牛顿科学研究方法的修辞学意义

第26卷,第2期 科学技术与辩证法Vol.26　No.2 2009年4月 Science,Technol ogy and D ialectics Ap r.,2009

牛顿科学研究方法的修辞学意义

朱丽君

(山西大学政治与公共管理学院,山西太原030006)

摘　要:牛顿的科学研究方法在许多方面都具有修辞学的意义:他所运用的实验方法是一种给出可信结论的劝导工具,他所运用的数学方法是一种促使受众信服的论证方式,他对其科学论著的修辞学改造是一种推进科学交流与传播的有效途径。所以,牛顿的科学研究方法体现了修辞学的特征,也发挥了修辞学的作用。

关键词:科学修辞学;实验;数学;科学理论

中图分类号:N02 文献标识码:A 文章编号:1003-5680(2009)02-0043-06

牛顿是人类历史长河中一颗光彩照人的科学巨星,留给人类丰富的科学遗产。牛顿科学成就的取得,是他继承和发展前人已有的研究成果,自觉遵循和有效运用科学研究方法的结果。人们在赞颂牛顿一贯笃行的实验-归纳、数学-演绎等科学方法时,却往往忽略了其中所具有的修辞学因素,这对理解牛顿科学理论的成功原因来说是不全面的。通过对他科学著作的考察,我们注意到,虽然牛顿头上没有科学修辞学家的桂冠,他在科学研究过程中也不是时刻都有意识地借鉴修辞学的方法,但在他的思想构造中、理论表述中和论证布局中,处处都闪耀着修辞学的火花,他所运用的科学研究方法,也具有修辞学层面的意义。

一　牛顿实验方法的修辞学意义

在牛顿看来,科学在本质上是通过对自然进行实验得来的认识,科学理论要从实验中归纳而来,也必须在实验中得到证实才能确立。他同意培根的意见,试图把他的“实验哲学”的内容限制在关于“明显的质”的陈述上,从实验材料中概括出一般结论。在理论实践上,牛顿推翻了传统科学中理性思辨和经验实验的地位,赋予实验而不是理性直觉在认识论上的优先地位;在科学研究中,牛顿追随波义耳(Robert Boyle)和胡克(Robert Hooke)的足迹,把实验的系统运用当作主要的研究手段。他认为:“如果实验是有缺陷的,说明这些缺陷不是困难的;但是如果实验是有效的,通过证明理论,实验能够使所有的异议无效。”[1]94牛顿的成功建立在他对实验的绝对信任之上,他认为实验与假说不同,它拥有非常高的清楚程度而可以避免不确定性。一方面,实验从现象中找出规律,从个别中导出一般,对科学研究对象作出统一的描述和解释,从而具有科学性和可靠性。另一方面,实验具有可重复性,不同的观察者通过操作同样的实验可以得出一致的实验结果,从而证明已被提出的科学理论。所以,在具体的科学实践中,牛顿高度重视和频繁使用实验方法,他不仅制作过日晷、水钟、透镜、棱镜和望远镜等多种力学和光学仪器,而且利用它们进行了大量的科学实验观测,由此取得了一些重大科学发现,通过实验帮助自己的理论获得了说服力,成功地抵御了来自他人的否定。

牛顿对光的色散的研究是他通过实验来建构科学理论的一个典型案例。自从1663年起,牛顿就开始从事光学研究,并把他的研究成果写成题为《关于光和色的新理论》一文发表在1672年英国皇家学会出版的《哲学学报》上,他写道:“1666年初(当时我正在磨制一些非球形的光学玻璃镜),我磨得一个三角形玻璃棱镜,用来试验大家熟悉的颜色现

