科学哲学作业060519

1T→O,O,所以T。自己用真值表验证。

这一推理显然是错的,“T→O为真”当且仅当“并非T真且O假”。当O为真时,无论T怎样,T→O总为真,所以O为真对判断T的真假并无帮助。倒是“T→O,﹁O,所以﹁T”这一推理是正确的。

但是,“T→O,O,所以T”的类比并不适合用来描述实际的科学说明。实际的科学说明通常还是较为严密的——虽然不是“绝对正确”,但至少一般来讲比这种明显错误的逻辑推理更值得令人相信。

现实中较可靠的科学说明可以参考其它方式的逻辑推理做类比:

其中第一种,就是之前提到的,“T→O,﹁O,所以﹁T”,另一种形式是“﹁T→﹁O,O,所以T”,这种推理主要适用于对现象和事实的说明。例如:“如果蝙蝠是鸟类,那么它们应该有羽毛;蝙蝠没有羽毛。所以蝙蝠不是鸟类”,“如果地球不是圆的,那么在地面上始终往一个方向航行不可能回到起点;始终往一个方向航行可能回到起点。所以地球是圆的。”等等。

另外,在这里探讨的科学说明主要是指对科学理论自身的说明,即如何论证科学理论本身是合理和可靠的。在此时,不宜过分简化地将科学理论比作一个单一的命题“T”。一条科学论断本身至少也是“如果T则O”、“当T时可观测到O”之类的形式,也就是说其复杂度至少应该表示成“T→O”这样的形式。这时对于科学理论的论证思路更类似于:“当T条件为现实时,总是伴随着出现O结果,所以T→O”,或者说“从不出现T真同时O假的情形”——当然,从“O始终伴随T出现”推导出“﹁O不会伴随T出现”是一个不严格的归纳方法,但如果暂不考虑休谟难题的话,这里的推导思路也就是“﹁(T∧﹁O),所以T→O”这一推导本身在逻辑上是没有错的。

不过“T→O”这样简单的一条公式顶多只能作为“水在0度以下会结冰”(也就是“如果将水降温到0度以下就会结冰”)、“浓硫酸溶于水会放热”等等简单的科学论断罢了。这与用单一命题“T”作类比的说明对象相比,“T→O”可以类比一些规律性的现实情况,而不仅是单一的、个别的事实。但是“科学理论”远没有如此简单。

无论把科学说成“理论体系”也好,“宏大叙事”也罢,总而言之,科学理论是一个庞大的整体。如果只是着眼于用某一句断言去说明另一句断言,用某一个公式去推导另一个公式,用科学说明某一个单一的事件时甚至不如说童话故事来得生动和有效。然而,科学的可靠性是且必须是通过其整体来显现的。在“T→O,O,所以T”这句话中,科学理论所扮演的最合适的角色既不是T,也不是T→O,而是“所以”这一个词。其实,用逻辑的表述方法,“所以”不如写成├S,“O├S T→O”表示以O为前提经过S下的推演,可以得到T→O这一结论。这个S包含有一整套的公理和一系列的推理规则。

我们沿这一视角重新讨论之前的两类科学说明:

第一种是对现象和事实的说明,“T→O,O,所以T”的原意可以描述为“T├S O(或者表达为‘├S T→O’,即‘T→O’是内定理),O,所以T”(这里的“所以”是元语言里的,)这当然不是一个一阶逻辑的推理,但问题在于,这里的“所以”说得是否合理?也就是说,“一个确认为真实论断如果可以用另一个论断通过科学理论体系来说明,那么这另一个论断就是真的。”——这条推理是否合理?显然,这是不严格的,比如“O∧T├S O”与“O∧﹁T├S O”都是正确的,但是O∧T与O∧﹁T这两条论断却是互相矛盾的。也即是说,可以有多种假说都能够推导出某个现实。科学的任务是提供能够说明现实的“最好”的一种假说,从而让人相信那是最合适的。在这里,仍然要用整体的视角来考虑问题:较理想一点的情况是——虽然T├S O、R├S O,在T与R相矛盾的情况下也可能都成立,但是T和R除了O以外还能推导许多其它的结论,例如R├S X,X∧﹁T├S Y,而Y是假的。于是R∧﹁T为假。假如我们能够考察所有可以推出O且与T相矛盾的前提,发现它们都将导致与O以外的其它某些已知的事实相抵触,那么我们据此认为T为真是十分合理的!

