科学理论的评价和检验Word文档格式.docx

1、第一节 科学理论的前验评价科学理论的前验评价，受科学家的评价目的、价值观、审美观和心理状况等诸多因素的影响，是一个非常复杂的过程。我们在这一节所论述的内容，并不是要提出指导科学家怎样评价科学理论的规则，而是概括科学理论评价的既有实践，概括一些共性的评价办法，提出一些启发性的方法论建议，以对科学理论评价的实践有所启发。科学理论的前验评价，就是科学共同体对科学理论是否合乎理性的考察，有时候也被人们称之为理性检验。一个好的科学理论应当经得起理性的检验。理性的检验会发现理论的欠合理和欠完备之处，为科学理论的发展指出方向。而经不起理性检验的理论则没有资格和必要经受进一步的经验检验。不考虑评价者的个性、社

2、会背景等方面的差异，科学理论的前验评价主要包括相关性评价、相容性评价、自洽性评价和简单性评价四个方面。一 相关性评价科学理论通常把不同的自然现象之间的联系揭示出来，以一种或多种自然现象解释另外的自然现象发生的原因。就是说，科学家揭示某种自然现象的原因，必须从自然本身去寻找。但仅仅如此还不够，我们在评价一个科学理论时，不仅要看这个理论是否从自然本身解释自然，还要看这个理论揭示的自然现象之间的联系是否具有相关性。神话和巫术也有理论。与神话和巫术不同的是，科学理论所揭示的是一种与我们的经验有清晰的、逻辑的联系，并且从而能够经受客观检验的理论。这里所说的清晰的、逻辑的联系，就是科学理论的相关性。科学理

3、论的相关性，要求理论内部关于自然现象的规律性命题能够为有关的自然现象提供有力的解释。物理学对于彩虹现象的解释就是一个简单的例子。云层是球形水滴形成的，而球形水滴会反射和折射太阳的白光。根据光学原理，当观察者与太阳之间有雾的时候，就有可能见到彩虹。类似地，我们根据有关的物理学定律，会预期密度低于水的东西浮于水面。即使我们现在手头没有任何木头，这一物理学阐述所提供的解释性知识也能够成为有力的证据，使我们期待如果有一块密度低于水的木头，它就一定会浮于水。这两个解释都满足了相关性要求，它门所引证的解释性知识为我们相信被解释的现象真的出现提供了有力的证据。从上述两个例子也可以看出，符合相关性要求的科学理

4、论，也一定具有可检验性。就是说，相关性是可检验性的一个必要条件。根据彩虹形成的原理，我们可以利用一定的光源和人造的雾制造出人造彩虹来。这样，关于彩虹的物理原理就可以付诸实验进行检验了。类似地，我们测定了一根木头的密度确实比水的密度小，就可以把它放到水中检验它是否浮在水面上。这里，光源、雾与彩虹之间，木头和水的密度与木头在水中的位置之间，所形成的相关关系，就成为一种可以付诸实验检验的操作了。一个理论如果把不相关的现象联系起来，那么，该理论往往经不起进一步的追问。这样的理论就经不起相关性评价，人们也无从对这类理论进行检验。19世纪40年代，维也纳总医院产科病房的分娩产妇中间流行一种被称为产褥热的致

5、命疾病。而在该医院的第一产科与第二产科之间，产妇因患这种疾病而死亡的比例相差很大。1844、1845、1846三年中，第一产科患这种病而死亡的比率分别为8.2%、6.8%和11.4%，而这三年第二产科的死亡率则分别是2.3%、2.0%和2.7%。为了解释两个产科死亡率的差别，人们提出了类似于中国古代“天人感应”的说法，认为是从宇宙到地球再到大气，灾难发生了“流行性影响”的结果。但是，为什么这种影响对第一产科要强于第二产科，这种影响对维也纳其他医院不起作用呢？“流行性影响”理论对此无法解释，因为这个理论没有说明宇宙与大气及产褥热的相关性，而且由之也无法推出可检验的命题来。这里的“论据”与结论之间

