何为科学?科学是否客观?科学能否解释一切?本书《科学哲学》为当代科学哲学中的主要问题提供了一幅清晰准确的鸟瞰图。萨米尔?奥卡沙开篇扼要介绍科学发展的历程,继尔探讨科学推理的本质、科学领域的革命以及实在论与反实在论等理论问题。《科学哲学》作者还审视了专门科学领域中的哲学问题,科学和宗教之间的争端,以及科学作为双刃剑的利与弊。

**章 何为科学?
什么是科学?这个问题似乎很容易回答:每个人都知道科学包含诸如物理、化学和生物等学科,而不包括艺术、音乐和神学之类的学科。但是当我们以哲学家的身份询问科学是什么的时候,上述回答就不是我们想要的那种回答了。此时我们所寻求的不是一个通常被称为“科学”的那些活动的清单,而是清单上所列学科的共同特征,换言之,使科学得以成为科学的东西是什么。这样一来,我们的问题就不再显得那么平凡了。
但是,也许你仍然认为这个问题有些简单化。科学真的只是在试图理解、解释和预言我们生活于其中的世界吗?这当然是一种合理的答案。但是仅仅如此吗?毕竟,各种宗教也同样在试图去理解和解释世界,可是通常并不被看做科学的一个分支。同样地,虽然占星术和算命也在试图预言未来,但大多数人并不将这些活动称为科学。再来考虑一下历史。虽然历史学家的目的是理解和解释过去发生的事件,但是历史通常被归为人文学科而不是科学学科。和许多哲学问题一样,“何为科学?”这个问题实际上比初看上去难解得多。
许多人认为科学的显著特征在于科学家探索世界的特殊方法。这种观点似乎相当有理。因为许多科学的确使用了在其他非科学的学科中找不到的特殊方法。一个明显的例子就是实验方法的运用,它是现代科学发展史上的转折点。然而,并不是所有的科学都运用实验方法——天文学家显然不能在天上做实验,有时必须代之以仔细的观察。在许多社会科学领域,情形也是如此。科学的另一个重要特征是科学理论的建构。科学家并不是仅仅在记录簿上记下他们实验和观察的结果——他们通常希望用一个一般的理论来解释那些结果。虽然这并不是总能很轻易地做到,但已经获得了一些重大的成果。科学哲学的一个关键问题就是去弄明白实验、观察和理论建构等方法是如何帮助科学家揭开那么多自然之谜的。
现代科学之起源
在今天的中小学和大学里,基本是以非历史的方式来教授科学的。教科书采用尽可能方便的形式来表述科学学科的关键思想,很少涉及促成这些科学发现的漫长而又经常曲折发展的历史过程。作为教学方法,这样做是有道理的。但是对于科学思想发展史的适当关注会对理解科学哲学家感兴趣的那些论题有所助益。实际上,我们将在第五章看到得到论证的这种观点:对科学史的密切关注是做好科学哲学工作所必不可少的。
现代科学起源于1500年到1750年之间发生在欧洲的科学高速发展时期,即我们现在所称的科学革命时期。当然,古代和中世纪的人们也从事科学探索——科学革命并不是凭空产生的。在这些早期阶段,主流的世界观是亚里士多德学说,这一名称来自古希腊哲学家亚里士多德。亚里士多德在物理学、生物学、天文学和宇宙学领域都提出了具体的理论。但是正如他的研究方法那样,亚里士多德的观点对于一个现代科学家来说似乎是非常古怪的。仅举一例:他认为所有的地球物体都仅是由土、火、空气和水四种物质组成的。这种观点显然与现代化学告诉我们的东西相冲突。
在现代科学世界观的发展过程中,**个关键阶段是哥白尼革命。1542年,波兰天文学家尼古拉斯?哥白尼(1473—1543)发表了一本抨击地心说宇宙模型的著作,地心说模型认为静止不动的地球位于宇宙的**,行星和太阳都在围绕地球的轨道上旋转。地心说式的天文学也称为托勒密天文学,以古希腊天文学家托勒密的名字命名。它是亚里士多德式世界观的核心,延续了约1800年而未受质疑。但是哥白尼却提出了另外一种观点:太阳是宇宙的固定**,包括地球在内的行星都在环绕太阳的轨道上运行(参见图1)。在这种太阳**说的模型中,地球仅被看做是另外一个行星,因此也就失去了传统曾经赋予它的独特地位。哥白尼的理论*初遇到了非常大的抗拒,尤其是来自天主教会的抗拒。天主教会认为哥白尼的理论是对圣经的背叛,并于1616年禁止了宣扬地动学说的书籍的发行。然而在不到100年的时间里,哥白尼学派就被确立为正统的科学。
