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论理论创新的经验确定性标准
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摘要：科学理论的经验确定性是科学创新的合理标准之一。追求理论的经验确定性对于理论创新具有重要意义。
关键词：理论创新经验确定性 标准
中图分类号：B08 文献标识码：A
一、经验确定性的定义
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。［1］在给科学理论的经验确定性下定义之前，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，可以给经验确定性定义如下：
在τ时刻的理论T和τˊ时刻的理论Tˊ的比较中，T面临经验确定性冲突且理论Tˊ呈现经验确定性协调，或者说，理论T的经验确定性协调力下降（记为FTτ↓）且理论Tˊ的经验确定性协调力上升（记为FTˊτˊ↑），当且仅当，在τ时刻，在理论T 试图推出与某个观测型经验问子相符的理论型经验问子（记为гw）后，仍有其他u种不同理论试图推出它（记为Yu → гw）；在τˊ时刻，理论Tˊ试图推出与某个观测型经验问子相符的理论型经验问子（记为гw）后，仍有其他v种不同理论试图推出它（记为Yv→гw），且u＞v≥0。时刻τ和时刻τˊ可以相同，也可以不同。
该定义以符号记为：
FTτ↓∧FTˊτˊ↑ ←→Tτ（Yu → гw ）∧ Tˊτˊ （Yv→гw）∧ （u＞v≥0）
二、不能忽视确定性的意义
劳丹认识到，在很长一段科学史中，存在一些未解决的问题，这些问题具有不确定性和含糊性。这主要表现在两方面：（1）问题所包含的经验结果是否为真还不能得到肯定答复，要给以确定的回答，常常需要相当长的时间。（2）即使问题所包含的经验结果被完全证明，这个结果属于哪门学科的范围还不很清楚，因而对于应该由哪个理论来试图解决这个结果或应期望哪个理论来解决这个结果还不很清楚。劳丹认为在评价理论的相对价值时，这类未解决的问题是无足轻重的，重要的仅是那些已解决的问题。［2］
我认为劳丹忽视了这类未解决问题的认知地位。对于上述含糊性的第一个方面，我已在经验一致性协调中进行了分析，并表明一个理论所解决的经验问题中包含的经验问子是否能得到实际印证对于理论虽不具决定意义，但具有重要意义。对于上述含糊性的第二个方面，我要说明的是：（1）问题所属学科范围不清楚，由哪个理论来解决不清楚并不意味着没有理论试图解决这些问题，否则就不能理解这些未解决的问题会有不再是未解决的问题的时候。（2）当某个理论试图解决这种未解决的问题时，这种问题会把自身的不确定性传递给理论，影响理论的确定性程度。
我们可以对劳丹的例子稍加改变来表明确定性的意义。现在有两个经验问题p（带电青蛙的腿的抽动问题）和pˊ（流星问题），假定某生物学理论T试图解决p，而某天文学理论Tˊ试图解决pˊ，并且，对p还有一种化学理论和一种电学理论试图解决它（记为Y2），而对于pˊ，还有一种高空大气压物理学试图解决它（记为Y1），那么，根据经验确定性的定义，理论T的经验确定性程度下降了，即面临经验确定性冲突，而理论Tˊ的经验确定性程度则相对上升，即呈现经验确定性协调。在19世纪30年代和40年代，某生物学理论T试图解决布朗运动问题（布朗粒子也许是小的微生物），而与此同时，试图解决这个问题的理论方案至少还有4种（Y4）：化学解决方案，偏振光学解决方案（例如布鲁斯特的观点），电传导解决方案（例如布龙涅特的观点），热学解决方案（例如迪亚丁的观点）。而同样的问题，后来在爱因斯坦和佩兰手中运用分子热运动论（Tˊ）成功解决了，再无人提出其他解决方案了，或者说，其他试图解决这个问题的方案为零。根据经验确定性的定义，我们可以说，T的经验确定性程度下降了，即T面临经验确定性冲突，而Tˊ的经验确定性程度上升了，即面临经验确定性协调。
