科學(xué)哲學(xué)導(dǎo)論約定檢驗(yàn)

科學(xué)定律、綜合命題、

科學(xué)理論檢驗(yàn)的邏輯劉華杰北京大學(xué)哲學(xué)系

2015.05.07首頁(yè)上的三人龐加萊：科學(xué)理論的約定論石里克：科學(xué)理論的邏輯經(jīng)驗(yàn)論康德：科學(xué)理論的先天綜合論各有各的道理。均非凡人、初學(xué)者所理解的那樣！今日講兩個(gè)問(wèn)題：（1）科學(xué)理論的本性，（2）科學(xué)理論檢驗(yàn)的邏輯。目錄反事實(shí)條件句，科學(xué)定律的本性，從約定論視角看能量守恒定律，分析命題與綜合命題，科學(xué)理論的檢驗(yàn)：太陽(yáng)系行星發(fā)現(xiàn)案例，檢驗(yàn)的邏輯。

一、科學(xué)定律是？科學(xué)定律不同于所謂的自然定律。反事實(shí)條件句（counterfactualconditionals）（新版第30頁(yè)）虛擬語(yǔ)氣。古德曼（NelsonGoodman）反事實(shí)條件句反事實(shí)條件句：“如果愛(ài)因斯坦在今日中國(guó)的大學(xué)任職，肯定會(huì)下崗?！盙oodman的3F書(shū)中第一章。造句：如果“我”當(dāng)上教育部長(zhǎng)，就把北大合并到清華，從而創(chuàng)建世界一流大學(xué)。（？）如果沒(méi)有地震，地球就倒轉(zhuǎn)。（？）電視片《假如人類(lèi)消失》。中國(guó)人不習(xí)慣反事實(shí)條件句？反事實(shí)條件句子例子(羅森堡p.39)钚(Pu)為94號(hào)元素，原子量239.244；金（Au）為79號(hào)元素，原子量196.966.A：所有實(shí)心球狀純钚的質(zhì)量不超過(guò)100000kg；B：所有實(shí)心球狀純金的質(zhì)量不超過(guò)100000kg。兩句區(qū)別何在？鏈?zhǔn)椒磻?yīng)臨界質(zhì)量。反事實(shí)條件句子，例子如果情況是這樣的：月球確實(shí)是由純钚組成的，那么會(huì)有這樣的情形：月球的質(zhì)量就應(yīng)當(dāng)不超過(guò)100000千克。如果情況是這樣的：月球確實(shí)是由純金組成的，那么會(huì)有這樣的情形：月球的質(zhì)量就應(yīng)當(dāng)不超過(guò)100000千克。經(jīng)驗(yàn)上我們知道，前件和后件都假。第一句正確，第二句不正確。區(qū)別何在？關(guān)于钚，有一條科學(xué)定律；關(guān)于金，只涉及偶適的概括。前者依科學(xué)定律為真；后者不涉及特定的科學(xué)定律，理論上可以為假，即有可能存在那樣的純金天體?？茖W(xué)定律與反事實(shí)句的關(guān)聯(lián)回顧牛頓第一定律理想氣體定律。疑問(wèn)：此關(guān)聯(lián)意味著什么？反事實(shí)條件句與科學(xué)定律之間究竟是什么關(guān)系？表面聯(lián)系還是根本性的聯(lián)系？實(shí)驗(yàn)室科學(xué)與大自然的實(shí)際運(yùn)作之間自然科學(xué)也是地方性知識(shí)（localknowledge，indigenousknowledge）西方的自然科學(xué)從根本上講意欲反自然？［何謂自然？S.Mill悖論］科學(xué)定律究竟是什么？“發(fā)現(xiàn)”與“發(fā)明”之間。越來(lái)越模糊?？茖W(xué)定律：實(shí)在論與工具主義、約定論。科學(xué)定律再上升可得到科學(xué)原理，如能量守恒原理，哈密頓最小作用原理，它們對(duì)于科學(xué)非常重要。科學(xué)定律是可錯(cuò)的定律（或原理）具有普遍性，可是它們具有必然性嗎？實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃C明或者證偽一般定律和原理嗎？科學(xué)定律具有什么樣的命題形式？西方經(jīng)驗(yàn)論傳統(tǒng)休謨龐加萊費(fèi)曼龐加萊（彭加勒）1854－1912案例：能量守恒原理是自然鐵律？這一自然科學(xué)原理的通常的敘述。真理？必然性？能量守恒與“物理－能量守恒與轉(zhuǎn)化”定律。能量守恒，哈密頓原理,Poincarésaid:T+U＝const.T

