論地球科學(xué)研究中的溯因推理

1、論地球科學(xué)研究中的溯因推理摘要：溯因推理是科學(xué)發(fā)現(xiàn)所不可或缺的一種獨特推理模式。本文從溯因推理的邏輯結(jié)構(gòu)出發(fā)，運用案例分析，邏輯結(jié)構(gòu)解析等方法，探討溯因推理的思維模式和特征，并結(jié)合地球科學(xué)進行理論闡述。關(guān)鍵詞：溯因推理；地球科學(xué)；皮爾士；漢森古希臘的亞里士多德在歷史上最早對溯因推理做出過研究，后來的笛卡爾、萊布尼茨、惠威爾、康德都有過相關(guān)的討論。將這種思維過程確立為推理方法的是皮爾士(Charles Sanders Peirce，18391914)。20世紀(jì)50年代末,美國科學(xué)哲學(xué)家漢森(N. R. Hanson) 在發(fā)現(xiàn)的模式中,以經(jīng)典粒子物理學(xué)和基本粒子物理學(xué)的推理過程為例, 進一步闡述了

2、皮爾士的溯因推理過程。一、 溯因推理的邏輯結(jié)構(gòu)溯因推理的推理過程既不同于從個別到一般的歸納推理，又不同于從一般到個別的演繹推理，也不同于從特殊到特殊的類比推理，它是由個別現(xiàn)象推出深層本質(zhì)，從結(jié)果倒推出原因，其結(jié)論是從后天的經(jīng)驗推導(dǎo)出的。在地球科學(xué)研究的過程中，常常需要通過各種地質(zhì)事件遺留下來的地質(zhì)現(xiàn)象與結(jié)果，利用現(xiàn)今地質(zhì)作用的規(guī)律，反推古代地質(zhì)事件發(fā)生的條件、過程及特點，利用溯因推理的方式進行研究。案例一：“滄海桑田”說我國北宋沈括（公元1031-1095年），觀測到太行山“山崖之間，往往銜螺蚌殼及石子如鳥卵者，橫亙石壁如帶”1，便做出了“此乃昔之海濱”的論斷；之后的朱熹（公元1130-120

3、0年），則提出“嘗見高山有螺蚌殼，或生石中，此石乃舊日之土，螺蚌即水中之物，下者卻變?yōu)楦?，柔者卻變?yōu)閯偂?。他們都采用了溯因推理，其模式可表述為：（1）山石之間發(fā)現(xiàn)有螺蚌殼（C）。（2）如果這一帶曾經(jīng)是海（A），山上有螺蚌殼（C）就是理所當(dāng)然的事。（3）這一帶以前曾經(jīng)是海（C）。在這一推理過程中，意外的事實：“山石間有螺蚌殼”被觀察到，然后，提出了一個假說：“這一帶曾經(jīng)是?！?，用以解釋這一意外的事實。他們都正確的說明了地殼的構(gòu)造運動現(xiàn)象及化石的成因。在發(fā)現(xiàn)的模式一書中，漢森以開普勒發(fā)現(xiàn)行星橢圓形運動軌道的推理過程和伽利略關(guān)于重力加速度是一個常量的發(fā)現(xiàn)為例，闡述了皮爾士的溯因推理理論。然后以經(jīng)典

4、物理學(xué)中的引力定律和粒子物理學(xué)中的波粒二象性為例，將皮爾士的推理模式發(fā)展為更為復(fù)雜的邏輯結(jié)構(gòu)。案例二：大陸漂移假說1915年魏格納在其著作大陸和海洋的起源一書中系統(tǒng)的闡述了大陸漂移學(xué)說。其溯因推理模式可歸結(jié)如下：（1）大西洋兩岸的海岸線相互對應(yīng)（P1）大西洋兩岸構(gòu)造相互呼應(yīng)（P2）相鄰大陸古生物群具有親緣關(guān)系（P3）石炭紀(jì)二疊紀(jì)時的冰川遺跡 (P4)（2）如果大陸曾經(jīng)是連接在一起的，在后來的演化過程中漸漸漂移開去，形成今天的地貌(H)，那么P1、P2、P3、P4等就能被合理解釋而變得不奇怪 （3）有充分理由去推敲大陸漂移假說（H），使得它能夠成立大陸漂移理論提出以后，地球物理學(xué)家們把其發(fā)展為更

5、為全面的板塊構(gòu)造理論，從根本上改變了我們關(guān)于地球演化史的觀念。從地球科學(xué)史的例證來看，溯因推理在提出科學(xué)假說上，比演繹推理和歸納推理更具創(chuàng)造性。二、溯因推理的主客觀條件漢森在發(fā)現(xiàn)的模式第一章中舉了這樣一個例子：假設(shè)開普勒和第谷一起去看日出，他們在黎明的東方是否看見了相同的事物？我們都知道，第谷是托勒密和亞里士多德的“地心說”的追隨者，而他的后繼者開普勒信奉的是哥白尼的“日心說”。那么，他們在黎明的東方看見了相同的事物嗎？如果就生物反應(yīng)來看，他們的視網(wǎng)膜確實紀(jì)錄下了相同的太陽的影像。但就經(jīng)驗來說，第谷看到的是圍繞地球轉(zhuǎn)動的一顆火熱的星體升起的景象，而與之相反，開普勒看到的是地球圍繞太陽轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生

