(自然辩证法)7第七章 科学理论的评价和检验

第七章科学理论的评价和检验科学理论创立之后，必须经过同行的评价和检验，才能成为人类共同的精神财富。

本章主要讨论如何对科学理论进行逻辑评价和实验检验。

【教学案例】1、科学理论的评价标准晚年，爱因斯坦把自己在科学实践中的经验从认识论和方法论的高度加以思考和提炼。

在“自述”（1946年）这篇有名的回忆录中，他在开始批判那个作为理学基础的力学之前，论述了批判各种物理学理论的普遍观点。

爱因斯坦明确提出，评价科学理论有两个标准。

他认为：“第一个观点是很明显的：理论不应当同经验事实相矛盾。

”它“所涉及的是用现成的经验事实来证实理论基础”。

“第二个观点涉及的不是关于（理论）同观察材料的关系问题，而是关于理论本身的前提，关于人们可以简单地，但比较含糊地称之为前提（基本概念以及这些概念之间作为基础的关系）的‘自然性’或者‘逻辑的简单性’。

”爱因斯坦分别称这两个标准为“外部的确认”和“内部的完美”。

它们可以看作是评价科学理论的外部标准和内部标准。

在爱因斯坦看来，评价科学理论的外部标准是最高标准和最终标准。

他这样说过：“物理学中没有任何概念是先验地必然的，或者是先验地正确的。

惟一地决定一个概念的‘生存权’的，是它同物理事件（实验）是否有清晰的和单一而无歧义的联系。

”我认为，这里的“惟一”，无疑是就最高标准和最终标准而言的，它并不排斥作为评价科学理论的内部标准的地位和作用。

爱因斯坦认为，经典力学中的一些基本概念，如绝对同时性、绝对速度、绝对加速度等等，在相对论中之所以被抛弃，正因为它们同实验之间不可能有单一而无歧义的联系。

欧几里得几何学中的“平面”、“直线”等概念，也遭到了同样的命运。

爱因斯坦提出了一个原则性的命题：理论体系所具有的真理性取决于它同经验总和的对应可能性的可靠性和完备性。

他后来还说过：“只有考虑到理论思维同感觉经验材料全部总和的关系，才能达到理论思维的真理性。

”这说明，理论的真理性的确立必须在实验检验之后，它是一个后验问题，而不是先验问题。

我认为，这并不意味着一些科学理论在提出（未受实验检验）时不具有真理性。

试问，难道麦克斯韦1864年提出的电磁场方程不具有真理性，而只是赫兹1887年的电磁波实验才使它具有真理性?难道狄拉克1928年预言正电子的理论不具有真理性，而只是安德森1932年通过实验在宇宙线中发现了正电子才使它具有真理性？这些科学理论在提出时本身就具有真理性，它们只是不具有所谓的“现实的真理性”。

与此相对，我们不妨称科学理论在未受实验检验时本身所“固有的”真理性为“潜在的真理性”。

通过实验检验，这些潜在的真理性就转化为现实的真理性，从而使科学理论焕发出它的现实性和力量。

也许可以说，“内部的完美”标准，恰恰就是用来评价科学理论的“潜在的真理性”的。

外部标准固然是评价科学理论的最高标准和最终标准，但它也有明显的局限性。

对于这一点，爱因斯坦是了如指掌的，这也是他相当重视内部标准的原因。

综观爱因斯坦的观点，内部标准在评价科学理论中之所以必不可少，概括起来，主要是由以下几方面的因素引起的。

第一，理论不应当同经验事实相矛盾，这一要求初看起来似乎很明显，但应用起来却非常伤脑筋。

爱因斯坦敏锐地觉察到：“人们常常，甚至总是可以用人为的补充假设来使理论同事实相适应，从而坚持一种普遍的理论基础。

”爱因斯坦认为，理论物理学的完整体系是由基本观念（基本概念和基本原理）以及由此用逻辑推理得到的结论构成的，前者是整个理论体系的基础。

在用外部标准对理论进行评价时，常常可以引入人为的补充假设把反驳事实变成非反驳的事实甚或有利的证据，从而保持理论基础不变。

这正如迪昂（旧译杜恒）早在本世纪初就指出的，预言出现某一现象涉及到若干个假设，即使这类情况的先行条件陈述无误，未能观察到所预见的现象，也仅仅是否证那些假设的合理。

