轉載自台灣「心靈小|網站」之科學之思。

科學哲理 Philosophy of Science
作者:劉大衛

何謂實驗?原理?說明?自然法則(定律)?
本段討論是以〝 Philosophy of Science 〞 (by Del Ratzsch, Inter Varsity Press, USA,1986.) 一書為根據。

 

Ⅰ定義
自然科學即探討並研究
   1. 憑經驗的( empirical ):假如可以,就做實驗。
   2. 客觀的( objective ):公開的。
   3. 合理的( rational ):常常是可計量的。
自然科學必須對自然界做兩個基本的假設:
   1. 在時空上具有一致性或經常性。
   2. 是人可以理解的。
Francis Bacon ( 1561-1626 )提出從事科學研究的正確方法:
   1. 收集資料、數據( collect data )-憑經驗的。
   2. 在沒有前提的情況下加以組織-客觀的。
   3. 歸納得出原理 (induction) -合理的。

         這些觀念是現代科學的開端。 可惜 Bacon 本身並沒有從事科學的研究,而且他的方法是不可能的。我們必須以某些理論為前提,去引導資料的選擇與組織(這是憑經驗得來的嗎?)。歸納需要想像力與創造力,並不是純邏輯的(這還算客觀嗎?)。有許多理論都可能與這數據相符,我們必須根據某些前提為標準,來選擇其中一種理論(這樣合理嗎?)。如此說來,是否意味著科學不是憑經驗的、客觀的、合理的呢?

 

Ⅱ發展
          Ratzsch 在書中討論到許多探討科學的哲學家對科學的觀點,這些哲學家試著讓「科學是憑經驗的、客觀的、合理的」這觀念落實,就是仍不放棄對這句話的信心。 20 世紀初期,他們的共識是:科學最後的根據仍是自然的觀察,這就是「憑經驗的」。較中立的科學家都是依據相同的資料,而科學界可加以檢討、重複實驗(若可能的話)、並更改錯誤。這就是「客觀的」。

         我們使用的演繹法 (deduction) 是從一般法則和最初狀態開始推算出特定的結論。在事前,這樣的演繹法算是預測,而在事後,就是解釋了。我們只能夠觀察所有真實界中的一小部份,一個樣本。我們注意到一些樣本,假定這足以代表所有的真實界(一致性),從而想出一個理論來。等到我們在真實界從事更廣泛的實驗和觀察後,這理論可能被證實,也可能被推翻。這就是「合理的」。

         但還是有一些問題,解釋必須能夠提出原因,而不單是預測;個人和社會的因素也會影響到我們的觀察,及我們所選擇的理論。此外還有一些其他的問題。

          Thomas Kuhn 於 1962 年發表了《科學革命的架構》 (The Structure of Scientific Revolutions) 分析科學史。 對他最具關鍵性的概念,他稱之為「典範」 (paradigm): 一套公認的、假設出來的標準思想、 理論、及研究方法,譬如亞里斯多德或牛頓的物理系統。科學家平常不是去發掘新的理論,而是希望自己的研究數據符合現有的「典範」。觀測來的數據大多與「典範」吻合,若有少數例外,我們就把這些歸為「特例」 (anomaly)。這些「特例」通常是被置於一旁,或是等以後再解決,因為它們被認為不具什麼重要性。但若累積了太多的「特例」(多少才算太多?),則會使「典範」的可信性動搖。 這種情形, 我們稱為「危機」(crisis)。「危機」可能造成下列任何一種結果:

  1. 修改舊「典範」,以便符合「特例」
  2. 將「特例」擱置, 回到原有「典範」,深信總有解決的一天
  3. 「革命」 (revolution),另發展一套新的、可接受的「典範」(如哥白尼以太陽為宇宙中心的天體觀;牛頓和伽俐略根據實驗、數學發展而來的物理學;生物學的進化論)。

         Kuhn 是根據「觀察」來研究「科學」, 而非根據哲學!照他的說法,科學到底是不是憑經驗的、客觀而合理的呢? Kuhn 並不認為自然界和自然律都取決於心理因素和社會因素。然而,有些人確實有如此極端的想法。

