的例子多少说明相对主义也不无道理。亚里士多德认为行星的圆周运动是自然的、无需解释的。牛顿认为匀速直线运动才是自然的,行星作(近似)圆周运动是由于引力作用。他同样也没有解释其中的原因,只是把它们分别归结为自己的第一运动定律和万有引力定律。在后人看起来,牛顿的说法无疑是更科学的。然而到了爱因斯坦那里,万有引力再次消失,行星轨道的弯曲是因为时空弯曲的缘故。如果认同广义相对论,那么亚里士多德的说法岂不是在某种程度上比牛顿的更接近真理?[3]

比较几种不同的科学观,大致可以说:逻辑实证主义重在真,波普尔重在善,库恩重在美。逻辑实证主义强调科学的真理性,那是毋庸置疑的。何以说波普尔重在善呢?波普尔批驳了逻辑实证主义一厢情愿的求真信念,提倡理性的批判精神,由此而带来的美德将是:诚实公正、尊重他人、勇于认错、反对权威、鼓励开放、崇尚自由、提倡民主,等等。波普尔的这种求善思想在《开放社会及其敌人》中得到最明显的体现,尽管那不是一本科学哲学方面的著作。库恩则强调科学的发展不是单靠自身内部的逻辑力量,还深受社会文化的影响。他认为不同的范式之间在逻辑上并无优劣之分,选择的标准不完全是客观的,还有包括审美(简单、对称、和谐、一致、优雅等)、直觉、信念、价值判断等在内的心理要素。

拉卡托斯(Imre Lakatos)认为波普尔的证伪论过于朴素(如忽略了理论的坚韧性和整体性),库恩的范式论过于非理性(如过分强调社会和心理因素),集二者之大成提出了科学研究纲领方法论。研究纲领(research programme)是一组具有严密内在结构的科学理论系统,由中心的硬核(hard core)和周围的保护带(protective belt)组成。其中硬核是纲领的不容反驳的基础理论,保护带是容许反驳的辅助假设。比如,地心说是托勒密天文学研究纲领的硬核,牛顿三大运动定律和万有引力定律是牛顿力学研究纲领的硬核。当研究纲领遭遇反常现象,将通过修改保护带来维护硬核,使研究纲领免遭证伪。一方面,拉卡托斯继承了库恩的历史论(historicism)和整体论(holism),把范式改造为研究纲领,承认科学家们协同地在一个框架内工作,但否定框架之间的不可通约性以及框架选择对信念的过分依赖性。另一方面,他把波普尔的朴素证伪论(naïve falsificationism)在划界标准和证伪规则上进行了改造:一个理论被称为是科学的,仅当它比其先行或与其竞争的理论有更强的发现新颖事实的能力之时[4];一个理论被证伪,当且仅当另一个理论有更强的解释和预测能力。拉卡托斯的精致证伪论(sophisticated falsificationism)否定了判决性实验的存在,保证了科学理论发展的连续性。

正统的科学观受到越来越强烈的质疑,波普尔无情地把科学置于证伪的烈火之上炙烤,库恩悄悄地在科学的土壤里播下革命的种子,拉卡托斯小心地给科学裹上保护带浸泡在反常的海洋之中。但在费耶阿本德(Paul Feyerabend)的眼里,这三位还是显得过于委婉和温情了。他抡起认识论无政府主义(epistemological anarchism)的大锤,二话不说就砸碎了科学的圣像。听听他的发言——

科学只是人类众多思想形态的一种,但并不一定是最好的一种。

科学的优越性不是被论证的,而是被假定的。

科学是最新、最富有侵略性、最教条的宗教机构。

认识论无政府主义者会毫不反悔地为最陈腐或最荒诞的陈述辩护。

不存在着什么“科学的方法”。

如果存在着一种永远不变的科学方法原则,那就是“怎么都行”(anything goes)。

科学是一种本质上属于无政府主义的事业。

专家的意见经常带有偏见,是不可靠的,需要有外部控制。

外行可以而且必须监督科学。

如果科学由于它的成就而受到称赞,那么神话应该受到百倍的称赞。因为神话的发明者开创了文化,而科学家只是改变了文化,而且并非总是改得更好。

持传统科学观点者听到这些难免会耳热心惊,甚而会因心中的女神被亵渎而恼羞成怒。然平心而论,费氏观点虽有偏颇之处,却也不无道理。他正确地意识到:理论的增长是对科学有益的,而齐一性则损害科学的批判力和创造力;不顾具体条件而硬性规定一些所谓科学的规则,不仅不会给科学带来什么帮助,反而会阻碍科学的发展。他还通过自己对中医的切身经历,得出一个结论:仅仅因为中医不符合西医的理论或规则而将其排斥是十分荒谬的[5]。费耶阿本德对缺乏人性关怀的科学主义(scientism)也深恶痛绝,认为科学最重要的问题不是求真,而是求善,即它在何种程度上增加了个人的幸福和自由。他一方面批判科学方法论、理性主义和科学沙文主义,一方面提倡科学的民主化、研究方法的多元化和非理性的合理化,从而填平了科学与非科学之间的鸿沟,消解了理性与人性之间的矛盾。正如休谟那样,费耶阿本德的目的是:用理性反思理性,将人性注入理性。人们往往对“无政府主义”这样的词汇有天然的反感,但认识论的无政府主义完全不同于政治上的无政府主义。尤其是,费耶阿本德声称它只是在为时代把脉后开的一剂猛药(偷师中医?)。既然是药,就难免有毒,也不可能永远吃下去,否则必会矫枉过正。或许下面这句话更能反映他的本意——

今日之科学或是明日之童话,今日之神话或是明日之科学。

注释

  1. 维特根斯坦(Ludwig Wittgenstein)认为数学也是重言式。

  2. 相对论在最初的接受中部分地得益于倡导者的威信与资源,但最终还是靠实践检验。

  3. 程序员还可以考虑编程范式(programming paradigm)的例子。过程式、对象式(OOP)、函数式、逻辑式等不同的范式各有优劣,没有绝对的高下之分。

  4. 这意味着:新理论在逻辑上包含更多的经验内容,并且其中有些已被证实。

  5. 这里的关键不在于争论中医是不是一门科学,而在于它有没有实用价值和研究价值。

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