科学理论的发展

史性和社会性变化。
关键词： 科学理论； 累积模式； 否证模式； 认知框架； 历史 － 社会结构
中图分类号：N02
文献标识码：A
文章编号：1674 － 7062（2011）04 － 0009 － 09
科学理论经过评价和检验，会进一步向前发展。 科学方法论研究的一个重要成果，就是人们发现，科 学研究没有机械的程序和万无一失的方法［1］，科学 理论的发展没有固定的单一模式。另一方面，有些 学者，比如法伊尔阿本德，看起来是否定科学方法论 的存在，但实际上是在倡导多元方法论［2］。某个科 学理论发展的模式有局限性，只能说明该模式有一 定的适用范围和欠完善之处，不能说明科学理论的 发展完全就是不能认识和把握的。
科学技术哲学、科学技术史。
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是归纳 － 演绎模式。这个模式最初由亚里士多德系 统论 述，经 过 赫 歇 尔 （ J． Herschel ） 和 惠 威 尔 （ W． Whewell） 的发展，后来在逻辑实证主义那里得到更 加精致的阐发。
亚里士多德模式认为，科学假说从经验事实中 归纳得来，然后借助于演绎法推出预见，预见经受新 的经验的检验。预见与新的经验如果不符合，则对 假说进行修改； 如果符合，则假说被证实［3］5 。这个 模式的特点是强调归纳在提出原理中的作用以及演 绎在解释和预见观察结果中的作用。这个模式可以 表示为：
每条氢光谱谱线对应于两个能级之间的量子跃迁的 结论来。由此，我们可以进一步推出计算氢发射光 谱谱线波长的巴尔末公式来。至此，我们是不是就 已经把玻尔氢原子结构理论中不可观察的实体，比 如量子跃迁与直接可观察的量联系起来了呢？ 没 有，因为我们这里只是把量子跃迁之类的理论实体 与氢原子发射光谱谱线的波长联系起来了，而这种 波长并非可直接观察的量。测量这种波长，还依赖 于与光的波动理论在内的其他理论相联系的一些测 量程序。而由光的波动理论推出的检验蕴涵，则是 可以与经验直接进行比较的。在这种情况下，还要 求理论的内在原理把该理论与相应的背景理论联系 起来。只有这样，连接原理才会起作用。
第 28 卷，第 4 期 2011 年 8 月
科学技术哲学研究 Studies in Philosophy of Science and Technology
Vol． 28 No． 4 Aug． ，2011
科学理论的发展
任定成1，2
（ 1． 中国科学院 研究生院人文学院，北京 100049； 2． 北京大学 科学与社会研究中心，北京 100871）
（ 四） 确证与归并 从前面的论述我们可以明白，理论命题通过经 验检验才 有 意 义，理 论 术 语 要 由 观 察 术 语 来 定 义。 那么从这种意义上看，科学必须从观察开始，形成经 验概括，才能发展成为理论。但是，科学发现过程是 一个心理学过程，就是科学发现者也无法弄清楚自 己是如何作出科学发现的。就是知道发现的过程， 不同的科学家作出科学发现的方式也是不一样的。 比如，科学史上，开普勒是通过圣父、圣子、圣灵三位 一体的类比，把太阳比做圣父，把恒星比做圣子，把 气和太空比做圣灵，提出他的行星运动理论的。经 验验证和论证是他发表理论时采取的办法。于是， 人们就把科学发现与科学论证和科学辩护分开来讨 论。因此，从累积发展的观点看，我们讲科学发展的 观察→经验概括→理论→观察这样的过程，是科学 论证和辩护的过程，是科学理论发展的过程，而不是 发现的过程。 科学理论无论是在提出的时候，还是在经受进 一步检验的时候，都需要得到观察陈述的支持。由 于理论命题多是全称陈述，而相应的观察陈述的数 目是有限的，我们就不可能通过穷尽相应的观察陈 述来为理论命题提供充分的证据和支持。因此，我 们只能诉诸概率，用观察陈述对理论陈述的支持，说 明科学理论的确证性程度。归纳确证法是说明和评 价一个理论的重要方法。但是我们还应当看到，归 纳法不是完全可靠的方法，它是一种概率意义上的 确证，而不是最终的证明。这样，归纳法在证明的评 价问题上，只需证明理论是否具有最大的正确概率 就够了。按照这种概率论的归纳逻辑，一个理论得 到观察陈述支持的概率愈大，它得到确证的程度就 越高。一种理论如果得到高度的确证，就应该得到
