论科学理论的经验过硬性指标哲学论文

论科学理论的经验过硬性指标哲学论文

　　［摘要］科学理论的经验过硬性是科学创新和理论进步的合理指标之一。协调力模式给出了经验过硬性的量化评估方法。经验过硬性与经验一致性有着密切的关系。劳丹的反常概念可以通过经验过硬性和经验一致性加以分析。

　　［关键词］理论创新 经验过硬性 指标

　　Abstract:The empirical might of scientific theories is one of the rational indices of scientific progress.The quantitative evaluation method of the empirical might can be given by the concert model.The empirical might has close relation with empirical identity.Laudan’s “anomalies” can be analyzed by the empirical might and the the empirical identity.

　　Key words:Scientific theories; the empirical might;index

　　一、经验过硬性的定义

　　科学理论的进步和创新有许多指标，给每一个指标下一个明晰的定义是必要的，因为规范地描述科学史需要形式化的，实际可行的分析机制。我的定义方法是以问子和解子为基本概念，通过理论与理论之间的不对称性比较来凸现理论的高低、优劣。在给科学理论的经验过硬性下定义之前，需要先解释一下“问子”和“解子”等相关概念。任何单一的指标都包括冲突和协调两个方面。在理论之间的不对称性比较之下，以任一单一指标为天平，则天平两端的理论可能表现出轻重或优劣的不同。这时，较差的的理论表现了该指标的冲突方面；较优的理论表现了该指标的协调方面。任何理论都由两部分构成，即问题部分和对问题的解答部分。问题部分由问子和提问方式构成。问子是那些我们感到好奇，渴望理解并对之提问的东西。提问方式有“为什么?”“是什么?”“怎么样?”“是否如此?”等等。解答部分由解子或解子的联结构成。解子是所有单一的内在策略和外在策略的通称。内在策略构成判断理论之间关系的内在理由，它表现为静态的观念形态，有定义、假设、定律、原理、规则、方法，等等。外在策略构成判断理论之间关系的外在理由，它表现为动态的非观念形态，如观测、实验的过程，技术客体的功能释放，科学共同体的确认，政策支持，等等。

　　当我们感到有必要以某种方式对某个或某些经验事实或检验蕴涵提问时，就形成经验问题。被提问的经验事实或检验蕴涵叫经验问子。对经验问题的解答形成经验解子。经验问子有两种，一种来自观测实验，它是经验事实，可以根据不同的提问方式产生一个经验问题集，可称之为观测型经验问子。“苹果落地的原因是什么？”对于这一经验问题，牛顿的回答是：“在地球与苹果之间有相互引力。”フ饫铮“苹果落地”就是一个观测型经验问子，牛顿的解答就是一个经验解子。另一种经验问子来自理论，它是从理论中推导出来的，是理论的检验蕴涵，原则上可以通过观测实验检验，它本身也可以产生一个经验问题集，可称之为理论型经验问子。爱因斯坦的相对论预言光线弯曲，则相对论的一组推导前提是经验解子，“光线弯曲”是理论型经验问子。如果不是从提问的角度，而是从回答的角度看，理论型经验问子同时也是最低层次的经验解子，它是对经验事实的最简单、最直接的回答。

　　根据上述定义和理论比较的不对称性关系，可以给经验过硬性定义如下：

　　在理论T与Tˊ的时刻的比较中，T面临经验过硬性冲突且Tˊ呈现经验过硬性协调，或者说，T的经验过硬性协调力下降（记为MT↓）且Tˊ的经验过硬性协调力上升（记为MTˊ↑），当且仅当，在时刻，T的核心解子j1和其他解子j2共同导出了m种不同的与观测型经验问子不符的（不符记为┐г）理论型经验问子（记为T（（j1∧j2）→（┐гw）m）），Tˊ核心解子j1和其他解子j2共同导出了n种不同的与观测型经验问子不符的理论型经验问子（记为Tˊ（（j1∧j2）→（┐гw）n）），且通过j1不变而j2发生变化（“变化”指被修改、删除、增加或提出新的解子，记为△）的策略使得m＞n（记为（j1∧△j2）→m＞n）。其中，m、n≥0。这里的“不符”指超出时刻允许的误差范围。“核心解子”指理论围绕一个关键概念展开的解子，即针对该概念的一组理论陈述；“其他解子”指辅助性假设、初始条件、边界条件。