 

Ⅲ現在
         目前的科學界承認對「憑經驗的」、「客觀的」及「合理的」仍無法準確地下定義,但卻仍相信它們是有意義的概念。

         「經驗的」數據來自於一外在的自然世界,我們不能強迫大自然來符合心理學和社會學因素對我們所形成的觀念(伽利略的觀察,Michelson-Morley 的實驗,原子的結構,太陽的微中子等等), 所以,當有人說「所有科學是心理學和社會學影響下的產物」,我們認為這樣的說法似乎是不合理的。

        「客觀/主觀」是一種程度的問題;雖然沒有完全客觀的數據,但對所有的觀察家而言,某些數據是一樣的,而且幾乎是完全客觀的(如儀器的讀數,星球的位置等)。 

         「合理」是無法定義的,而且有時整個科學界是錯的。不過,要求具有正確性、一致性、廣大性、簡單性、促進性仍然是對的。

         一個科學理論只是個正確預知的遊戲(操作主義) (operationalism)或是真實的(現實主義) (realism) 呢? 似乎有個「不同程度的真實性」存在。例如,我們很難否認行星、原子、元素、分子、遺傳因子、細菌的存在;而電磁場、能量作用雖不能眼見,似乎也非常真實;「夸克」( quark)未能直接觀察,但間接證據卻不斷地累積著;「多度空間」、「其他宇宙」等理論,都有人提出,卻無法觀測,這些理論的真實性,至今仍存疑。

         許多人強調科學的不確定性,他們認為許多以往確認的「事實」,已被提出反證,所以他們推論:科學中沒有一件事是確實的,所有理論早晚都會被推翻。這些人的看法並不完全正確,科學理論可依其確定的程度來排列。較為簡易的理論,處理較小範圍的現象,這被稱為「模型」(如分子形狀、化學反應步驟、現有記錄及現有事物的歷史起源),如此的模型總需要不斷地改進及修正,而有時也必須完全丟棄,以較好的模型取代。然而較為重要的理論有著較寬廣的觀察證實範圍,而且在新的明顯特例產生時,不至於立刻被淘汰(如能量及動量守恆、遺傳定律等)。懷疑這些定律的人,卻希望別人能接受他們所提出譁眾取寵式的理論,他們自認他們的理論是毫無疑問的!

         科學革命並未淘汰掉重要的理論,而是將這些重要理論放進嶄新的、更寬廣的理論中。愛因斯坦的理論同意牛頓關於速率遠小於光速的定律,太空船仍遵照著牛頓定律航行著。我們不敢說這些理論永遠沒有被推翻的一天,但目前仍無理由去懷疑它們,而足以推翻這些理論的理由在短期內出現的可能性很小。

 

Ⅳ歸納
         總結上文,基於 Ratzsch 的書的討論到此。我們可以歸納如下。

         科學能用較深較廣的敘述去「解釋」一個現象:先有托勒密的地球中心論,後有克卜勒的太陽中心論來解釋天空中行星的運動,然後有牛頓的萬有引力和運動定律解釋,再有愛因斯坦的廣義相對論去解釋萬有引力,但為何有質量、力、空間、時間呢?科學永遠有一個最深層的解釋,而這個解釋只是「敘述」和「尚未能解釋」,當我們找到一個新的解釋,即成為最新最深層的解釋,所以永遠存有一個目前無法回答的「為什麼?」。

         科學有其極限,在此極限內,科學是重要而且正確的,它可以告訴我們有關宇宙和宇宙的定律,可以告訴我們利用自然的定律去推測許多宇宙的過去和未來,但它無法告訴我們宇宙和它定律的來源,我們不可能以科學來證明自然界是有規律的和可理解的,只能說「到目前為止這個假設是成功的。」

         我們沒有理由相信「科學的極限就是真實世界的極限」。當我們說某些事是不科學的,不能說這些事就一定是不真實的、不可能的或不合理的,只能說是我們無法用科學的方法去理解。舉例來說,科學無法告訴我們任何有關道德、宗教的真理、目的、人格、愛及美麗等等的本性。