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論科學理論的經(jīng)驗過硬性指標哲學論文
［摘要］科學理論的經(jīng)驗過硬性是科學創(chuàng)新和理論進步的合理指標之一。協(xié)調(diào)力模式給出了經(jīng)驗過硬性的量化評估方法。經(jīng)驗過硬性與經(jīng)驗一致性有著密切的關(guān)系。勞丹的反常概念可以通過經(jīng)驗過硬性和經(jīng)驗一致性加以分析。
［關(guān)鍵詞］理論創(chuàng)新 經(jīng)驗過硬性 指標
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、經(jīng)驗過硬性的定義
科學理論的進步和創(chuàng)新有許多指標，給每一個指標下一個明晰的定義是必要的，因為規(guī)范地描述科學史需要形式化的，實際可行的分析機制。我的定義方法是以問子和解子為基本概念，通過理論與理論之間的不對稱性比較來凸現(xiàn)理論的高低、優(yōu)劣。在給科學理論的經(jīng)驗過硬性下定義之前，需要先解釋一下“問子”和“解子”等相關(guān)概念。任何單一的指標都包括沖突和協(xié)調(diào)兩個方面。在理論之間的不對稱性比較之下，以任一單一指標為天平，則天平兩端的理論可能表現(xiàn)出輕重或優(yōu)劣的不同。這時，較差的的理論表現(xiàn)了該指標的沖突方面；較優(yōu)的理論表現(xiàn)了該指標的協(xié)調(diào)方面。任何理論都由兩部分構(gòu)成，即問題部分和對問題的解答部分。問題部分由問子和提問方式構(gòu)成。問子是那些我們感到好奇，渴望理解并對之提問的東西。提問方式有“為什么?”“是什么?”“怎么樣?”“是否如此?”等等。解答部分由解子或解子的聯(lián)結(jié)構(gòu)成。解子是所有單一的內(nèi)在策略和外在策略的通稱。內(nèi)在策略構(gòu)成判斷理論之間關(guān)系的內(nèi)在理由，它表現(xiàn)為靜態(tài)的觀念形態(tài)，有定義、假設(shè)、定律、原理、規(guī)則、方法，等等。外在策略構(gòu)成判斷理論之間關(guān)系的外在理由，它表現(xiàn)為動態(tài)的非觀念形態(tài)，如觀測、實驗的過程，技術(shù)客體的功能釋放，科學共同體的確認，政策支持，等等。
當我們感到有必要以某種方式對某個或某些經(jīng)驗事實或檢驗蘊涵提問時，就形成經(jīng)驗問題。被提問的經(jīng)驗事實或檢驗蘊涵叫經(jīng)驗問子。對經(jīng)驗問題的解答形成經(jīng)驗解子。經(jīng)驗問子有兩種，一種來自觀測實驗，它是經(jīng)驗事實，可以根據(jù)不同的提問方式產(chǎn)生一個經(jīng)驗問題集，可稱之為觀測型經(jīng)驗問子�！疤O果落地的原因是什么？”對于這一經(jīng)驗問題，牛頓的回答是：“在地球與蘋果之間有相互引力。”フ飫錚“蘋果落地”就是一個觀測型經(jīng)驗問子，牛頓的解答就是一個經(jīng)驗解子。另一種經(jīng)驗問子來自理論，它是從理論中推導出來的，是理論的檢驗蘊涵，原則上可以通過觀測實驗檢驗，它本身也可以產(chǎn)生一個經(jīng)驗問題集，可稱之為理論型經(jīng)驗問子。愛因斯坦的相對論預(yù)言光線彎曲，則相對論的一組推導前提是經(jīng)驗解子，“光線彎曲”是理論型經(jīng)驗問子。如果不是從提問的角度，而是從回答的角度看，理論型經(jīng)驗問子同時也是最低層次的經(jīng)驗解子，它是對經(jīng)驗事實的最簡單、最直接的回答。
根據(jù)上述定義和理論比較的不對稱性關(guān)系，可以給經(jīng)驗過硬性定義如下：