　　该定义以符号表示为：

　　MT↓∧MTˊ↑←→T（（j1∧j2）→（┐гw）m）∧Tˊ（（j1∧j2）→（┐гw）n）∧（（j1∧△j2）→m＞n）

　　二、正例与反例

　　如果我们把与理论型经验问子相符的观测型经验问子称为“正例”，而把与理论型经验问子不符的观测型经验问子称为“反例”的话，那么，进步的经验一致性条件要求理论的正例越多越好，而进步的经验过硬性条件则要求理论的反例越少越好。在科学实践中，正例和反例不是一种可以简单转换的关系，即增加一个正例等于减少一个反例，或增加一个反例等于减少一个正例，或减少一个反例等于增加一个正例，或减少一个正例等于增加一个反例。正例多，不见得反例就少，可能正例多，反例也多；正例少，不见得反例就多，可能正例少，反例也少；反例多，不见得正例就少，可能反例多，正例也多；反例少，不见得正例就多，可能反例少，正例也少。因为自然界的待解释的事物或现象的数量是无限的，况且，在正例和反例之间还有一个中间地带，即如果理论推不出实验观测的结果，则既不能说观测结果与理论相符，也不能说观测结果与理论不符。

　　当科学家面对一个新出现的反例并且一时又难以解决时，他可能不顾及反例（甚至将反例排除在理论应当考察的范围之外），专心致力于增加正例。在时段内，假定理论T推测魔箱B中有一个黑球，一个白球，经过实验观测，发现B中只有一个黑球，并无白球，这样，理论T面临一个反例。科学家经过深思熟虑，仍然不能把这个反例转化为正例，这时，科学家可以暂时回避反例问题，把目光集中于从T中推测出更多的球来加以检验。科学家可能推测B中除了一个黑球，一个白球，还有一个红球和一个蓝球。经过实验检测，果然发现B中有一个红球和一个蓝球。在这个案例中，科学家增加了两个正例，但并没有排除那一个反例，这也是一个合理的策略，因为T的经验新奇性协调力和经验一致性协调力都增强了。

