第6章-科学理论评价

1第六章科学理论的评价与发展在科学的发展过程中，当一个新的科学理论提出后，它要经过科学共同体的评价和选择，才能被科学界接受；而科学理论一旦被接受，它又会按照一定的逻辑向前发展。科学共同体依据什么样的标准评价和选择理论，理论在发展过程中又会呈现出什么样的规律性？本章将对这些问题给予回答。第一节科学理论的逻辑评价与经验检验科学理论的评价包括：逻辑评价和经验检验两个环节，科学理论的形成和确立必须通过评价和检验。科学家在经验检验之前，首先要对理论进行逻辑评价，以选择出一个优先进行检验的理论来，然后，再通过经验来验证理论的可靠性。逻辑评价：优劣，经验检验：真假一、科学理论的逻辑评价“科学理论的逻辑评价，主要是科学共同体的成员对科学理论的逻辑结构做出评价，即它是否合乎逻辑，它属于理性的考察，有时候也被人们称为理性检验。”新理论首先应经得起理性检验。发现理论的逻辑结构的欠合理和完备，为科学理论的发展指出方向。经不起理性检验的理论则没有必要经受进一步的经验检验。科学理论的逻辑评价主要包括相容性评价、自洽性评价和简单性评价三个方面。1、相容性评价1）含义2“指通过与公认的相关科学理论的比较，评价新理论是否与公认的相关理论相违背。”公认的相关理论：一般是科学上已确立的理论。通过相容性评价，可以确认新理论在逻辑上是否合理。2）评价规则相容与不相容，两种理论间的逻辑关系。A,相容如果：从新理论T2—→公认理论T1，或者：从新理论T2—/→∪公认理论T1那么：两者相容。可以断定：新理论得到了公认观点的支持。B,不相容如果：从新理论T2—→∪公认理论T1，或者：—→与公认理论T1相悖的推论，两者不相容。在这种情况下可以断定：新理论没有得到公认理论的支持。举例：相对论、量子力学与牛顿力学“能量亏损”与“能量守恒与转换定律”3）不相容的解决当发现新的科学理论与公认的传统理论不相容时，必须区分两种情况：不相容是由于新理论自身的表述方式与通用的表述方式不协调造成的，还是由于新理论从本质上就和公认的传统理论中的基本原理根本抵触造成的前一种情况：考虑修改或完善新理论的表述方式，以避免新理论刚一问世就面临暴风雨般的敌视，在新理论的初始创作过程中，更应如此。后一种情况：比较复杂。3—新理论表述上没问题，并得到新老证据的支持，但却推出与公认理论相悖的论断或推出了对公认理论的否定论断，它可能作为革命性观念而使公认的传统理论失去其评价准绳和比较对象的地位。举例：亚里士多德的物理学、托勒密的天文学、盖仑的医学及牛顿的经典力学—新理论与公认理论相悖，始终未获得高质量证据的支持，且表述含混和模棱两可，该理论要么是其逻辑出发点错误，要么本来就是伪科学。不论哪一种情况出现，新理论在评价中被公认理论拒斥都是理所当然的。考察一个理论与公认理论之间是否相容，是科学家们拒斥轻率的理论的重要方法，也是利用经过大量经验证实的、公认的理论抵制伪科学的重要手段。“永动机”、“水变油”。2、逻辑简单性评价主要是评价理论的形式结构是否简单。“如果两个理论都能够同样好的解释类似的现象，那么，形式结构相对简单的理论被称为简单性的理论。”形式结构的简单性，是指理论中作为逻辑出发点，彼此独立的初始命题数量要尽可能的少，可以是参数或者变量较少，也可以是变量的次数、方程的阶较低，等等。形式结构的简单是对科学理论的逻辑基础的要求，而不是指科学理论内容的简单性。在相同条件下，简单性的理论更易被科学共同体接受，在科学史上从毕达哥拉斯学派起就认为简单性是科学评价中的一条重要原则。逻辑简单性之所以对科学理论的可接受性起着重要的作用，主要是因为：第一，逻辑前提简单的理论，它所包含的信息容量也往往较大，因而具有更大的普遍性。举例：广义相对论与狭义相对论、四种基本的相互作用力逻辑前提简单的理论，相对来说比逻辑前提不简单的理论含有更多的经验内容，因而具有更强的可检验性和可否定性，也就更容易为人们接受。4波普：理论表述内容越普遍，可证伪度就愈高，更容易被经验检验。