1.3 科学哲学

我们一致认同的逻辑和数学定律表述出物理学理论，而这些理论能做出与观测符合甚好的预言。这句话不足为奇；那些实际结果已经改变了我们的生活方式。这也是关于我们周遭世界本质的一个非常重要的事实。我们应该如何看待它呢？珀斯（1878b）的想法是：

因此，看来无可争辩的是，人的意识是非常适应于理解这个世界的；至少就目前来看，某些对这种理解过程非常重要的概念是在他的意识中自然产生的；而且要是没有这种倾向，意识可能根本就不曾有任何发展。……必须承认的是，解释这些概念用来描述自然现象的那种非凡的准确性似乎还不够。这里很可能还有一些奥秘亟待发现。[1]

下面这个例子体现了爱因斯坦（1922b，第28页）在这方面的思考：

一个谜显现了出来，在所有时代都困扰过爱探究的心灵。为什么数学，毕竟作为一种独立于经验的人类思想产物，能如此优美地适用于实际的物体？那么，只通过思考而不借助经验，人类理性是否能够深刻理解实际事物的本质？

爱因斯坦还说：

有人会说“世界永远不可理解之处就在于它是可理解的”。

作为一个更近的例子，这种思考方式也体现于尤金·魏格纳（Eugene Wigner）一篇论文《数学在自然科学中不可思议的有效性》（“The Unreasonable Ef ectiveness of Mathematics in the Natural Sciences”，1960）的题目，以及他在文中对下述内容所做的评论：

两个奇迹：自然规律的存在，以及人类的思想推测它们的能力。

如珀斯所言，我们似乎的确“适应于理解这个世界”。我们就像其他动物一样，生来具备对力学要素的一种先天的直观理解。我举个例子，即机械杠杆运行的可靠性，正如在膝关节弯曲时那样。我想我们可以认为，这种原始的、显然也是先天的力学知识是在产生了当今物种的达尔文进化过程中经验积淀的结果。也许我们对逻辑的先天理解可以归因于对真实世界中确凿事实的认识能力所具有的适应值（adaptive value）[2]，这种能力是在适者生存的过程中习得的。也许我们对数学的理解来自习得的逻辑的价值。

日常生活中的事件可能看起来并不遵循有序的计划，相反，它们可能看起来是变幻莫测的。比如，为什么这个人英年早逝而那个人寿终正寝？然而，另外一些事件看上去却更有秩序。比如，你可以依赖太阳和月亮的运动去记录季节与播种的时机。行星的运动要更加复杂，但它们也遵循某种能够被人发现的模式。托勒密（Ptolemy）的本轮（epicycles）即是一例。人们通过某种方式明白了控制许多事件的那些过程的复杂性，与使他们习惯于可再现性（reproducibility）检验的那些观测的简单性之间的巨大差别。可再现性作为一种标志让人们期待看到这样一种实在，它以一种我们惯于认出的、逻辑的方式运行。当然，说了这么多也只是一种假设。[3]

许多种哲学思考都涉及“理解世界”，无论这个“世界”是真实的还是建构的。我们现在讨论的是关于人们一直以来对科学的思考，因而讨论起来就简单了许多。[4]让我们将恩斯特·马赫以及1930年左右的维也纳学派视为逻辑实证主义（或者经验实证主义，或者就叫实证主义）传统的典范。该传统承认在各种现象中，至少在一定程度上已成功地建立起相当好的秩序，这是可以感受到的，因为我们在日常生活中看到了也用到了物理科学的产物。马赫当然明白这种成功，还称之为科学经济性，有时也叫作思维经济性。但马赫与该传统的其他人不愿大胆猜测这种经济性可能会意味着什么。我不理解马赫在这方面的想法，因为他的这种经济性是一种非同寻常的现象，它确立已久，而且已让我们对周遭世界的运行获得了很多了解。

让我们将查尔斯·桑德斯·珀斯视为第二种传统，即第18页讨论的实用主义的典范。如珀斯所做的那样，实用主义接受了实证主义思想带来的进步，并且增加了对假想观念的探索，比如原子和分子，或者后来的夸克、非重子暗物质，甚至多重宇宙。詹姆斯按照通常定义也算是一位实用主义者，但有一点不同。珀斯十分看重我们现在所谓的理论的预言能力，而詹姆斯对此并不确信。自然科学家仍然倾向于践行珀斯版本的实用主义，通常不会去想它，除了偶尔会表达出通过探究猜测性的想法而有所收获的愿望。这是常有的事。

结合本书的主旨，我用第三种传统来指这样一类思想家，他们出于各种原因对作为实用主义者的科学家关于其理论所说的一切表示怀疑。我们称之为怀疑主义（Skepticism）阵营，其中包括19世纪和20世纪之交的席勒、1970年时的库恩以及十年后的拉图尔和伍尔加。《斯坦福哲学百科》中的条目“怀疑主义”（Comesaña and Klen，2019）描述了怀疑主义哲学传统中的众多思想。我用“怀疑主义阵营”一词，只是用来包括所有这样一些人，他们并不信服我在本书中阐述的论点，即较为简单的物理科学构成了一种支持客观实在的理由，这种理由是无法忽视的，也是令人信服的，但绝不是一种证明。

