科学理论基于公认观点和库恩范式理论的还原与实现

　　一、基于公认观点的理论还原观
　　
　　科学理论的公认观点是逻辑实证主义关于科学理论的结构的观点共识,在20世纪20—50年代支配了整个科学哲学界,科学哲学中许多问题的研究和讨论都以其为基础和出发点。按照公认观点,科学理论TC是一个公理系统,其中T是理论假设或基本定律,C是对应规则。理论中出现的非逻辑词项一般能够区分为两类———观察词汇Vo和理论词汇Vt。对应规则C把观察词项与理论词项、理论语句与观察语句联系起来,使其得到了经验意义,从而得到经验陈述系统。从20世纪20年代到60年代的这段时间里,公认观点经过许多重大的修改,萨普总结了主要由卡尔纳普和亨普尔所作的修改(主要是对第一、第五条的修改),形成了普遍接受的版本。

　　虽然理论还原并不是公认观点的一部分,却与之紧密相连。公认观点的支持者认为,理论必须经受经验检测,如果一个理论通过了充分的验证,那么它就有高的确认度。然而,在科学史上,充满了高度确证的理论被新理论所补充的例子。

　　公认观点认为,科学进步可能有三种途径:第一,后继发展显示原有理论预见的不恰当性,从而削弱了原有理论的确证度。第二,试图在更大范围应用原有理论,就必须改进原有理论。如质点力学或刚体力学。第三,范围较小的几个理论,被还原为一个更包容的理论。

　　实证主义认为,科学进步主要通过后两个途径,其理由是:预测失败将导致对理论的拒绝或否证。经过充分检验的理论在应用域中有较高的确认度,这样的理论不太可能被否证。因为预测失败不可能发生在初始的范围内(理论在此范围已被高度确证),而是发生在以往未被检验过的新现象,这些新现象也需要新的仪器技术来进行测试,于是就为理论TC引入了新的对应规则C′,这样,TC′就是一个代替TC的新理论。因此,被新现象否证的就不是TC,而是TC′。每一个TC的扩展都是一个经检验的新理论,但一旦它通过检验并具有高确认度,那么也相对地独立于否证。上述的TC与TC′关系,被内格尔叫做理论还原,也就是演绎关系。

　　内格尔把理论还原区分为同质还原和异质还原,在这种还原中,TC′没有使用其意义与TC中的意义不同的描述词。其实,同质还原也包括从TC到T′C或T′C′的关系。同质还原的特点还在于:第一,把TC用于更大的范围,就有对原有理论的替换;第二,从TC可以演绎地推出TC′、T′C或T′C′;第三,TC中所有的描述词,在新理论中的意义不变。

　　异质还原是指相对自主的理论被吸收到更包容的理论中。在这种还原中,被还原理论包含还原理论中所没有的描述性谓词。实现这种还原必须符合以下条件:

　　①两个理论的理论词必须具有由使用规则或适合于两者的建构规则给出的清晰定义。②对每个被还原理论具有而还原理论不具有的理论词项a,必须引入这样是公设,它预设了a表示的意义与还原理论中相应理论词项表达的特性之间的关系。(可连接性条件)③借助于这些假设,被还原理论的规律必须能够从还原理论的理论前提和对应规则逻辑地推导出来。(可推导性条件)④这些假设必须有恰当的证据支持。

　　内格尔式的理论还原就是要从一门科学的陈述推导出另一门科学的所有陈述,从而使两个科学分支统一起来。所有科学分支能排列成一个整齐的层次结构,且每两个科学分支之间都能建立理论还原关系,通过一系列微向还原,使所有科学分支都成为基本粒子物理学的逻辑后承。

　　相应地,实证主义的理论还原导致了以下的科学进步图景:科学理论如果是高度确证的,就要被接受,这种接受不受否证的威胁。科学的发展在于其理论被用于更大的范围,相关领域中新的高度确证理论的发展、确证的理论被整合到更包容的理论。科学是一项积累的事业,用新的成功扩大或扩展旧的成功。理论一旦被接受,就不会被拒绝或放弃,只能被更包容的理论所取代。

　　二、基于库恩范式理论的突现观
　　
　　从20世纪50年代以后,公认观点的困难被越来越多地揭露出来。奎因的整体主义,库恩等的历史主义,苏佩斯、萨普和范佛拉森等的科学理论语义观,都提出了替代公认观点的一些新方案。

　　其中,历史主义是早期公认观点的主要对手,图尔敏、汉森、库恩等人把研究科学理论与科学史的发展结合起来,用“世界观分析”使强调科学的客观性转变为注重主观性。他们认为,“观察渗透理论”,理论对术语意义的说明依赖于背景知识和世界观,观察与观察者的知识、信念以及所接受的理论是密切相关的。但是,“世界观分析”由于日益走向相对主义而好景不长,它的致命弱点在于:削弱了科学在思想中的地位;其本身含糊不清,并逐步走入相对主义的困境。然而,“世界观分析”产生了一个积极的作用,即引起了科学哲学家们对理论结构的特别重视。

