編譯 魏劉偉

科學(xué)描述的是經(jīng)驗(yàn)還是真理？

《科學(xué)是什么以及科學(xué)究竟是如何進(jìn)行的》劍橋大學(xué)出版社，2019年7月

科學(xué)似乎受到了攻擊。攻擊來(lái)自多個(gè)方向，從政治領(lǐng)域到偽裝成科學(xué)實(shí)體的團(tuán)體和個(gè)人。甚至有一種真正的風(fēng)險(xiǎn)，即科學(xué)事實(shí)最終將被減弱為僅僅是另一種觀點(diǎn)，即使這些事實(shí)描述了自然現(xiàn)象——也就是發(fā)展科學(xué)的目的。加速這種侵蝕的是一種夸張的宣稱：科學(xué)常常制造“真理”。而研究人員本身也可能是這樣認(rèn)為的，不管是否有意。

我是個(gè)研究者，我明白這種想法。似乎很難解釋科學(xué)理論在描述自然方面的持續(xù)不斷的成功——更不用說(shuō)技術(shù)的不斷進(jìn)步——而不給這些理論賦予至少一些特殊的認(rèn)知地位。我在這本書中探討了這一挑戰(zhàn)。如果說(shuō)科學(xué)史教會(huì)了我們什么，那就是一種理論預(yù)測(cè)未被觀察到的現(xiàn)象并導(dǎo)致驚人的新技術(shù)的能力，并不能證明上述理論是“真的”。

例如，除了能夠解釋已知的太陽(yáng)系的動(dòng)力學(xué)之外，艾薩克·牛頓的力學(xué)還對(duì)其他天文現(xiàn)象做出了驚人的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，例如哈雷彗星由于木星的引力效應(yīng)而在1759年的遲到。更令人印象深刻的是，在19世紀(jì)初，當(dāng)天文學(xué)家確定天王星的軌道偏離牛頓的預(yù)測(cè)時(shí)，他們得出一個(gè)結(jié)論：牛頓的理論沒(méi)有錯(cuò)；相反，他們假定一顆先前未被觀測(cè)到的行星的存在，并在后來(lái)發(fā)現(xiàn)了它的確切位置（并命名為海王星）。

科學(xué)革命的成功令人印象深刻，以至于哲學(xué)家們發(fā)展了全新的知識(shí)理論，試圖去解釋科學(xué)家是如何利用觀察和理性來(lái)發(fā)現(xiàn)基本真理的。在這個(gè)過(guò)程中，科學(xué)家和認(rèn)識(shí)論家都試圖否定邏輯學(xué)家自古以來(lái)就知道的東西：無(wú)論多少正確的預(yù)測(cè)都不能夠證明一個(gè)假設(shè)的正確性。這樣做就犯了“以果證因”的錯(cuò)誤——換句話說(shuō)，科學(xué)理論總是被現(xiàn)有的數(shù)據(jù)所低估。

但這難道不只是象牙塔語(yǔ)義嗎？邏輯學(xué)家們可以揚(yáng)起他們的眉毛，搖晃他們的手指，但科學(xué)家們正忙于在現(xiàn)實(shí)世界中取得進(jìn)步。牛頓力學(xué)的成功難道不正是證明了牛頓假設(shè)的定律一定是真的嗎？否則，這個(gè)理論怎么能在浩瀚的宇宙中指定一個(gè)地方，并在那里找到海王星呢？結(jié)果的正確，就是前因的正確！

然而，事情并不總是如此順利的。1859年天文學(xué)家們確定，隨著時(shí)間的推移，水星的軌道并不像牛頓力學(xué)所預(yù)測(cè)的那樣運(yùn)行。因此，另一顆新行星（命名為祝融星）被假定存在并被計(jì)算出了其可能的位置。與對(duì)海王星存在的預(yù)測(cè)不同，這一假設(shè)并沒(méi)有成功；相反，牛頓力學(xué)在這一背景下是一個(gè)不正確的理論。它關(guān)于時(shí)間、空間和同時(shí)性的概念是完全錯(cuò)誤的。這就需要另一個(gè)不同的科學(xué)理論——愛(ài)因斯坦的相對(duì)論——來(lái)解釋水星異常的近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)。

這些被推翻的假說(shuō)的例子在科學(xué)史中屢見(jiàn)不鮮：自發(fā)產(chǎn)生的生命、糟糕的空氣和四種基本體液的不平衡會(huì)引起疾病、巴斯德關(guān)于疫苗如何工作的理論、梅斯默的調(diào)節(jié)人類健康的不可稱量的液體等等。

那么，我們可以相信什么呢？堅(jiān)持認(rèn)為電子、原子、黑洞和暗物質(zhì)是真實(shí)的，因?yàn)槲覀兛梢酝ㄟ^(guò)假設(shè)它們的存在來(lái)解釋和預(yù)測(cè)很多觀測(cè)和預(yù)測(cè)？或者簡(jiǎn)單地承認(rèn)科學(xué)不能支持對(duì)抽象的、未被觀察到的科學(xué)物體和規(guī)律屬于絕對(duì)真理的主張？

