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科学究竟是什么(第三版)

时间:2013-10-31 10:04:47  来源:  作者:艾伦·查尔默斯  
简介:这本书旨在对科学性质的现代观点作一个简单、明了和初步的介绍。当作者教授科学哲学的时候,感到没有一本适用的书可以推荐给初学者。可以得到的关于现代观点的唯一资料,只有原著。许多原著对初学者来说太难,同时无论如何,它们数量太多,要使之适合于大学生,是不易办到的。这本书对于任何想认真从事研究这个题目的人来说,是不能代替原著的,但是作者希望它将提供一个有用的较易接近的起点。...
  赫兹能用他的仪器产生稳定的波, 使他能够测量它们的波长, 他能据以推演出它们的速度。他的结果显示,波长更长的波通过空气中比沿着电线传播的速度更快,比光更快,而麦克斯韦的理论则预测它们都将以光速在空气中和沿着赫兹仪器的电线传播。由于赫兹已经表示怀疑的理由,这些结果是不适宜的。从实验室墙上反射回到仪器的波引起多余的干扰。赫兹(1962, p.14)自己对结果的思考如下:
  读者也许会问我为什么自己没有努力用重复实验来解决这个疑点。我确实重复了实验,但是正如人们期望的那样,仅仅发现了, 在同样的条件一次简单的重复不能消除疑问, 反而增加了疑问。只有在更有利的条件下进行实验才能达到确定的结果。这里的更有利条件意味着更大的房间, 但我对此无能为力。我再次强调在观察时多加注意不能弥补空间的狭小。如果长波不能显现,就不能清楚地观察它们。
  由于他的实验设备对他手头的工作不合适,赫兹的实验结果不满意。如果要消除来自反射波的多余干扰,所研究的波的波长需要小到能与实验室的尺度相比较。正如人们所得知的那样,在几年内实验在"更为有利的条件下"进行,产生的速度与理论的预测相一致。
  这里要强调的一点是,实验结果不仅要求令人满意,即对发生什么有精确的记录,而且也合适或重要。对它们的设计应专为阐明某个重要问题。一个重要的问题是什么,一组特定的实验是否令人满意地回答这个问题,这些判断很大程度上取决于如何理解实际的和理论的境况。正是电磁学相竞争理论的存在,以及其中一个主要的理论预测无线电波以光速传播,才使赫兹尝试测量无线电波的速度成为特别重要,而正是理解到波的反射行为才使人们明白赫兹的实验设置不合适。由于从物理学观点看是一目了然并非神秘的理由,赫兹实验的这些特殊结果被摈弃了,并且不久被代替了。
  赫兹研究的那段轶事及其对它的思考清楚说明实验要合适或重要,当实验不合适或不重要时实验结果就要被代替或摈弃, 它也清楚地说明另一方面:对他的速度测量的摈弃与人类知觉问题毫无关系。没有任何理由怀疑赫兹仔细观察了他的仪器, 测量距离, 注意是否有火花通过他检波器中的缝隙,并且记录仪器读数。在如下的意义上他的结果能被认为客观的:重复这些实验的任何人将会得到类似的结果。赫兹他本人也强调了这一点。赫兹实验结果的问题不是因为他的观察不满意,也不是因为缺乏重复性,相反是因为实验设备不能令人满意。正如赫兹指出的,"小心进行观察不能补救空间的缺乏"。即使我们承认,赫兹能够通过仔细观察建立可靠事实, 我们能看到这本身不足以产生出使科学工作满意的实验结果。
  上面的讨论能用来说明实验结果的可接受程度是如何依赖理论的,在这方面的判断是如何会随我们科学理解的发展而变化。更一般的层次说明了这一点的是,自从赫兹第一次产生出无线电波以来,赫兹产生出无线电波的重要意义已经有了变化。在那时,若干竞争的电磁学理论之一是詹姆士·克勒克·麦克斯韦,他发展了迈克尔·法拉第的关键想法,将电磁状态理解为无孔不入的以太的力学状态。这个理论不同于它的竞争者,后者假定电流、电荷和磁体超矩作用,但不涉及以太,它则预测无线电波以光速运动的可能性。正是物理学发展的这一方面给予了 赫兹实验结果的理论意义。因而, 赫兹及其同代人能够将无线电波的产生解释为确认以太的存在。二十年以后根据爱因斯坦的狭义相对论,人们放弃了以太。赫兹的实验结果仍然被认为是确认了麦克斯韦理论, 但仅仅是它的一个重写的版本:放弃以太,将电磁场看作独立的实在的实体。
