(自然辩证法)7第七章 科学理论的评价和检验.docx

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T -0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T -0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 其中这些加速器最令人迷惑的东西是产生K介子-从原子核中撞击出来的短寿命粒子K 介子在所有重要方面都一样，但有些称为“t K介子的衰变成3个n介子”其他称为“0K介子”的只衰变成2个n介子因一些物理学家只能在数学上对其他物理学家进行解释的 原因，这个不一致的行为似乎破坏了神圣的宇称规律怎么办呢？实验的证据是清楚的，但 难于被人接受科学似乎发现了一种被引力排斥而不是被吸引的物质的证据多数物理学家采用使宇称守恒的方法试图解开这一难题，但都徒劳无功李政道、杨振 宁二位博士没有过多考虑科学的礼仪，于去年夏天在布鲁克海文国家实验室提出，问题的症 结不在K介子，而是宇称本身如果宇称有时被破坏，K介子的奇特行为就易于解释了。

激冷钴 李政道、杨振宁在他们出色论证的论文中说明没有宇称守恒也行他们还在实验上提出 了检验宇称守恒是否真是一个基本自然规律的方法这时，世界上整个理论物理界都注视着 李政道和杨振宁，美国最好的装置都用来检验他们的理论哥伦比亚大学另一位中国物理。