不可爱的真理之一 浅谈科学的基础，本文主要内容关键词为：浅谈论文,真理论文,不可爱论文,基础论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
我初次接触科学哲学大约是80年代读到库恩(Thomas Kuhn)的《科学发现之结构》，此书提出典范(paradigm)的概念，影响极大，可说是风靡一时，被人文和社会科学学者甚至不少科学家奉为圭臬。可是我一口气读完之后却感到极度不舒服，当时亦没有多在意即随手抛开。其后又读到了波普(Karl Popper)在20年代所提出来的所谓“证伪说”，那就更有名了，几乎可说已普遍被接受为科学哲学的基础，而且他和许多第一流科学家诸如爱因斯坦、波尔、薛定谔等有往还，他们无疑也知道甚至可能接受这一观念。然而，在我看来，波普的这个所谓科学进步之逻辑，显然也是错误的，而其中道理并没有多大奥妙，稍有科学基础的人都可以明白。
因此，开始写这组文章时，很自然地我就选择了科学哲学作为主题，并且以否定波普与库恩的理论作为开端，其后又伸展到与科学相关的种种思考，例如社会科学的客观性、生物进化的意义等问题上去。这组文章我一反平素习惯，写得很快，很轻松，任由思绪牵动笔端沿着其实也已经走过的途径前进，漫游了许多领域。这一经验使我悟到，学术本身有时的确是会窒碍新思想出现的。
——作者题记
“哲学上之说，大都可爱者不可信，可信者不可爱”，这是王国维的名言。其实，不惟哲学，其他学术，也可能一样。科学最可信，恐怕也最不讨人喜欢。这或者是它太确切不移了，令人感到窒碍，想像力无从驰骋而有以致之吧。从这观点看，科学哲学千变万化，波澜壮阔，十分可爱，科学史平实清淡，没有什么味道，那也就不足为奇了。
甲 科学如何可能？
从有限的实验证据出发，怎么可能证明普遍永恒的科学真理？在科学哲学而言，这是天大问题，产生了不知多少理论、假说、辩难。但从科学发展史看，它和“飞箭怎么能够移动”一样，根本是不成问题：一个全面理论，往往就是靠一、两个决定性证据而成立、而奠定的。像1919年爱丁顿通过日蚀观测而证实爱因斯坦艰深复杂的广义相对论，1932年安德逊发现正电子从而证实狄拉克的相对量子理论，都是从个别、一偏的实验证据奠定普遍科学理论的著名例子。诚然，科学史上也充满了错误实验支持错误理论的例子，但那并不要紧：错误理论不可能在科学整体中长久立足，因为它和其他相关理论之间的矛盾，以及新的实验证据，迟早会暴露它的虚假，把它淘汰。科学的整体性和可重复性，保证了个别理论的可靠性。
所以，渺小有限度的“人”虽然不可能“证明”普遍永恒的真理，他却能够凭藉极其微弱的蛛丝马迹而“发现”科学真理，就如我们单凭一个侧影，一声咳嗽而辨认出亲人一样。这“发现”的可能性虽然并没有哲学根据，却也是无可争辩的事实。
但且慢，既经确定的科学理论难道就不会错吗？牛顿的古典力学不是早已经被相对论取代了吗？海森堡的测不准原理岂不是改变了位置、速度、因果等基本观念？我们熟知的“科学革命”被抛到哪里去了？答案十分吊诡：科学真理既普遍永恒，但又可以不断改进。这真可能吗？那是下一节的论题。
乙 科学可以“证伪”吗？
从有限实验证据不可能“推论”出普遍永恒的真理。所以，从哲学角度看，科学为什么能成立是个问题。可是，科学的有效性又是不容否认的事实，怎么办呢？在20年代科学哲学家波普(Karl Popper)提出了一个著名看法：个别实验不能证明科学命题，但却可以否定它——只要有一个相反实例就够了。在他看来，只有可以用实验证明其伪的理论才有资格成为真正的科学理论。因此，所谓科学真理，实在只是尚未被证明为伪的假说而已；至于科学的进步，则不过是以新假说代替已被证伪的旧假说罢了，这就是有名的“证伪”(falsification)理论。这说法逻辑上很坚强，理念上也极具吸引力，它被许多人奉为圭臬，是很自然的。然而，这个美丽的想法实际上和科学本质以及科学进步模式是有很大距离的。
