科学哲学及科学方法.ppt
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1、第三讲科学哲学科学的本质与方法,一.科学哲学的含义,philosophy of science和scientific philosophy。都可以译作“科学哲学”,不过有区别。前者指“关于科学的哲学理论”,后者则是“具有科学性质的哲学”,所以亦译作“科学的哲学”。我们指的是“科学哲学”,即关于科学的哲学理论,而不是“科学的哲学”。所谓“科学哲学”是指哲学对自然科学这一现象的研究或反思,或对自然科学这一现象的哲学反思。,二.西方科学哲学概况,科学哲学是研究科学的,可以说自从有科学以来就存在关于科学的哲学研究。但是真正成熟的科学哲学却是20世纪的产物。我们所说的科学始自近代科学,它形成于16世纪左
2、右,至今不过400多年的历史。由于只有当科学成熟到了一定的程度,研究它的科学哲学才会出现,所以直到20世纪,科学哲学才成为一门相对独立的学科。虽然科学哲学的产生可以追溯到亚里士多德,但是当我们一说到科学哲学,首先想到的是现代科学哲学。,1.科学哲学的研究对象,一般说来,科学哲学研究的是科学的本质、科学的合理性、科学的研究活动、科学方法论、科学认识论、科学的逻辑结构、科学发展的规律等等,因而它与哲学的许多学科例如形而上学、认识论和逻辑学有着密切的关系。,2.人类对待科学的态度,一种是科学至上主义者,他们将科学看作是衡量一切知识的惟一标准,一种知识要么是科学,要么就什么都不是,言谈话语中总带有“事
3、事要讲科学”的权威口吻。一种是自称为人文主义者,他们强调人文精神的价值取向,对科学总是心存疑虑。我们讨论科学哲学的问题,不去涉及科学的社会作用以及它与人文科学之间的关系等问题。,面对科学,我们总是怀有非常复杂的矛盾心理。一方面科学是西方文明最重要、影响最大的成果,不恰当地说,西方文明在全世界的扩张主要依赖的是科学,作为认识世界、改造世界的工具和手段,科学的确是卓有成效的。另一方面,我们越来越意识到科学的两面性,它既可以造福于人类,也可以毁灭人类。事实上,日常生活中我们对待科学的态度往往停留在18世纪至19世纪的启蒙时代,那时候科学被视为绝对真理的化身,而现在的西方人则已经注意到了科学的真理性的
4、有限性和相对性,这就意味着我们对待科学的态度其实并不“科学”。,3.科学哲学的发展脉络,传统的科学哲学是形而上学的一部分,而现代科学哲学则是从反形而上学开始的。20世纪的第一个系统形态是逻辑实证主义,它兼具“科学哲学”和“科学的哲学”两重性质,即以科学作为哲学的研究对象,又试图使哲学具有“科学性”,成为科学的工具。不过,科学哲学的发展却与逻辑实证主义与左:科学哲学家们不再关注科学的实证问题,而是科学的“证伪”(波普尔)、科学的历史性(库恩),甚至科学的多元化问题(费耶阿本德)。库恩之后,科学哲学的研究进入后现代时期。,科学的条件科学方法论,爱因斯坦说:“西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础的
5、,那就是:希腊哲学家发明了形式逻辑体系(在欧几里得几何学中),以及(在文艺复兴时期)发现通过系统的实验关系可能找出因果关系。”(爱因斯坦文集,第一卷,574页,北京:商务印书馆1976)欧氏几何学对西方思想的意义极其重大:从形式逻辑(演绎法)到几何学,西方文明逐渐确立了一种能摆脱感觉经验的抽象符号化系统,极大地促进了理论思维的发展,为自然科学奠定了基础。,一般而言,科学需要理性和经验的因素,但它们在近代科学诞生之初产生了对立。例如,哥白尼的日心说代替了地心说,它典型地突出了理论与经验之间的矛盾。日心说如果仅仅通过经验的观察是不可能得出地球围绕太阳转动的结论,它最初是一种理论假说。然而地心说却是
