解释与预见：科学观点下的现象解释与预测

三、解释与预见

科学研究不是一个揭开掩盖真相的遮布的简单行动，它是一个以观念为基础的由经验事实上升到科学事实的复杂过程，是一个赋予观察到的经验事实以存在意义的过程。换句话说就是：科学研究的实质就是提出新的假说给现象以解释，帮助人们理解世界以满足其实践、生存和发展的需要。

所谓解释，就是“拯救现象”，是指将在实践中所感知的自然现象纳入一定的观念系统，赋予以确定的意义。统观科学的历史发展，我们可以看到，科学发展的历史过程是一个不断“拯救现象”的过程：一个理论，如果它能对许多现象提出合理的解释，它就能被人们所接受；否则，一个理论尽管它实质上是正确的，也难以得到人们的认可。西方传统哲学是以追求、把握“存在”或“是”作为自己的对象，通过知性活动而表现为关于形上之物的知识，即有关形上之物“是什么”的知识。尽管在巴门尼德时期提出“思与在是同一的”这一命题始，但是西方哲学探讨形上物“是什么”这一旨趣并未改变，如亚里士多德在《形而上学》中就把哲学定义为“研究实是之所以为实是”的学术。⁽³¹⁾换句话说就是，古代人们对自然探讨的旨趣是知识论取向的，认为只是从根本上说是作为“存在的存在”，奉行的是客观理性，即认为万物是按一定超自然、超人类的规则产生、运行的。然而，对“存在的存在”的探讨，致使“拯救现象”成其为必然的路径，否则，探讨的合理性路径问题就无法解决。因此，从科学⁽³²⁾开始的那一天起，“拯救现象”就是科学知识生成的一个基本原则。如塞莫斯的阿利斯塔克早在公元前270年就已经提出哥白尼的地球和太阳的理论了。但是由于这一理论与人们的直观经验直接冲突而不被人们所接受，而其后希帕克的“本轮—均轮”地心说尽管是一种唯象理论，即能够就现象解释现象，故而被当时的人们所接受并为尔后托勒玫“地心说”理论的创立奠定了基础；也正是由于托勒玫的“地心说”理论能够对当时所了解的行星运动数据作出十分完美的说明，它才能够代替希帕克的“本轮—均轮”理论。

14世纪下半叶，面对重现的古希腊文明和因“十字军东征”而传入的东方文明，中世纪哲学集大成者托马斯·阿奎那“颠倒了传统哲学中存在与本质的位置，以一种存在主义代替本质主义”：存在是一种现实的活动，存在先于、高于和优于本质，存在是第一原则。⁽³³⁾这样，对现实的存在的认识就必须以感觉经验为基础，而不是追寻现象背后的抽象的本质，这就为“拯救现象”这一科学知识生成的方法论原则打下了基础。阿奎那接受了托勒密的天文学，但值得注意的是他把它仅当作一个工作假设——这不是证明，而只是假设。⁽³⁴⁾