就以力学原理为例吧。1905年爱因斯坦发表狭义相对论，从而“推翻”和“取代”当时已有200多年历史的牛顿经典力学，这是许多人不加思索地承认，乃至津津乐道的。然而，经典力学果真被“证伪”和“取代”了吗？在今日，土木工程师、航空工程师、气象学家、地质学家、天体动力学家所共同习用的基本理论是什么？却仍然是前人习用的经典力学！它假如真个被“证伪”、“取代”，那么霎时间大厦、桥梁、水坝都应倒坍，飞机都要撞毁，日月星辰地球的位置、轨道也要大乱了！我们只要稍为思索一下，就应该可以清楚看到，除非自然规律发生意想不到的“突变”，否则已经经历了两、三个世纪无数大大小小严格测试与证明的经典力学是绝对不可能被“证伪”、“取代”的。
其实，相对论所显明的，并非经典力学之“伪”，而只是它的“限制”和“不足”。相对论的新定律、新概念把力学的适用范围扩张了——扩大到高速、高能量的领域；同样，稍后量子力学的出现，则为力学开拓了微观世界的领域。这两者一方面为经典力学划出界限，另一方面，又把它拓展到界限之外。但我们必须谨记：在它原有领域（即是缓慢、低能量和宏观的领域）的界限之内，经典力学牢牢地建立起来的有效性和高度准确性并没有丝毫动摇。事实上，相对论和量子力学之所以为物理学家接受，正是因为在适当领域这些新理论可以“还原”为经典力学，亦即是说，新旧理论是高度一致的。但何以经典力学和量子力学这两种建立在迥然不同的概念和数学结构之上的理论，却居然可以在某些领域中完全重合？这是极之神奇而至今也还未曾完全阐明的问题——但大自然就是如此，我们只有接受。
因此，不可爱的真理是：科学的基础理论的确具有普遍性和永恒性；它可以被厘清、拓展、扩充，但不能被“证伪”，更不能被“取代”。当然，这样带有沙文主义色彩的说话是会受到挑战的。例如，宇称性守恒(parity conservation)、时间逆转不变性(time reversal invariance)以及分子生物学上的所谓“中心教条”(central dogma)之被推翻，乃至“紊乱”现象的发现，岂不在在证明科学真理的所谓“永恒”是自欺欺人吗？这问题我们将在下一节讨论。
丙 哪些科学理论可以“证伪”？
汤姆逊(J.J.Thomson)是本世纪初最伟大的物理学家之一。1897年他发现电子，为人类打开了微观世界。1903年他穷思竭虑，提出了著名的所谓“葡萄干布丁”原子结构理论，认为原子是一个均匀分布着正电的球体，带负电的电子在球体内循环形轨道运行。可是，不到10年，在同一个实验室里，路透福特做了用α粒子撞击金箔的实验，证明和汤姆逊的理论恰恰相反：原子是有“核”的，电子是环绕着这极微小的正电核（而非在核内）运行。这经常为教科书提及的故事提醒我们：科学前进的路上，的确堆满了不成熟、被“证伪”，然后被遗弃、取代的假设。波普的“证伪”理论，还是有道理的。
然而，“宇称性守恒”和“时间逆转不变性”定律被“推翻”，却是性质完全不同的事。当杨振宁和李政道在1956年对前者提出疑问的时候，它已经有将近30年历史，在涉及电磁作用的原子物理学和涉及“强作用”的粒子物理学中被证验过不知多少次了。因此，翌年吴健雄通过钻60衰变的实验证实李、杨的想法，即在“弱作用”中宇称性并不守恒的时候，举世感到震惊：谁也想不到，一条美妙，具有深湛哲理意味的定律，竟然并非对一切“作用”(interaction)都有效。但我们不可忘记：“宇称守恒”在它原来证验过的范围（电磁和强作用）内并没有失效，也没有被“证伪”；吴健雄实验只不过否定了“它对一切作用有效”这个似乎“顺理成章”，而实际上并未经过仔细证验假设而已。同样，1964年克里真申(James Christensen)、克罗宁(James W.Cronin)等四人所做的K介子衰变实验，也只是把“时间逆转不变性”定律限制在电磁和强作用领域之内而已。
相类转折也曾经在分子生物学出现。在60年代末期确立的“中心教条”是个基本大原则，即细胞核内组成遗传基因的DNA分子（去氧核糖核酸）是生理活动的“控制者”，分布在整个细胞中的RNA分子（核糖核酸）则是“传讯者”，它负责把DNA的指令传到细胞质中，并通过特殊的蛋白质合成作用把指令表达出来。因此DNA可以影响、改变RNA，后者只能“听令”，而不能影响或控制前者。可是，不旋踵，由于所谓“逆向抄传酶”(reverse transcriptase)的发现，“教条”就被打破了。我们现在知道：通过某些特殊酶分子的作用，RNA事实上可以变为DNA，从而发出指令，起控制作用。也就是说，储存在DNA中的遗传资讯是可以被外来分子改变的。产生爱滋病的HIV病毒之可怕，正就在它具有控制寄主细胞DNA的这种能力。然而，这重大发现也同样没有真正触动“中心教条”或否定它的意义，而只是厘清了它的适用范围（即没有逆向抄传酶的情况），使它更为精确而已。