　　库恩是历史主义的支持者,他认为每一个科学发展阶段都有特殊的内在结构,而体现这种结构的模型即“范式”(paradigm)。库恩认为,在广义上讲,范式是共同体承诺的集合,或叫学科基质,代表着一个共同体的成员所共有的信念、价值、技术及其所使用的符号概括或一般符号系统等所构成的整体。狭义上讲,范式指具体的谜的解答,就是把它们当作模型或范例,作为常规科学的其他谜题解答的基础的明确规则,如古代科学中亚里士多德的物理学,中世纪科学中的托勒密天文学,近代科学初级阶段伽利略的动力学,近代科学发达时期的微粒光学,当代科学中爱因斯坦的相对论等。

　　库恩描绘了科学革命的图景,这个过程是从常规科学到危机的出现再到新范式的突现,他对新范式的产生持有某种突现观。他说:“有时,新范式的形式在非常规研究赋予反常的结构中已经预示出来了。……更常见的情况是,这样的结构预先没有被自觉地看出来。相反,新范式或者一种容许日后阐释的充分的暗示,都是一下子突现出来的,有时是在午夜里,有时是在一个深为危机所烦恼 的 人 的 头 脑 里。这 个 阶 段 的 本 质 是 什么———一个人如何发明(或发现他已经发明了)整理现已全都聚集起来的资料的一种新方式———目前必 定 还 是 一 个 难 解 之 谜,也 许 将 永 远 难解。”

　　另外,库恩认为范式的转变是根本的,范式之间是不可通约的,“从一个处于危机的范式,转变到一个常规科学的新传统能从其中产生出来的新范式,远不是一个累积过程,即远不是一个可以经由对旧范式的修改或扩展所能达到的过程。

　　宁可说,它是一个在新的基础上重建该研究领域的过程,这种重建改变了研究领域中某些最基本的理论概括,也改变了该研究领域中许多范式的方法和应用。在这个转变期间,新旧范式所能解决的问题之间有一个很大的交集,但并不完全重叠。在解谜的模式上,也还存在着一个决定性的差异。当转变完成时,专业的视野、方法和目标都将改变”。库恩关于科学理论的突现观受到不少学者的批评,尤其是关于范式不可通约,受到大量抨击,以至于库恩后期也不得不从“范式不可通约性”退到“局部不可通约性”,从开始的不能理性比较,到后来的部分“可通约,可比较,可交流”。

　　不少学者也批评其理论走进相对主义的困境,但笔者认为,正是由于他从历史和心理的角度考察科学理论的变革,概念的相对性是不可避免的。

　　他认为事实与理论,发现与发明,谜和反例之间不存在明显的分界线,这从历史的视角分析是相当合理的。他后期的理论修正也表明了他逐渐收窄相对主义立场,或者说,是一种温和的相对主义。

　　三、科学进步的途径:还原还是突现?

　　基于公认观点的理论还原观,科学是一项积累的事业,用新的成功扩展旧的成功,科学的发展在于其理论被用于更大的范围、相关领域中新的高度确证理论的发展、确证的理论被整合到更包容的理论。基于范式概念的理论突现观,则认为科学绝非一项积累的事业,“远不是一个可以经由对旧范式的修改或扩展所能达到的过程”,跳出了科学理论结构的框框,从更广阔的社会历史视角观察,科学理论的发展受社会历史和心理因素的影响,科学进步是革命式的,新范式代替旧范式如格式塔的转换,范式之间不可通约。那么,该如何客观地看科学进步的途径,还原还是突现?

　　笔者认为,从静态分析科学理论的结构,科学理论并非完全可还原,而是部分可还原的;从动态(历史)分析科学理论的演变,科学理论具有突现的特征,但范式间并非完全不可通约,而是部分可通约。绝对的还原观是站不住脚的,内格尔式的还原所需要的两个前提都需要经验的发现,并没有任何先验的理由足以证明,因此统一科学的宏图大志也只能是空中楼阁,众多学者已对理论还原进行批判。然而,绝对的突现观也是站不住脚的,就如库恩不得不从范式不可通约退到部分不可通约,其实在他早期的着作《科学革命的结构》中就透露出这样的观点倾向,只是他的理论出现不一致而已。例如他说到:“科学发展的历史研究已经告诉我们,迄今为止根本就不像否证主义方法论框框所说的能直接与自然界做比较的过程。这种议论并不意味着,科学家决不拒斥科学理论,也不意味着,经验和实验在他们拒斥科学理论的过程中是不必要的。但它的确成为中心要点的东西———即导致科学家拒斥先前已接受的理论之判别行动,总是同时伴随着接受另一个理论的决策的判断,包含着范式与自然界的比较以及范式间的相互比较。”

　　他一方面肯定了范式理论并不是否证主义说的那样,一旦被经验否证就完全被放弃,也与公认观点是一致的,但另一方面他又指出,科学家在拒斥前范式之前,总是伴随着接受另一个理论的决策,“包含着范式与自然界的比较以及范式间的相互比较”,但这里,他没有注意到,如果范式间完全不可通约,就无所谓范式之间的相互比较了。另外,如上文所引,他提到,新范式的产生“是一个在新的基础上重建该研究领域的过程,这种重建改变了研究领域中某些最基本的理论概括,也改变了该研究领域中许多范式的方法和应用。在这个转变期间,新旧范式所能解决的问题之间有一个很大的交集,但并不完全重叠”。必须注意到,这个交集只是所能解决问题的交集吗?新旧范式之间完全没有理论的交集吗?