在理論T與Tˊ的時刻的比較中，T面臨經(jīng)驗過硬性沖突且Tˊ呈現(xiàn)經(jīng)驗過硬性協(xié)調(diào)，或者說，T的經(jīng)驗過硬性協(xié)調(diào)力下降（記為MT↓）且Tˊ的經(jīng)驗過硬性協(xié)調(diào)力上升（記為MTˊ↑），當且僅當，在時刻，T的核心解子j1和其他解子j2共同導出了m種不同的與觀測型經(jīng)驗問子不符的（不符記為┐г）理論型經(jīng)驗問子（記為T（（j1∧j2）→（┐гw）m）），Tˊ核心解子j1和其他解子j2共同導出了n種不同的與觀測型經(jīng)驗問子不符的理論型經(jīng)驗問子（記為Tˊ（（j1∧j2）→（┐гw）n）），且通過j1不變而j2發(fā)生變化（“變化”指被修改、刪除、增加或提出新的解子，記為△）的策略使得m＞n（記為（j1∧△j2）→m＞n）。其中，m、n≥0。這里的“不符”指超出時刻允許的誤差范圍�！昂诵慕庾印敝咐碚搰@一個關(guān)鍵概念展開的解子，即針對該概念的一組理論陳述；“其他解子”指輔助性假設(shè)、初始條件、邊界條件。
該定義以符號表示為：
MT↓∧MTˊ↑←→T（（j1∧j2）→（┐гw）m）∧Tˊ（（j1∧j2）→（┐гw）n）∧（（j1∧△j2）→m＞n）
二、正例與反例
如果我們把與理論型經(jīng)驗問子相符的觀測型經(jīng)驗問子稱為“正例”，而把與理論型經(jīng)驗問子不符的觀測型經(jīng)驗問子稱為“反例”的話，那么，進步的經(jīng)驗一致性條件要求理論的正例越多越好，而進步的經(jīng)驗過硬性條件則要求理論的反例越少越好。在科學實踐中，正例和反例不是一種可以簡單轉(zhuǎn)換的關(guān)系，即增加一個正例等于減少一個反例，或增加一個反例等于減少一個正例，或減少一個反例等于增加一個正例，或減少一個正例等于增加一個反例。正例多，不見得反例就少，可能正例多，反例也多；正例少，不見得反例就多，可能正例少，反例也少；反例多，不見得正例就少，可能反例多，正例也多；反例少，不見得正例就多，可能反例少，正例也少。因為自然界的待解釋的事物或現(xiàn)象的數(shù)量是無限的，況且，在正例和反例之間還有一個中間地帶，即如果理論推不出實驗觀測的結(jié)果，則既不能說觀測結(jié)果與理論相符，也不能說觀測結(jié)果與理論不符。
當科學家面對一個新出現(xiàn)的反例并且一時又難以解決時，他可能不顧及反例（甚至將反例排除在理論應(yīng)當考察的范圍之外），專心致力于增加正例。在時段內(nèi)，假定理論T推測魔箱B中有一個黑球，一個白球，經(jīng)過實驗觀測，發(fā)現(xiàn)B中只有一個黑球，并無白球，這樣，理論T面臨一個反例�？茖W家經(jīng)過深思熟慮，仍然不能把這個反例轉(zhuǎn)化為正例，這時，科學家可以暫時回避反例問題，把目光集中于從T中推測出更多的球來加以檢驗。科學家可能推測B中除了一個黑球，一個白球，還有一個紅球和一個藍球。經(jīng)過實驗檢測，果然發(fā)現(xiàn)B中有一個紅球和一個藍球。在這個案例中，科學家增加了兩個正例，但并沒有排除那一個反例，這也是一個合理的策略，因為T的經(jīng)驗新奇性協(xié)調(diào)力和經(jīng)驗一致性協(xié)調(diào)力都增強了。
當然，在科學實踐中，通過維護理論的硬核或核心解子，修改輔助假設(shè)、初始條件和邊界條件完善理論，將反例轉(zhuǎn)化為正例，既增強理論的經(jīng)驗過硬性協(xié)調(diào)力，也增強理論的經(jīng)驗一致性協(xié)調(diào)力，這也是可能實現(xiàn)的合理策略。當一個理論T面臨一個不能解決的經(jīng)驗問題p，即遇到一個反例時，科學家不一定通過修改理論T把p排除出去，他可以增添一個理論假定，使之和理論T一起，形成一個新的集合理論Tˊ。如果Tˊ能解決p，把反例轉(zhuǎn)化為正例，則既能保留原理論T，又能使Tˊ的經(jīng)驗過硬性和經(jīng)驗一致性相對于T而上升。英國化學家布萊克(Joseph Black 1728-1799)是燃素說的信奉者，他提出關(guān)于熱的本質(zhì)的熱質(zhì)說，認為熱也和燃素一樣，是一種由彼此排斥但為物質(zhì)所吸引的熱粒子組成的無重量的彈性熱流體。這種熱粒子后來被人們稱為熱質(zhì)或熱素。早期熱質(zhì)說理論認為混合熱守恒，即熱素不滅。它能很好地解釋這樣的現(xiàn)象：40度的水與同體積的80度的水混合，兩杯水的溫度均為60度。按這個理論，兩杯水共有120個單位的熱素，混合后，每杯水平均包含60個單位的熱素，所以每杯水的平均溫度為60度。