要注意:以上所描述的是如何利用O来说明T的思路,在另一些场合,我们只知道O的发生,交给科学的任务是去寻找某个T作为O的原因来说明O的发生为何是合理的。在这种情形下,我们只要说论证T真并且“T├S O”,就足以说明O之发生的合理性,并不必然要求论证出为何只有惟一的T才可能导致O。事实上这种支持O的合理性的前提确实并非唯一的,例如导致“石头热”可能有“太阳晒”和“用火烧”等等无数的原因,但是一旦我们指出石头正在一个火热的炉子里头这一事实后,“石头热”这一现象的合理性就已经得到了足够的支持,此时并没有要求我们再去论证“石头热”并非太阳晒或其它别的原因引起的,事实上太阳晒可能也在导致这块石头变热方面起到了一点作用,或许没有作用,但那些对于解决我们最初的关于“这块石头为什么热”的疑惑又能有多少增益呢?我们的困惑在我们看到火炉的那刻就已经得到满意的解决了!

进一步地,对于科学理论本身的合理性,也是在其整体中得到体现的。对科学理论的要求首先是应该尽可能多地对现象提供说明。如果眼前有两个备选的理论T和R,假如R所能推导的结论也都可以从T推导出来,但是存在一些现象可以从T推出而不能从R中推出,则T将是更好的选择。即“T├S O;R├/ SO;O,所以T比R更有效”——这种思路是很自然的。而当几种理论有着相似的说明效力时,根据精简原则,一般会选择接纳最简洁的一条,一旦某条理论被接纳,它也将成为科学大厦S中的一部分。

另外,无论是现象还是假说,如果某个论断与已有的科学体系相矛盾,也就是说“T├S ⊥”,则通常认为T是错的,否则的话,S的被迫改写乃至颠覆将导致更多原先已得到较好说明的现象失去了令人满意的说明,也就是说,对S的改写固然可能对T给出更满意的说明,却牺牲了它原先对其它无数现象的合理说明,因此,除非能够找到一整套对S的较完善的改写或替换方式,否则我们宁愿容忍在东墙上暂时留几个漏洞,也不愿意为了补那几个小洞把整块西墙推倒!

总结来说,科学的合理性与其说建立在含混不明的“客观性”、“实在性”之上,不如说是体现在其整体性上。必须承认,科学确实比神话更可靠、更可信,最主要的原因正是科学比神话更为“宏大”。

2006年5月18日凌晨2点

于正在播放足球赛的坐满满的柏拉图咖啡馆之只有我一个人的空荡荡的大包间

2、龙存在吗?原子存在吗?两者有何相同与不同?

“龙”和“原子”都是人们“构建”出来的,区别在于前者是神话的构建而后者是科学的构建。我们
大都承认神话的构建是非实在的,问题在于科学的构建对象是否“实在”?“实在”是什么?

关于“实在”,我更多地将在下一题中讨论,在这里就说说龙和原子。

从某种意义上说,讨论“原子存在吗”似乎略嫌过时,当然,利用先进的仪器“看见”了原子仍不足以消解“原子是否存在”的质疑,不过,现代科学有了一个比原子更加典型的案例适合与“龙”相比较,那就是“夸克”。

夸克理论非常精彩地仅用六种夸克描述了那上百种令人眼花缭乱的“基本粒子”,然而,我们却“看”不到单个的夸克是什么样子。这种处境与当初的“原子”颇为相似——同样是精彩地解释了化学变化、布朗运动等现象,但人们“看”不到单个的原子。然而,技术的进步使得我们终于能够“看到”单个的原子(这种“看到”的意义稍后讨论),然而夸克有所不同。

因为在夸克理论提出不久,就是伴随着令一个假说出现的,那就是所谓的“夸克禁闭”——说是夸克总是一对或三个在一起,我们永远也“看”不到孤立的夸克。这一论断并不是基于对未来的技术缺乏信心,而是基于非常合理的科学推理的——如果说量子真空涨落是真实的(已有实验支持),并且能量可以转变为物质粒子(也有实验支持),那么假设我们试图轰击出一个孤立的夸克,那么当这个夸克被“打出”的一瞬间,它就立刻会与周围空间的量子涨落产生的某对夸克—反夸克结合,找到新的“伙伴”,成为新的粒子,因此我们可能观测到的永远不会是单个的夸克!