以上三个例子显示：在其适用范围之内，已经通过反复验证而确立的科学理论总是有效的。波普的“证伪”理论把未成熟的猜测、假说和已经确立的理论混为一谈，那是错误的。然而，假说和经确立的理论二者到底如何可以区分？已经确立的理论其适用范围又如何能够精确界定？这些问题就更困难，更需要深入思考了。
丁 从前科学到真科学的突破
生物个体只能由上一代繁殖产生，不能由无生命的无机物合成，这在今日是生物学基础知识，也是常识。然而，短短一个多世纪之前，所谓“天然生殖说”，即无机物可以自然地合成生物，却是大多数科学家奉为“正宗”的理论。目前大家接受的“原种说”，是巴斯德(Louis Pasteur)通过二、三十年的病菌研究，做了无数实验，与捍卫“天然生殖说”的顽固学者作了不知多少激烈辩论、艰苦斗争，才在1880年前后确立的。同样，比巴斯德早一个世纪的拉瓦锡(Antoine Lavoisier)也历尽千辛万苦才推翻当时占主导地位的“燃素说”，阐明空气本质和燃烧现象的原理。至于“热”本质的确认，就更复杂了：从17世纪至19世纪中叶这长长200年间，“热”到底是由运动引起，是一种流体（即称为“加路里”的）抑或是一种介质的波动，这三个可能性不断互相竞争，相继成为主导理论。直到1850年前后，热是能量这一点才得以确定。至于实际上它是分子运动能量的形式存在这一点，则要到20世纪初，物质的微观结构得到证实之后，才被完全接受。
因此，在牛顿的经典力学出现之后两个世纪间，许多科学学说的确长期处于激烈竞争状态之中，它们之中何者至终能脱颖而出，得以确立成为理论，成为现代科学的一部分，那委实不清楚，不容易判断。可是，这并非“真科学”的状态：它所显示的，只不过是化学、生物学、热力学、微观物理学这些新开拓的领域进展比较缓慢，一直到18、19世纪才陆陆续续获得决定性、系统性的突破，才像17世纪的经典力学那样，从“前科学”(proto-science)的探索阶段，变为不复可以动摇的“真科学”罢了。在这一系列突破之后，科学的基础巩固确立了：拉瓦锡、克劳斯(R.Clausius)、麦斯威(Jams Clerk Maxwell)、巴斯德等人披荆斩棘地建立起来的基本观念、规律，再也没有动摇，再也没有什么可争论。20世纪科学的飞跃进步，并没有再“推翻”这些观念，而只不过是在它们的基础上所作的进一步扩张、厘清、和精确化，以及不同科学之间的沟通、融合。由此形成的，是一个自治(self-consistent)、有严密结构的庞大知识体系。
但划分“前科学”与“真科学”（即现代科学）这两个概念，认为两者性质截然不同，前者的确可以“证伪”而后者则是确立的体系，不可能被“证伪”，立即就会引来下列疑问：原则上我们如何能区分这两者？简单的答案是：现代科学这一独特(unique)体系之不能被“证伪”是一个历史事实，而并非，亦不可能由任何先验原则所决定。从过去500年的科学史我们一再看到，在“前科学”阶段，种种假说不断被提出，又被“证伪”、抛弃，那是常态；但达到“真科学”阶段之后，已经确定的科学知识体系不再变化；而且根据这一体系，很快就可以判断新出现的学说、构想是否有价值，有能活性(viability)，有变为“真科学”一部分的可能。20年代前后，物理学家凭着极薄弱的两、三个证据，就一致接受爱因斯坦那么抽象和复杂的崭新重力理论——广义相对论；但数年前，他们几乎一致对美国犹大大学法拉舒曼(Martin Fleischmann)与庞斯(B.Stanley Pons)这两位化学家宣称在普通温度下用简单仪器产生聚变（即所谓“冷聚变”）的实验表示极端怀疑，其后并一致完全否定它，那都可以说是这个知识体系在起决定性作用。
