国外经典哲学教材译丛：逻辑学导论（第13版）

第13章 科学和假说
1科学说明
我们科学地研究这个世界以获得关于它的真理。但是，孤立的真理并不能领我们走向深远；采集了石头不等于建成房屋，仅仅事实的收集更不能成为科学。科学的目标就是发现普遍真理（主要是以像在前一章所讨论的因果联系的形式），据此我们所遭遇的事实可以得到说明（explained）。
什么是一个说明？每一个说明都给出一个解释，就是某个陈述集合，从中能够逻辑地推导出需要说明的事情。最好的说明将能够对需要解释的有疑问的方面进行最大程度的消解或者还原。这样的解释将包含普遍真理的一个融贯集合，或者一个理论。例如，为了说明某个严重的疾病，我们需要什么引起那个疾病以及如何诊治那个疾病的一个融贯解释。某个特定物质的出现或者消失是这种紊乱的关键吗？例如，说明糖尿病的理论就是关于人体对糖分的使用以及在那个使用当中由体内某些特殊细胞产生的一种叫胰岛素的蛋白激素的中心角色的一个融贯解释。根据这个理论，胰岛素的缺乏（或者是身体法使用它所产生的胰岛素）说明了在从血液中吸收糖分时由此所产生的紊乱。这样的一种解释（当然这里已经极度简化了）给出了关于这一严重疾病的一个科学说明。病人因为缺乏胰岛素而患上糖尿病。
当我们说“由P得Q”，那表达的可能是一个说明，也可能是一个论证。当我们是由前提P推导出结论Q时，这就表达了一个论证。当面对事实Q，我们的推理由那个事实进行回溯，以发现导致它的境况，这就表达了一个说明。糖尿病，也就是血液中糖分过多，是许多病人的生活中的一个残酷事实。我们通过引起对导致那样的后果的胰岛素缺失的注意来说明他们的糖尿病。因而，560对相互关联的一系列境况的解释，也就是胰岛素缺失P解释了糖分过多Q，正是对那个疾病的一个说明。
一个好的说明必须提供与待说明的事实相关的（relevant）真理。如果我试图以诉诸巴西上升的人口出生率这样的理由来说明我的上班迟到，由此引入的事实可能是真的，但它是不相关的，因而它不能成为我的缺席这一正在谈论的事件的一个令人满意的说明。在这个琐碎的例子中，一个说明所寻找的是一个单独的事件。在科学中，我们所寻找的说明不仅是真且相关的，而且也是普遍的。我们所力求的说明将提供关于某种特定种类的所有事件，比如说，对所有出现的糖尿病的一个理解。
一个科学理论所能解释的事实越多，它的力度就越强。某些理论在它们的范围和力度上是极好的。例如，这里是艾萨克?牛顿的万有引力定律的一个简短陈述：
宇宙中每个质点以一个力吸引另外一个质点。该力正比于质点质量的乘积，反比于它们间距离的平方。
非科学的说明也可以是相关的和普遍的。长久以来，人们一直用在行星上生活的“智慧生物”来解释行星的规则运动。在某些文化中，疾病被“说明”成邪恶的精灵侵入人体所引起的。这些当然是非科学的解释，尽管它们提供的说明是普遍的，也与我们所关注的事实相关。那么，什么区分了真正科学的说明与非科学的说明呢？
有两个主要的区别。第一个区别是态度上的区别。一个非科学的说明是被教条地提出的；它给出的解释被认为是绝对真的而不能改进。亚里士多德关于物质的观点在几个世纪里事实上被接受成最终权威。尽管亚里士多德本人似乎是思想开放的，但是一些中世纪的学者以死板的、非科学的精神将他的观点采纳下来。一个学者拒绝用伽利略提供给他的望远镜来观看新发现的环绕木星的卫星，他肯定地认为，这些卫星不可能是真的，因为亚里士多德天文学著作里没有提到它们！与之相反，一个严肃的科学家的态度是非教条的；每个提出的说明都是暂时的或临时的；假说可能被认为很有可能是真的，561但是它们被视为在证据面前会受到替换。