“夸克存在”与“夸克不可见”同时都是科学的理论(至少是科学假说),而且这两者甚至是作为一整套夸克理论的不同部分而结伴出现的。之所以科学家们青睐于夸克理论,能说的只是:“夸克理论能完美地说明现象,夸克理论与现有的科学体系并无重大矛盾;夸克理论很简洁。”概括说来,夸克的优点与其说在于“实在”、“客观”,不如说在于“实用”、“融洽”与“美”。

需要补充探讨的问题是,究竟什么叫“看到”?“我头晕时看到满眼金星”、“我看到眼前有一块奶酪”、“我通过显微镜看到一些细胞”、“我通过云室‘看到’粒子的轨迹”、“我通过粒子的行为‘推想’出夸克的存在”——这些描述有何区别?其实,与推想出夸克类似,由“看到粒子的轨迹”而宣称“看到了粒子”也是一种间接的“推想”!那么,通过显微镜、望远镜、放大镜来看东西,就是“直接”的吗?那些镜子也不过是些仪器罢了。

严格来说,放大镜的地位与显微镜和天文望远镜不太一样,因为通过放大镜所观察的对象,通过肉眼也能观察,我们可以经常对比从放大镜中看到的景象与肉眼“直接”看到的景象,就能归纳出放大镜总是帮助我们把能够直接看到的东西放大一些,而仍然保留着对象的原貌——这一归纳至少与“太阳晒——石头热”的归纳同样可信。然而,天文望远镜与光学显微镜略有不同——我们没有办法脱离工具直接观测到借助这些工具所能看到的对象,但我们仍然乐于相信我们通过显微镜和望远镜所看到的对象的真实性,这是因为我们可以很自然地作出类推——用放大镜放大2倍所呈现的东西看起来是真实的,而显微镜与放大镜所依赖的原理是同一个(透镜和光学原理),既然放大2倍是真实的,那么用同样的原理放大20倍、200倍等等自然也都是真实的。这种推理看起来也十分可靠——至少与从“太阳晒——石头热”到“太阳晒——砖头热”的类推同样可信。

电子显微镜、云室等等,则又有不同,因为对它们难以再用人们日常的感官体验来做类推了,对于此,参考前一小题,我们所做的推理其实是:“如果这是一个电子。那么根据科学理论,它将导致仪器如此这般的显示;仪器确实如此这般地显示;用电子来说明是最佳的(简洁、无矛盾)。所以,这是一个电子。”——这一推理不能说“绝对正确”,但无疑是相当可信和可靠的。

进一步深究的话,“电子”是什么呢?“电子”是人们发明的一个名词,就如人们用“鸟”指称那些长羽毛的动物,用“太阳”之称那个每天东升西落的玩意儿。“电子”也可以说成就是对于某类总是会导致仪器们如此这般显示的东西的指称。那样的话既然“电子”的定义如此,当我们看到仪器如此这般显示时就宣称我们“看到”了电子,这就没有问题了。但是问题在于,电子最初并非如此定义得来,而是首先作为一个数学上的工具引入,随后人们根据它“应该”有的性质,再去设计相应的实验来观测它。

在某种意义上,正是由于电子是建构在先、实证在后,才使得电子的“实在”更加可信。如果我们至少相信“总有某种实在的东西导致了仪器如此这般显示”,并且,在没有做实验之前完全靠运气“蒙”对实验的结果看起来是不太可能的。所以既然电子理论完美地“预言”了实验的结果,那么这套理论就十分可信——于是,相信那个数学建构出的“电子”与那个导致了仪器如此这般显示的玩意儿是同一个东西,也是很自然的了。当然,至于一个现象背后是否一定要有某个“实在”的东西,那反倒不好说了。