為動(dòng)能；U為勢(shì)能。T+U+Q=const.,其中Q為內(nèi)能（熱、化學(xué)、電等）.φ（T+U+Q）是常數(shù)?！皣?yán)格說(shuō)來(lái)情況并非如此。在依然是常數(shù)的函數(shù)中，沒(méi)有一個(gè)函數(shù)能夠嚴(yán)格地放在這種特殊形式之下；因此，怎么在它們中間選擇可以稱(chēng)之為能量的函數(shù)呢？我們沒(méi)有任何手段去指導(dǎo)我們作出選擇?！保℉P，p.99）《科學(xué)與假設(shè)》第8章,Poincarésaid:“對(duì)我們來(lái)說(shuō)，能量守恒原理只剩下一種陳述：存在著依然是恒定的某種東西。”“在這種形式下，它也超出了實(shí)驗(yàn)所及的范圍，并變成一種同義反復(fù)?！薄昂芮宄绻澜缡芤?guī)律支配，那么將存在始終是常數(shù)的量。像牛頓定律一樣，由于類(lèi)似的理由，建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的能量守恒原理不再能夠被實(shí)驗(yàn)否證?！保℉P，李醒民譯本，p.99）Poincarésaid:“由于我們沒(méi)有給出能量的一般定義，因此能量守恒原理僅僅意味著存在著保持不變的某種東西。好了，不管未來(lái)的實(shí)驗(yàn)給予我們關(guān)于這個(gè)世界的新概念是什么，我們總能預(yù)先保證，將存在保持不變的某種東西，人們可以稱(chēng)之為能量?！保╬.126）一種信念，有用的信念，不一般的信念。Poincarésaid:“但是，如果這個(gè)原理有意義，它就可能為假；也許我們沒(méi)有權(quán)利無(wú)限地推廣它的應(yīng)用，可是在該術(shù)語(yǔ)的嚴(yán)格意義上，它預(yù)先肯定可以檢驗(yàn)；然則我們?nèi)绾沃浪裁磿r(shí)候?qū)@得我們能夠合理地賦予它的一切推廣的呢？只有當(dāng)它不再對(duì)我們有用，即不再使我們正確地預(yù)見(jiàn)新現(xiàn)象之時(shí)。在這樣的情況下，我們將確信所肯定的關(guān)系不再是真實(shí)的；否則，它可能是富有成效的；實(shí)驗(yàn)即使不直接與該原理的新推廣相矛盾，但也可以宣布它不適用?！保╬.126）Poincarésaid:“在每一個(gè)特例中都可以清楚地看到能量是什么，至少能夠給它一個(gè)暫時(shí)性的定義；但是要找到一個(gè)普遍的定義則是不可能的?！叭绻覀兞D把這個(gè)原理加以十分普遍的闡述，并把它應(yīng)用到宇宙，那么我們就會(huì)看到它化為烏有，也可以說(shuō)，除了存在著某種依然是恒定的東西之外，它什么也沒(méi)有留下?！保╬.102）“玩童”費(fèi)曼

（RichardPhillipsFeynman，1918-1988)《物理學(xué)定律的本性》

第三章偉大的守恒定律國(guó)際象棋中“象”的位置法拉第發(fā)現(xiàn)的電荷守恒：大金屬球殼。電荷以基本單位的倍數(shù)出現(xiàn)。《費(fèi)曼講物理入門(mén)》第4章能量守恒“想像有個(gè)孩子，我們叫他淘氣鬼丹尼斯吧，他有一堆積木，這些積木絕對(duì)不會(huì)損壞，也不能分成更小的小塊。每一塊積木都與其他積木相同。我們假設(shè)他有28塊積木。每天早上，他媽媽把他連同他的28塊積木一起留在一個(gè)房間里。到了晚上，他媽媽出于好奇，仔細(xì)地對(duì)積木進(jìn)行了點(diǎn)數(shù)，于是發(fā)現(xiàn)了一條唯象定律：不論丹尼斯怎樣玩積木，積木數(shù)目總還是28塊！”