科学中的词汇在这点上有时是误导人的。一个“假说”提出后得到很好的证实，它可能被提升为“理论”；当它被普遍地接受后，它可能被进一步提升为“定律”。但是它们的使用不是一成不变的。牛顿的发现今天仍然被称为“引力定律”，爱因斯坦的贡献改进并超越了牛顿的发现，但被称为“相对论”。论使用什么样的术语，真正的科学家的态度不是教条的。科学中所有普遍命题在本质上都是假说，永远不具有绝对的确定性。
第二个区别涉及接受正在谈论的解释所基于的基础。在科学中，一个假说仅仅在存在好的证据的条件下才值得接受。一个非科学信念之被坚持，可能不依赖于有利于它的证据的事情之上；一个非科学的说明被简单地认为是真的，可能是因为“每个人知道”它如此，或者可能是因为它被认为是由上天所揭示的。对于这样的断言没有可靠的检验，但是在真正的科学中，对于真理的断言可以得到检验，并且这样的检验在于经验之中。因而我们说真正的科学是经验的。
说一个假说是可检验的至少意味着某些基于该假说的预言可以证实或者证伪这个假说。科学需要证据。但是，可以证实这个讨论中的假说的累积的证据当然永远不会是完全的，正如我们先前所强调的；我们永远不可能得到所有的证据。因此，即使当支持性的证据非常强的时候，仍会保留一些疑问，确定性是法达到的。然而，在否定性的方面，如果证据可争议地表明基于该假说的预言是假的，我们就完全有信心认为该假说必须得到拒斥。尽管我们不能完全地证实一个假说，但我们可以完全地证伪一个假说。由于此类原因，一些哲学家认为，说一个科学假说是可检验的，也就是说它至少在原则上是可错的。
真理的检验可以是直接的也可以是间接的。为了弄清外面是否下雨，我只要看一下外面。但是用做说明的假说是普遍性命题，它们不是直接可检验的。如果我对我上班迟到的解释是交通事故，我的老板如果对之怀疑，他能够借助于警察的事故报告而间接地检验我的解释。一个间接的检验从待检验的命题（如我遭遇到一次交通事故），演绎出其他某个能够被直接检验的命题（如我提交了一个事故报告）。如果那个演绎出来的命题是假的，包含这个命题的说明必定是假的。如果演绎出来的命题是真的，它提供了某个证据证明这个说明为真、已经被间接证实。但是这个证据不是结论性的。
间接检验永远不会是确定的。它总是依赖于某些额外的前提，562比如这样的前提：我对我的老板描述的该起事故与警察记载的一样。但是警察部门应当对我所涉案的事故的记录进行备案，但可能还没有备案；缺乏该记录不能证明我的说明是假的。并且，某个附加前提即使是真的，它并不给说明赋予确定性——尽管演绎出的结论（本例中事故报告的真实性）得到成功检验确实加固了它的前提。
即使一个非科学的说明也有某个它喜爱的证据，即用它来解释的那个事实。行星上居住着“智慧生物”，它们使行星沿着我们观察到的轨道运动，这个非科学理论能够称这个事实——行星确实在它们的轨道上运动——为证据。但是，在该假说和关于行星运动的可靠的天文学说明之间存在巨大的差别：对于非科学假说，不能够从中演绎出其他的可直接检验的命题。另外一方面，一个给定现象的任何一个科学说明能够演绎出可直接检验的命题，而不是陈述待说明事实的命题。这就是当我们说一个说明是经验可证实的时候所要表达的意思。这样的可证实性是科学说明的最本质的特征。“科学说明”这个普遍概念正确地应用到了通常所认为的科学（物理学、心理学）之外的地方。因而，对一个事件的说明（如我上班迟到是因为交通事故），我们可以用多种方法对之进行间接检验，这个说明是这个宽泛的意义上的“科学的”。
2科学探究：假说和确证我们寻求正确的科学说明，并且其正确性是可以经验地证实的。我们如何能够得到这样的说明呢？我们不能给出研究科学的公式，但是在大多数科学研究中，都有一些步骤或者不同的阶段。通过确定以及描述七个这样的步骤，我们可以更加完全地理解好的科学是如何进展的。
A.确定问题