6、可以得到千真万确的经验证实,在卫星导航技术出现之前,大海上航船靠的是地心说而不是日心说它以地球为中心来确定航向。理性与经验必须结合起来,然而,究竟是把理性嫁给经验,还是把经验嫁给理性呢?这确乎是一个问题。,近代科学观基于两个前提,一个是牛顿模式,它认定有一种对称的格局存于过去与未来之间(试想一下牛顿定律和万有引力定律)。这是一种准神学的视界,它相信如同上帝一样,我们也能够获致确定性。另一个是笛卡尔的二元论,它断定自然与人类(不是在肉体的意义上)、物质与精神、物理世界与社会或精神世界之间存在着根本的差异,由此认知方式也迥然不同。1663年托马斯虎克为英国皇家学会草拟章程的时候,他为该学会确立的宗
7、旨是:“通过实验手段增益关于自然万物的知识,完善一切手工工艺、制造方法和机械技术,改进各种机器和发明。”他尤其补充了一句话,强调皇家学会与神学、形而上学、伦理学、政治学、语法学、修辞学无涉,简言之,与人文科学无涉。,科学追求的是对超越时空限制、永远正确的自然界普遍必然法则。上帝也许是普遍法则的创造者,但一旦他创造了,他也就带着他的爱、谦卑、仁慈等特性远遁而去。形而上学一旦为经验探究确立了基本原则,也必须随着它的上帝远去,除非它研究的是科学的基本方法和原则,是纯粹的认识论原理。其他学科,除非能够满足经验科学的基本方法,否则不在考虑之列,便在吞并之列。这种方法是:一旦比较明确地确定了某一研究领域,
8、并且多少对此有所了解,就会提出有关假设来表达这个领域内的最一般的规律性;这些假说由一般命题加以表述,在其基础上进行演绎从而导出其他同样普遍(或较普遍)的命题;如此在假设的基础上获得的命题集合就构成了理论。这便是科学的逻辑。,经验-假设(一般命题)-演绎(推理出其它一般命题)-理论(命题集合)。由此,人们便对经验科学提出了两个基本的要求,一是要有经验的可操作性(实验),一是要尽可能地用数学语言来阐述。中世纪新柏拉图主义和经院哲学的方法是先采纳一个完备的和自圆其说的知识体系,然后再进行科学研究。而伽利略则放弃了这种方法,主张事实不再是从权威和理性的综合中推演出来。由观察和实验得来的每个事实及其推论
9、,都需要按照其本来面目为人们所接受,同时上帝把严格的数学必然性赋予了自然,而后通过自然,创造了人类的理智,人类理智的努力可以探寻出自然的奥秘。,实际上不仅仅是伽利略,哥白尼、开普勒、帕斯卡、笛卡尔等等近代思想界开一时之风气的大家,莫不如此。笛卡尔甚至认为全部物理学都可以归结为几何学,而斯宾诺莎更是认为人类的全部知识,都可以统一在几何学方法的旗帜下。数学决不只是一种简洁方便、清晰普遍的语言工具,它为自然科学提供了最基本的概念。力是什么?各种力的机制、本质是什么?牛顿并不需要知道。但他知道,他用数学语言Fma表达出来,知道力等于质量乘以速度,他就可以定量地来谈论“力”。“力从何来?力是什么?”则是
10、形而上学的问题。,17世纪的形而上学体系,无论是经验主义还是理性主义,都在论证这种科学观的合法性,只是侧重点不同。18世纪的启蒙运动更进一步贯彻了理性原则。这两个世纪建立起来的自然科学主要衍生于天体力学的研究。起初,当人们试图确立对自然法则(规律)探索的科学方法具有合法性和优先性时,他们常把科学和哲学看成是共同探寻真理的同盟。然而,随着实验性、经验性研究对于科学的重要性日益加强,哲学尤其是形而上学在自然科学家的眼里便日益成了神学的替代物,同样因其先验的真理(没有经过经验的确证而得出的命题)断言不可验证而备受责难。19世纪初科学大获全胜,人们把“科学”一词与自然科学等同了起来。,一方是具有确证性