哥白尼的革新不仅带来了更好的天文学的进步,通过约翰内斯?开普勒(1571—1630)和伽利略?伽利雷(1564—1642)的努力,它还间接地推动了现代物理学的发展。开普勒发现,行星围绕太阳运行的轨道不是哥白尼所猜想的正圆形,而是椭圆形。这就是他重要的行星运动“**定律”;他的第二和第三定律明确给出了行星围绕太阳运行的速度。
开普勒的三定律加在一起,给出了一个远比以前提出的理论更好的行星运动理论,解决了许多世纪以来困扰天文学家的难题。伽利略终生追随哥白尼的学说,也是望远镜的早期发明人之一。当把望远镜对准天空的时候,他得到了许多惊人的发现,其中包括月亮上的山脉、大量的恒星、太阳黑子以及木星的卫星。所有的这些发现同亚里士多德学派的宇宙学完全相矛盾,并在科学共同体转向哥白尼学说的过程中发挥了至关重要的作用。
然而,伽利略*持久的影响并不在天文学,而是在力学中;他推翻了亚里士多德学说中关于重物体比轻物体下落速度更快的理论。取而代之的是,伽利略提出了一种反直觉的观点,认为所有做自由落体运动的物体都以相同速率向地面下落,不受重量影响(参见图2)。(当然,在实践中如果你从相同的高度向下抛一片羽毛和一枚炮弹,炮弹将会首先着地,然而伽利略认为这仅仅是由于空气阻力的作用——在真空中,它们将会同时着地。)另外,他还认为做自由落体运动的物体是均匀加速的,即在相等的时间内获得相等的速度增量;这就是伽利略自由落体定律。伽利略为这一定律提供了尽管不是决定性的但却具有说服力的确凿证据,这构成了他力学理论的核心部分。
通常认为,伽利略是**位真正的现代物理学家。他**次表明数学语言可被用来描述物质世界中的真实物体的行为,例如下落的物体、抛射的物体等等。在我们看来这似乎是很显然的——今天用数学语言来表述科学理论已经成为惯例,不仅是物理学,在生物学以及经济学领域也是如此。但在伽利略的时代,这却不是显然的:人们普遍认为数学处理的是纯粹抽象的实体,因此对于物质实体是不适用的。伽利略所做工作的另外一个革新方面是,他强调了运用实验来检验假说的重要性。对于现代科学家来说,这也许又是一个看上去显而易见的观点。但是,在伽利略的时代,人们并不认为实验是一种获得知识的可靠手段。伽利略对于实验检验的强调标志着一种研究自然界的经验方法的出现,这一方法一直沿用至今。
第二章 科学推理
科学家们经常告诉我们一些关于世界的事实,这些事实如果不是出自他们之口,我们不会相信。例如,生物学家告诉我们,我们和大猩猩有密切的亲缘关系,地理学家告诉我们非洲和南美洲过去连接在一起,宇宙学家告诉我们宇宙一直在膨胀。但是,科学家们是如何获得这些听起来匪夷所思的结论的呢?毕竟,没有人曾经看到过一个物种进化成另一个物种,一块大陆分裂成两半,或者看到过宇宙变得越来越大。答案当然是,科学家们是通过推理或推论的过程确信上述事实的。对这种过程更多地了解对我们将会大有裨益。科学推理的确切本质是什么?对于科学家们所作的推论我们应该持有多大的信任度?这些就是本章所要讨论的话题。
演绎和归纳
逻辑学家在演绎和归纳这两种推理形式之间作了重要的区分。下面是一个演绎推理或者演绎推论的例子:
所有的法国人都喜欢红葡萄酒
皮埃尔是一个法国人
因此,皮埃尔喜欢红葡萄酒
前两项陈述称为推论的前提,而第三项陈述称为结论。这是一个演绎推理,因为它具有以下特征:如果前提为真,那么结论一定也为真。换句话说,如果所有的法国人都喜欢红葡萄酒为真,并且皮埃尔是法国人也为真,那么就会得出皮埃尔确实喜欢红葡萄酒。这种推理通常可以表达为,推理的前提必然导致结论。当然,这种推论的前提在现实情形中几乎当然非真——肯定存在不喜欢红葡萄酒的法国人。然而这并不是**。使这个推论成立的是存在于前提和结论之间的一种恰当关系,即前提为真则结论也必然为真。前提实际上是否为真则是另外一回事,它并不影响推论的演绎性质。
并非所有的推论都是演绎的。请看下面的例子:
盒子里前五个鸡蛋发臭了
所有鸡蛋上标明的保质日期都相同
因此,第六个鸡蛋也将是发臭的
这看起来似乎是一个非常合理的推理。但它却不是演绎性的,因为前提并不必然导致结论。即使前五个鸡蛋确实发臭了,并且即使所有鸡蛋上标明的保质日期相同,也不能保证第六个鸡蛋一样发臭。第六个鸡蛋完好无损的情况是很有可能的。换言之,这个推论的前提为真而结论为假,这在逻辑上是可能的,所以这个推论不是演绎的。它被称为归纳推论。在归纳推论或者说归纳推理中,我们是从关于某对象已被检验的前提推论到关于该对象的未被检验的结论——本例中这个对象是鸡蛋。