文艺复兴之后的科学家秉承了“存在先于、高于和优于本质，存在是第一原则”的思想，而且走得更远，认为“食物的本质是无法弄清楚的，科学所关心的仅仅是事物的特性和可见事件”。“科学只是那些可以根据‘感觉经验和必要证明’所建立起来的东西。”⁽³⁵⁾科学完全是经验范围之内的有关事实的问题。于是“拯救现象”便成了科学理所当然的任务，成了科学知识生成的方法论原则。而后科学发展的路径可谓是对这一方法论原则的践行。如伽利略与教皇乌尔班八世（Urban Ⅷ）争论的潮汐问题上，伽利略坚持认为潮汐现象是地球合成运动的物理结果，而教皇认为潮汐可能是全能的上帝本可能设计出的其他的机制产生的。从今天的角度看，虽然教皇的看法是令人难以置信的，但伽利略的解释也是不正确的。事实上，后来是牛顿根据万有引力理论对此现象作出了科学的解释。牛顿“把潮汐的产生归之于太阳和月亮对海洋的引力效应的差异，证明高潮总是在新月和满月时发生，因为这时太阳和月亮的引力在一同起作用，而低潮则在上下弦月时发生，因为两种引力会相互抵消掉一些”⁽³⁶⁾。普朗克“能量子假说”的提出，其直接动因也是为了“拯救”“自外灾难”：因为在此之前，德国的科学家维恩（W．Wien，1864—1928）于1896年提出了黑体辐射能量谱公式，维恩公式在高频区（即短波区）与实验结果相符，但在低频区（即长波区）与实验结果偏差较大；1899—1905年间，英国科学家瑞利（L．Rayleigh，1842—1912）和金斯（J．H．Jeans，1877—1946）提出了R—J定律：热辐射强度正比于它的绝对温度，反比于它的发射波长的平方，并提出了严格的数学表达式。⁽³⁷⁾瑞利—金斯公式在可见光谱的长波部分即低频区与实验结果相符，但在短波部分的紫区却发生了辐射强度随波长的缩短而无限增长的情况，这便是所谓的“自外灾难”。为了“拯救”“自外灾难”，普朗克利用“插值法”构造出了著名的“普朗克公式”，提出了“能量子假说”，促使并宣告了量子论的诞生。爱因斯坦的光量子理论也是为了“拯救”光电效应现象而提出的。

我们通过对科学发展历史事实的回顾，可以看到赖欣巴哈的话还是有一定道理的，他说：“自然中的事件与其说像运行着的星体，不如说是像滚动着的骰子，……科学家与其说像先知，不如说像是赌博者。他只能告诉你他的最好假定，而绝对不能事先知道这些假定的真伪。”⁽³⁸⁾

科学发展史上，正电子假说的提出很好地诠释了这一点。⁽³⁹⁾

（1）据狄拉克回忆，他在1926—1927年间的一次卡文迪许实验室讲座上听到了俄罗斯物理学家斯科贝利钦（Skobeltzyn）教授关于一种具有“正电子”属性的反常粒子的描述。(www.xing528.com)

（2）1927年，德文版《当代物理学读本》刊载了这种类型的粒子的轨迹的照片。

（3）1928—1931年间，狄拉克为了使其电子方程更具普遍性和完善性，一直致力于消除该方程的“负能量”（－W）解，但是在经过一系列失败之后，他不得不承认“负能量”的存在，并预言了正电子的存在。

（4）1931年，密立根在研究宇宙射线的时候拍摄到与质子类似的粒子的奇特双轨迹。他将这种粒子解释为质子，并发表了有关的研究报告。

（5）1932年，在密立根的指导下研究宇宙射线的安德森，也拍摄到了类似粒子的轨迹，并认为该种粒子就是正电子。尽管无论是在理论上还是在实验上，包括卢瑟福、波尔等在内的物理学家们都不认同安德森的结论，但是，安德森用严密的逻辑证明了这种轨迹的粒子就是正电子：这种轨迹曲线的长度是质子轨迹曲线长度的10倍，基于概率的考虑，它不可能由两个相互独立的电子恰好在同一时刻碰巧产生；此外，也不存在一个2000万伏特的电子从一端进入导线而从另一端出来却带上了6000万伏特的电压的现象。因此，只有正电子假说，才能解释所有这些照片。