第二，逻辑前提简单的理论，符合科学家的审美要求。美也是简单性。彭加勒：科学美表现为理论的统一、和谐、对称和简单性等方面。这几个方面实质上是一致的。和谐、统一是就理论的内容而言；对称是就理论的形式而言；简单性则是针对理论的逻辑前提而言。因此，具有逻辑简单性的理论也是美的理论，也就更容易为科学家们所接受。公理化系统托勒密的宇宙体系与哥白尼的宇宙理论爱因斯坦：用一般坐标系的概念取代了惯性坐标系与非惯性坐标系，用坐标变换的广义协变性取代了惯性系之间的洛仑兹不变性，第三，客观自然界本身具有和谐、统一、守恒和演化等本质和规律性，这些本质和规律性是理论逻辑简单性的客观基础。科学理论的逻辑简单性是自然界的和谐、统一和有序性在观念上的反映。对于简单性的评价标准也不应该绝对化。物理学，在促进科学的进步中起到了很大的作用医学，把本来复杂的事情过分简单化，反而使结论出错。巴斯德的“疾病菌原说”与“单因论”3、自洽性评价“分析理论内部是否自相矛盾。没有发现自相矛盾的理论，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必须有逻辑联系，不能相互冲突。5一个理论T，不能同时逻辑推出命题A和非A，T没有逻辑矛盾，自洽，反之不自洽。悖论，从一个理论前提真可推得其前提假，或从其前提假可以推其前提真。科学家们在消除科学悖论的过程中，提出新的理论，深化了对自然界的认识。这一过程是一个纯粹的逻辑问题，一般可以不借助直接的实验。伽利略的思想实验，揭示了亚里士多德物理学的自相矛盾之处。处于进化阶段的科学理论，会在理论发展的过程中消解自身的不自洽之处。门捷列夫元素周期律理论不自洽的消除。处于退化阶段的科学理论，在新的关键性的反例越来越多的时候，对理论的不自洽的修改只能使该理论进一步暴露出其内部的矛盾，从而加快其被新理论取代的速度。氧化学说克服燃素说的不自洽。对于复杂的不自洽的理论也不要轻易予以抛弃，理论本身还有个成长发展过程。有时，一个新生的理论移植在一个旧理论上，新理论会在这种自相矛盾的基础上成长，逐渐发展为自洽的理论。玻尔的旧星子理论中的光发射理论就是移植在与之矛盾的麦克斯韦理论上的。二、科学理论的经验检验解决科学理论是否与客观实际相符合的问题。通过观察和实验对理论的检验蕴含进行经验的验证。理论命题，全称命题，无法与具体的经验对应无法直接检验的。根据一定条件，推出一个单称的陈述，预见或预言。可以直接被经验检单称命题蕴含在推出它的那个全称命题（理论）之中，这个单称命题，包括推出它的条件称之为该理论的检验蕴含。检验所获得的证据与理论的检验蕴含一致，这个科学理论得到确证，不相符，这个科学理论被否证。6科学理论的检验是科学理论评价中极为重要的一个环节，其中包含复杂的认识论问题。1.科学理论的确证逻辑经验主义：科学理论中的经验与理论的关系，观察语言与理论语言的关系，通过对应规则把二者联系起来。“一个理论推出的检验蕴涵总是构成一个证据，在一定程度上支持和确认这个理论。我们将经验证据对理论的检验蕴含的支持和确认，叫做理论的确证。”尽管理论的经验确证不能完全证实一个假说，但它仍然是判断一个理论是否成立，是否应该被接受的第一个标准。科学理论的形成与发展过程:经验—假说-证实，科学认识论与方法论的原则:归纳主义与证实主义。证据支持理论包括四个方面，这就是证据的数量、种类、精确和创造性。1）数量：在没有不利于理论命题的证据或者说没有发现与理论命题相反的证据的条件下，观察到的与理论的检验蕴含相符的证据越多，该理论命题的确证程度就越高。门捷列夫元素周期律比迈耶尔的元素周期律更能被人们接受。注意：同类别的有利证据的增加对相应理论的确证度提高的作用，将会随以前确认的有利证据的增长而减小。2）种类：证据种类的多样性对于理论的支持起着重要的作用。在没有不利证据的情况下，一个理论拥有的有利证据的种类越多，该理论被确证的程度就越高。惰性元素的发现。3）精确：精确的检验蕴涵的验证，会给受检理论提供令人信服的证据，大大增加理论的确证程度。