珀斯符合实用主义阵营众多思想中的一端，詹姆斯和杜威符合另一端，或者也许是怀疑主义阵营中不同于相对主义的一端。《斯坦福哲学百科》告诉我们：相对主义哲学——

大致说来是这样一种观点，即真与假、对与错、推理的标准，以及对合理性的论证程序，都是不同约定与评价体系的产物，而且其可靠性仅限于它们所源于的语境。（Baghramian and Carter，2021）

这种相对主义可以很好地描述1960年时物理宇宙学的整体状况，以及1990年时对宇宙学常数的思考。然而，随着检验的改进，这些问题变成了那些更加成熟的理论中的典型问题，而这些理论具有我们这些在珀斯一方的实用主义者所珍视的预言能力。

另一种有用的分类是将珀斯践行的经验建构主义视为一方，而将拉图尔与伍尔加倡导的社会建构主义视为另一方。前者除了对预言能力的寻求，当然也包括了自然科学家之间的集体思考。相对主义是社会建构主义阵营的一种极限情况，它认为自然科学以人们一致认同的一些观测为基础，这些观测由一个精英群体所推行的一些理论来解释，而解释的时候得益于一种集体意愿会将一些不方便的事实忽略。关于科学中发生的这类事，库恩（1970）指出了历史上的一些例子。我将在第3.2节和第6.9节从20世纪物理科学的发展过程中举几个例子来讨论。

社会建构主义于20世纪后期在一些圈子内盛行，同时给物理科学家带来了挑战，让他们从这个方面来思考他们所做的研究。支持社会建构主义的那些理由的确得到了一线科学家的关注。他们并不是总能理解那些需要从这种思考中获得的经验，而社会建构阵营中的那些人也并不是总能展现出真正理解了在物理科学家的经验建构主义阵营中发生的事情。在第2.2节和第7.1节中，我打算讨论一下双方在这场“科学大战”中的误解。

另一个需要修正的印象体现在马赫的怨言中，即“真正基本的事实由同样大量的假设来代替，这当然不是什么收获”。在寻求能更好地符合观测的理论时，物理学家的确可以随意调整理论及其参数。有人也许会像马赫一样问道：他们是否在编造一些“原来如此的故事”，就像吉卜林（Kipling）在《原来如此的故事》（Just So Stories For Little Children，1902）[5]一书中对诸如豹子为什么有斑点之类问题所做的解释。这样的故事帮助我们记住了豹子是有斑点的，而对于一个被调整得与观测相符的物理学理论来说，或许也有类似的效果。

考虑理论的循环建构这一可能性时，我们必须考虑到，如果我们相信证据会指引我们找到所需的理论，我们就无法保证只存在唯一的吸引盆地（basin of attraction）[6]。如果不止一个理论都与这些证据相符，那么我们该如何看待“成功地探寻到客观实在”这种说法？

这些来自怀疑主义或社会建构主义阵营中各学派的怨言可能被理解为是在指责物理科学的根基是不牢靠的，但这并非如此。我们来回顾一下物理科学在一个世纪前的状况。

1900年的物理科学包括了许多确凿的事实和许多成功的预言。这些预言所涉及的现象，其范围之广远超当时的标准理论建构时所基于的那些现象。马赫并不看重这一点，而其他人对物理学理论的预言能力也并不信服。但这是存在的，而且在我看来是难以忽视的。

哲学家希拉里·普特南（Hilary Putnam，1982）后来用一种令人难忘的方式谈到这种情况：

支持实在论的正面理由是，它是唯一没有让科学的成功变为一种奇迹的哲学。

就让我自作主张把这种理由称为“普特南奇迹”。它准确地描述了活跃在物理科学领域中大多数人的思维模式。但我必须指出，据说普特南和其他一些哲学家认为这种说法有些过于简单。《斯坦福哲学百科》在条目“科学实在论”（Chakravartty，2017）的第2.1节对此有细致的评论。特别是，我们无法估计这样一种可能性：存在另一种理论，它通过了另外一些检验，可以为我们周遭的世界给出同样令人满意的图像。在自然科学中我们只是相信直觉，认为这大概是非常不可能的。科学最多也就做到这样。

社会压力以及对理论过于热情的宣传对物理科学造成的破坏是一种实际存在的现象。我将从物理宇宙学的发展中举出一些例子。然而，如果考虑一下用普特南奇迹来看待物理科学的预言能力已带给我们的那些大量证据，那么一个常识性的结论就是，这种破坏是无关紧要的，而且一个世纪之前就存在令人信服的理由表明当时的物理学理论是客观实在的有用近似。这种理由从那时起就已经变得更具说服力，第7.6节将对此进行总结。