科学研究开始于某个问题。一个问题可以表示成一个或一组当时没有可接受的说明的事实。一个社会学家面临在工作或者游戏当中的令人迷惑的趋势，何以解释之？一个医学研究者面临一种令人迷惑的疾病，它的起因是什么？一个经济学家观察到消费与储蓄的不同模式，何以说明这样的不同？有些问题之确定是相当明显的，就像当一个侦探面临一个特定案子时他的问题是：犯人是谁？有些问题可能源于当下理解的不足。公元前3世纪亚历山大里亚图书馆馆长埃拉托色尼正确地认为地球是球体，但是并不知道它的尺寸。563他的问题就是确定我们称之为地球的这个球体的周长。正如约翰?杜威和许多其他现代哲学家所不断强调的，反思性的思考——论是在社会学中、医学中、法律的实施中、物理学中或是其他任何领域中——是解决问题的（problemsolving）活动。某种问题的识别是接踵而来的科学的触发器。
B.构建初步假说
初步的推测，也就是某些关于这个确定了的问题的比较试探性的说明，是第二个步骤。远在一个完整的解答被找到之前，需要建立某种理论以便能够知道需要收集何种证据以及最好到哪里寻找这样的证据。侦探考察犯罪现场，询问嫌疑人，并寻找线索。内科医生检查病人，记录资料，注意不规则性。赤裸裸的事实被收集起来；只有当它们能够被安排进某个融贯的模式，哪怕是推测性的和不完全的模式之中时，它们才能成为可用的线索或者揭示某些症状。例如，托马斯?马尔萨斯在1798年发表的《人口学原理》中提出，人口增长超越食物供应的趋势将使大多数人处于饥饿的边缘。多年后，查尔斯?达尔文在推测物种起源的时候读到这里，突然想到一个极具成果的观点。他写道：
此时立刻令我想到在这些环境中，有利的差异会得到保留，不利的会被破坏。这样，我终于有了可以用以研究的理论。（Autobiography，1881）
世界上存在太多的可能相关的事实、太多的数据，以至于科学家不能将它们全部收集起来。最细心和全面的研究者也必须选择某些待深入研究的事实并且放弃不相关的其他事实。如果地球是球体，太阳的光线在任意特定的时间将会以不同的角度照射在球体不同的地方。几何学可以帮助我们计算出地球的尺寸吗？一个理论的轮廓是重要的，因为除此研究者不能确定从整个事实全体中挑选和追求何种事实。某种初步假说不管是如何的不完全、试探性，任何严格的探究开始的时候它都是必需的。
C.收集额外事实
初步假说服务于引导对相关事实的寻找。作为初步情况，病人被认为是受到某种感染，而那样的假说使得内科医生追踪某些通常与感染相关的资料：体温的不规律、炎症的类型以及其他类似方面。对于罪犯可能是家庭中的一员的初步564推测将会导致侦探调查住在那里的人们的行为等等。如果太阳的光线照射地球的角度在地球表面不同的地方必定不同，为了应用几何学原理，人们就必须至少找到一个地方，在那里太阳被认为在某个特定时刻是正好在头顶上的。那个地方可能是在哪儿呢？
步骤2和步骤3当然不是完全分离的；在实际的科学活动中，它们紧密关联、相互启发。新发现的事实可能导致对初步假说的调整，那样的调整可能会引向早先未被注意的事实。使用初步假说来收集证据的过程，同时也就是改进假说，导致新的发现，如此等等。
D.形成说明性的假说
最终，研究者（科学家、侦探，甚至普通人）将会相信，解决原初问题所需要的所有事实都已经获得。任务就变成了将谜题的片段以某种方式组装成一个有意义的整体。如果那样的综合是成功的话，一个可以解释所有资料（引起问题的事实的最初集合以及早先假说所涉及的额外事实）的假说就产生了。失业的激增由劳动力市场的某个更大的理论所说明。在这个病人的情况中病人被发现正受到某种被注意到的症状的可辨别的病原体的损害。这个家庭的某一确定的成员被政府作为罪犯进行起诉，针对他的案件也得到了系统阐述。
不存在找到某个完善理论的机械方法。对成功的说明性假说的实际发现或发明是一个创造性的过程，在这个过程中需要想象，也需要知识。那就是为什么那些做出重要科学发现的人会受到如此广泛的尊敬和如此多的赞赏。