（pp.67-69）費(fèi)曼說(shuō)：“這種情況持續(xù)了若干天，直到有一天，積木只有27塊了……”不守恒了？仔細(xì)檢察，發(fā)現(xiàn)窗外還有1塊，加起來(lái)還是28塊！又守恒了。費(fèi)曼說(shuō)：有一天母親發(fā)現(xiàn)只有25塊了，窗外沒(méi)有，她猜測(cè)丹尼斯把另3塊藏起來(lái)了，她注意到地上有一只玩具盒，她猜測(cè)3塊可能就在那里，但丹尼斯不讓打開(kāi)盒子檢查。她說(shuō)：沒(méi)關(guān)系，我知道這個(gè)盒子空著的時(shí)候的重量是16盎司，每1塊積木的重量是3盎司，我稱(chēng)一下盒子就知道了。費(fèi)曼說(shuō)：總數(shù)＝看到的積木的個(gè)數(shù)＋（盒重－16）／3.＝25＋3＝28！但是過(guò)了一段時(shí)間，總數(shù)又不對(duì)了，污水槽中的水變深了。水中沒(méi)有積木時(shí)水深6英寸，水中加一塊積木水面升高0.25英寸。新的計(jì)算公司出爐：總數(shù)＝看到的積木的個(gè)數(shù)＋（盒重－16）／3＋（水面高度－6）／0.25.對(duì)于能量，類(lèi)比相似的地方，比積木復(fù)雜。但守恒原理差不多。能量可取連續(xù)值，不同于一塊一塊的積木，可能出現(xiàn)6.25塊！積木數(shù)是如何守恒的？27,25,藏起來(lái)不讓看，間接探測(cè),沉入水里，計(jì)算水體積.費(fèi)曼說(shuō)：“能量有多種不同的形式，每種形式有一個(gè)表示能量的公式。這些形式是：引力能、動(dòng)能、熱能、彈性能、電能、化學(xué)能、輻射能、核能、質(zhì)能。如果我們把每種貢獻(xiàn)的公式加在一起，它的總量就不會(huì)變化，除非有能量進(jìn)出?！爸匾氖钦J(rèn)識(shí)到，在今天的物理學(xué)中，我們并不知道能量究竟是什么。我們并沒(méi)有一幅圖像，把能量摹想為有確定大小的小團(tuán)，它不是那樣的?！保╬.69）分析命題與綜合命題分析：不求助于外部世界，不需要經(jīng)驗(yàn)，邏輯自身。可以保真值，無(wú)經(jīng)驗(yàn)意義。