据英国《泰晤士报》2004年9月2日报道，美国加州大学伯克利分校搜寻地外文明研究所的科学家已经三次在位于波多黎各的阿雷西博（Arecibo）射电望远镜发回的数据中发现了同一频率（1420兆赫）的名为SHGb02＋14a的神秘信号。研究发现，这一神秘信号是从距地球约1000光年的双鱼座和白羊座之间的某个地方发出的。信号持续时间很短，三次相加不过一分钟左右，所以无法确定信号的具体来源。信号穿越的距离是如此遥远，它应该早在3100万年前就已发出了，而当时地球上恐龙已经灭绝，人类还没有进化。有的科学家认为，这是该研究所“搜寻地外文明计划”开展以来的最令人振奋的发现，因为这可能是遥远星球上地外生命所发出的联络信号。有的科学家表示，这可能是一个未知天体所发出的电波，比如我们在1967年探测到一个奇特的脉冲无线电信号，后来证明，那不过是来自一颗高速旋转的脉冲星而已。也有科学家猜想，神秘信号可能是射电望远镜发生小故障造成的假象，可能是地球上某个信号干扰的结果，也可能是某个黑客搞的恶作剧或软件本身出了差错造成的。从科学家的上述猜想来看，每一个猜想都因为其他猜想的存在而变得不确定。我们很多人寄予厚望的地外文明是否存在，至少从科学上看，目前是很不确定的。
需要指出的是，为了维护理论的确定性，一个理论有时可能把一个有争议的悬而未决的问题排除出去，例如在布朗运动问题还未得到恰当解决之前，有些人就不把布朗运动看成是值得寻求解答的问题；时至今日，还有不少科学家对地外文明问题态度漠然，甚至嗤之以鼻。这都是一种消极的态度，因为一个导致损害理论经验确定性的问题一旦得到成功解决，则成功解决该问题的理论不仅会获得上升的经验确定性协调力，还会获得上升的经验一致性协调力，从而导致理论综合协调力的增强。正如分子热运动论因为布朗运动问题的成功解决而获得了很强的综合协调力一样，地外文明问题一旦得到科学的解决，地外文明理论的综合协调力也会得到很大的提高。因此，劳丹的所谓不确定的或含糊的问题在理论相对评价中无足轻重的说法是不能接受的。
三、鼓励理论创新
哲学上和科学上寻求绝对确定知识的努力已经一再被表明是不可能的。任何知识都具有确定和不确定的双重性质。确定和不确定只具有相对的性质。在科学理论的家族中，在这个家族的每个成员中，没有那个成员可以声称达到了终极的确定性。如果认为一个理论可以达到绝对的确定性，那么就要承认科学有个尽头，科学终究不能再发展了。但是，只要人类的认识还在继续，科学的发展就永无止境。无论是唯理论者还是经验论者，寻求知识的确定性的努力都失败了。科学的发展表明，柏拉图的理念、笛卡尔的逻辑戏法和康德的先天综合判断都不能帮助我们建立与自然界的确定无误的联系。古典经验论者培根、洛克等试图通过经验归纳达到绝对确定的知识的愿望也由于休谟疑难的提出而落空了。在当代，一些逻辑主义者企图借助形式主义的逻辑方法达到绝对确定的知识也极难成功。
虽然没有绝对的确定性，但是，可以追求最大的确定性。我们鼓励理论创新，最直接的原因是，最新的理论总具有最大的确定性，但“最新”是个相对的概念，“最新”之后还有“最新”。从总体上看，越旧的理论越不确定，越新的理论越确定。当然，创新之“新”还不完全是理论生成在时序上的排列问题，还是一个理论标准问题。因为，从综合协调力和某些局部协调力来看，新理论不一定是最好的。但是，我们应当使新理论成为最好的。因此，凡提出新理论，就要尽量赋予它具备增强综合协调力的特征，正是那些特征连同确定性标准构成了创新之“新”的本质内涵。
理论创新的根本动力是对理论协调力的追求，其必然的结果是直接导致理论的确定性协调力的提高，寻求理论的较强的确定性的契机在于旧理论的综合协调力整体上很弱，或者理论的综合协调力或局部协调力在短期内急剧下降，即出现某种危机。创新可以在不同的层次上进行，在浅层次上，概念的生成和转换就像万花筒里的图案变幻一样在瞬间就会发生；在深层次上，一个在理论协调力中起着重要作用的概念要经过较长时间的敲打和磨练方能站住脚跟。创新一直贯穿科学发展的过程中，从没有停止过，但重大的创新不仅要等待时机，还要敢于撼动那些早已深入人心的概念，敢于用甚至最怪诞的概念来突破旧理论的藩篱，义无返顾地满足增强协调力的要求。
