The Structure of Science:Problems in the Logic of Scientific Explanation

就冰的例子而论，以上指出的第二点———被说明项逻辑上不蕴含前提，作为对说明的一个普遍要求，争议不大。因为若不满足这个条件，则前提的合取在逻辑上就会等价于被说明项；在这种情况下，前提不过是重新阐述要待说明的定律而已。例如，考虑这一定律：一个自由落体经历一定距离所需的时间正比于该距离的值的平方根。这个定律逻辑上是从如下定律推出的，即一个自由落体所经历的距离正比于下落的时间间隔的平方。可是，由于这个前提正好是被说明项的等价数字变换，因而没有谁会把它看作是对这个被说明项的说明。(这个例子违反一个说明必须有不止一个前提的要求。由于过分复杂，不能详述不违反这个条件、但被说明项在逻辑上仍然等价于前提的例子。例如，力学的牛顿表述和18世纪的理论物理学家约瑟夫·拉格朗热给出的表述是等价的，尽管前者为物理学的初学者所熟悉，而后者由于使用高等数学就不太为人所知了。)如果谁要这样做，他或许正把被说明项当作对其自身的说明。 因此，看来清楚的是，我们希望，在一个令人满意的说明中，对某个东西进行论断的说明前提多于被说明项所断言的东西。更具体地说，我们的希望是，在对一个特定定律的说明中，至少前提之一应满足如下要求：当与另外的合适假定相结合时，该前提应该就能说明其他定律，而不是只能说明这个定律；另一方面，甚至当把那些另外的假定与该定律结合起来时，借助于这个特定定律来说明这个前提，应该就不可能了。在一个说明中，如果没有一个前提满足这一要求，那么就会得出两个不受欢迎的结果：首先，要得到前提的证据，而这一证据又不是所讨论的被说明项提供的证据，是不可能的；其次，除了在孤立事例中外，由于已知事实以及尚待发现的事实还没有关联，所以说明不会有意义地把题材的组织发展成为一个体系。 前提必定不能等价于被说明项的要求足以充分地排除许多伪说明，在这样的说明中，前提不过是通过为尚待说明的事实杜撰新名称而重新命名了它们而已。伪说明的经典例子是莫里哀 的讽刺作品的抨击对象，在他的作品中，莫里哀对那些人大加嘲弄，因为他们用鸦片具有安眠功效的宣言来说明鸦片引人入睡这一事实。有时可以在通俗科学讲解中发现不明显的说明例子，即如果一个物体不受非平衡外力的作用，其速度就会保持不变，因为一切物体都具有一种内在的惯性力。这就是一个伪说明，因为“惯性”这个词正是该定律所阐述的事实的另一个名称。 通常有人批评说这个据以阐明原因概念的思想是含糊其辞的；已经提出了一些有力的异议——尤其是针对空间连续性和时间连续性的常识概念，因为这些概念含有一系列混乱。而且， 在一些高级的科学如数学物理学中，那个思想是十分多余的，这无疑是对的；在对这个原因概念的确认的说明(如以上例子)中，当这种说明是按照现代物理理论来分析时，刚才提到的4个条件是否实际上得到了实现，这甚至引起了争议。不过，不管这个概念出于理论物理学的目的是多么不合适，它在许多其他的研究部门中继续起着作用。甚至于在实际事务中，在实验室中，在为了获得种种结果而在对合适手段进行处理的历程中使用抽象的物理理论时，正是这个概念坚定地体现在我们所采用的语言中。实际上，为了得到其他的东西，正是因为有某些东西能够加以处理，但不是相反，因果语言才成为描述许多事件之间的关系的合法而且方便的方式。 另一方面，在这个词的业已指明的意义上，不是一切自然律都是因果律。简要考查一下各门科学中用作说明前提的各种定律，便会明白这一点。 让我们把在这个暗示中牵涉到的东西弄得更清楚。当说一个表达式是被“明显地”定义时，总是可以把该表达式从它所产生的任何语境中消去，因为可以不改变语境的意义就用那个进 行定义的表达式取代它。因此，表达式“x是一个三角形”是由表达式“x是由三条直线段界定的一个封闭的平面图形”定义的。这样就可以把前者(被定义的表达式)从有利于后者(进行定义的表达式)的任何语境中消去；例如，“三角形的面积等于其底与高之积的一半”这一陈述便可以用如下逻辑上等价的陈述来取代，即“由三条直线段围成的一个封闭的平面图形的面积等于其底与高之积的一半”。另一方面，对于玻尔理论中的这一理论表达式来说，即“x是当一个电子从氢原子的接近最小的可允许轨道跃迁到最小的可允许轨道时激发出的辐射波长”，当把它等同于一个近似地具有“y是出现在氢光谱的某一位置上的谱线”这…形式的表达式时，它就不是在被明显地定义了。其实这两个表达式有相当不同的内涵，这是显然的。因此，虽然对应规则在这两个表达式之间确立起一个确定联系，但在这样的陈述中，比如说“在大约百分之十的氢原子中，产生电子从其接近最小的轨道到最小的可允许轨道的跃迁”，前者就不能为后者取代。若要尝试这种指定的取代，则结果事实上便会毫无意义。 不能按照实验思想明显地定义在当前的科学中采用的理论概念，对此，得不到任何不可侵犯的结论性证明，也许也不可能有任何这样的证明。这儿提出来的问题将在下一章得到更充分 的讨论。