李克強(qiáng)嘲諷的：證明‘你媽是你媽’！綜合：必須借助于關(guān)于外部世界的經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)。無(wú)法保真值，有經(jīng)驗(yàn)意義。割裂起來(lái)，孤立來(lái)：分析看起來(lái)非常好，綜合看起來(lái)有麻煩?，F(xiàn)實(shí)中兩者都使用，性質(zhì)也差不多，都無(wú)法保真值。波普爾與康德從康德先驗(yàn)論那學(xué)到一些，但沒(méi)全接收。實(shí)際的認(rèn)知過(guò)程中，就某一環(huán)節(jié)而論，人是“先驗(yàn)地”有知識(shí)的。對(duì)于一定意義上的先驗(yàn)性波普爾并不否認(rèn)，但波普爾認(rèn)為知識(shí)是可錯(cuò)的，沒(méi)有必然性?？档抡J(rèn)為人把規(guī)律強(qiáng)加于大自然，而這些規(guī)則還是必然正確的。波普爾只能認(rèn)可前半句，后半句不認(rèn)可。邏輯經(jīng)驗(yàn)主義與波普爾一樣。關(guān)于康德的先天綜合判斷如果有，它就有可能解決自休謨以來(lái)知識(shí)論上的一個(gè)巨大困惑。有沒(méi)有這種東西？真的盼望有！卻沒(méi)有！邏輯經(jīng)驗(yàn)主義、現(xiàn)代的經(jīng)驗(yàn)論都認(rèn)為沒(méi)有。石里克說(shuō)：經(jīng)驗(yàn)主義可以被定義為主張沒(méi)有綜合先天知識(shí)的觀點(diǎn)。如果整個(gè)經(jīng)驗(yàn)主義要壓縮為一句話(huà)，則這就是一種表述。康德深受數(shù)學(xué)和牛頓力學(xué)影響幾何學(xué)給康德提供了綜合先天知識(shí)的一個(gè)主要的實(shí)例。至少他這樣認(rèn)為?！皬默F(xiàn)代的觀點(diǎn)看，情況看來(lái)是非常不同的。康德不會(huì)為他的錯(cuò)誤而受責(zé)備，因?yàn)樵谒臅r(shí)代，非歐幾何還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。對(duì)于他來(lái)說(shuō)，不可能以其他的方式來(lái)思考幾何。事實(shí)上，整個(gè)19世紀(jì)，除了少數(shù)幾個(gè)勇敢分子如高斯、黎曼以及赫姆霍茲以外，甚至數(shù)學(xué)家們都認(rèn)為康德的觀點(diǎn)是理所當(dāng)然的。”（卡爾納普，p.177）康德的信念康德堅(jiān)持認(rèn)為，一種先天的知識(shí)，是必然的知識(shí)，它不能為經(jīng)驗(yàn)所反駁。但是我們現(xiàn)在的看法是，如果幾何學(xué)有先天的意思，則它不告訴我們有關(guān)現(xiàn)實(shí)世界的任何東西，將邏輯必然性與關(guān)于世界幾何結(jié)構(gòu)的知識(shí)結(jié)合起來(lái)的陳述是不可能的。（卡爾納普）看兩對(duì)范疇：分析/綜合；先天/后天：第一種理解［現(xiàn)在的理解］分析綜合先天后天（經(jīng)驗(yàn)的）第二種理解（康德“先天＋綜合”理解，據(jù)R.Carnap）：分析綜合？康德認(rèn)為存在的一個(gè)知識(shí)區(qū)域先天后天（經(jīng)驗(yàn)的）自然科學(xué)定律反映了什么？自然科學(xué)定律就命題形式而言是綜合命題，而且是全稱(chēng)的！這類(lèi)命題的風(fēng)險(xiǎn)非常大！1）邏輯的必然性？No.2）大自然的必然性？模糊。你會(huì)說(shuō)，世上總是有某種必然性，但說(shuō)不清楚。求助于因果性？邏輯經(jīng)驗(yàn)主義者不想這么做。即使求助于因果性，也沒(méi)有最終解決問(wèn)題，因果性是什么？規(guī)律（law）可不可以被違背？這是個(gè)重要的科學(xué)哲學(xué)問(wèn)題。但學(xué)者很少直面它！人們常說(shuō)“受到自然規(guī)律的懲罰”“規(guī)律是不可違抗的”。前者相當(dāng)于承認(rèn)可以違背！無(wú)論法律還是科學(xué)定律其實(shí)都是可以被違背的！（見(jiàn)《學(xué)妖與四姨太效應(yīng)》，田松、劉華杰著，上海交通大學(xué)出版社2012年）關(guān)于能量守恒定律的小結(jié)分析與綜合，有意義與保真可以?xún)扇珕?？熊掌與魚(yú)能量守恒原理屬于經(jīng)驗(yàn)科學(xué)的原理經(jīng)驗(yàn)科學(xué)中的陳述（命題、判斷）有經(jīng)驗(yàn)意義，屬于綜合陳述，是可錯(cuò)的。它不同于分析陳述。分析陳述可以(不是必然)保真。一般意義上的能量守恒原理并沒(méi)有得到嚴(yán)格證明，我們只是相信它是對(duì)的。對(duì)于宇宙尺度，若堅(jiān)持能量守恒，我們甚至不知道能量是什么意思。是否存在康德意義上的“先驗(yàn)（先天）綜合判斷”？我們已經(jīng)講過(guò)，經(jīng)驗(yàn)論科學(xué)哲學(xué)家認(rèn)為不存在。二、科學(xué)方法論：檢驗(yàn)蘊(yùn)涵波普爾的演繹檢驗(yàn)法：把科學(xué)方法論中沒(méi)有邏輯確定性的歸納，轉(zhuǎn)變成有邏輯確定性的演繹［但不能夸大這一點(diǎn)］。倒過(guò)來(lái)。波普爾稱(chēng)之為試錯(cuò)法、批判法。得到科學(xué)家的高度響應(yīng)。先猜一猜，再檢驗(yàn)。再猜、再檢驗(yàn)。能動(dòng)的過(guò)程。邏輯關(guān)系是，若T則O，看看是否有O。有則表明猜得有理，無(wú)O則表明無(wú)理。檢驗(yàn)的邏輯T→O，其中T為理論，O為觀察。否定后件:(～O)→(～(T))。注：有O，只是確認(rèn)了T一次，并沒(méi)有嚴(yán)格證明T。復(fù)雜化：有合取的情況T∧A→O，其中T為理論，A為輔助假說(shuō)（可以不止一個(gè)），O為觀察。等價(jià)形式：(～O)→(～(T∧A))等價(jià)形式：(～O)→((～T)∨(～A))這意味著什么？看太陽(yáng)系行星的發(fā)現(xiàn)與牛頓力學(xué)的檢驗(yàn)?？茖W(xué)史案例：發(fā)現(xiàn)海王星/檢驗(yàn)牛頓理論太陽(yáng)系行星相對(duì)大小太陽(yáng)系科學(xué)史案例：發(fā)現(xiàn)海王星海王星是如何被發(fā)現(xiàn)的？赫歇耳兄妹偶然發(fā)現(xiàn)天王星（1781年，Uranus）。此前4人共23次“發(fā)現(xiàn)”過(guò)U，不算發(fā)現(xiàn)。天王星運(yùn)動(dòng)有些異常(2角分)＝1度的30分之一。鐘表面板上1分鐘＝6度。觀察結(jié)果證偽牛頓引力理論還是別的？發(fā)現(xiàn)海王星的經(jīng)過(guò)實(shí)地的觀察與牛頓的引力理論蘊(yùn)涵相矛盾。兩種選擇：1）牛頓引力理論錯(cuò)了；2）牛頓引力理論沒(méi)錯(cuò)，但原來(lái)沒(méi)有被清楚表述的某個(gè)輔助假說(shuō)可能錯(cuò)了。假定牛頓引力理論仍然正確，計(jì)算出新的天體的位置，結(jié)果真的找到了一個(gè)新天體：海王星！太陽(yáng)系天體模擬運(yùn)行U＝天王星，N＝海王星，P＝冥王星英國(guó)Adams,法國(guó)LeVerrier亞當(dāng)斯1845年9、10月間向查理士和艾里報(bào)告，請(qǐng)求用大望遠(yuǎn)鏡觀察。但無(wú)人理。勒維耶一開(kāi)始用木星和土星的攝動(dòng)解釋?zhuān)髞?lái)發(fā)現(xiàn)不行。1846年8月31日勒威耶的報(bào)告《論使天王星運(yùn)行失常的那顆行星，它的質(zhì)量、軌道和現(xiàn)在所處位置的結(jié)論性意見(jiàn)》，德國(guó)柏林天文臺(tái)34歲的伽勒最終于9月23日找到。Adamsvs.LeVerrier