6、没有建立起任何逻辑联系，它们之间不相关。因此，“流行性理论”经不起相关性评价。后来，塞麦尔维斯提出“尸体物质”进入病人血液导致产褥热的理论，把“尸体物质”与产褥热联系起来，据此推出了不同推论，并在进一步的实验中进行检验，才获得了对产褥热病因的正确认识。一些理论经不起相关性评价，常常是由于人们把时间上的前后关系当成了因果关系，这样的相关有时候实际上是一种伪相关。不少所谓“民间偏方”实际上对疾病的治疗起不到什么作用。人们在采用了一些需要一段时间才能见疗效的药物治疗某种疾病而没有立即见效的时候，往往不是借助于对科学研究过程以及政府批准药物进入市场的程序的了解，而是通过道听途说，特别是身边患类似疾病者

7、采用某种偏方而治愈的例子，决定选择那些没有经过严格检验的民间偏方治疗疾病。病人病愈后自然会认为是偏方起了作用，而实际上很可能是原来采用的药物经过一定时间收到了疗效，所谓偏方实际上是多余的。巫术中的某些理论也是通过这种伪相关赢得受众的。二 相容性评价相容性评价是通过一个理论与相关理论的比较，评价该理论是否与相关理论相违背。如果被评价的理论与相关理论一致，则是相容的，否则不相容。相容性评价过程中，相关理论一般都是科学上已经确立的理论。如果两个理论属于同一个领域，并且它们描述的对象有包容关系，即一个理论研究的对象被另一个理论的研究对象所涵盖，一个理论的适用范围处于另一个理论的适用范围之内，则这两个理

8、论之间应当有逻辑关系，即前一理论可以看作后一理论的逻辑推论或者特例。这种情况下的相容性，就是这两个理论之间的逻辑关系。如果理论T1推出T2，或从理论T2推不出与T1相对立的推断，则两者之间就是相容的，否则，就是不相容的。只有把握住了不同理论之间的这种逻辑涵盖关系，才能正确认识它们之间是否相容。像牛顿力学与相对论和量子力学之间，似乎是不相容的。有些人甚至认为是相对论和量子力学推翻了牛顿力学。其实，产生了相对论和量子力学之后，人们就认识到，牛顿力学是在量子力学在宏观世界的近似表现，是相对论在低速世界的近似表现，因此，只要我们遵循这样的逻辑方向看问题，而不是把相对论和量子力学看成是牛顿理论在高速和微

9、观世界的拓展，就会明白这三者是相容的。如果一个理论的对象与背景理论的对象之间发生交叠并且互不冲突，则该理论与背景理论之间就是相容的，否则不相容。一般说来，背景理论已经经受了科学共同体的严格批判和长期检验，是已获普遍接受的理论。对一个新提出来的科学理论，必须考察它是否与先行已获公认的背景理论具有相容性。一般说来，如果它与背景理论相容，则会得到较为有利的评价而容易被接受。否则，它就必须经受更为严格的经验检验。人们在发现衰变中能量“亏损”的时候，提出对能量守恒定律的质疑，认为至少在这个衰变过程中，能量不守恒了。物理学家泡利否定了这一理论，提出在这个衰变过程中，很可能是某种尚属未知的粒子带走了部分能量

10、，使得实验中观察到的现象表现为能量的“亏损”。而在已有的实验中之所以没有观察到该粒子，那是由于该粒子是电中性的而且质量很小的缘故。后来，人们由此发现了一种新的粒子即中微子。泡利正是通过分析“质量亏损”说与能量守恒定律之间的不相容性，才预言了新粒子的存在。有时候一个新的科学理论与背景理论不相容，问题也可能不出在或者不仅仅出在新的科学理论上，而可能是背景理论或者是背景理论与新理论都有问题。麦克斯韦提出其电磁场动力学理论时，就与当时人们公认的一些理论不相容。比如，当时的理论认为磁体和充电体间的作用是通过空虚的空间瞬时完成的，而电磁效应则是通过物体以有限的速度传播的。此外，麦克斯韦理论还预言光也是电磁