爱因斯坦曾明确指出：任何僵化教条必然会由于经验事实的知识的扩大而逐渐失去其意义，在科学实践中，科学家绝不过分拘泥于其特定的体系，一个科学家，“从一个有体系的认识论者看来，他必定像一个肆无忌惮的机会主义者；就他力求描述一个独立于知觉作用以外的世界而论，他像一个实在论者；就他把概念和理论看成人的精神的自由发明（不能从经验所给的东西中逻辑地推导出来）而论，他像一个唯心论者；就他认为他的概念和理论只有在他们对感觉与经验之间的关系提供出逻辑表示的限度内才能站得住脚而论，他像一个实证论者；就他认为逻辑简单性的观点是他的研究工作所不可缺少的一个有效工具而论，他甚至还可以像一个柏拉图主义者或者毕达哥拉斯主义者”。在通过普遍概念的创造以产生感觉印象之间的某种次序时，“指导我们的是：只有成功与否才是决定因素”⁽⁴⁰⁾。正是由于“拯救现象”是科学知识生成的重要原则，所以，劳丹放弃将真理作为科学的主要目的，认为“科学的主旨在于解决问题”、“科学本质上是一种解题活动”、“科学的中心目的是尽可能多地解决经验问题，极可能少地产生概念问题和反常”⁽⁴¹⁾，科学进步的标志之一是把反常问题转变为已解决的问题，而且要看它究竟解决了多少问题，遇到多少反常。一切科学理论作为在科学上适当的或合理的主要方式是与我们究竟能最大限度地把科学研究传统的进步扩展到什么程度有关。劳丹的观点受到了众多学者的称赞。⁽⁴²⁾如有学者认为：“在劳丹所描述的科学进步的模式中，既有积累式的进化，又有革命式的发展，前后相继的理论之间既有非连续的一面，也有连续的一面，既可能存在不可通约性（就它们对自然界的实体性论断而言），同时也不妨碍存在对研究传统的可接受性的比较评价，即在前后相继的研究传统之间也存在着连续性。所以，从总的角度上看，劳丹的科学发展与进步模式，显然较归纳主义的积累模式、波普尔的非累积式发展模式以及库恩的否定新旧范式之间的可通约性的科学革命模式更全面、更准确和更辩证地反映了科学发展和科学进步的实际状态。”⁽⁴³⁾

科学理论不仅能够对自然现象作出解释，而且还要能够对自然现象作出具体的预见，这是科学与非科学、伪科学的根本区别。1865年麦克斯韦创立的电磁理论，直到1888年其所预言的电磁波被赫兹在实验室中证实之后，才被广泛地承认；同样，爱因斯坦1915年创立广义相对论后，尽管合理地解释了水星的岁差现象，但是，直到1919年爱丁顿在非洲在日食的时候量测星光因太阳的重力场所产生的偏折，和广义相对论所预测的一模一样时，广义相对论的理论才被大众和大多的物理学家广泛地接受；量子力学中的薛定谔方程的正确性也是只有通过检验其推论才得到确证的。

所以，一个理论，如果不同时具备一些解释性原理把它同经验世界联系起来，那么这个理论就会被束之高阁，在科学发展史上就难以留下辉煌。正是因为解释和预见对于科学理论的确认具有如此重要的作用，所以，在拉卡托斯看来，新理论、新纲领取代旧理论、旧纲领，是相互竞争的理论、原先的“经验基础”及由竞争而产生的经验增长之间的一种多边关系。新理论之所以能取代旧理论，是因为它具备如下条件⁽⁴⁴⁾：（1）新理论比旧理论具有更多的经验内容，即新理论能够预见到新的事实，而这些事实根据旧理论看来是不可能的，甚至是被禁止的。（2）新理论能解释旧理论以前所成功解释的事实，或者说在新理论的内容中包含了旧理论的不可反驳的内容。（3）新理论的经验内容比旧理论多，并且得到了观察或实验的确证。例如，爱因斯坦相对论所以能证伪牛顿理论，就在于它不仅解释了牛顿理论所能解释的每一件事情，而且还能在一定范围内解释一些已知的反常，此外，它还预言了光线非直线传播，并且有一些得到了确证。用查尔默斯的话来说，就是新纲领是对旧纲领的改进，“改进的意义在于表明它能有效地预见新颖现象”⁽⁴⁵⁾，或者以一种新的方式预见业已观察到的现象。