  另外一个有关第19世纪测量分子量的例子, 进一步说明实验结果相干性和解释如何取决于理论的脉络。19世纪下半世纪由于化学组成原子理论,化学家认为测量自然产生的元素和化合物的分子量具有根本的重要性。这对支持普劳特假说的人尤为如此。他的假说是,氢原子是基本的建筑砖块,其他原子由这些砖块构成,因为这导致人们期望以氢为准来测量分子量将会是整数。然而人们一旦认识到自然产生的元素含有成比例的同位素混合物,这虽然并没有特殊的理论意义,可是从理论化学观点看,上一世纪占主导地位的实验化学家辛辛苦苦测量分子量在很大程度上变得不相干了。这种境况促使E.索迪对其结局作出如下的评论(Lakatos and Musgrave, 1970, p.140):
  有些事肯定类似命运中的悲剧(如果不是比悲剧更惨的话),这一悲剧突然笼罩了19世纪这一群杰出的、光辉夺目的化学家的毕生工作,他们的同代人正确地将他们的工作作为精确科学测量的王冠和完美的代表来崇敬。至少暂时来说,他们艰难获得的结果没有什么意义,正如测定一堆瓶子的平均重量没有意义一样,其中有些瓶子是满的,有些或多或少是空的。
  这里我们目击旧的实验结果被认为不相干而撇在一边,理由不是因为人类知觉有问题。这些19世纪的化学家被"他们的同代人作为精确科学测量的王冠和完美的代表来崇敬",我们没有理由怀疑他们的观察。我们也无须怀疑他们观察的客观性。我也不怀疑,如果同时代的化学家要重复同样的实验,他们会得到类似的结果。令人满意地进行实验是实验结果可接受的必要条件,但不是它的充分条件。它们还需要相干性和重要性。
  我要用从物理学和化学及其实践的观点看无可争辩的方式,对我在例子的帮助下要建立的论点加以概括。认为实验结果是科学合适基础的传统经常更新。旧的实验结果因一系列直接了当的理由而认为不满意被摈弃,被更满意的结果代替。实验结果之被摈弃可能因为实验对可能的干扰源的防范不够充分,因为测量使用不敏感和过时的检测方法,因为终于明白实验不能解决手头的问题,或者因为实验计划来解决的问题本身有疑问。尽管人们能够将这些意见看作是对日常科学活动的相当显而易见的评论, 然而它们对正统的科学哲学具有严重的含义, 因为它们推翻了广泛持有的观点:科学有赖于可靠的基础。 不但如此, 它们也推翻了为什么这与人类知觉成问题的特点有关系的理由。
  4 作为科学合适基础的实验
  我在本章的前面几节对实验结果是直接给予的和完全可靠的观念进行了批判检查。我论证了实验结果在某些方面是依赖理论的,它们是可错的和可修正的。这可被解释为对下列观念的严重威胁:科学知识是特殊的,因为它以特别苛求和令人信服的方式得到经验的支持,人们可论证说,如果科学的实验基础像我论证的那样是可错的和可修正的,那么基于实验基础的知识同样是可错和可修正的了。由于认为科学理论由实验支持,这种担心能因循环论证而得到加强。如果诉诸理论是为了判定实验结果的满意性, 而那些同样的实验结果又是理论的证据,那么我们就陷在一个循环论证之中。似乎很大的可能是科学并不靠实验结果提供资源来解决相竞争的理论支持者之间的争论。一个阵营诉诸他们的理论来维护某些实验结果,而与之对立的阵营诉诸他们相竞争的理论来维护不同的实验结果。在这一节我将提供理由来反对这些极端的结论。
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