但是該理論不能解釋經(jīng)驗問題p：為什么把100度的水與同體積的150度的水銀混合后，其平均溫度不是所預(yù)料的125度，而是120度呢?布萊克并沒有試圖把這個問題排除出去，更沒有輕易放棄這個理論。他引入一個新的假定：不同的物體有不同比熱，因為物體對熱素的吸收能力不同。這樣，布萊克實際上引入了一個新的理論，它是包含早期理論和新假定的集合理論。新理論有效地解決了p：水銀的比熱比較小，所以水銀下降30度所放出的熱量，只能使水上升20度。新理論消除了早期理論的反例，也沒有丟失其正例，它的反例數(shù)比早期理論的反例數(shù)少，可以說，新理論比早期理論過硬。后來，新理論又遇到一些困難，都被布萊克按同樣的辦法一一克服了。因此，布萊克的理論在經(jīng)驗過硬性上一度呈上升趨勢。人們稱贊布萊克為“理論修補大師”，而我認為稱布萊克為“增強理論經(jīng)驗過硬性的大師”更為恰當。雖然后來熱質(zhì)說由于不能解決新的問題導致綜合協(xié)調(diào)力的下降而被熱動說取代，我們?nèi)匀粦?yīng)該肯定布萊克的努力是合理的，值得稱道的，因為他追求理論的經(jīng)驗過硬性協(xié)調(diào)力并一度取得成功。增強一個理論的經(jīng)驗過硬性協(xié)調(diào)力不必然導致該理論的經(jīng)驗一致性協(xié)調(diào)力的增強，兩者之間沒有必然的正比關(guān)系。例如，當一個理論的經(jīng)驗過硬性協(xié)調(diào)力上升時，其經(jīng)驗一致性協(xié)調(diào)力可能反而下降。設(shè)想在時刻，一個科學家提出理論T，T推測魔箱B中有一個黑球，一個白球，一個紅球和一個黃球。經(jīng)過實驗觀測，發(fā)現(xiàn)B中有一個黑球，一個藍球，一個紅球和一個黃球。這樣，理論T面臨1個反例，因為觀測到的“白球”其實是籃球。在時刻，另一個科學家提出理論Tˊ，Tˊ推測出B中有一個黑球，一個藍球，但推不出B中有紅球和黃球。這樣，雖然Tˊ把一個反例轉(zhuǎn)化為正例，使得Tˊ的反例數(shù)為0，少于T，增強了Tˊ的經(jīng)驗過硬性協(xié)調(diào)力，但同時，Tˊ卻喪失了2個正例，T的正例數(shù)為3，而Tˊ的正例數(shù)為2，Tˊ的經(jīng)驗一致性協(xié)調(diào)力下降。在這種情況下，理論T和理論Tˊ的勝負尚難預(yù)料。T可能通過自身的發(fā)展和完善消除掉那個反例，而Tˊ也可能通過自身的發(fā)展和完善增加了正例；而且隨著實驗技術(shù)的改進和解釋理論的變化，原來的所謂“反例”可能不再是反例，直接成為正例，而“正例”也可能變成反例。在科學中，理論的“最終”取舍取決于理論的綜合協(xié)調(diào)力的比較�？茖W的馬拉松比賽只有暫時的相對終點，沒有永恒的絕對終點，在這場比賽中，科學家的信念和毅力等背景因素起著重要的作用。
三、論反常
傳統(tǒng)的“反�！�(anomalies)概念具有兩個主要的特征：
�。ˋ）一個理論哪怕只面臨一個反常，有理性的科學家也應(yīng)放棄這個理論；
�。˙）某些經(jīng)驗事實對一個理論來說是反常的，當且僅當這些事實與理論發(fā)生邏輯矛盾。
驗一致性沖突概念對上述觀點作如下修正：
（Aˊ）當一個理論面臨經(jīng)驗過硬性沖突時，并不要求一定要放棄該理論，但可以對理論的可靠性提出懷疑；
�。˙ˊ）某個理論T與Tˊ相比面臨經(jīng)驗過硬性沖突，當且僅當，通過非核心解子的變化策略，從T的解子中導出的與觀察實驗數(shù)據(jù)不符的經(jīng)驗問子數(shù)大于從Tˊ的解子中導出的與觀察實驗數(shù)據(jù)不符的經(jīng)驗問子數(shù)。
傳統(tǒng)觀點A的批評者曾為反對A而提出一些很有說服力的論證，這種論證來自兩個方面：ァ ∫�、模盒�(ambiguities)論證。該論證認為，一個產(chǎn)生了反常的特殊理論是否應(yīng)該因為檢驗境況的一些不能消除的模糊性而放棄，這是不能合理地判定的。檢驗境況的模糊性主要表現(xiàn)為：
