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马雷:论科学理论的经验多样性指标
录入: 哲学网编辑部 发表时间: 2013-07-31 点击: 1184 次 我要收藏

一、经验多样性的定义
科学理论的进步和创新有许多标准,给每一个标准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多样性下定义之前,需要先解释一下“问子”和“解子”等相关概念。任何单一的标准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,以任一单一标准为天平,则天平两端的理论可能表现出轻重或优劣的不同。这时,较差的理论表现了该标准的冲突方面;较优的理论表现了该标准的协调方面。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。”这里,“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,可以给经验多样性定义如下:
在理论T与T′的t时刻的比较中,T面临经验多样性冲突且T′呈现经验多样性协调,或者说,T的经验多样性协调力下降(记为VTt↓)且T ′的经验多样性协调力上升(记为VT′t↑),当且仅当,在t时刻,理论T有m种不同的经验解子(记为jm,m>0)并获得u种不同的观测型经验问子(“观测型经验问子”记为w′)的归纳支持(记为w′u,u≥0),且理论T′有n种不同的经验解子(记为jn,n>0)并获得v种不同的观测型经验问子的归纳支持(记为w′v,v≥0),并且u与m的比值小于v与n的比值。
该定义可用符号记为
VTt↓∧VT′t↑?Tt(w′u?jm) ∧T′t(w′v?jn) ∧(u/m VTt
2) VTt=u/m
3) VT′t=v/n
公式1)表示,如果t时刻的理论T的观测型经验问子与经验解子的比值小于t时刻的理论T ′的观测型经验问子与经验解子的比值,那么,t时刻的理论T′的经验多样性大于t时刻的理论T的经验多样性。公式2)表示,t时刻的理论T的经验多样性等于T的观测型经验问子与经验解子的比值。公式3)表示,t时刻的理论T′的经验多样性等于T′的观测型经验问子与经验解子的比值。后两个公式给出了经验多样性的一个普遍的量化测度方法,即一理论在下时刻的经验多样性等于该理论在t时刻的观测型经验问子数与经验解子数的比值。
经验简洁性和经验多样性都涉及经验解子与经验问子的比例问题,但二者不同。经验简洁性着眼于以最少的不同的经验解子解释或演绎出最多的不同的理论型经验问子,而经验多样性则着眼于以最多的不同的观测型经验问子归纳支持最少的不同的经验解子。经验简洁性定义中的理论型经验问子已经通观测型经验问子的检验;经验多样性定义中的观测型经验问子是已经发现的,它们通过归纳的逻辑通道来寻找和支持经验解子。
经验多样性中的“多样”指已经发现的作为经验证据的不同的观测型经验问子在待支持的理论的解释域或覆盖域中占据着不同的分布区域,这些区域可能来自同质经验问子在外延上的划分,可能来自体现了完整运动过程的观测型经验问子的不同阶段,也可能来自对同类证据或观测型经验问子捆绑不同的条件。经验证据或观测型经验问子的多样化问题比较复杂,牵涉局部与整体、特殊与普遍、全面与深刻等关系问题。为什么多样化的观测型经验问子能够通过归纳的逻辑通道支持理论,这是一个更加复杂的问题。自“休谟问题”提出以来,我们就意识到归纳的合理性不能定位在保证科学理论的普遍性和必然性,因为根据演绎逻辑、归纳逻辑和自然齐一律的论证都失败了。演绎逻辑不能保证在有限和无限、现在和将来之间建立起必然性的通道,而归纳逻辑和自然齐一律的论证都导致明显的或隐蔽的循环论证。波普试图用演绎证伪法取代归纳法不仅在实际上行不通,还受到笛昂—奎因论题和不完全决定论题的有力反驳。如果我们把归纳法的合理性定位在增强科学理论的可靠性或局部协调力不仅符合实际,也避开了不可跨越的虚构的理论难题。如果我们不对归纳法抱有太大的期望,不妨像斯特劳森(Peter.F.Strawson)那样把归纳法看成无须辩护的最基本的方法,也不妨像莱欣巴赫那样认为归纳法是有益而无害的方法。