摘 要： 科学理论的发展没有固定的模式。亚里士多德、赫歇尔、惠威尔和逻辑实证主义的归纳 － 演绎模式反
映了科学理论发展的累积性。笛卡儿、孔德和波普尔的猜想 － 反驳模式反映了科学理论发展的否证性。萨伽德的
计算科学哲学模式反映了科学理论发展的认知框架变化。库恩和拉卡托斯的结构模式反映了科学理论发展的历
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下面，我们进入逻辑实证主义的累积发展观。 （ 二） 可证实性与意义 科学知识为什么不同于其他知识，比如哲学知 识或者文学知识，从而能够累积发展呢？ 我们可以 首先对科学知识的特点进行重构。这种重构不是历 史重构，而是逻辑重构或者理性重构。就是说，不是 通过科学的历史研究，去考察科学知识的特点，而是 确定哪些知识应当是科学的，哪些知识不应当是科 学的或者应当从科学中排除出去。 近代科学是从哲学、特别是自然哲学中分化出 来的。近代科学中包含了许多哲学命题。人们首先 要从科学 中 排 除 的，就 是 形 而 上 学 的 概 念 和 命 题。 科学研究的是现象实体。形而上学实体不是现象实 体或者观察实体，描述形而上学实体的形而上学术 语不可能是观察术语，只可能是理论术语。但是，只 有规定了把理论应用于现象的观察实验程序，以此 描述现象的理论术语，才是科学术语。只有这样的 理论术语，才可以成为科学理论术语。“物质”、“灵 魂”、“上帝”等等术语表示的就是形而上学实体，因 此不是科学术语。形而上学术语无法与经验世界进 行比较，在科学上是没有意义的。 科学上的命题如何与经验世界比较呢？ 人们提 出了证实原则，把可证实性作为判定一个命题是否 有意义的标准。将一个陈述与经验事实进行比较， 如果该事实与经验事实一致，则该陈述就得到了证 实。如果该陈述一时还没有得到经验的证实，但只 要它有可能得到经验的证实，那它就具有可证实性。 可见，证实与可证实性都是一个命题相对于经验而 言的。证实原则是指一个陈述（ 命题） 的意义是由 它可能被证实的方式所决定的，而该命题的被证实 就在于它被经验所检验。按照这个原则，能被经验 证实的命 题，就 是 有 意 义 的，因 而 也 是 科 学 的。 反 之，不能被经验所证实的命题，就是无意义的，因而 也是非科学的。由此可见，证实原则与意义标准是 联系在一起的，是科学与非科学的一个分界标准。 但是，强调经验的证实，会遇到两个问题。一个
（ 一） 科学累积发展的经典模式 能够体现累积式科学观的科学理论发展模式，
【收稿日期】 2011 － 04 － 24 【基金项目】 科学技术部创新方法工作专项项目（ 2008IM020200） 【作者简介】 任定成（ 1955 － ） ，男，湖北保康人，中国科学院研究生院教授、博士生导师，北京大学博士生导师，研究方向为
问题是，有些远离经验的理论实体比如电子，是无法 直接观察的，表示这样的实体的术语是不是就应当 排除在科学之外呢？ 第二个问题是，科学命题的普 遍性如何能被个别有限的经验性所证实呢？ 一个特 称命题，比如“有 些 乌 鸦 是 黑 的 ”，是 对 于 现 象 的 直 接描述，可以直接与经验比较，就能够证实。但是， 有些经验命 题，比 如“凡 乌 鸦 皆 黑 ”，是 一 个 普 遍 性 的陈述，或者叫做全称陈述，它所包括的个别事件无 限多。对这类陈述，如何将其与经验进行比较来证 实呢？ 这两个问题都涉及科学理论如何发展的问 题。本节第三目讨论第一个问题，第四目讨论第二 个问题。