　　当然，在科学实践中，通过维护理论的硬核或核心解子，修改辅助假设、初始条件和边界条件完善理论，将反例转化为正例，既增强理论的经验过硬性协调力，也增强理论的经验一致性协调力，这也是可能实现的合理策略。当一个理论T面临一个不能解决的经验问题p，即遇到一个反例时，科学家不一定通过修改理论T把p排除出去，他可以增添一个理论假定，使之和理论T一起，形成一个新的集合理论Tˊ。如果Tˊ能解决p，把反例转化为正例，则既能保留原理论T，又能使Tˊ的经验过硬性和经验一致性相对于T而上升。英国化学家布莱克(Joseph Black 1728-1799)是燃素说的信奉者，他提出关于热的本质的热质说，认为热也和燃素一样，是一种由彼此排斥但为物质所吸引的热粒子组成的无重量的弹性热流体。这种热粒子后来被人们称为热质或热素。早期热质说理论认为混合热守恒，即热素不灭。它能很好地解释这样的现象：40度的水与同体积的80度的水混合，两杯水的温度均为60度。按这个理论，两杯水共有120个单位的热素，混合后，每杯水平均包含60个单位的热素，所以每杯水的平均温度为60度。但是该理论不能解释经验问题p：为什么把100度的水与同体积的150度的水银混合后，其平均温度不是所预料的125度，而是120度呢?布莱克并没有试图把这个问题排除出去，更没有轻易放弃这个理论。他引入一个新的假定：不同的物体有不同比热，因为物体对热素的吸收能力不同。这样，布莱克实际上引入了一个新的理论，它是包含早期理论和新假定的集合理论。新理论有效地解决了p：水银的比热比较小，所以水银下降30度所放出的热量，只能使水上升20度。新理论消除了早期理论的反例，也没有丢失其正例，它的反例数比早期理论的反例数少，可以说，新理论比早期理论过硬。后来，新理论又遇到一些困难，都被布莱克按同样的办法一一克服了。因此，布莱克的理论在经验过硬性上一度呈上升趋势。人们称赞布莱克为“理论修补大师”，而我认为称布莱克为“增强理论经验过硬性的大师”更为恰当。虽然后来热质说由于不能解决新的问题导致综合协调力的下降而被热动说取代，我们仍然应该肯定布莱克的努力是合理的，值得称道的，因为他追求理论的经验过硬性协调力并一度取得成功。增强一个理论的经验过硬性协调力不必然导致该理论的经验一致性协调力的增强，两者之间没有必然的正比关系。例如，当一个理论的经验过硬性协调力上升时，其经验一致性协调力可能反而下降。设想在时刻，一个科学家提出理论T，T推测魔箱B中有一个黑球，一个白球，一个红球和一个黄球。经过实验观测，发现B中有一个黑球，一个蓝球，一个红球和一个黄球。这样，理论T面临1个反例，因为观测到的“白球”其实是篮球。在时刻，另一个科学家提出理论Tˊ，Tˊ推测出B中有一个黑球，一个蓝球，但推不出B中有红球和黄球。这样，虽然Tˊ把一个反例转化为正例，使得Tˊ的反例数为0，少于T，增强了Tˊ的经验过硬性协调力，但同时，Tˊ却丧失了2个正例，T的正例数为3，而Tˊ的正例数为2，Tˊ的经验一致性协调力下降。在这种情况下，理论T和理论Tˊ的胜负尚难预料。T可能通过自身的发展和完善消除掉那个反例，而Tˊ也可能通过自身的发展和完善增加了正例；而且随着实验技术的改进和解释理论的变化，原来的所谓“反例”可能不再是反例，直接成为正例，而“正例”也可能变成反例。在科学中，理论的“最终”取舍取决于理论的综合协调力的比较。科学的马拉松比赛只有暂时的相对终点，没有永恒的绝对终点，在这场比赛中，科学家的信念和毅力等背景因素起着重要的作用。

　　三、论反常

　　传统的“反常”(anomalies)概念具有两个主要的特征：

　　（A）一个理论哪怕只面临一个反常，有理性的科学家也应放弃这个理论；

　　（B）某些经验事实对一个理论来说是反常的，当且仅当这些事实与理论发生逻辑矛盾。

　　验一致性冲突概念对上述观点作如下修正：

　　（Aˊ）当一个理论面临经验过硬性冲突时，并不要求一定要放弃该理论，但可以对理论的可靠性提出怀疑；

　　（Bˊ）某个理论T与Tˊ相比面临经验过硬性冲突，当且仅当，通过非核心解子的变化策略，从T的解子中导出的与观察实验数据不符的经验问子数大于从Tˊ的解子中导出的与观察实验数据不符的经验问子数。

　　传统观点A的批评者曾为反对A而提出一些很有说服力的论证，这种论证来自两个方面：ァ ∫弧⒛：性(ambiguities)论证。该论证认为，一个产生了反常的特殊理论是否应该因为检验境况的一些不能消除的模糊性而放弃，这是不能合理地判定的。检验境况的模糊性主要表现为：

　　（1）在任何经验检验中，要想导出一个实验上的预测，需要的是整个理论网络。假如实验预测被证明是错误的，我们就不知道在这个理论网络中究竟哪个理论错了。所以，不可能在一个理论网络中判定某个具体理论是假的。