演绎推理是一种比归纳推理更可靠的推理方式。进行演绎推理时,我们可以保证从真前提出发就会得出一个真结论。然而,这种情况却不适用于归纳推理。归纳推理很有可能使我们从真前提推出一个假结论。尽管存在这种缺点,我们却似乎一直都在依赖归纳推理,甚至很少对它进行思考。例如,当你早上打开电脑的时候,你相信它不会在你面前爆炸。为什么呢?因为你每天早上都会打开电脑,它至今从来没有在你面前爆炸过。但是,从“迄今为止,我的电脑在打开时都不曾爆炸过”到“我的电脑在此时打开时将不会爆炸”的推论是归纳的,而不是演绎的。这个推论的前提并不必然得出结论。你的电脑此时爆炸在逻辑上是可能的,即使这在以前从来没有发生过。
在日常生活中,其他归纳推理的例子随处可见。当你逆时针转动方向盘的时候,你认为汽车将会向左而不是向右拐。驾车上路时,你就把生命作为赌注压在这一假定上。是什么使你如此肯定它是正确的?如果有人要求你证明这一确信,你将如何回答?除非你是一个机修工,你有可能会回答:“在过去每一次我逆时针转动方向盘的时候,汽车都是向左拐的。因此,当我这一次逆时针转动方向盘时也会发生同样的情况。”这同样是归纳推论,而不是演绎推论。归纳性推理似乎是我们日常生活中不可或缺的一部分。
科学家们也运用归纳推理吗?答案似乎是肯定的。来看一种被称为唐氏综合征的遗传学疾病。遗传学家告诉我们唐氏综合征患者具有一条多余的染色体——他们拥有47条而不是常人的46条(参见图5)。他们是如何发现的呢?答案当然是,他们测试了大量的唐氏综合征患者并且发现每一位患者都有一条多余的染色体。于是他们便归纳地推出这一结论,即所有的唐氏综合征患者,包括尚未进行检验的,都有一条多余的染色体。很容易看出这个推论是归纳的。研究样本中的唐氏综合征患者有47条染色体的事实,并不能证明所有的唐氏综合征患者都是如此。尽管不太可能出现这样的情况,但是一个非典型样本的存在也是有可能的。
这种例子绝不仅仅只有一个。事实上,无论何时从有限的资料数据获得一个更普遍的结论,科学家们都要运用归纳推理,这是他们一直使用的方法。以牛顿的万有引力原理为例,如上一章所述,该定律讲的是宇宙中的每一个物体都会对任一其他物体产生引力作用。很显然,牛顿并没有通过检验宇宙中的每一物体来得出这一定律——他不可能这样做。其实,他首先发现行星和太阳以及地球表面附近各种运动的物体适用这个定律。从这些数据中,他推论出定律对于所有的物体都适用。这一推论显然也是归纳性的:牛顿定律适用于某些物体的事实并不能保证它适用于所有物体。
归纳在科学中的核心作用有时候是被我们的说话方式弄得含糊不清了。例如,你也许看到报上说科学家已经“通过实验证明”基因改良的玉米对人体是**的。这里的意思是科学家已经对于大量的人测试了这一种玉米,没有一个人产生任何不良反应。但是,严格地说这并没有证明这种玉米是**的,即没有像数学家证明毕达哥拉斯定理那样。因为,从“这种玉米对于被检验过的人没有任何坏处”到“这种玉米对于任何人都没有坏处”的推论是归纳的,而不是演绎的。这份报纸本来应该如实地说,科学家已经发现了特别有力的证据表明这种玉米对人是**的。“证明”一词应该仅仅严格地用于演绎推论的场合。在这个词的严格意义上,即使曾经有过,科学假说也极少能够通过数据被证明是真的。
大多数哲学家认为科学过分依赖归纳推理的事实是显然的,由于过于明显,以至于几乎不需要再有辩论。但是,引人注意的是,这一点遭到了我们在上一章提到过的哲学家卡尔?波普尔的否定。波普尔认为科学家需要的仅仅是演绎推论。如果事实真是如此就好了,正如我们已经了解的那样,演绎推理比起归纳推理要可靠得多。
波普尔的基本观点是这样的:尽管不可能证明某科学理论确实来源于一个有限的数据样本,却有可能证明某理论是错误的。假设一个科学家一直在思考关于所有金属片都导电的理论。即使她测试的每一片金属确实都导电,这也不能证明该理论是正确的,其原因我们上文已经说清楚了。但是哪怕她仅仅找到一片金属不导电,就可以证明这个理论是错误的。因为,从“这片金属不导电”到“所有的金属片都导电是错误的”的推论是演绎的——前提必然导致结论。因此,如果一个科学家仅仅热衷于解释一个特定理论是错误的,她有可能不使用归纳推论就可以做到。 ……

《科学哲学》由英国布里斯托大学科学哲学教授、哲学系主任萨米尔·奥卡沙撰写,为当代科学哲学中的主要问题提供了一幅清晰准确的鸟瞰图。国内**科学哲学学者李醒民作序**。