11、的知识(被称做科学),另一方是想象性的,未经确证的知识(非科学的知识)。人们在给这种知识起什么名字甚至都没有达成一致意见。它有时被称为文科(arts),有时被称为人文科学(humanities),有时被称为文学或美文学(belles-lettres),有时被称为哲学(philosophy),有时甚至被简单地称为“文化”(culture),而在德文中则被称为精神科学(Geisteswissenschaften)。,在“何谓有效知识”这一问题上的认识论较量,不再是谁有权来操纵有关自然界的知识,而是谁有权来操纵有关人类世界的知识谁可以被称为知识。自然科学不满足于以往哲学对其合法性的论证,实证主义应运
12、而生,从孔德、穆勒到斯宾塞,从马赫主义到20世纪的逻辑实证主义,终于建立了科学的标准的意识形态,打出了“拒斥形而上学”的响亮口号。,哲学与科学的旨趣是不同的。作为思辨知识,哲学家的首要目标不是解释现象,诠释经验,而是探索关于本原、实体、本质的原则,追思最普遍的原理,她把目光投向自然界,但结果却是必须以思想自身为对象,揭示思想自身的构造和原则,或者必须以人生的意义和价值为目的,探索人生幸福的道路。就此而论,哲学是最自由的、最奔放不羁的心灵探险。,近代科学从哲学中独立出来后,研究由经验和事实构成的自然现象,寻找可靠的手段和方法获得有效结果,它逐渐形成了统一的范式和公认的原则,明确地定义了知识的含义
13、,划定了知识的范围,从而排斥了其他类型的“科学”,以至于在科学之外的“知识”都不成其为知识,不再具有“真”这一属性。,20世纪显然是自然科学一统天下的时代,所有知识一律向它看齐,哲学被加以排斥。牛顿的“物理学,警惕形而上学啊”的“忠告”仍然存在着影响。然而,科学总有它不可说的东西,至少它在试图说明自身的时候就成了一般意义上的哲学。科学在进步,而哲学也并未停滞不前。当它对自然科学的反思达到了一个新的高度的时候,科学哲学便由此而兴起了。科学哲学的研究主题可以概括为主要围绕着两个方面进行,一是科学的目的;二是科学方法论。具体而言,它所研究的问题可以归纳为以下几点:,(1)科学与形而上学:两者的区分何
14、在?形而上学在哲学和科学中是否有其地位?(2)科学的本质及其界限:科学究竟是什么?科学等于真理吗?科学就是猜测吗?科学是信念或约定吗?科学与非科学有没有分界?分界标准是什么?(3)形式科学与经验科学的区分:分析和综合的二分法是可能的吗?理论与经验是否各自独立?有形式真理和经验真理的区别吗?如果有,它们的关系怎样?数学和逻辑的真理性内容是什么?,(4)科学发现问题:发现和辩护的完全分开能否成立?有没有科学发现的逻辑?科学发现的结构是怎样的?怎样看假说演绎法、或然归纳法或溯因推理法作为科学发现的方法?理论与观察的关系怎样?(5)科学理论的本质及其结构问题:科学理论是陈述系统还是一种理性事业,或者二
15、者都是?科学命题怎样构成?其中概念结构有什么逻辑?科学理论作为陈述系统,采取公理形式是否最为合理?模型在科学中起什么作用?理论是怎样说明科学的?,(6)科学解释(scientific interpretation)或科学说明(scientific explanation):什么是科学说明和非科学说明区别的判据?科学说明有哪些程序和类型?科学说明与科学定律、科学预见的关系怎样?科学定律与概括有什么区别?(7)对科学的检验:检验的基础是什么?经验证实或证伪是否可能?判决性实验的有效性怎样?检验的标准是什么?是理性的还是非理性的?(8)科学发展或科学成长问题:科学发展有必然性吗?它依照什么样模式进行