理论创新的可能性一方面在于理论是概念的构造，概念是可选择的。创新之“创”是一个方法论问题。没有方法，就没有创新。方法和方法论都处在抽象理论的层次。在具体理论（包括经验理论和亚经验理论）的构造中，抽象理论（包括工作理论和超理论）的指导性运用是不可或缺的。［3］虽然抽象理论的稳定性较强，一定的抽象理论或抽象理论的组合甚至形成一个具体理论的家族，但由于抽象理论本身就具有可选择性，具体理论的构造就不可避免地具有更大的可选择性。在创新方法的可选择性的意义上，费耶阿本德的方法多元论是不无道理的。费耶阿本德反对方法，不是反对使用方法，而是反对把方法固定化、普遍化，反对把方法弄成僵死的东西。在理论创新中，科学家可以使用一切观念、一切手段、一切方式，总之，“怎么都行”。［4］可惜的是，费耶阿本德把“怎么都行”看成在人类发展的一切阶段上惟一可以加以维护的原理，陷入非理性主义和相对主义。
另一方面，科学实践不断向我们提出新的经验问题，新的理论不仅要解决新的经验问题，还尽量不要丢失对旧的经验问题的解决能力。19世纪末，经典物理学形成以经典力学、电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的理论体系，这一体系是如此完整、系统和成熟以致于乐观的物理学家相信，物理学已经完全掌握了理解自然界的原理和方法，已经发现的物理学定理适合任何情况，永不会改变了，以下的工作无非是把以不能分割的原子为基础的力学理论和以充满连续弹性介质的以太为基础的以太理论结合起来，这一工作将很快完成，以后的物理学除了把物理学常数的测量值往小数点后移几位再也无事可干了。但是，在19世纪末到20世纪初的一段不太长的时间里，一系列新的实验发现对这种乐观主义气氛形成巨大冲击。开尔文（Lord Kelvin,1824-1907）在1900年4月27日在英国皇家学会的演讲中黯然承认，在物理学晴朗的上空漂浮着两朵乌云，第一朵乌云是从光的波动理论开始的，涉及地球如何在以太中运动的问题；第二朵乌云是麦克斯韦-玻尔兹曼关于能量均分的理论。如果从经验上表达，第一朵乌云是迈克尔逊-莫雷实验，第二朵乌云是黑体辐射能谱。前者导致狭义相对论的创立，后者则催生了量子力学。物理学晴朗上空的乌云被驱散了，晴朗的上空恢复了晴朗。但是，在今天，在21世纪，情况怎么样呢？李政道提出21世纪物理学晴朗的上空有四朵乌云：（1）夸克为什么会禁闭？（2）什么是暗物质？（3）什么是类星体？类星体的巨大能量从哪里来？（3）什么是真空？真空的结构是怎样的？真空是否蕴藏巨大的能量，暴胀宇宙论的真空是什么？为什么暴胀后的宇宙的Ω正好等于1？何祚庥（1927-，理论物理学家，中国科学院院士）认为，这四朵乌云加上由宇宙背景辐射的高精度观测而发现的“暗能量”，汇聚成今天物理学上空中大大的“一团乌云”。当代物理学仍然需要新的物理实验，仍然需要新的物理观念，仍然需要构造新的物理理论。［5］人类的经验视野在宏观、微观和宇观的不同层面上在不断地拓展和深入，人类对科学理论的构造行动是永远不会停止的。