可是，应该注意到，还没有谁成功地构造出这样的定义。不仅如此，还有充分的理由相信，在实际应用中，对应规则并不是按照实验概念来构成理论概念的显式定义。 这些理由之一已得到注意。当经由一个模型来表述一个理论时，用于阐明该模型的语言通常具有实验程序并不具有的内涵。因此，正如上面注意到的，在玻尔理论中，指称电子跃迁的 表达式不等价于指称谱线的表达式。这样，在这种情形中，由于在显式定义中，进行定义的表达式和被定义的表达式在意义上是等价的，因此最不可能的是，对应规则能够提供显式定义。 或许另一个更有分量的理由是，对应规则经常使理论概念与不止一个实验概念相协调。正如业已论证的，理论概念只是由一个理论的公设隐含地定义的(甚至当理论只是经由一个模型被提出时)。因此，作为一种逻辑必然性，有无限数目的实验概念与一个理论概念相对应。例如，在玻尔理论中，电子跃迁的理论概念对应于一条谱线的实验概念；但(通过普朗克辐射定 律——该定律可以从玻尔理论中推出)也可以使这一理论概念等同于那个可以在实验上决定的黑体辐射中的温度变化。因此，在使一个特定的理论概念对应于两个或多个实验思想(虽然大概是在不同的场合、在不同问题情景中的实验思想)的情形中，认为理论概念是由，这两个实验思想中的每一个依次明显地定义的，不免会显得荒唐。 理论概念和实验概念之间缺乏唯一的对应，这值得进一步的评注和例证。一个熟悉的事实是，在科学中(尤其是虽然不完全是在数学物理学中)，理论一般是被精心表述的，理论概念(不管它们是该理论系统的基元还是按照这些基元加以定义的东西)之间的关系也是很精确地阐述的。若要严格地探究理论假定的演绎推理，则这种精心和精确就是本质的。另一方面，把理 论思想和实验思想联系起来的对应规则，一般来说没有得到明确的表述；在实践中，这二者的等同是比较松散粗糙的。 对于工具主义的理论观来说，这些类似的困难就不会出现，因为按照这一观点，关于理论的恰当问题不是它们是否为真，而是它们是不是表达和推断实验现象的有效方法。理论含有那些对实际不存在的东西进行指谓或描述的表达式，或理论含有不与实验概念相联系的表达式，这个事实实际上被认为证实了如下主张，即理论必须按照它们在研究中作为媒介的、工具的功能来加以分析，而不是按照它们作为对某个题材的客观描述的合适性来加以分析。从这个观点来看，比如说，气体分子运动理论采用了质点、瞬时速度、完全弹性之类的限制性概念，这并不是它的瑕疵。因为该理论的任务并不是忠实地描绘气体的蒸发，而是提供一种对气体的某些性质进行分析和符号处理的方式，以便在具体的实验情形中，当可以得到关于这样一些性质的信息时，这个理论可以按照所需要的精确度推出关于其他性质的信息。 类似地，在研究气体的热学性质时，我们使用了一个把气体分析为离散粒子的聚集体的理论，虽然当我们研究与气体相联系的声学现象时，我们采用了一个把气体表达为连续介质的理 论，这种做法并不会给工具主义的见解带来麻烦。当被解释为或者是真或者是假的陈述时，这两个理论表面上看来是互不相容的。但当被解释为推理技术或推理的指导原则时，这两个理论是虽不同但互补的理论，每一个理论都是处理一系列专门问题的有效的智慧工具。不管怎样，在使用一个理论来处理一类问题，并使用一个明显不一致的理论来处理另一类问题时，物理学家不会感到有什么明显的内疚，在处理光的衍射和偏振问题时，他们采用了应用范围较广的光的波动理论——按照这个理论，光现象是按照周期性的波动来表示的，但在处理反射和折射问题时，他们却继续使用较为简单的几何光学理论——按照这个理论，光被分析为一种直线传播。在运用量子力学来分析谱线的微细结构时，他们引入了基于相对论的考虑；在运用量子论来分析化学键的本质时，他们又忽视这样的考虑。这种例子可以加倍举出；如果它们没有证明什么其他的东叫，它们至少表明，在理论用于实验研究时，理论的字面上的真实性不是主要关心的对象。 但假设力学技术逐步发达，我们学会了如何磨光或切削物体，这样就可以使一个物体的表面贴切地适合于另一个物体的表面。最终我们会想到取三个物体，磨平它们的表面，直到其中的任何两个物体都能平滑地相互适合。这个方法看来为具有最大平滑性的面提供了一个优良的客观标准，不管我们是不是准备把满足这一标准的面叫做“平面”。问这样的表面是否“确实”是平面显然毫无意义，因为它们是平面乃是通过定义，通过假设除了这里阐述的这个标准之外别无其他的“是一个平面”的标准。也请注意在判断两个面是否贴切地相互适合时，我们可以使用某种光学检验，如一个检验会表明当两个表面密合时就不会通过光线。不过，虽然我们可以使用这样的光学检验，我们不会假设(不管是明确地还是隐含地)光是沿“直线”传播，这样我们的方法实际上就不是循环的。我们不过是使用一个观察事实来作为说两个表面密合的一个条件。注意这一点具有本质的意义，即当说一个表面是一个平面时，唯一关键的事实问题是：这个表面是不是满足所指明的表面之间密合的条件。尤其是，在把“平面”这个名称赋予这样的表面时，并不涉及到与欧氏几何相联系的假定，这一点是应该注意到的。 ……