科学哲学界后来将归纳问题集中到验证问题,即考虑在何种情况下证据对理论构成验证。这是很有意义的。亨普尔对验证问题进行了定性的研究,区别了科学理论的验证和接受,认为对一个理论的验证并不意味着我们必须接受它。这表明,亨普尔已经认识到,理论选择有着其它标准,归纳验证只是其中之一,不起决定作用。卡尔纳普和贝叶斯主义者对验证问题进行了定量的研究,从概率论出发研究验证的程度,取得了不少有益的成果。但是,一旦将理论的选择完全诉诸验证,我们就会重新陷入休谟所发现的那个归纳陷阱。古德曼(Nelson Goodman,1906—1998)提出的“新归纳之谜”表达了这一困境。古德曼想表明,按照我们对确认的定义,我们无法区别类律的或可确认的假说与偶然的或不可确认的假说。他举了一个宝石的例子(为便于理解,这里稍作修改):
设有一堆宝石,在时间t之前,我们检查了宝石a、b等。我们得出证据:宝石a为绿色,宝石b为绿色,等等。每一证据都确认假说“所有宝石都为绿色。”就此而言,似乎没有什么问题。现在,让我们引进一个不太熟悉的谓词“绿蓝色”,它适用于在t之前被检查的所有
宝石,即便这些宝石是绿色的;也适用于其它宝石,即便这些宝石是蓝色的。因此,在时间t时,对于每一断言某特定宝石为绿色的证据来说,都有一平行的证据断言该宝石为绿蓝色。宝石a为绿蓝色,宝石b为绿蓝色,等等,各自都确认:一切宝石皆为绿蓝色。这样,描述同一观察的证据既确认“在t之后被检查的宝石将是绿色的”又确认“在t之后被检查的宝石将是绿蓝色的”。但是,如果t之后一块绿蓝色的宝石被查明是蓝色而非绿色,那么,“在t之后被检查的宝石将是绿色的”和“在t之后被检查的宝石将是非绿色的”都得到同样好的确认。
古德曼就关于类律的或可确认的假说与偶然的或不可确认的假说举了这样的例子:一特定的铜导电就增加了断定其他的铜导电的可靠性,因而就确认了“所有铜导电”的假说。但是,现在在此房间中的某人排行老三并不增加在同一房间中的其他人也排行老三的可靠性,因此并未确认“在此房间中的所有人都排行老三”的假说。这两种假说都是证据陈述的概括。区别在于,第一种假说是类律的或可确认的假说,可以通过事例得到确认;第二种假说是偶然的或不可确认的假说,不能通过事例得到确认。古德曼希望找到某种办法来区分这两种假说,但结果令人失望,既没有答案,也没有线索。我认为,在一定时刻,某个特定的铜(假定代表一种类型)导电使得“所有铜导电”的假说所获得的经验多样性协调力与此房间中的某个人(假定代表一种类型)排行老三使“在此房间中的所有人都排行老三”的假说所获得的经验多样性协调力是等同的。我们之所以觉得前者类律或可确认而后者偶然或不可确认,这不是归纳本身所能确定的,而是由综合协调力共同确定的。显然,前者的综合协调力远远大于后者。
经验多样性的合理性也可以从不完全决定(underdetermination)论题得到引申的说明。不完全决定论题表明,对于有限的观察陈述或经验证据,原则上可能有无穷多的理论与之相符,因此,我们无法根据有限的观察陈述或经验证据来判明与之相符的理论的真假。现在假定,就我们在t时刻所知,有u类证据(wu)支持了m个理论(Tm)或与m个理论相符,但是,在t+1时刻,我们发现同一问题域中的另一类证据,这样我们就有u+1类证据(wu+1),这必然对满足u+1类证据的理论提出更高的限制性要求,这就要求在m个理论中排除掉n个理论,即剩下m-n个理论(Tm-n)。随着发现的同一问题域中的证据类型越来越多,能够满足所有类型的证据的理论也就越来越少,以至于理论数趋向于1;当这1个理论也不能满足日益增长的证据时,科学家将被迫发明新的理论。经验多样性不指望对理论的真假作出鉴定,只希望在理论是否具有更大协调力,是否逼近真理的问题上作为一种判别的单一的局部标准。
三、两个例子:哈维和达尔文
英国人哈维(W.Harvey,1578—1657)提出血液循环假说后,用了9年的时间为这个假说寻找经验支持证据。他进行了大量的观察实验,以检验和证明自己的假说。如果说1619年他提出假说时,支持证据还比较单一的话,那么,到1628年他发表《心血运动论》(又译
《心脏和血液运动的解剖学研究》)时,已获得了多样化证据支持。这些证据有:
(一)一天中由心脏射出的血量远远大于体内所存的血液和每天从食物摄取的汁液量。
(二)大量血液由心脏射入主动脉,由动脉将其运送到身体各部,进入各部的血量大大超过其营养所需。
(三)静脉本身不断地把血液从身体各部送回到心脏。
