论科学理论的要素和结构_李醒民

论科学理论的要素和结构李　醒　民［摘 要］科学理论既是描述，也是一般性说明而非形而上学说明。

因此，借助归纳法建立的经验归纳结构的科学理论由事实和定律构成。

成熟的或高级的科学理论是由科学公理（基本概念和基本假设）、导出命题或科学定律、科学事实三大块组成的严密的逻辑演绎体系。

［关键词］科学理论 描述 说明 要素 结构［作 者］李醒民，中国科学院研究生院教授，《自然辩证法通讯》主编，本刊编辑委员会委员。

为了探讨科学理论的要素和结构，我们先必须对科学理论做一般性的考察。

关键的问题是：科学理论何所指？具体地讲，究竟科学理论是描述（ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）还是说明（ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ）？一、科学理论：描述还是说明迪昂对这个问题进行过周密的思考，他在谈到科学理论的典型代表物理学理论时说：“物理学理论是什么呢？是其推论必须描述实验资料的数学命题群；理论的有效性是由它所描述的实验定律的数目和它描述它们的精确度来衡量的。

”他断言：物理学理论将是逻辑地联系起来的命题系统，而不是力学模型或代数模型的不连贯的系列。

这个体系就其目的而言不是提供说明，而是提供包含在一个群内的实验定律的描述和自然分类。

迪昂之所以得出科学理论是描述而非说明的结论，是与他对“说明”的理解和界定密切相关的。

在他看来，“说明（ｅｘｐｌａｉｎ，ｅｘｐｌｉｃａｔｅ，ｅｘｐｌｉｃａｒｅ）就是剥去像面纱一样的覆盖在实在上的外观（ａｐｐｅａｒａｎｃｅｓ），以便看到赤裸裸的实在。

”对物理现象的观察并未使我们与隐藏在可感觉的外观之下的实在发生关系，而是使我们在特定的和具体的形式中领悟可感觉的外观本身。

此外，实验定律也没有把物质的实在作为它们的对象，而确实是以抽象的和普遍的形式论及这些已获得的可感觉的外观。

理论则在揭开或撕破这些可感觉的外观的面纱时，进而深入外观之内和潜入外观之下，寻找在物体中实际存在的东西。

但是，我们屡屡发现，物理学理论不能达到完美的程度；它本身不能作为对可感觉的外观的某种说明出现，因为它不能宣布使存在于这些外观之下的实在达到感官。

于是，它满足于证明，我们的所有知觉之所以产生，仿佛由于实在像它断言的那样起作用；这样的理论是假・挑战中国：现代性三重奏・设性的说明。

当物理学理论被视为说明时，在揭开每一个可感觉的外观以便把握物理实在之前，它的鹄的是达不到的。

因为对于两个问题——存在与可感觉的外观截然不同的物质实在吗？这种实在的本性是什么？——的回答并非源于实验方法，实验方法只能获得可感觉的外观，不能发现外观彼岸的事物。

这些问题的解答超越了物理学使用的方法；它是形而上学的目标。

“因此，如果物理学理论的目的是说明实验定律，那么理论物理学就不是自主的科学；它从属于形而上学。

”于是，当我们分析打算说明可感觉的外观的物理学家所创造的理论时，辨认这一理论是由两个实际上迥然不同的部分形成的：一部分仅仅是打算分类定律的描述部分；另一部分是打算把握潜藏在现象之下的实在的说明部分。

现在，认为说明部分是描述部分存在的理由远非为真，描述部分才是说明部分由以成长的种子和滋养它发展的根。

实际上，两部分之间的链环几乎总是脆弱的和人为的。

描述部分借助恰当的和自主的理论物理学方法独立地发展；说明部分达到充分形成的有机体，并像寄生虫一样附着在描述部分上。

在理论中有效的一切东西——理论据此似乎是自然分类并把预期实验的能力授予它自己——可以在描述部分找到；这一切是物理学家忘记追求说明时发现的。

另一方面，在理论中为假且与事实矛盾的无论什么东西，尤其可以在说明部分找到；物理学家之所以把错误引入理论中，是由于他想要把握实在导致的。

因此，当实验物理学的进步与一个理论对立并且迫使它做出修正或改造时，纯粹描述的部分几乎整体进入新理论，从而使新理论继承了旧理论全部有价值的所有物，而说明部分却坍塌了，以便为另一种说明让路。