地球的周长是多少？埃拉托色尼发现：在埃及的塞恩城（今日的阿斯旺），每年在特定的一天、特定的时间，阳光直接射入深水井中。在那个同样的时间，他在亚历山大里亚量了太阳的影子（因而也量出了太阳光线的夹角）；他发现太阳光线有轻微的倾斜，在垂直向偏离大约7°角。那大约是球体圆周角（360°）的五十分之一。塞恩城与亚历山大里亚之间的距离是已知的。565地球整个球体的周长因而也必定大约是那个距离的五十倍。埃拉托色尼接下来对地球周长的计算［“250000希腊里（stadia）”］被认为［我们并不确定1希腊里（stadium）的长度］测量误差仅仅在5％以内。他法确证那样的计算，但是在他那个时代，这样的科学是令人印象深刻的。像爱因斯坦和牛顿这样真正伟大的科学家理所当然被视为创造性的天才。
E.推导出进一步的结果
一个真正富于成果的好的说明性假说将不仅说明激发研究开始的原初事实，而且解释许多其他的事实。它有可能涉及较早甚至没有被注意到的事实。假说所引出的这些额外事实如果被证实，将使得假说得到有力确证。但是，当然不能给予确定性的证明。
被称做“大爆炸”的宇宙学理论可以看做对这样的预测进行阐述的例子。这个假说认为，如果目前的宇宙开始于一个大爆炸事件，最初的火球应是平稳的和均匀的，而没有任何结构。与此对照的是，目前的宇宙具有大量的结构，可见物质组成星系、星系群，等等。如果“大爆炸”理论是正确的，原则上我们必须能够确定宇宙现今的结构是怎么产生的。我们需要能够“回顾过去”，并且因为被接收到的光线必定是亿万年前就已经离开了它的光源，通过观察膨胀的宇宙中那些最遥远的物体，天文学家事实上确实能够“回顾过去”。如果在这些观察中，早期结构不能通过最灵敏的仪器被探测到，那么大爆炸理论将被极为严重地削弱。但是，如果这样的结构确是可探测的，大爆炸理论将得到显著的确证。
F.对结果进行检验
对于任何一个说明性假说的评价，关键的就是它的预测的准确性。理论所意味着的事实能够被确定吗？如果在宇宙的早期膨胀中存在某个结构，如大爆炸理论预测的那样，那么，由于目前的背景辐射根源于早期，在它之中将必定存在不规则、不均匀。幸好，测量背景辐射是可能的，因而我们能够以这种方式间接地确定在假定的大爆炸之后十分短暂的时刻里存在这样的结构不规则性。为了探测那些预测的辐射不规则性，宇宙背景探测者（COBE）这个特别的卫星被设计出来。利用这个卫星，预测的不规则性确实被探测出来，为大爆炸假说的真理性提供了非常重要的确证性证据。
考虑一下在另一个语境中的预测。在生物学领域里我们可以提出这个假说：在哺乳动物中某种特定的蛋白质是由某种特定的酶产生的，566而该酶是在一个特定基因引导下产生的。从该假说中我们可以推论出进一步的结论：缺少该基因的地方，我们所说的该蛋白质将不出现或者数量不足。
为了检验该生物学假说是否正确，我们构造某个该特定基因的作用能够被测定的实验。经常的做法是，将去除特定基因的老鼠进行繁殖——被称为“基因剔除小鼠”。如果在这样的老鼠中被研究的酶以及与之有关的蛋白质确实发生缺失，我们的假说将得到有力证实。这种检验依赖于我们在第12章中所讨论的求异法。该处讨论的许多方法（密尔方法）都作为确证（或否证）假说的理智工具来使用。在医学中许多有价值的信息正是以这种方法获得的。我们设计实验，以弄清我们认为是对的东西，在如此这般的条件得到满足的情况下，是否确实是真的。为此，我们必须构造这样或那样的特定的条件。“一个实验，”正如伟大的物理学家马克斯?普朗克所说，“是科学给大自然提出的一个问题；而测量是对大自然的回答的记录。”