爱因斯坦在谈到物理学与实在的关系时，实际上就从概念世界（或理论）与经验世界（或感觉印象世界）的关系上表达了对理论创新的看法。他说：“科学并不是一些定律的汇集，也不是许多各不相关的事实的目录。它是人类头脑用其自由发明出来的观念和概念所作的创造。物理理论试图作出一幅实在的图象，并建立起它同广阔的感觉印象世界的联系。我们头脑里的构造究竟能否站得住脚，唯一地是要看我们的理论是否已构成了并用什么方法构成了这样一种联系。”“我们希望观察到的事实能从我们的实在概念逻辑地推论出来。要是不相信我们的理论构造能够掌握实在，要是不相信我们世界的内在和谐，那就不可能有科学。这种信念是，并且永远是一切科学创造的根本动力。” ［6］爱因斯坦至少表达了这样几层意思：（1）经验世界的源头实在世界是内在和谐的；（2）理论创新要自由地发明概念；（3）理论创新要有方法；（4）创新的理论本身是内在和谐的；（5）创新的理论要能够解决经验世界的问题。结合爱因斯坦的论述，从协调力的观点出发，我们可以给理论创新作这样一个总结：理论创新是科学实践中诉诸理论形态的一种创造性活动，它是在确定性协调力的直接推动下追求理论的其他局部协调力或综合协调力，并在人类思维中运用一切可以运用的方法去构造概念或概念体系的一种猜想性尝试。
在上述理论创新的定义中，有两层意思需要强调一下，第一，追求经验协调力是理论创新的重要条件，因为它的理论的综合协调力的较量中占有很大的份额；但是，它不是理论创新的必要条件，因为创新基于概念协调力和背景协调力的追求也可以进行。经验主义的理论一元论不仅把理论与经验的一致（所谓“一致性条件”）看成理论创新的必要条件，还要求必须在旧理论被经验事实反驳之后才能提出新的理论。因为没有纯客观的中立的事实，这一要求不但不能实现，还大大限制了理论创新的广阔空间。第二，理论创新是科学发展中的发散性思维活动，理论多多益善，但由于理论具有追求协调力的内在要求，在理论竞争中，其收敛性质是不容否定的。费耶阿本德主张理论多元，并提出一个与一致性条件相对立的增生原理，要求发明、精化和保护与公认理论相反对或不可通约的理论，哪怕公认理论已经得到很好的确证。从理论创新的发散性的一面看，费耶阿本德是对的。但他却把创新的结果看成是由相互不一致的理论的不断增加而形成的杂乱无章的知识的海洋［7］，这就否认了理论创新的收敛性，否认了在科学中可能形成的意见一致。
参考文献：
［1］马雷.进步、合理性与真理［M］.北京.人民出版社.2003.253.
［2］Laudan.Progress and Its Problems［M］.University of California Press,Berkeley,1977.18-22.
［3］马雷，吴海燕.对科学理论的重新划分［J］.江海学刊.1999(4) ：113-114.
［4］Feyerabend.Against Method［M］,London.1975.27-28.
［5］参见何祚庥.粒子之小和宇宙之大——宏观、微观和宇观［J］.《清华大学学报》哲社版（京）.2004(2).
［6］［7］许良英，范岱年.《爱因斯坦文集》［C］第一卷.北京.商务印书馆.1976.377-379，30.
On the Criterion of Empirical Fixity of Scientific Theories
MA Lei
(Department of Philosophy and Science, Southeast University,Nanjing 210096,China)
Key words: Scientific Theories; Empirical Fixity; Criterion
Abstract: The empirical fixity of scientific theories is one of the rational criteria of scientific progress. It’s very important to pursue the empirical fixity of scientific theories .
原载《自然辩证法研究》2005年第8期。有改动。
https://blog.sciencenet.cn/blog-38826-17381.html
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