【收稿日期】　2008-02-23

【作者简介】　朱丽君(1977-),女,山西寿阳人,山西大学政治与公共管理学院副教授,哲学博士。

象。我遮暗了我的房门,在关闭的窗户上凿了一个小孔,以便让适当的阳光透进来。我把一块三棱镜放在光的入口处,使光折射到对面的墙上。开始时非常有意思,可以看到那里产生各种光彩夺目的鲜艳颜色;当后来我更加仔细地观察时,我惊奇地看到,在这些颜色中有一个条形的彩带,而根据已被接受的折射法则,它应当是圆形的。”[1]47-48对于这一结果的出现,牛顿曾怀疑是由于棱镜厚度不均,棱镜位置或入射光方向导致的,他多次调换棱镜,旋转棱镜位置,改变入射光方向,但得到的光谱的形状并无明显变化。于是,牛顿进一步深入研究,他又拿了一个棱镜,让已经发生色散的光再度穿过第二棱镜,发现色光又复合为白光,其方向与入射前白光的方向完全一直,就好像没有经过偏折一样。这样,在多次实验的基础上,牛顿作出了与传统观点不同的论断:条形彩带的出现不是由棱镜所决定的,颜色不是光在自然物体中折射或反射产生的,而是光本来的和固有的性质,不同的光拥有不同的性质。这里需要指出,牛顿在光学研究中的关键一步是他的“判决性实验(experi m entum crucis),也就是他把通过第一个棱镜分解开来的光线,再逐一射入第二个棱镜,结果发现它们都不能再被分解。这一判决性实验清楚地表明,白色的太阳光是折射率不同的光线组成的复杂混合光,这些光线具有各自不同的折射率,同一种光线的折射率是不变的,物体的颜色是由物体本身的特性决定的,并不会因为折射或反射得到改变。牛顿还着手对薄膜光环进行了一系列实验观察,发现了“牛顿环”现象,通过精确的测量和计算,开始尝试用光和光激起的以太波的相互作用来说明反射、折射等现象。在17世纪,光的颜色理论是复杂繁琐和极端混乱的。其中代表性的人物笛卡儿认为白色光是基础的,而其他颜色光是派生的,是白色光的改变。波义耳认为,物体的颜色并不是物体本身的内在属性,而是由光线在被照射面上发生的变异引起的。牛顿的色散实验之所以成为科学史上一次著名而重要的实验,就在于它雄辩地证明了自己的推论和解释,驳斥了笛卡儿等人的错误观点,排除了当时的一些不同看法,为科学的光学的建立奠定了基础。“判决性实验的劝导力在于其可重复性”,[2]121可以由科学共同体中任何能胜任的成员来重复进行。牛顿的色散实验并不复杂,所需要的实验设备也只是两块三棱镜,任何拥有这样棱镜的人,都可以重复进行这样的实验并得到相同的结果。牛顿就这样通过实验为其理论增加了强大的说服力,“产生了一种近乎催眠的效果。”[3]168

实验能够简化、纯化乃至强化科学研究过程,可以通过建立对象系统的简化模型来研究真实的研究系统,从而有益于较为容易和便利地发现本质规律,建构科学理论。所以,牛顿把观察实验列为科学研究的第一步,把实验-归纳作为自己主要的论证方法。他曾经指出:“虽然用归纳法来从实验和观测中进行的论证并非普遍结论的证明,但它是事物的本性所许可的最好的论证方法,并且随着归纳的愈为普遍,这种论证就愈有力。”[4]他也认为,观察实验不仅是科学研究的起点,也是检验认识成果是否具有真理性的标准,即便是通过数学-演绎方法发现的科学定律也必须经过实验的鉴定证实之后才能列入其理论体系之中。牛顿明确宣称,他之所以相信他“所提出的理论是对的,不是由于它来自于这样一种推论,因为它不能别样而只能这样……而是因为它是从得出肯定而直接的结论的一些实验中推导出来的。”[5]根据牛顿的看法,考察理论是否正确和确立的关键就在于考虑理论背后的实验,在实验的确证面前,一切异议都将变得软弱无力。可以看出,在某种程度上,牛顿把实验当作一种修辞论辩的手段来使用,特别是在出现科学争论时。实验在牛顿这里发挥了传统上被赋予修辞学的职能:在传统的修辞学中,修辞者通过省略的三段论来证明反对者观点的不充足性,或者提出驳斥其逻辑前提的意见;在牛顿这里,他提出了实验的科学研究纲领,要求通过实验来完成对科学理论的建构和探讨,通过实验来防止任何对其理论的反驳意见。对于牛顿而言,实验是理论背后的驱动力,是确证性的首要源泉,判决性实验的结果是证明理论的有力证据,通过实验这一论证手段来捍卫自己的科学理论和解释是非常合理的。因而,牛顿在自己的光学著作中区分了通过实验而确证的理论和那些依然没有确证的假说,一方面坚决主张要用观察和实验来建立自然界的普遍法则定律,从中导出事物的原因和结果。一方面坚定地要把不能被实验检验的假说从科学理论体系中排除出去,避免知识的不确定性。

现代关于科学的建构主义认为,科学合理性是由可重复性来保证的,理由是科学共识建立在经验事实的基础上,经验事实来自实验,而实验又是可重复进行的。所以,必须通过实验来保证科学的合理性。奇曼(John Zi m an)也指出:“观察的意见一致可能性和意见一致性,在科学中不能认为是理所当然的。必须有意地通过巧妙的实验、高明的技巧和所