　　（2）因为一个理论与实验数据不符就放弃这个理论，这就假定实验数据本身是真实的和不可错的。其实，实验数据本身也只是可能的，一个反常，不能要求放弃一个理论。

　　二、实用性(pragmatics)论证。历史上的'每个理论几乎都有过一些反常或反驳的实例；事实上，没有一个人能够指出一个重要的理论没有碰到过一些反常。因此，如果我们认真对待A，那么我们就等于放弃了我们全部理论的组成部分，因而根本不能谈论自然界的大多数领域。［1］(P27-28)

　　基于上述理由，用一个较弱的，但更为现实的观点Aˊ代替A就有很强的说服力。

　　对于Bˊ与B的区别，我们可以看到，B中的反常出现情况在Bˊ中并不是经验过硬性冲突的充分条件，因为B没有理论比较，即没有把理论放到比较状态下来评估。传统反常使得理论与事实构成两角关系，事实成为理论真理性的判官。实际上，当理论与某个事实矛盾或不符时，科学家可能置之不顾，只有在当科学家看到其他同行理论认真对待和解决了这一事实时，才可能积极面对这一事实。因为科学家真正关心的不是理论是否与某个事实相符，而是理论在当下的协调力状况。相比较的两个理论都可能与某个或某些事实发生逻辑矛盾，但事实并不对两个理论都构成认知威胁，理论面对的的认知威胁来自与理论相符或不符的事实的数量上的比较结果。所以，理论评价应当建立在“理论-理论-事实”的三角关系之上。 传统的“反常”概念由于在没有理论比较的情况下进行独断的判断，不能完善地解释科学史中的大量事例。在对待传统反常的问题上，劳丹很清醒。与传统“反常”不同，劳丹的“非反驳的反常”(nonrefuting anomalies) 基于理论之间的比较，对于经验问题p，如果理论T没有解决，但T的一个或更多竞争对手已经解决，则T面临一个反常。按照劳丹的说法，“每当一个经验问题p，已被某个理论解决时，p以后就构成了相关领域中没有解决p的每一理论的反常”。［2］(P29)一个反常的出现是对显示反常的理论提出了怀疑，但用不着强迫放弃该理论。另外，劳丹的“非反驳的反常”也不要求相比较的两个理论是矛盾的。劳丹的反常概念是需要用经验一致性和经验过硬性来分析的概念。按照劳丹的反常概念，在理论T与理论Tˊ的时刻的比较中，如果T解决了m个经验问题，即T的理论推断与m个经验问子相符，而同时Tˊ不能解决这m个经验问题，即Tˊ的理论推断与m个经验问子不符，这表明Tˊ面临着m个非反驳的反常。根据这种情况既不能断定T的经验一致性协调力超过Tˊ，也不能断定T的经验过硬性协调力超过Tˊ，因为，即使在这种情况下，Tˊ也不是没有在解决经验问题的总量上与T持平或超过T的可能性。但是，可以肯定，在经验一致性协调力和经验过硬性协调力的比较中，Tˊ的处境十分不利。因此，Tˊ也必须尽量设法解决这m个经验问题。一个理论即使面临非反驳的反常，也不能马上确定是该理论错了，也许是经验证据有问题，我们的策略是把检查经验证据和修改理论同时纳入我们的视野，追求经验一致性协调力和经验过硬性协调力是我们始终不渝的目标的一部分。但是，非反驳反常的警示作用是值得我们关注的。

　　［参考文献］

　　［1］［2］Laudan.Progress and Its Problems［M］.University of California Press,Berkeley,1977.

　　［3］马雷.进步、合理性与真理［M］.人民出版社，2003.

　　［4］马雷.冲突与协调——科学合理性新论［M］.商务印书馆，2003.

　　［5］马雷.理论创新的经验统一性标准探讨［J］.东南大学学报（哲学社会科学版），2005年第4期.

　　［6］马雷.论理论创新的经验确定性指标［J］.自然辩证法研究，2005年第8期.

　　［7］马雷.论理论创新的经验新奇性指标［J］.安徽大学学报（哲学社会科学版），2005年第6期.