Adamsvs.LeVerrier

LeVerrier海王星Neptune“哥白尼的太陽(yáng)系學(xué)說(shuō)有三百年之久一直是一種假說(shuō)，這種假說(shuō)盡管有百分之九十九、百分之九十九點(diǎn)九、百分之九十九點(diǎn)九九的可靠性，但畢竟是一種假說(shuō)；而當(dāng)勒維耶從這個(gè)太陽(yáng)系學(xué)說(shuō)所提供的數(shù)據(jù)，不僅推算出一定還存在一個(gè)尚未知道的行星，而且還推算出這個(gè)行星在太空中的位置的時(shí)候，當(dāng)后來(lái)伽勒確實(shí)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)行星的時(shí)候，哥白尼的學(xué)說(shuō)就被證實(shí)了。”恩格斯，《路德維希·費(fèi)爾巴哈和德國(guó)古典哲學(xué)的終結(jié)》如法炮制：發(fā)現(xiàn)“新行星”冥王星T∧A→O，又發(fā)現(xiàn)海王星的運(yùn)動(dòng)也不規(guī)范(～O)→((～T)∨(～A))如法炮制：依然假定牛頓引力理論是正確的。的確有效：1930年湯博找到了冥王星。再來(lái)一次如何？守株待兔。再來(lái)一次？水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)（旋進(jìn)）對(duì)于水星近日點(diǎn)的旋進(jìn)（舊譯“進(jìn)動(dòng)”）。近日點(diǎn)在其軌道平面上移動(dòng)，每100年向前移動(dòng)5601’’（角秒）又有人照葫蘆畫(huà)瓢，設(shè)想水星與太陽(yáng)之間存在一顆未被發(fā)現(xiàn)的行星，而且起了名字牛頓力學(xué)只能解釋5558”，還差43”（角秒）但是，這一回牛頓引力理論真的錯(cuò)了，要用到愛(ài)因斯坦的相對(duì)論了！按廣義相對(duì)論，能夠解釋43”.03。事情并沒(méi)有結(jié)束涉及定義：啥叫行星？太陽(yáng)系有幾顆行星？9大，10大？“2005年7月29日，美國(guó)加州理工學(xué)院行星科學(xué)教授麥克爾·布朗宣布發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系中又一顆比冥王星還大的新天體，并直接將其稱(chēng)為“第十顆大行星”?！?003UB313”、昵稱(chēng)“齊娜”“距離太陽(yáng)的距離約為冥王星到太陽(yáng)平均距離的2倍，目前估測(cè)直徑約2600公里，超過(guò)冥王星。但它其實(shí)是一個(gè)典型的柯伊伯帶天體(Kuiper

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