无论是持哪种立场的科学家都必须承认,在基本粒子的世界再不能完全用日常直观作类比了。当然,之所以称基本粒子为“粒子”,是因为它们在许多性质上可以用宏观中对于刚性小圆球的印象来做类比。然而,当我们说“粒子同时也是波”、“某些粒子的自旋数意味着它要每转上两整圈才会回到原来的样子”这些奇怪的描述时,便再也不能凭日常的印象去理解了。描述粒子的行为只能是数学的语言——对于“每转上两整圈才会回到原来的样子”这种描述只可能从数学意义上去理解。那么,这种用数学语言才可描绘的世界存在吗?实在吗?——对此的回答取决于人们对待数学的态度。对于柏拉图主义和毕达哥拉斯主义者们而言,承认“物理世界只是由数学模型所描绘”绝不意味着物理世界“不够实在”,因为恰恰是数学语言所描述的世界才是最真实的。当然,对于非柏拉图主义者来说就不是那一回事了。好在近代科学的整个主流进程正是复兴了的柏拉图主义的延续,从而免去了不少麻烦。

从这种意义上,对夸克的观测与对那些粒子的观测一样,大概也可以说通过观察粒子的行为“间接”地“印证”了夸克理论,也就是间接地“看到”了夸克。

顺带说一句:夸克理论的“建构”特征比电子之类更为典型得多。事实上,夸克理论对于原有的科学体系是有所改动的——例如原来认为粒子的电荷只能是整数,但夸克却带有三分之几的电荷数。更为典型的例子是——夸克理论似乎违反了泡利不相容原理!三个一模一样的夸克可以处在同一地点,这是不被允许的!因此,完全处于维护泡利不相容原理的需要,人们给夸克硬是安上了三种“颜色”。基于夸克理论的量子力学因此叫做量子色动力学。但夸克的“色”除了保证三个其它方面一模一样的夸克呆在一起时不致于违反泡利不相容原理,似乎就没有别的意义了!“构建”夸克的“色”与构建原子、电子等不太一样,因为后者
的构建有着“拯救现象”或者至少有着为现象提供说明的目的;然而夸克的“色”被构建出来并不针对某一些现象,而完全是出于对原有理论维护的目的。这种目的体现的正是科学之“整体性”,一个新理论总是要尽可能地与那些仍然很实用的旧理论保持融洽,即便它们实际上出现了某些不融洽的兆头,但是仍然可以依靠给出巧妙的建构或提出尽可能简单的新假说来弥合裂缝。这也是科学的发展过程中经常应用的事情。有些人工的弥合技巧日后被废弃——例如为托勒密体系不断地增加“轮子”;而有些用以弥合的假说在日后得到“证实”——例如为了维护角动量守恒而添设的“中微子”;还有些附加的假说——例如夸克的“色”——似乎既不容易得到进一步的证实(因为它并未提供更多的可供检验的预言),又难以得到否证。那么,即便勉强可说夸克是实在的,那么夸克的“色”也是实在的吗?——似乎不如谈论“实用”更妥当!

无论是实在还是实用,总而言之科学的对象是讲究“实惠”的。科学追求用最少的假设解释最多的问题。而对神话而言,与其说神话的解释做不到如科学那般“实惠”,不如说神话故事根本不讲究实惠。神话恨不得对于每一种现象都编造一个生动感人的传说故事。它不追求普适化,也不要求其解说的可验证性。作为神话的“构建”。“龙”首先绝不会比“夸克”更加“实在”,更不如夸克方便实用,举例来说,“龙”固然也可以与其它传说一道,组成一套神话的叙事系统,但这一系统的“整体性”远远不及科学——删改关于龙的故事对于七仙女的故事没啥影响,但删改基本粒子的理论则足以让整个物理学乃至化学、生物学等等被迫改写;另外,神话的“精确性”更不用说,龙究竟是有两个爪子还是四个爪子对于整套神话叙说几乎毫无影响,但对夸克质量的描述若哪怕改动1%也是不可容忍的。