（1）在任何經(jīng)驗檢驗中，要想導出一個實驗上的預(yù)測，需要的是整個理論網(wǎng)絡(luò)。假如實驗預(yù)測被證明是錯誤的，我們就不知道在這個理論網(wǎng)絡(luò)中究竟哪個理論錯了。所以，不可能在一個理論網(wǎng)絡(luò)中判定某個具體理論是假的。
�。�2）因為一個理論與實驗數(shù)據(jù)不符就放棄這個理論，這就假定實驗數(shù)據(jù)本身是真實的和不可錯的。其實，實驗數(shù)據(jù)本身也只是可能的，一個反常，不能要求放棄一個理論。
二、實用性(pragmatics)論證。歷史上的每個理論幾乎都有過一些反�；蚍瘩g的實例；事實上，沒有一個人能夠指出一個重要的理論沒有碰到過一些反常。因此，如果我們認真對待A，那么我們就等于放棄了我們?nèi)坷碚摰慕M成部分，因而根本不能談?wù)撟匀唤绲拇蠖鄶?shù)領(lǐng)域。［1］(P27-28)
基于上述理由，用一個較弱的，但更為現(xiàn)實的觀點Aˊ代替A就有很強的說服力。
對于Bˊ與B的區(qū)別，我們可以看到，B中的反常出現(xiàn)情況在Bˊ中并不是經(jīng)驗過硬性沖突的充分條件，因為B沒有理論比較，即沒有把理論放到比較狀態(tài)下來評估。傳統(tǒng)反常使得理論與事實構(gòu)成兩角關(guān)系，事實成為理論真理性的判官。實際上，當理論與某個事實矛盾或不符時，科學家可能置之不顧，只有在當科學家看到其他同行理論認真對待和解決了這一事實時，才可能積極面對這一事實。因為科學家真正關(guān)心的不是理論是否與某個事實相符，而是理論在當下的協(xié)調(diào)力狀況。相比較的兩個理論都可能與某個或某些事實發(fā)生邏輯矛盾，但事實并不對兩個理論都構(gòu)成認知威脅，理論面對的的認知威脅來自與理論相符或不符的事實的數(shù)量上的比較結(jié)果。所以，理論評價應(yīng)當建立在“理論-理論-事實”的三角關(guān)系之上。 傳統(tǒng)的“反�！备拍钣捎谠跊]有理論比較的情況下進行獨斷的判斷，不能完善地解釋科學史中的大量事例。在對待傳統(tǒng)反常的問題上，勞丹很清醒。與傳統(tǒng)“反常”不同，勞丹的“非反駁的反�！�(nonrefuting anomalies) 基于理論之間的比較，對于經(jīng)驗問題p，如果理論T沒有解決，但T的一個或更多競爭對手已經(jīng)解決，則T面臨一個反常。按照勞丹的說法，“每當一個經(jīng)驗問題p，已被某個理論解決時，p以后就構(gòu)成了相關(guān)領(lǐng)域中沒有解決p的每一理論的反常”。［2］(P29)一個反常的出現(xiàn)是對顯示反常的理論提出了懷疑，但用不著強迫放棄該理論。另外，勞丹的“非反駁的反常”也不要求相比較的兩個理論是矛盾的。勞丹的反常概念是需要用經(jīng)驗一致性和經(jīng)驗過硬性來分析的概念。按照勞丹的反常概念，在理論T與理論Tˊ的時刻的比較中，如果T解決了m個經(jīng)驗問題，即T的理論推斷與m個經(jīng)驗問子相符，而同時Tˊ不能解決這m個經(jīng)驗問題，即Tˊ的理論推斷與m個經(jīng)驗問子不符，這表明Tˊ面臨著m個非反駁的反常。根據(jù)這種情況既不能斷定T的經(jīng)驗一致性協(xié)調(diào)力超過Tˊ，也不能斷定T的經(jīng)驗過硬性協(xié)調(diào)力超過Tˊ，因為，即使在這種情況下，Tˊ也不是沒有在解決經(jīng)驗問題的總量上與T持平或超過T的可能性。但是，可以肯定，在經(jīng)驗一致性協(xié)調(diào)力和經(jīng)驗過硬性協(xié)調(diào)力的比較中，Tˊ的處境十分不利。因此，Tˊ也必須盡量設(shè)法解決這m個經(jīng)驗問題。一個理論即使面臨非反駁的反常，也不能馬上確定是該理論錯了，也許是經(jīng)驗證據(jù)有問題，我們的策略是把檢查經(jīng)驗證據(jù)和修改理論同時納入我們的視野，追求經(jīng)驗一致性協(xié)調(diào)力和經(jīng)驗過硬性協(xié)調(diào)力是我們始終不渝的目標的一部分。但是，非反駁反常的警示作用是值得我們關(guān)注的。
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