我们并不是总能构造出进行检测所需要的条件。因而我们必须在自然环境中寻找检测所需的条件。为了检测广义相对论所做出的努力就是这样一个例子。《广义相对论基础》于1916年发表于《物理学年鉴》。爱因斯坦的理论提出引力并非像牛顿所认为的是一种力，而是在时空连续区中由于质量而产生的弯曲的场。爱因斯坦提出可以这样来证实（或者证伪）他的理论：通过测量光线经过太阳附近时所产生的弯曲，而所需要的光线只有在日全食时可以进行观测。这个预测的检验必须等到1919年的日全食，那时的太阳将位于位置已经得到精确测定的毕星团（Hyades）的方向上。在那次日全食期间，物理学家亚瑟?爱丁顿爵士亲自驻扎在非洲西海岸附近的小岛上；另一组英国科学家则去往巴西。两支队伍精确地测量了星团中一些亮星的视位置；他们的测量清楚地说明来自于这些亮星的光线掠过太阳的时候确实发生了偏折，并且其偏折与爱因斯坦的预测值一样。广义相对论得到了非常牢固的证实。
这个理论说明了空间、时间和引力是如此纠缠在一起以至于如果你想有意义地说到其中一个就必须提到其他两个。爱因斯坦试图走得更远，567发展出一种能够将自然界中的所有力都统一成一种力的终极理论。此种努力不管是他本人还是其他任何人都没有成功。
作为一个新的路径，构造叫弦理论的关于自然力的完全而统一的理论现在已经有了很多拥护者。它提供了可能将引力、量子力学以及自然界中的其他力统一在一起，并且也能解决一些早先的数学问题的一个理论解释。基于物质组成的最基本单元的全新概念的弦理论避免了数学上的矛盾，但是还没有得到确证。
弦理论所做出的何种预测能够通过实验检测得到确证呢？这个理论关于新种类的粒子的预测有可能得到确证；高能粒子的碰撞将会产生小黑洞的预测也有可能得到检验。就在本书写作当下，巨大的粒子加速器——大型强子对撞机（LHC）正在瑞士日内瓦被建造，预计于2008年投入运行。几年之后我们将有经验证据来证实或者证伪由弦理论所给出的说明。一些科学家声称弦理论不能做出任何其检验能够真正证实或者证伪它的预测。参见L.Smolin,The Trouble with Physics(Boston:Houghton Mifflin,2006);and PWoit,Not Even Wrong:The Failure of String Theory(New York,Basic Books,2006)。有可能这个理论所做出的预测原则上可检验，但是在如今技术条件的限制下实际上是不可检验的。这一热烈的争议似乎还将继续下去。
正如达尔文在1859年的《物种起源》中以及许多他的后继者所提出的，进化论现在几乎已经被广泛地接受为关于动物和植物的物种发展的正确说明。能够预期性地（而不是追溯性地）检验这个理论的预测很难被设计出来，因为自然选择的假说似乎需要许多个世代的流逝。最近，哈佛大学的一个进化生物学教授乔纳森?洛索斯设计出一个使得快速检验成为可能的实验。在巴哈马群岛中棕色沙氏变色蜥免于捕食者而生活并且频繁地繁殖的几座小岛上，他引入了一个捕食者，该捕食者的行为将迅速导致与其他几座类似的、未受到侵扰的小岛相比，该岛上更能适应逃跑的长腿蜥蜴的数量的发展。自然选择的力量就如预期的一样起作用了；长腿蜥蜴变得占据主要地位。当不断被捕食的时候，沙氏变色蜥爬进树木和灌木中，在那里短腿蜥蜴更具有优势。568进一步的预测是自然选择将会产生一个逆转，短腿蜥蜴将会最终变得占据主要地位；六个月后那样的预测也得到了确证。进化第一次受到操纵并且故意进行逆转。洛索斯教授说：
进化生物学总是被讽刺与受控的实验不相容。然而，最近的工作已经表明进化生物学可以在短期内得到研究，并且关于它的预测能够被实验性地检测。我们预测，然后演示了在一群蜥蜴中，对腿的长度产生影响的自然选择的方向的逆转。我们在自然中做了一个受控的、可复制的实验。这表明进化生物学就其本质来说与其他科学并任何不同。
……