（ 三） 内在原理和连接原理 我们可以从科学理论内部的原理组成上来分析 理论命题与经验命题的联系。 表述一个科学理论，需要表征理论诉诸的基本 实体和基本过程，并且假定与这些基本实体和过程 相应的规律。起这种作用的原理叫做内在原理。同 时，我们还需要指出理论所设想的过程如何与人们 已经熟悉且理论能够解释和预言的经验现象相联 系。符合这种目的的原理叫做连接原理［4］。 我们以气体分子运动论为例，可以明白这两类 原理在科学理论中的作用。在气体分子运动论中， 内在原理是关于分子的运动和碰撞假定，以及由这 种运动和碰撞产生的分子动量与能量变化的各种规 律，它们包括： 内在实体（ 理想分子） 、内在过程（ 分 子的随机运动） 、内在规律（ 统计规律） 。连接原理 有两个： 气体的温度与其分子的平均动能成正比； 不 同气体直达容器壁的扩散率与该气体分子数量和它 们的平均速度成正比。根据这两个连接原理，就可 从气体分子运动论导出波义耳定律。理论通过连接 原理接受经验的检验，连接原理把理论与经验联系 在一起，使理论具有经验的内容。 但是也要注意，这并不意味着一定要把理论上 不可观察的东西与实验上可观察的东西联系起来。 我们可以分析一下玻尔氢原子结构理论。其中的内 在原理是： 氢原子由一个带正电的原子核和一个围 绕它运动的电子组成； 一个氢原子的电子只能得到 一组量上确定的不连续的能级； 每个氢原子的电子 轨道对应着一个能级。连接原理是： 氢蒸气因电和 热受激而发光，是原子中电子从高能级跃迁到低能 级时释放能量的结果； 电子跃迁放出的能量 ΔE 产 生波长为 λ 的光。λ = （ hc） / ΔE。此处 h 是普朗克 常数，c 是光速。根据这两个连接原理，就可以得出
支流 － 江河模式把科学的发展看做是支流汇入 江河的过程，认为科学就是把以前的成就逐步并入 新的理论而进步的。比如，牛顿理论就把伽利略定 律、开普勒定律综合了起来。提出这个模式的是惠 威尔［3］109 － 110 。惠威尔提出，事实和观念的结合导致 科学的进步。事实就是为新的定律和理论提供原料 的知识，包括经验事实与被合并进新理论中的定律。 观念就是把事实绑在一起的原理。这个模式认为， 科学的发展经过三个步骤。第一是把事实分解为基 本事实，同时阐明和澄清有关观念。第二是通过归 纳把事实综合成为定律和理论。不过，这里的归纳 不是归纳逻辑，而是用新的观点，通过试探，对事实 作出冒险的概括。第三是从理论演绎出相同的事实 （ 解释） 和不同的事实（ 预言） 。下图是这个模式的 直观表示：
历史上，许多学者提出了自己的科学观，试图以 一个单一的模式概括科学理论的发展过程。虽然这 些科学观和科学发展模式都受到不同观点的责难和 批判，但是它们均从不同方面概括和反映了科学理 论发展的某种情况。本文将把科学理论发展的四个 主要模式置于不同的角度，分别进行阐述。
亚里士多德等人提出逻辑实证主义精细研究的 归纳 － 演绎模式，反映的是科学累积发展的情况。 笛卡儿、孔德和波普尔等人提出的猜想 － 反驳模式， 反映的是科学否证发展的情况。萨伽德等人倡导计 算科学哲学，提出的概念革命模式反映的是科学理 论认知框架的变化。库恩和拉卡托斯认识到科学理
归纳 － 假说模式比归纳 － 演绎模式更加注重科 学定律和科学理论的提出。这个模式是赫歇尔提出 来的。这个模式认为，发现定律和理论有两条途径， 这就是归Βιβλιοθήκη Baidu和假说。科学理论的发现分为三个步 骤： 第一步是把复杂现象分解为有关方面； 第二步是 通过归纳和假说寻找有关方面之间的关系，形成自 然定律； 第三步是再次通过归纳和假说把有关的自 然定律组合成为科学理论［3］104 － 108 。这个模式所说 的假说实际上就是猜想。这个模式可以用以下图示 表示为：
论的复杂性，提出的结构模式反映的是科学理论变 化的历史性和社会性。前两个模式注重的是科学理 论发展的逻辑一面，后两个模式注重的是科学认识 冷热认知的一面。
一 科学理论的累积式发展
累积科学观是关于科学理论发展的较早且较有 影响的科学观。20 世纪，围绕科学理论的发展，出 现了一个又一个不同的理论。这些理论的出现，加 深了我们对于科学理论发展的认识。这些不同的理 论的一个共同点，就是对于所谓传统科学观的批判。 但是，我们在接受这些新理论的时候，不能否定一个 基本事实，这就是，随着科学的发展，我们对于自然 界的认识增加了。就是说，就人类认识的总体而言， 科学知识是在不断积累的。累积式科学观虽然受到 许多理论的批判，但是，目前它仍然是科学界占重要 位置的科学观。我们把它的适用范围限定在一定的 方面，就可以看出它仍然能够反映科学理论发展的 某些情况。