11、波，预言了无线电波的存在等等。麦克斯韦理论的被接受则标志着与之不相容的背景理论的被抛弃。具体的在人们发现原子有核存在以后，卢瑟福在经典电动力学的基础提出了原子结构的“小太阳系”模型。但是根据经典电动力学，绕核进行旋转的电子会不断地向外辐射电磁波，从而损失能量，于是电子轨道半径越来越小，最后会沿着一条螺线轨道，掉落在原子核上。可是原子是稳定的体系。这样，卢瑟福原子模型就与经典力学就不相容。后来发展起来的量子力学即新量子论表明，卢瑟福模型及其背景理论即经典电动力学在微观领域都是有问题的。一个新理论与背景理论不相容，并且该新理论得到确认，那么，由之引起科学共同体抛弃相应的背景理论中的某一部分，往往就

12、是一场科学革命。考察一个理论与背景理论之间是否相容，是科学家们拒斥轻率的理论的重要办法，也是利用经过大量经验确证了的理论抵制伪科学的重要手段。中国科学院自成立以来，一直都收到大量关于用动机的设计方案。这些设计方案无论看上去考虑得多么有道理，但是，仔细分析就会发现，这些方案都违背了热力学原理，或者违背热力学第一定律即能量守恒与转化定律，或者违背热力学第二定律即在孤立体系发生的过程都是熵增大过程。在20世纪8090年代，中国社会曾经出现过一个“水变油”事件，就是有人宣称可以在常温常压下用化学方法把水变成汽油。其实，稍加分析就可以明白，水变油中最重要的就是要把水中的氧原子改变成为碳原子，而这种原子核

13、的变化是用普通的化学方法无法完成的。无论鼓吹“水变油”的人怎样表演，所谓水变油都是不可能的。三 自洽性评价自洽性评价就是分析理论内部是否自相矛盾。一个理论如果没有发现其自相矛盾，则该理论具有自洽性，反之不具有自洽性。自洽性要求科学理论内部的各个命题相互之间有逻辑联系，不能相互冲突。分析一个理论的不自洽之处，可以不借助直接的实验就能驳倒该不自洽的理论。伽利略就是通过理想实验，揭示出亚里士多德物理学的自相矛盾之处，从而推翻亚里士多德关于物体下落速率与物体重量成正比的理论的。亚里士多德在论天一书中提出，一定的重量在一定的时间内运动一定的距离；落体下落的时间同落体的重量成反比。比如，如果一物体的重量为

14、另一物体的两倍，那么它走过一给定距离所需的时间只是另一物体所需时间的一半。伽利略在其关于两种新科学的对话一书中使用亚里士多德式的严密的逻辑推理来揭示亚里士多德运动理论的不自洽。他首先按照亚里士多德的理论指出，每个落体具有一种天然速率，亦即除非使用外力或阻力便不会增加或减少的一种速率。设想取天然速率不同的两个物体，把它们连接在一起，那么，速率较大物体将会受到速率较小物体的影响而使其速率减慢，而速率较小的物体将因受到速率较大的物体的影响其速率要加快一些。如果一块大石头的下落速率为8，而一块小石头的下落速率为4，那么把两块石头绑在一起，结果就是这两块石头将以小于8的速率运动；但是两块连在一起的石头显

15、然可以看作是一块比下落速率为8的石头更大的石头，而其速率当然会超过8。这样，按照亚里士多德的逻辑和落体理论，这两块绑在一起的石头下落的速率就有两个，一个大于8，另一个小于8。这是自相矛盾的结论。通过两块石头的推理，伽利略就发现了亚里士多德落体理论的悖理之处。把亚里士多德学说的不自洽性揭示出来，是欧洲科学革命时期新科学胜利的重要原因。处于退化阶段的科学理论，在面对新的关键性的反例越来越多的时候，往往只有招架之功，而无预言之力，而这种招架之功也只是疲于应付，往往导致对理论的非自洽修改，而这种非自洽修改只能使该理论进一步暴露出其内在的矛盾，加快其被新理论所取代的速度。燃素说是化学科学中的第一个理论，曾经统一地解释了许多化学现象，取得了极大的成功，在化学中长