　　这不太可能,至少有背景知识的交集。下面笔者尝试从对应规则角度解释范式的部分可通约。

　　根据公认观点,理论可简单描述为“公理+对应规则”,即理论TC,这里,对应规则的作用是什么?对应规则主要有三个作用:①给理论词下定义(阐释理论词);②保证理论词在认识过程中的重要性;③说明把 理论应用于现象的可 接 受 的 实(试)验过程。

　　随着公认观点的发展,前两个作用的重要性衰退了,因为如果主张Vo对Vt只能部分解释的话,那么对应规则就不能完全发挥给理论词下定义的功能。另外,由于分析和综合的绝对区分从根本上讲是站不住脚的,对应规则不能保证Vt在认识过程中的重要性。因此,对应规则的首要作用是用来说明将理论用于现象的可接受的实(试)验过程或是在理论和可观察现象之间的各种对应关系。肯尼斯·沙弗纳区分了涉及理论和现象联系的两种对应规则的不同。一种是用来协调Vt术语与实验室语言或者实验室测量过程等,这种对应规则就是TC内的C。另一种是用各种假定或者借用科学理论,用各种因果关系或者链条建立由T描述的事实之间的关系,例如光谱线在分光仪中的出现可以建立电子跃迁之间的因果关系链条。他认为第二种对应规则与第一种相比有许多本质的不同,“这样的对应规则只是解释观察与理论陈述有相互关系的各种参数;它们不解释而且也没必要解释机械装置如此反应的原因。

　　另一方面,这种因果关系对应规则解释了TC的陈述与观察报告之间的因果联系,因此提供了观察报告中的理论解释。这样,对应规则就是科学定律,一般以理论的形式出现,不应该包含在TC之内,它是被用作辅助假设把理论TC应用于现象。”

　　这里,他所说的因果联系,实质上是指实验仪器所显示的参数与理论之间的因果关系;而作为假设或借用的科学理论,则是指诸如实验理论,数据理论和实验设计理论,它们隐含在对应规则中没有被分析。

　　公认观点及其继承者关于对应规则的分析,有助于解释范式的部分可通约。如果说新范式的理论词与旧范式的理论词完全不同(语意不可通约),那么新旧理论的对应规则肯定也不同,从这个意义上说范式不可通约有合理之处。但不能忽略上面所说的另一种对应规则,其说明把理论应用于现象的实验过程。科学活动包含了大量的实验、测量,在同一时期,一个理论与另一个理论所涉及的实验操作所隐含的实验理论、数据理论和实验设计理论基本上是相近的。即使在不同时期,也会有重叠的部分。因此,范式的部分可通约可从对应规则中得到解释,新旧范式重叠的部分隐藏在对应规则。

　　笔者认为,单纯的还原观和单纯的突现观都不能客观地看待科学的发展,基于公认观点的理论还原观为了寻求科学中的稳定知识,构建统一科学的大厦,最终因重重障碍而日渐衰弱;基于范式理论的突现观,看到科学理论在社会历史背景发展中的真实面貌,试图弃掉前范式的基础,强调新范式革命式的产生,却又陷入了相对主义的困境。在本体论层次,还原与突现之争未有结果,更多的学者愿意寻求一条中间道路;在认识论的层次,科学理论的还原与突现也不应偏执一方,二者只是从不同的视角分析而已,绝对的还原观或突现观都是行不通的,应寻求认识论上的整合。

　　参考文献:

　　[1]Suppe E.The Structure of Scientific Theories[M].Urbana:The University of Illinois Press,1977.
　　[2] 董国安.理论还原:一个被打破的神话[J].自然辩证法通讯,1999,21(1):26-31.
　　[3]Nagel E.The Structure of Science[M].New York:Harcourt,Brace& World,1961:353-354.
　　[4] 郑福祥.从理论结构的语义观到准实在论———F.萨普的科学哲学 思 想 研 究 [J].自 然 辩 证 法 通 讯,1994,16(5):26-33.
　　[5] 托马斯·库恩.科学革命的结构[M].金吾伦,胡新和,译.北京:北京大学出版社,2003.
　　[6] 林定夷.论科学理论之还原———兼评L.贝塔朗菲的反还原论观念[J].自然辩证法通讯,1990,12(4):8-17.
　　[7]Schaffner K F. Correspondence Rules[J]. ChicagoJournals:Philosophy of Science,1969,36(3):280-290.