6、的東升西落現(xiàn)象。當(dāng)沈括在高山上發(fā)現(xiàn)螺蚌殼時，他和山上的砍柴人看到的是相同的事物嗎？當(dāng)魏格納觀察地圖時，他和大陸漂移說的反對者看到的是相同的事物嗎？漢森說：“看是一種經(jīng)驗?！薄笆侨硕皇侨说难劬υ诳础薄?“看”是一件滲透著理論的事情。我們先前的知識和實踐經(jīng)驗深刻地影響著我們觀察事物的方法和得出的結(jié)論。如果沒有先前知識的積累沈括和魏格納就無法提出正確的假說。這些假說的形成和地學(xué)研究的突破，與他們先前就具有的知識體系是分不開的。因此，溯因推理得以可能的條件之一，就是觀察者必須具備提出假說所應(yīng)有的知識儲備。“并不是伽利略的洞察力、牛頓的天才和愛因斯坦的想象力本身改變了我們關(guān)于存在什么的知識：他們所說的

7、都是真實的事物。”3法國天文學(xué)家李希爾根據(jù)時鐘的變快變慢，提出了地球形狀是桔狀的橢球體的假說；李四光從構(gòu)造形變逆推地殼形變，創(chuàng)建了地質(zhì)力學(xué)體系；潘鐘祥采用溯因法逆向推理，提出陸相生油理論。溯因推理的“被解釋項”必須是觀察或考察而得出的真實結(jié)論，也就是客觀事實。只有以客觀事實為依據(jù)，才能進行溯因推理。因此，溯因推理得以可能的條件之二，是觀察到的事物必須是真實的?！耙粋€范式的觀察者，不是那種只能看普通觀察者之所看，只能報告普通觀察者之所報告的人，而是那種能在熟悉的對象中看見別人前所未見的東西的人。”4當(dāng)全球地圖繪制出來以后，為什么提出大陸漂移說的是魏格納而不是別人；當(dāng)看到蘋果落地時，為什么想到地心

8、引力的會是牛頓。由此我們得出溯因推理得以可能的條件之三，是觀察者必須具備比一般人更高的創(chuàng)造力。三、溯因推理的特征從溯因推理在地學(xué)研究中的應(yīng)用來看，溯因推理具有以下幾個特征：第一，溯因推理過程的創(chuàng)造性事物的本質(zhì)難以進行直接的經(jīng)驗性描述，對它的認(rèn)識要依靠創(chuàng)造性猜想。地球科學(xué)家研究的地球歷史是人類無法親身體驗的物質(zhì)世界的歷史，因此只能根據(jù)不完整的資料和現(xiàn)存的地質(zhì)現(xiàn)象去思考、判斷和重塑已經(jīng)消失的地球歷史，創(chuàng)造地球科學(xué)理論。魏格納的大陸漂移學(xué)說，并不是純心理學(xué)的猜測，而是根據(jù)大量觀察現(xiàn)象所作的概括性描述，是一種經(jīng)過創(chuàng)造性思維加工的逆推結(jié)果。潘鐘祥在陸相地域發(fā)現(xiàn)了油田之后，經(jīng)過大膽猜測，逆推出了陸相生油理

9、論。顯然，沒有進行創(chuàng)造性思維，就不可能洞察現(xiàn)象背后的本質(zhì)。第二，溯因推理在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的依賴性科學(xué)理論的創(chuàng)立過程中，溯因推理必須要與歸納和演繹相結(jié)合。皮爾士在談到科學(xué)研究三個階段所使用的三種不同的邏輯方法時認(rèn)為：首先發(fā)現(xiàn)和形成假說要通過溯因推理；然后通過演繹推理從假說中推導(dǎo)出可以進行驗證的命題；最后用實驗手段和歸納推理使假說成立。要證實溯因推理提出的假設(shè)正確與否就必須借助演繹推理和歸納推理，甚至類比推理。第三，溯因推理結(jié)論的非唯一性溯因推理是“一果多因”的，具有可錯性和猜測性。溯因推理過程是一種試錯過程。地球科學(xué)的語言通常是“可能是”什么，而不是“是”什么。地球物理反演時地球物理場值觀測范圍的有

10、限性，通常會造成地球物理反演的多解性；而地質(zhì)構(gòu)造事件的不可重復(fù)性，也通常使得地質(zhì)構(gòu)造的成因無法通過實驗來檢驗。因此在地學(xué)研究過程中運用溯因推理時，其結(jié)果常常具有或然性。四、結(jié)論從亞里士多德到弗蘭西斯培根，從皮爾士到漢森，對人類思維方式和科學(xué)研究方法的探索一直沒有停止。溯因推理以其獨特的創(chuàng)造性不斷推動著科學(xué)向前發(fā)展。而在具有“將今論古”傳統(tǒng)的地球科學(xué)研究過程中，溯因推理法越來越顯示出它的優(yōu)勢和重要性，這一方法將幫助我們更深刻的理解我們所處的物質(zhì)世界。參考文獻(xiàn): N.R.漢森著，邢新力、周沛譯，發(fā)現(xiàn)的模式，中國國際廣播出版社,1988 戴維R奧爾德羅伊德著，楊靜一譯，地球探賾索隱錄：地質(zhì)學(xué)思想史，上?？萍冀逃霭嫔?，2006年7月，第一版 劉盛佳，地理學(xué)思想史，華中師范大學(xué)出版社，1990年11月 Lorenzo Magnani等主編，于祺明等譯，科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的模型化，中國科學(xué)技術(shù)出版社，2001