为了恢复与观察的一致，科学家可以随意改变出现在前提中的任何一个假设。

拉卡托斯后来在他的“研究纲领”方法论中进一步发挥了这些观点。

研究纲领有内部结构即“硬核”，它对应于爱因斯坦的基本观念；研究纲领的外部结构即“保护带”，它由各种辅助性的理论假设构成。

因此、当经验事实与理论不相容时。

人们可以通过调整辅助性假设来使理论适应经验事实，从而使“硬核”免遭否证。

例如，斐兹杰惹和洛伦兹针对迈克耳逊-莫雷实验的否定结果提出的收缩假设就是这样的人为的辅助假设。

从这个意义上讲，没有也不可能有所谓的“判决实验”。

我在一篇短文中通过历史事实表明，就连许多人认为是判决实验的迈克耳逊-莫雷实验，当时既没有驳倒一般的以太理论，也没有驳倒流行的静止以太说。

奎因也认为，科学是一个由许多相互联系的命题和理论组成的大网络；这个网络的四周是具体科学和应用科学，它们与经验事实直接联系；而处于网络中心的是高度抽象的数学和逻辑，它们一般不受经验事实变化的影响，尽管它们并非绝对不可修改。

这就给直接应用外部标准检验科学理论带来极大的困难。

第二，爱因斯坦发现：“对应于同一个经验材料的复合，可以有几种理论，它们彼此很不相同。

但是从那些由理论得出的能够加以检验的推论来看，这些理论可以是非常一致的，以致在两种理论中间难以找出彼此不同的推论来。

”例如在生物学领域，在达尔文关于物种由于生存竞争的选择而发展的理论中，以及在以后天获得性遗传这一假设为根据的物种发展理论中，就有这样的情况。

以牛顿力学为一方，以广义相对论为另一方，又是两种理论的推论非常一致的实例，它们都受到同一经验材料复合的支持。

尽管这两种理论的摹本假定完全不同，但是要从广义相对论中找出能加以检验而为相对论以前的物理学理论所得不到的推论，为数还是很少的。

显而易见，这不仅对理论形成中的“归纳万能论”是一个致命的打击，也为依据外部标准评价科学理论提出了一个棘手的问题。

第三，要用外部标准评价理论，首先必须确定这个理论的经验内涵，即确定该理论可用实验事实证实的命题。

然后才能着手进行实验，对命题进行评价。

但是，这并非总是立即可以实施的，科学家当然也不能为等待这一天的到来而把理论思维停顿下来。

在这种情况下，内部标准就能够发挥它的特殊作用。

诚如爱因斯坦所说：“只要数学上暂时还存在难以克服的困难而不能确立这个理论的经验内涵，逻辑的简单性就是衡量这个理论的价值的惟一准则，即使是一个当然还不充分的准则。

”第四，当基本概念和公理距离直接可观察的东西愈来愈远，以致用事实来验证理论的含义变得愈来愈困难和更费时日的时候，“内部的完美”对于理论的选择和评价就一定会起更大的作用。

例如，牛顿力学中的许多基本概念都与日常经验相一致，它们距离那些可否证它们的直接可观察的东西相当遥远。

但是，当人们用内部标准来衡量它们时，却会发现它们是不自然、不简单的。

面对牛顿力学，善于深思的科学家都可能提出这样的问题：绝对空间是力学过程的无所不在的积极参与者，而它自身为什么不受物体及其运动的影响呢？惯性参照系为什么比其他一切刚性坐标系优越呢？为什么速度是相对的而加速度却是绝对的呢?运动定律中出现的惯性质量也在引力定律里出现，但为什么不在其他各种力的表示式里出现呢？把能量划分为本质上不同的两部分（动能和势能）是自然的吗？爱因斯坦正是从这些问题入手批判牛顿力学的，而不是主要依据实验事实进行评价的。