根据有些理论命题，有时候人们还可以推出与科学共同体已经确认了的观察命题不同7的检验蕴涵，通过修正这些观察命题，使理论经受更严格的检验。门捷列夫修改原子量。銦4）创造性：创造性的检验蕴涵出自创造性的理论创造性的理论与当时的背景理论相悖，但更有可能产生创造性的成果麦克斯韦的经典电磁理论爱丁顿考察队的日食观测对于爱因斯坦广义相对论的确证。虽然我们已经知道经验命题的数量、种类、精确性和创造性都会增加理论被确证的程度，但是如何才能定量地把握理论的确证程度，目前仍然是一个问题。这个问题涉及概率确证问题，即如何确定一个理论被确证的归纳概率。2.理论的否证现代科学理论的基本假说变得越来越抽象，离经验越来越远，适用于科学早期的以归纳为主的方法，正在让位给探索性的演绎法。从某一理论的一个或多个检验蕴涵为真的事实不能够归纳得出这个理论为真的结论，但从这个理论的一个检验蕴涵为假的事实中却可以逻辑地得出结论，这个假说被否证了。历史上曾有许多被认为是颠扑不破的“真理”的理论，就是被一些关键的实验检验否证的。伽利略在比萨斜塔上的一个实验、以太假说的否证，光的直线行进的否证现代科学哲学认为，证伪否证与确证在逻辑上不对称，在理论的经验检验中，证伪比证实有更优越的地位和有更强的确定性。科学理论的形成与确立的途径：问题—假说—证伪，其中的科学认识论与方法论的原则：演绎主义与证伪主义。否证检验是排除理论中的某些错误或不必要部分，使人们对自然界的认识逐渐接近于真实状况的有效途径。典型案例：“产褥热”原因的发现。从这个实例我们可以看到，否证与确证是检验科学理论的两种形式，二者相辅相成，8共同推进着科学理论的发展。否证是从反面检验科学理论的方法和手段，同时也是从反面论证和表达某些理论命题的方法和手段。热一定律肯定表达方式：“能量只能按照一定的当量从一种形式转变成另一种形式”，其否定的表达方式：“第一类永动机是不可能的”，与肯定表达方式等价。科学区别于伪科学和巫术的一个重要方面，就是科学知识必须经受科学共同体的批判性检验，批判性检验的重要形式就是使理论经受否证性检验伪科学和巫术总是只顾及寻找有利证据，科学既寻找有利证据也积极面对可能不利的证据。3、判决性检验在科学理论的经验检验中，往往要涉及到判决性检验。“是指在两个对立和互相竞争的理论中决定取舍的经验检验。”设h1和h2为两个互相竞争的理论，在说明已知现象上是等价，经受同样的经验检验。设计一个满足条件C的实验：h1∧C→e1h2∧C→e2e1和e2互相排斥，那么这种检验就是判决性检验。如果检验结果为e1，验证h1，证伪h2；如果检验结果为e2，验证h2；证伪h1。尽管判决性检验的结果在很多情况下，不会最终决定两个竞争的理论孰是孰非，但是却可以支持其中一个理论而不利于另外一个理论。“傅科实验”但是，支持一种假设并否证另一种假设仍然不能判定该理论一定真。9第三种可能性，光既不是粒子也不是波。“勒纳德实验”可见，判决性检验是一个十分复杂的问题，不能在简单的或绝对的无条件的意义上理解。虽然我们不能通过判决性检验最终断定某个理论的命运，但科学家仍然偏好这种检验方式，因为它至少可以说明，两个相互竞争的理论中，有一个是有问题的。鉴于此，科学家们总是在恰当的时候热衷于设计判决性检验，以对理论的取舍做出判断。三、科学理论评价与检验的复杂性上面讨论，是比较理想的状态实际上，很复杂的，包含着深刻的认识论问题.在科学哲学中，把其复杂性归咎于以下几个方面。1、观察本身的易谬性。观察渗透着理论、动机和经验，不是纯粹中性的由于理论、动机和经验的易谬性，导致观察的结果也会出现易谬性理论和观察到的经验事实冲突，错的不一定是理论，而极有可能是观察的结果。因此，某个理论命题与某个观察相冲突，很可能首先被抛弃的是观察结果，与观察相抵触的理论却被保留。“太阳的东升西落”2、科学理论的复杂结构。科学理论中，包括辅助性假定、初始条件和边界条件等。应对错误负责的并不是受检理论，而是复杂结构中的其它部分。因此，从严格意义上说，通过有限