这三点表明血液去而复返,被驱动向前,又流回来,从心脏到四肢,又从四肢到心脏,进行一种循环运动。此外,哈维还提出生理学证据、临床证据和形态学证据支持假说。同时,他还引用当时已得到承认的科隆博、法布里等人的成果,甚至盖伦谈到动脉与静脉之间的吻合的一段话,为自己的假说提供多样化支持。正是因为较高的多样化程度使得在这个学说提出的二、三十年后,世界上所有的大学都承认他的学说。人们提起血液循环,总首先想起哈维,其实哈维的先驱塞尔维特(M.Servetus,1511—1553)在哈维之前就在《基督教的复兴》中阐述了血液的肺循环即小循环学说,但他不能象哈维那样为这个学说提供那么多的证据支持,也就是说,与哈维学说相比,他的学说面临经验多样性冲突,这也许是人们容易忘记塞尔维特的一个重要原因吧。
在哈维去世一个半世纪以后,在英国又诞生了一个与哈维同样杰出的科学家,他就是查理.达尔文(C.Darwin,1809—1882)。1859年达尔文完成《物种起源》的写作,同年11月24日,该著在伦敦出版问世。达尔文为这部划时代的巨著搜集经验资料的时间,如果从1831年12月27日达尔文乘英国皇家海军的“贝格尔号”舰前往南美洲进行科学考察时算起,到1856年5月初达尔文正式开始写作《物种起源》时止,其间共经历了二十四年零四个月的时间。达尔文的自然选择原理以及由此建立起来的生物进化论得到大量观察实验
证据的支持。这些证据包括四个方面:
(一)生物在家养条件下的进化事实。达尔文在《物种起源》的第一章,即《在家养状况下的变异》一章中列举了这类事实。在家养植物方面,达尔文广泛列举了小麦和玉米等谷类植物、豌豆和蚕豆等豆类植物、柑桔和葡萄等果类植物以及蔷薇和三色堇等花卉植物的变异事实。在家养动物方面,达尔文几乎谈到马、牛、羊、猪、狗、驴、兔、猫、鸽、鸡、鸭、鹅、鱼、蜂、蚕等所有家养动物的变异事实。在探讨动物在家养状况下的变异时,达尔文更重视他自己的家鸽育种实验,大约考察了一百五十种不同的家鸽品种的变异事实。通过引证在家养状况下物种变异的大量事实,达尔文提出人工选择原理。
(二)生物在自然条件下的进化事实。对于在自然条件下植物的变异事实,达尔文引证了瑞士著名植物学家康多尔(A.de.Candoll,1778—1841)有关全世界栎树的变种和亚变种的报告。对于在自然条件下动物的变异事实,达尔文所引证的事实更丰富些。在《自然状况下的变异》一章中,达尔文引证了华莱士在马来半岛考察时发现的蝴蝶及其变种的材料。通过分析生物在自然条件下变异的大量事实,达尔文提出自然选择原理。
(三)生物在地质年代史上留下的进化事实。达尔文在《物种起源》的第十一章,即《论生物在地质历史上的演替》一章中,列举了地质学和古生物学的大量证据,进一步讨论自然选择及生物进化问题。
上述三类事实是达尔文立论的基本根据。
(四)此外,达尔文还在第十四章中,即《生物间的亲缘关系》一章中,引证了分类学、形态学、胚胎发育学和残留器官中的有关生物进化的证据。
通过引证上述四方面的观察和实验证据,达尔文以他的自然选择原理为基础,建立了一个以遗传、变异、适应和选择为基本内容的理论体系,并进而建立了一个完整、系统的生物进化学说。后来,科学史家评价说,生物进化论是由达尔文真正成功建立起来的。这就是说,真正建立起生物进化论的,不是拉马克(Lamarck,1744—1829),也不是与达尔文同时提出自然选择学说的华莱士(A.R.Wallace,1823—1913),而是达尔文。这是为什么?主要的秘密在于达尔文提出的实验证据最为丰富,与前两位的理论相比,达尔文理论呈现出很强的经验多样性协调力。

【参考文献】
[1]马雷. 进步、合理性与真理[M]. 北京: 人民出版社, 2003.
[2]N. Goodman. Fact, Fiction, and Forecast[M]. Massachusetts, Harvard University Press, 1983.
[3]威廉.哈维. 心血运动论[M]. 西安:陕西人民出版社, 2001.
[4]达尔文. 物种起源[M]. 西安:陕西人民出版社, 2001.

(原载《中共南京市委党校南京行政学院学报》2006年第2期。)

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