顺便说一句:许多时候我们经常把“实在的”与“物质的”混用,我们会说龙是非物质的而原子是物质。然而,“物质”这一概念在当代是相当模糊的!随手翻看一本词典,包括较不错的思想辞典,对于“物质”的定义往往也是暧昧不清的——例如“指任何具有质量、可以察觉和测量的东西,所有物质都是原子构成的,而原子则是由基本粒子构成的。”(《哈金森思想辞典》)我们先说“物质”就是原子,然后再反过来说原子是物质,更是把“质量”、“可察觉”、“可测量”的概念预先加在“物质”之上,这使得“物质”的概念愈发含糊。有时候我们会谈论“物质”的性质,说物质是客观实在的,有时候又用物质去规定其它事物,如说原子是物质的,但“物质”究竟指什么却很难说得清楚。事实上,现代“物质”这一概念本身就似乎是科学的建构,正如那个“定义”所提示的:之所以称其为物质,是因为它可以被“量化”、被“观察”、被科学“测量和计算”。事实上,我们说一个东西是“物质的”,等于在说这个东西是“可以被科学纳入为对象的”!(关于物质概念的流变参考“物质的扩张”一文)

2006年5月18日清晨5点

于正在播放足球赛的坐满满的柏拉图咖啡馆之只有我一个人的空荡荡的大包间

3、什么是科学实在论和工具主义?读了第4章后,结合自己的自然科学知识,你在科学上倾向于科学实在论还是工具主义?请给出简要说明。

得到的回答取决于提问的方式——这句话说得很不错。许多问题本身的表述就是暗藏陷阱的。例如一类典型的形式是“你喜欢爸爸还是妈妈?”另一类经典的问题形如:“你愿意被轿车撞死还是被火车撞死?”当我们提问“你倾向于A还是B”时,往往使答者的思路局限于A还是B的艰难抉择中,却没能启发答者思考是否存在兼取两者或者存在其它选择的可能性。在哲学上人们也时而因提问不当而闭塞思路,最著名的如“唯物主义”与“唯心主义”的抉择——一度在中国哲学界的视野中,世界上只有三种人——唯物主义者、唯心主义者、和在两者间摇摆不定的人。这种套帽子的思路之天真不用多说了。

不过,即便是唯物主义与唯心主义,还总算是一对平级的概念,但如果两个概念原来就说的是不同层面上的问题,就更不好放在一起叫人“抉择”了,例如“你倾向于吃甜食还是穿黑衣服?”这种提问更加不知所云。

另外还有一种特别的情形是:虽然A和B是同一层面的问题,也确实看起来在逻辑上是非此即彼的,但是在两者之间做出抉择的要求仍然不合适!例如“你是招还是不招?”、“你是个东西还是不是个东西?”——前一个提问暗示了你已然犯了错误,后一个问题则在玩文字游戏,对于这些问题完全应该选择拒绝回答,类似地“你是唯物主义还是非唯物主义”这样的问题似乎也不妨“拒绝回答”。

那么,“实在论”与“工具主义”之间的关系到底是怎样的呢?

关于“实在论”与“工具主义”究竟是什么含义,就是很难说清楚的。在《西方哲学英汉对照辞典》,这两个名词都被强调为“是一个家族相似的概念”。也就是说,无法给定一个明确的定义——连一个所有“实在论者”都共通的特点都很难找到!

权宜之计,不妨参考查尔默斯的描述,“一个实在论者将会断言科学的目的是达到有关可观察的和不可观察的世界的真的理论,而将真解释为符合事实的常识概念。”(《科学究竟是什么》,河北科学技术出版社,第340页)这一描述还是不错的。与个别过于简单化的描述不同的是,实在论并不等同于唯物主义,更不必然是可知论的。即便承认人类的认知永远是有限的、也可以相信实在论。评判是否实在论的关键词不是“物质”或“认知”,而是“真”,当然,无论是科学上的实在论者还是反实在论者,双方都承认科学的目的是某种意义上的真理(同上,查尔默斯将反对任何意义上的“真理”的“全球反实在论者”“撇在一边”)简言之,实在论者相信绝对的“真”的存在,相信科学理论正在趋近于那个“真”

关于 古雴

胡翌霖,清华大学科学史系助理教授。本站文章在未注明转载的情况下均为我的原创文章。原则上允许任何媒体引用和转载,但必须注明作者并标注出处(原文链接),详情参考版权说明。本站为非营利性个人网站,欢迎比特币打赏:1YiLinDDwvBLT19CTUsNHdiQhXBENwURb

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