在物理学理论中，持久的和多产的东西是通过逻辑工作从几个原理演绎出为数众多的定律，并成功地把这些定律自然地加以分类；短命的和不结果实的东西是着手说明这些原理的劳动，为的是把这些原理附属于与潜藏在可感觉的外观之下的实在有关的假定。

〔１〕在科学和科学哲学的历史上，反对科学理论即是科学说明这一主张的人还是比较多的。

这种异议认为，没有任何科学（一定没有任何物理学）确实回答了事件何以发生、事物何以以某些方式相联系的问题。

只有当我们能够表明发生的事件必定发生、事物间拥有的关系必定在它们之间具有时，才能对这些问题做出回答。

实验科学方法不能发现现象——它们是每个经验研究的根本题材——中的绝对必然性或逻辑必然性；即便科学定律和科学理论是真的，它们也不过就是关于现象之共存关系或相继次序的逻辑上偶然的真理。

因此，科学回答的问题是有关事件怎样（以什么方式或在什么条件下）发生和事物如何联系的问题。

因而科学家获得的至多只是精确的、综合性的描述体系，不是说明体系。

比如，Ｅ．　Ｗ．　霍布森强调：不能把说明物理现象正是自然科学的功能这一通常的思想接受为是真的，除非“说明”这个词是在极其有限的意义上得到使用的。

由于有效因果关系的概念、逻辑必然性的概念无法应用于物理现象世界，因而自然科学的功能是在概念上描述自然中要待观察的事件序列；但是自然科学不能说明这种序列的存在，因而不能在“说明”这个词能被使用的最严格的意义上来说明物理世界中的现象。

这样自然科学倾其所能不过是描述现象怎样发生，或者按什么规律发生，但它完全无能回答它为什么发生的问题。

〔２〕在坚持科学理论也是说明的人物中，内格尔和亨佩尔是有代表性的。

按照内格尔的观点，说明是〔１〕迪昂著：《物理学理论的目的和结构》，李醒民译，华夏出版社１９９９年版，第３２４、１２１、７—１０、３５—３６、４２页。

〔２〕内格尔著：《科学的结构》，徐向东译，上海译文出版社２００２年版，第２９—３０页。

中国政法大学学报２００７年第１期（总第１期）对“为什么”问题的回答，但是为了表明“为什么”这个词并非没有歧义，而且随着与境的变化，不同种类的答案都是对它的恰当答复，就需要略为思索一下。

要知道，在回答“为什么”问题上，各门科学提供的说明，在说明假定与其被说明项相联系的方式上，可能都有所不同，因此可以把说明划分为不同的逻辑形式。

〔３〕其中包括演绎模型、或然性说明、功能说明或目的论说明、发生学说明。

〔４〕在亨佩尔看来，科学所关心的是发展一种对世界的概念，这种概念对我们的教育具有一种清晰的、逻辑上的意义，从而能够经受客观的检验。

由于这个原因，科学说明必须符合两个特定的要求，即说明的相关性要求和可检验性要求。

说明的相关性要求意指，所引证的说明性的知识为我们相信被说明的现象真的出现或曾经出现提供了有力的根据；说明的可检验性要求意指，构成科学说明的那些陈述必须能够接受经验检验。

科学说明采取两种形式：演绎律则说明（ｄｅｄｕｃｔｉｖｅ－ｎｏｍｏｌｏｇｉｃａｌｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ）、或然性说明（ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ　ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ）或归纳统计说明。