有人可能會(huì)說(shuō)，我們生活在一個(gè)簡(jiǎn)單的不能容忍微妙思考的時(shí)代。如果科學(xué)家不敲“真理”的鑼，那么它可能只會(huì)加速科學(xué)作為“僅僅是另一種觀點(diǎn)”的消亡。然而，我認(rèn)為，這一立場(chǎng)沒(méi)有給預(yù)定的受眾以足夠的信任，而且聲稱絕對(duì)真理的存在最終弊大于利，不僅是為了科學(xué)與公眾的互動(dòng)，也是為了科學(xué)的實(shí)踐。如果數(shù)據(jù)對(duì)科學(xué)來(lái)說(shuō)是神圣不可侵犯的，那么就讓我們接受科學(xué)本身的歷史數(shù)據(jù)吧！

本書節(jié)選

早在1667年以及整個(gè)17世紀(jì)，人們花了大量的時(shí)間研究自然界的一種基本物質(zhì)，叫作“燃素”（phlogiston）。人們觀察到，當(dāng)物體燃燒時(shí)，它們的重量就會(huì)變輕，同時(shí)也會(huì)釋放出熱和光。重量的減少似乎清楚地表明，燃燒的物質(zhì)在釋放熱量的同時(shí)會(huì)損失質(zhì)量。這種被釋放出來(lái)并散發(fā)熱量的東西被命名為燃素。另一個(gè)已知的觀察是，如果在一個(gè)封閉的容器中點(diǎn)燃蠟燭，蠟燭會(huì)燃燒一段時(shí)間，然后熄滅。由于在大部分蠟燭完好無(wú)損的情況下火焰熄滅了，所以燃素說(shuō)似乎無(wú)法解釋火焰熄滅的原因。相反，人們假設(shè)空氣的質(zhì)量在某種程度上發(fā)生了變化。事實(shí)上，這一假設(shè)得到了觀察的支持，即如果蠟燭暴露在新鮮空氣中，它就會(huì)再次燃燒。從所有這些觀察中得出的結(jié)論是，要使一個(gè)物體燃燒，空氣就需要能夠吸收它釋放出的燃素；燃燒在一段時(shí)間后的停止，是因?yàn)闆](méi)有更多的燃素可以被空氣吸收。

人們還認(rèn)識(shí)到，空氣維持生命的能力與其允許物體燃燒的能力具有相似的性質(zhì)。換句話說(shuō)，如果一個(gè)人把一個(gè)小哺乳動(dòng)物放在一個(gè)封閉的罐子里，它會(huì)在一段時(shí)間后死亡，剩下的空氣無(wú)法支持燃燒；相反，如果一個(gè)人在容器里燃燒蠟燭，直到它不再燃燒，空氣就不能再維持老鼠的生命。令人驚訝的是，如果一個(gè)人把植物放進(jìn)不能支持燃燒或活老鼠生命的空氣中時(shí)，植物的表現(xiàn)非常好，而且過(guò)一段時(shí)間空氣就可以再次支持燃燒或老鼠的生命。顯然，燃燒和動(dòng)物的生命都導(dǎo)致了燃素的釋放，這就是我們呼吸的原因（為了將燃素從我們的身體中排出）?？諝庵荒芪找欢康娜妓?，因此只能支持一段時(shí)間的燃燒或老鼠的生命。然而，植物從空氣中去除了燃素，恢復(fù)了其吸收燃素和維持小鼠生命或燃燒的能力。燃素說(shuō)很好地保持了理論的一致性；所有已知的現(xiàn)象都可以在燃素存在以及空氣只能吸收有限的量燃素的前提下進(jìn)行預(yù)測(cè)。

隨著科學(xué)家們開始理解“空氣”實(shí)際上是不同實(shí)體的混合體，對(duì)空氣進(jìn)行分餾的研究成為一個(gè)豐富的探索領(lǐng)域。當(dāng)?shù)獨(dú)獗话l(fā)現(xiàn)時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)火焰既不能在里面燃燒，老鼠也不能在里面生活。這被解釋為燃素化的空氣；換句話說(shuō)，氮?dú)鉀](méi)有吸收燃素的能力。幾年后，約瑟夫·普里斯特利（Joseph Priestley）觀察到一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，對(duì)氧化汞進(jìn)行加熱會(huì)使空氣退燃素化；換句話說(shuō)，通過(guò)加熱氧化汞而得到的空氣能夠吸收更多的燃素，因此，它增強(qiáng)了火焰的燃燒，而且老鼠在這種空氣中的壽命比在正常空氣中要長(zhǎng)。對(duì)燃素的研究似乎是一場(chǎng)勝利，因?yàn)槊恳粋€(gè)關(guān)于它的新發(fā)現(xiàn)都很好地適用于了一個(gè)連貫的理論。