除了那些用于检验各种想法的证据数量巨大，我们也一定要记住经验建构主义阵营中的科学方法所具有的两点局限性。第一点，我们那些最好的物理学理论是不完善的。开尔文男爵威廉·汤姆森[7]（William Thomson Baron Kelvin，1901）所谓两朵“笼罩在热与光的动力学理论上的乌云”，让20世纪初的物理学家感到不安。虽然牛顿力学的预言能力在当时是很出色的且今天依旧如此，即使有了更为出色的广义相对论，但当它用于统计力学时却无法解释热容量的测量结果。这是开尔文的第二朵乌云。他怀疑这是由于材料无法恢复到真正的热（统计）平衡所致。然而，我们已经知道解决的办法其实是量子物理学。开尔文有充分的理由对电磁学理论（包含于上面文本框中的第二条内）印象深刻，因为他的贵族地位以及财富都归功于他的跨洋电报线专利。然而，尽管电磁学在开尔文所应用的领域中具有预言能力，这一理论按人们当时的理解却无法解释光传播的实验研究结果，其中最著名的就是迈克尔逊（Michelson）没有探测到相对于以太的运动这一结果。开尔文提到——

一个由乔治·菲茨杰拉德（George FitzGerald）和莱顿的洛伦兹（Lorentz）各自独立提出的绝妙提议，它针对的是以太穿过物体的运动会轻微改变物体线度大小这一效应，［但］恐怕我们还是得认为这第一朵乌云是非常浓密的。

开尔文提到的这种洛伦兹-菲茨杰拉德收缩是从第一朵乌云迈向相对论物理学的一步。尽管开尔文的两朵乌云随着相对论和量子物理学的引入得到了解决，但是又有其他的乌云取代了它们的位置。现在，一朵特别浓密的乌云就是第6.3节讨论的量子真空能密度。

声称有确凿的证据支持那些明显不完善的理论，这并不矛盾，只不过解释起来有些费事。一个世纪前就是这样，现在仍然如此。在宣传这些乌云的故事以及那种出色的能力（它可以让人不必诉诸多得难以置信的普特南奇迹）时，如果能讲得更清楚一些，或许会更有助于科学界之外的人们对物理科学的认识。

利用物理科学支持客观实在的论证时，第二点局限性在于，那些广为人知的成功事例出自受到精心控制的实验或观测场所，它们可由我们的基本理论给出的可靠预言来解释。我们是在将一些宏大的结论建立在特殊情况之上。比如，我们无法将分子生物学的研究结果还原为量子物理学基本原理。事实上，分子生物学的实验结果及其实际应用都具有可再现性。虽然这一事实令人鼓舞，但这里情况还是太复杂，以至于无法得出任何论断来支持或反对可从公认的物理学导出的那些关于客观实在的证据。第2.3节将继续这方面的讨论。

实证主义帮助马赫取得了很大成就，但也促使珀斯提出这一有益的问题：关于假想的观点，“我们如何才能了解得更多？”过去一个世纪在物理科学中践行的实用主义传统认为，猜测性的想法可能产生可检验的预言，它们要么证伪这些想法，要么激发进一步的探索与检验。要找到一些公开谈论实用主义的物理科学家并不容易，他们更多是忙于在这一传统下从事研究。然而，我们可以在温伯格《终极理论之梦》的“反对哲学”一章看到一个很好的例子。这本书的题目表达了温伯格的设想，即客观实在就在那里，等着被人发现。

[1] 珀斯（1878a）这篇文章是文集《科学逻辑的说明》（Illustrations of the Logic of Science）中的第二篇。珀斯（1878b）是其中的第五篇。

[2] 适应值反映特定个体或群体对选择压力的适应能力。某种特征具有的适应值越高，则越有助于生物及其后代适应选择压力，进而使该特征在适者生存的过程中得以保存和发展。作者正是将人类对客观实在的认识能力视为这样一种特征。

[3] 作者在与译者的通信中对本段文字进行了较大修订，在此感谢作者的耐心和细致。

[4] 这很显然，但我还是得说，我不是哲学家。我提到的那些传统形成于一般自然科学的实践中，特别是形成于简单到足以展现理论与实践之间紧密联系的那类科学。我给出了一些有一定历史依据的名称，但读者可以从梅南（2001）和米萨克（Misak，2013）那里对各种各样科学哲学和社会哲学获得更加全面的了解。

[5] 吉卜林的这本儿童读物用童话的方式解释了一些动物的特征，比如正文提到的“豹子为什么有斑点”，以及“大象为什么有长鼻子”“骆驼为什么长驼峰”等。在哲学和科学中，人们借用这本书的说法，用“原来如此的故事”一词来指那些无法验证的解释，且有时带有一定贬义色彩。

[6] 作为一个科学术语，通常是指系统演化最终趋于稳定的状态，也可以指势能函数的局部最低点，类似于盆地（或脸盆）的最低处，置入其中的小球最终会停在这里。这里借用这个术语，指证据最终可能指向的一个或多个理论。

[7] 开尔文（Kelvin）是其爵位的称号，而男爵（Baron）又常被称为勋爵（Lord），故更常见的叫法是开尔文勋爵（Lord Kelvin），汤姆森（Thomson）为其家族姓氏，而他的名字叫威廉（William）。