演绎律则说明是用普遍定律覆盖下的演绎归结做出的说明。

科学说明中需要用到的这些定律称为对于被说明现象的覆盖定律，而说明性论证则可以说是把被说明者归在这些定律的覆盖之下。

但是，并不是所有科学说明都立足于严格的全称形式的定律之上。

或然性说明所依据的定律具有或然性形式，所以只能以很高的概率甚或“实际上是必然性”预期被说明者。

正是基于这些考虑，理论的构写需要确定两类原理，可以称为内部原理和桥接原理。

内部原理将阐明理论及定律所需要的这些基本实体与过程，这里所说的定律正是那些基本实体与过程所遵从的。

桥接原理将指明理论所设想的过程如何联系于我们已知的经验现象，从而使理论可以说明、预言或逆断这些现象。

桥接原理可以说是把某种理论上假定的实体与中尺度物理系统的特性联系起来，其中前者是不能直接观察和测量的（诸如运动中的分子及其质量、动量、能量），后者则或多或少可以直接观察和测量（例如用温度计或压力计测定的气体的温度或压力）。

但是，桥接原理并不总是要联系“理论非观察量”与“实验观察量”二者。

一个理论如果没有桥接原理就不会有说明能力，也不可能经受检验。

〔５〕广义地说，现代说明理论可以分为演绎主义的、与境主义（ｃｏｎｔｅｘｔｕａｌｉｓｍ）的和实在论的三种。

对演绎主义者来说，说明一个事件，必定是从一组初始（和边界）条件出发，加上普遍定律，从而演绎出关于该事件的一个陈述；同样，对定律、理论和科学的说明也是借助演绎的小前提进行的。

亨佩尔的演绎律则说明或覆盖律模型就属于这类说明。

与境主义者认为，说明本质上存在于社会交流中，这种交流发生在讲解者和听讲者之间，通过交流消除了听讲者对某事物的疑惑。

一些与境主义者把注意力集中在说明事件的实用方面或社会方面，另一些则集中在说明理由唤起想象力的或启〔３〕从萨蒙（Ｗ．　Ｃ．　Ｓａｌｍｏｎ）和法因（Ａ．　Ｆｉｎｅ）的说法中，我们也许可以深入理解内格尔的这些见解。

按照范弗拉森的观点，科学说明是对为什么疑问（ｗｈｙ－ｑｕｅｓｔｉｏｎ）的回答。

但是，萨蒙争辩说：“并非所有的为什么疑问都要求科学说明，并非所有的科学说明都要通过提出为什么疑问而做出。

而且，仅仅使事件符合规则的图式（ｐａｔｔｅｒｎｓ）来说明还是不充分的，这样的经验类型的结构没有说明能力，缺乏因果关系是冒犯。

然而，因果性并非没有问题，尤其是涉及量子力学现象时。

”　参见Ｎ．　Ｓａｎｉｔｔ，　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｓ　ａ　Ｑｕｅｓｔｉｏｎｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ，　Ｂｒｉｓｔｏｌ　ａｎｄ　Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ：　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，１９９６，　第１５３—１５４页。

法因认为，不能设想量子力学提供了理解。

因为“它是黑箱理论中最黑的，是惊人的预言者，但却是不够格的说明者。

”海森伯在某种程度上走不同的路线，我们必须用他的所谓“毕达哥拉斯的”战略，代替力图借助基础的结构因果地说明的古老的“德谟克利特的”战略。

取代假设实体在大小上永远更小，我们寻找数学对称，而把所有的物理类比撇在一边。

夸克模型最近的成功能够被认为是不利于海森伯的提议，由于夸克能被视为物理结构，尽管具有巨大的非直觉种类的性质。

但是，随着研究的继续，难道海森伯不可能原来是正确的吗？参见Ｅ．　ＭｃＭｕｌｌｉｎ，　“Ｔｈｅ　Ｓｈａｐｉｎｇ　ｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ：　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ”，　Ｅ．　ＭｃＭｕｌｌｉｎ　ｅｄ．，　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ：ＴｈｅＳｈａｐｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ，　Ｉｎｄｉａｎａ：　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｎｏｔｒｅ　Ｄａｍｅ　Ｐｒｅｓｓ，　１９８８，　第１—４７页。