这是他创立相对论的思想基础。

第五，用外部标准评价理论，必须把理论同观察到的实验事实进行比较。

在这里，恼人的问题出现了：观察并非是中性的，事实也不是赤裸裸的。

观察者是能动的主体，他的观察不可能对所发生的一切现象一览无余，而是有目的、有选择的；观察是受理论指导的，不同知识背景的人观察同一现象，也会看到不同的东西；观察到的事实要用语言陈述才能与理论比较，才能进行交流，观察陈述本身就包含着理论。

这就是当代科学哲学所谓的“观察渗透理论”的命题。

因此，用外部标准来评价科学理论，实际上并不是把理论同赤裸裸的实验事实进行比较，而是把理论同通过渗透理论的观察所得到的、包含着理论的观察陈述进行比较，这势必造成了运用外部标准评价科学理论的复杂性和困难程度。

爱因斯坦也是清醒地认识到这一点的，他在同海森伯的一次谈话中承认：观察是一个十分复杂的过程，实际上是理论决定我们能够观察到的东西。

在我们能够宣称已经在最低程度上观察了任何东西之前，我们必定能够说出自然界是怎样起作用的，必定至少用实践的语言知道了自然规律。

只有理论，即只有关于自然规律的知识，才能使我们从感觉印象推论出基本现象。

当我们宣称我们能够观察某种事物时，我们实际上应当是说：虽然我们就要提出同旧规律不一致的新的自然规律，可是我们仍然假定，这些现存的规律—包括从现象到我们的意识这整个途径—以这样的方式起作用，使我们可以依靠它们，从而才可以谈论“观察到的结果”第六，实验的检验当然是任何理论的有效性的一个必不可少的先决条件，但是一个浅显的道理是：一个人不可能什么事都去试一试；由于材料、技术等客观条件的限制，并非所有设计好的实验都能在短时间内付诸实施。

这也是科学家对“自然性”、“简单性”等内部标准感兴趣的原因。

资料来源：李醒民：《哲学研究》，1985（6）。

讨论题1．爱因斯坦提出的评价标准是什么？这一标准与我们课本上所学的标准有什么关系？2．为什么说“评价科学理论的外部标准是最高标准和最终标准”？外部标准与内部标准之间有什么关系？3. 爱因斯坦是如何用他的标准评价和批判牛顿力学的？请同学们试着运用爱因斯坦的内部标准对他的相对论进行评价。

2、一个规律的终结上周，宇宙仍像往日那样绚丽多彩，但对寻找物质内部秘密的物理学家们来说，一个新的狂风暴雨式的时代已经开始了。

他们遵循的规律中，有一个被证明根本就不是规律。

从现在起，他们的渊博知识再也永远不会像以前那样了。

哥伦比亚大学称，有两个实验证明核物理基础之一的“宇称规律”系人为惯例，除特殊情况外，对自然没有约束力。

消息一公布，人们兴奋不已。

根据宇称规律，物体及其镜像都必须遵守相同的物理规律。

该规律大约在30年前用于核物理，十分重要。

看来像是违背这一规律的理论便立即遭到排斥。

现代核物理的基础多数都建立在宇称守恒基础上。

求解难题去年夏天，哥伦比亚大学李政道教授和普林斯顿大学高等研究所杨振宁教授（两位勇敢的理论物理学家，他们都是中国人）访问长岛布鲁克海文国家实验室，向宇称守恒发起挑战。

那里夏天气候宜人，加上其大型的设备，吸引着全美国度假的物理学家们。

在自由讨论中（有些在户外华盛顿海滨举行），有一个主要题目是τ-θ难题，自1953年以来，许多主要的物理学家都大胆地试图解释这一难题。

物理学家们把τ-θ难题归咎于世界上两台最大的核粒子加速器，一台是布鲁克海文国家实验室的高能同步稳相加速器，另一台是加利福尼亚州伯克力高能质子同步稳相加速器。

核粒子加速器在其运行的几年内，提出的问题比解决的还多。