16、?概念变革的过程是怎样的?内部和外部的因素起何等作用?,(9)科学进步问题:科学的发展能说得上是科学进步吗?科学进步的可能性有什么根据?什么是科学进步的标准?科学进步的标准是否一定要包括向真理接近?(10)科学及其发展的合理性问题:科学是理性的吗?怎样成为理性的?科学方法起什么作用?逻辑方法和历史方法的关系怎样?存在普遍有效的科学方法吗?形式化方法有什么意义和局限性?在科学探究中,果真“怎么都行”吗?科学家实际用来探索和解释自然现象的思想程序具有确定而客观的思想特点吗?这一特点会使采取这一程序在理性上更为审慎、明智而且带有强制性吗?是否存在可用来评价科学及其进步的标准?,只有当科学成为人类最发
17、达的知识系统之后,上述这些问题才成其为问题,这也是为什么直到20世纪才形成了真正成熟的科学哲学的原因所在。我们将通过介绍逻辑实证主义以及波普尔、库恩和费耶阿本德等三位最著名的科学哲学家的基本观点,来展示20世纪科学哲学的精神气质。他们对科学的反思,一方面使我们不再把科学看成是普遍必然的绝对真理,科学有它自身的局限;另一方面,科学毫无疑问仍然是所有知识的典范,人们随口而出的总是“做事要讲科学”!“这不是科学!”。但是无论如何,在20世纪的科学哲学中,科学毕竟失去了神话般的耀眼光环,呈现出与以往完全不同的形象,或许下面的讨论有助于我们比较恰当地了解科学的意义。,逻辑实证主义,逻辑实证主义(Logi
18、cal Positivism)又称逻辑经验主义(Logical Empiricism),以区别于英国的传统经验主义或孔德的传统实证主义。它诞生于20世纪二三十年代 的维也纳,代表人物有石里克、前期的维特根斯坦、卡尔纳普、纽拉特、洪谦等。它的两个基本原则,一是逻辑,二是实证或经验。前者受惠于弗雷格和罗素所创立的现代逻辑的分析方法,而后者无疑来自从休谟、孔德、穆勒到马赫的经验主义传统,维特根斯坦的逻辑哲学论则为其奠定了基本的哲学原则。,逻辑实证主义旗帜鲜明地拒斥形而上学,在他们看来,形而上学领域内的全部陈述都是无意义的。哲学是确定或发现命题意义的活动。哲学使命题得到澄清,科学使命题得到证实。科学研
19、究的是命题的真,而哲学研究的是命题的真正意义。确定意义的哲学活动是一切科学知识的开端和归宿。意义的证实理论(Verification Theory of Meaning)是逻辑实证主义的理论基础,也是它最具特色的贡献。石里克提出了证实理论的基本信条:“陈述一个句子的意义,就等于陈述使用这个句子的规则,这也就是陈述证实(或证伪)这个句子的方式。一个命题的意义,就是证实它的方法。”,例如,有人问爱因斯坦,我们说两个在不同地点的事件同时发生,究竟是什么意思?什么是同时性?爱因斯坦回答说,要知道它的意思,就需要描述一种实际确定这两个事件同时发生的实验方法。然而,在经典力学的绝对时空观中,这不是一个问题
20、,因为时空均不随观察者而变化。但在爱因斯坦看来,绝对时空的概念是想象中的虚构,是一种形而上学的概念,而不是直接由物理学的观察和实验得来的。我们经验所能及的惟一空间,是用尺度上二刻度间的距离所规定的长度标准来测量的,惟一的时间是用天文现象所规定的时钟来测量的。从狭义相对论的观点看,时空不是绝对的,而只是与观察者相对的。,证实有完全证实与可能证实之分,前者要求无论从逻辑上,还是从经验上,都必须作出明确无误、确凿无疑的说明,这种“强证实”事实上是根本做不到的。因此,所谓证实只是一种可证实性,作为意义的充分必要条件,乃是一种逻辑上的可能性,一种“弱证实”。例如,“月亮背面是什么样子”这个问题有意义吗?