波普“证伪”理论的错误就在于没有认识“前科学”阶段种种假说与“真科学”阶段的基础理论是迥然不同的两种事物：他以为前者能被推翻，被“证伪”，则后者也是一样。不可爱的真理是：真科学已不再是孤立命题的集合，而一个有紧密结构和自我完足性的知识体系，其中命题是不可能“个别击破”的。
戊 所谓科学革命的典范
在一般科学家看来，波普的证伪说是可以成立的——虽然细想之下，就不免产生疑惑了。然而，到了近数十年，名声比波普更大，说法比他更荒唐的，还有人在。事实上，在20世纪，大概没有哪一种科学发展理论能及得上库恩在他那本名著《科学革命的结构》(The Structure of Scientific Revolution)所提出的“典范(paradigm)说”的影响力，不幸这动听和富有吸引力（特别是对社会科学学者）的学说所根据，却只是科学萌芽时期的特殊现象。作为一个整体理论，它类乎黑格尔的历史哲学，是可爱但荒谬透顶，可说与事实毫不相干的。
所谓“典范”，库恩有许多不同用法，但最基本的，大概是指科学研究所应用的观念、方法、焦点等整一套架构。库恩认为，在同一稳定典范中所作的研究，属于“常态科学”，它类乎练习和解谜：真正重大的科学进步，则是“革命性”的，它们由典范突变而来。不过，他认为，典范的改变，却并不是单纯由于实验结果或新事实的发现决定，而往往是新一代科学家共同选择的结果。这样，凭藉一个富有社会学意味和充满相对性的典范观念，库恩就企图从科学中抽去客观性和累积性，实际上（虽然他自己强烈否认）把它推回到与“前科学”阶段理论相若的地位。
库恩的基本错误（也许该说策略吧！）在于用18、19世纪的几个例子，轻描淡写地分割了科学理论与实验数据之间的密切关系。他指出，哥白尼和牛顿的计算不见得比旧理论更符合观察，可是他忘了，日心说和经典力学有无数其他逻辑性推论，那是和新的观察相符而旧理论无从仿效的。他一再强调，是典范性观念而非实测数据决定新理论能否立足，却对广义相对论的成立，狄奇(Dicke)的数量重力场论之失败，以及在弱作用中宇称性之不守恒，这许多由一次实验结果直接决定理论取舍的明显例子视若无睹。
库恩本人曾经修读理论物理学，但后来作为哈佛大学Junior Fellow那三年优悠的岁月以及和各方学者，特别是心理学者的广泛接触，似乎使他失去了对科学的直感，特别是它必须深深植根于艰苦的实验土壤才能立足、生长这个最基本的事实。这样，他离弃了科学和不可爱的真理，走到（自然要算是十分成功的）科学哲学体系建构的道路上去。我们不得不承认，至今科学研究的对象还限于相对简单的自然现象，还不能包括与科学本身相关的科学史或科学哲学。所以，用简单的人文或社会学观念来建构理论，然后强加之于科学发展史上那样的“库恩现象”也许是不可避免，而且还会继续下去的。
其实，波普的理论，最少还有不经意的科学家肯首；库恩的理论在绝大多数科学家看来，却是矛盾、荒唐，可笑之极。那么，他在人文和社会科学学者之间的巨大影响力应当如何解释呢？我认为，它主要反映了科学与人文观念之间的鸿沟：直到现在，大部分人仍然是对前者感到陌生，对后者感到亲和的。库恩之所以讨好，就在于他把科学视为人文社会现象的一部分，以人文心态来掩盖（流行术语应该是“颠覆”）科学，制造出跨越“两种文化”鸿沟的假象。这样，在一般人心目中，科学之不可爱，也就被消解了。
后记：1992年4月间台湾两大报之一《联合报》出香港版，名为《香港联合报》。该报经理薛兴国先生极力邀我为他们的副刊写点思想性的小文章。我答应了，以科学哲学为题，每周写千字上下，逢星期二刊出，前后写了将近半年，总共二十三则（编号时遗漏第九则，误以为已凑足二十四之数），这就是《不可爱的真理》系列的由来。出乎意料之外，这一系列为大众写的报纸文章引起不少同事、朋友的反应和兴趣，刘述先教授还执笔作了回应，所以当时曾考虑加以扩充，结集出版，但因改写不易而未果。如今八年过去，《开放时代》有意重刊这组文章，我自然感到非常之高兴。此处仅将原文稍加修订，大体上保持原貌与风格，不作太大改变，但由于篇幅安排的需要，将原文次序略为更动，并合四、五则性质相近者为一篇，分数次刊出。