隨后的自然科學(xué)研究表明，一些物質(zhì)，特別是金屬物質(zhì)，在燃燒時(shí)實(shí)際上會(huì)變得更重。這對(duì)燃素理論來(lái)說(shuō)是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，因?yàn)楹茈y解釋為什么一個(gè)正在失去燃素（和散發(fā)熱量）的東西會(huì)變得更重而不是更輕。人們提出了一些論點(diǎn)試圖來(lái)解釋這一點(diǎn)，但最終表明，當(dāng)物質(zhì)燃燒時(shí)，它們實(shí)際上與空氣中所包含的某種東西結(jié)合在一起。事實(shí)上，根據(jù)我們目前的理解，燃素并不存在；相反，燃素的對(duì)立面卻是存在的（我們現(xiàn)在稱之為氧）。蠟燭不是因?yàn)榭諝獠荒茉傥障灎T發(fā)出的燃素而停止在一個(gè)封閉的容器中燃燒；相反，空氣中含有一種對(duì)燃燒（氧氣）至關(guān)重要的元素，事物停止燃燒是因?yàn)樗械难鯕舛急幌牡袅恕＜訜嵫趸⒉粫?huì)使空氣退燃素化；相反，它會(huì)釋放出氧氣，這是燃燒和生命所需的氣體。這標(biāo)志著概念的倒置，一個(gè)范式的轉(zhuǎn)換，其意義不亞于認(rèn)為地球圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)而非太陽(yáng)繞地球旋轉(zhuǎn)的觀點(diǎn)的提出。

這個(gè)故事的重點(diǎn)是一個(gè)抽象的實(shí)體，即燃素。就像許多科學(xué)研究的對(duì)象一樣，燃素本身從來(lái)沒(méi)有被直接觀察到；相反，燃素的影響被觀察到了，并被作為它存在的實(shí)質(zhì)證據(jù)。正如前面所解釋的，燃素的概念可以追溯到對(duì)某個(gè)東西的存在的猜測(cè)，它可以為觀察到的現(xiàn)象提供一個(gè)解釋。隨著越來(lái)越多的觀察證據(jù)的出現(xiàn)，它被解釋為燃素存在的證據(jù)。正如前面討論過(guò)的，追溯過(guò)程容易受到“以果證因”的謬誤的影響，即：即使燃素存在的假設(shè)能夠預(yù)測(cè)所有的觀察，但并不意味著燃素必須存在（從邏輯的角度）。然而，燃素的概念確實(shí)存在，并且（在一段時(shí)間內(nèi)）非常有效地解釋了自然世界。無(wú)數(shù)的科學(xué)家過(guò)去一直覺(jué)得他們是在“觀察燃素”?？茖W(xué)家們研究了燃素的性質(zhì)，他們可以通過(guò)燃燒中燃素的流失來(lái)測(cè)量其質(zhì)量，他們可以用燃燒的氧化汞來(lái)吸收空氣中的燃素，他們可以通過(guò)點(diǎn)燃蠟燭來(lái)把燃素釋放回空氣中。

科學(xué)家們?cè)趺茨軌蜓芯恳环N物質(zhì)的物理性質(zhì)，而它卻根本不存在于人類的抽象想象之外呢？我們確實(shí)需要尊重更廣泛的哲學(xué)概念，即我們的想象沒(méi)有什么神奇的，不管我們的理論假說(shuō)似乎能解釋多少；提出一個(gè)未被觀察到的實(shí)體來(lái)解釋所有觀察到的現(xiàn)象，這并不能證明它的存在。從來(lái)沒(méi)有科學(xué)家直接觀察過(guò)電子、原子或希格斯玻色子，但我們確信它們存在，因?yàn)槲覀兛梢匝芯克鼈兇嬖诘念A(yù)測(cè)效應(yīng)。事實(shí)上，我們用氧氣這個(gè)同樣抽象的概念取代了燃素的抽象概念，雖然氧氣存在的假設(shè)比燃素更能解釋我們的觀察，但它也同樣抽象。我們對(duì)研究這樣的東西充滿信心，但最終所有這些東西在哲學(xué)上都和燃素沒(méi)有什么不同?？茖W(xué)家們研究現(xiàn)象，但他們用科學(xué)客體來(lái)詮釋。重要的是要記住，許多科學(xué)聲稱要研究的科學(xué)實(shí)體將永遠(yuǎn)遭受潛在的不存在的脆弱性。這也是為什么當(dāng)一個(gè)人假設(shè)最初的前提，然后建立起有著強(qiáng)大預(yù)測(cè)能力的理論時(shí)（例如，歐幾里得和牛頓），他不能利用其理論的成功作為證據(jù)來(lái)證明其前提是正確的。它們可能是正確的，但不可能被證明是正確的；一次又一次，“已知的”科學(xué)實(shí)體和公認(rèn)的科學(xué)前提和原則后來(lái)被認(rèn)為根本不存在，而只是一些概念而已。