21、有,我们可以通过描述在月亮背面的某个地方所看到和接触到的情况来回答。真正不能回答的倒是那些形而上学问题:本原、实体、本质、灵魂是什么?然而,可证实性标准有可能把一些有意义的命题也看成是无意义的命题而加以抛弃,特别是在理论物理学中。,卡尔纳普于是提倡用“可确证性原则”(Principle of Confirmability)来代替可证实性原则,从而把原来的证实问题转换为确证问题:如果知道在什么条件下一个语句会得到确证,就称它是可确证的。例如,对科学定律的检验,如果在连续系统的检验中没有出现反例,而且肯定性例证的数目在增加,由此我们对这个定律的信心也逐步地增强,这也就意味着可确证性的逐渐增长。但是
22、,无论是“可证实性”还是“可确证性”,都要求命题中的谓词指称某种可观察的东西,或还原为观察性的谓词,这有可能让物理学中的某些概念(如电子、光子、电磁场、波函数等)成为令人怀疑的东西。,逻辑实证主义的理论基础是证实原则,而证实原则的基础则是经验。然而,无论经验重复多少次仍然不能改变其个别偶然的性质,我们从中无论如何也不可能发现普遍必然性来,因为经验只对过去和当下已经经验过的东西有效,对于将要发生的东西则只有经验了之后才能知道,所以我们根据经验所作的预测只能是或然的。(休谟问题:归纳主义的局限性)归纳推理:从个别到一般。就经验而言,我们永远也不能作出全称判断。科学之为科学的基本特征就是它的普遍必然
23、性。,德国哲学家莱欣巴哈(Hans Reichenbach,18911953年)试图以概率的意义理论挽救归纳主义:任何命题,如果有可能权衡其概率的,就有意义,否则就没有意义。一个事件的概率度越高,它成为真的可能性就越大。在他看来,科学知识并不必然是普遍必然的知识,它完全可以是或然的概率知识。然而,将自然法则归结为概率统计必然会引起另外的问题,例如爱因斯坦与玻尔当年就针对“上帝是否掷骰子”而展开了激烈的争论。,1916年,爱因斯坦发表的广义相对论预言:星光行经太阳时将发生174角秒的偏转,但根据牛顿的经典力学,即使有偏转也不会超过1角秒。这二者虽然相差不足1角秒,但却必然有一个是错的,这将决定两
24、种理论体系的生死存亡。观测这种微小偏转的惟一方法,是在日全食时拍照太阳圆面附近的星象。1919年发生了日全食,这时,爱丁顿和克罗姆林分别在几内亚湾和巴西两处进行了观测。观测的结果大大出乎一般人的意料,爱因斯坦关于“光线弯曲”的奇思异想竟然胜利了,而200多年来经过亿万次检验的牛顿引力理论反以毫厘之差而败北。,为什么像牛顿力学这样一种久经考验、无可置疑的理论由于一次失败而毁于一旦呢?这样一来还有什么样的理论能够脱逃被推翻的命运呢?反之,如果爱丁顿的判决性观测的天平倒向了牛顿一边,那么广义相对论还能站得住脚吗?爱因斯坦本人不是也说,从广义相对论推出的许多结论中,只要有一个被证明是错误的,它就必须被
25、抛弃,要对它进行修改而不摧毁其整个结构,那是不可能的。波普尔得出结论:任何科学理论都有错误,总有一天会被证伪。科学不再是“真理”和“正确”的同义语,相反,能够被证伪的理论才是科学的理论。,近代实验科学坚信:一切正确的认识都来自观察,真理即经验事实归纳的结果。由于科学的巨大成功,这种信念的可疑性被隐藏了。就拿上面那个观测来说,它根本不是从观察事实归纳出理论,相反,是从理论推演出事实,而没有这种理论几乎就根本想不到这种事实。所以,不是观察导致理论,而是理论“创造”事实。于是,波普尔构建新的科学发展模式:问题猜想反驳(新)问题(P1TTEEP2)“一切科学讨论从问题(P1)开始,对于问题我们提出某种
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