2019年理论创新的经验新奇性指标论文.doc

理论创新的经验新奇性指标论文 摘要：科学理论的经验新奇性是科学创新的合理指标之一。经验新奇性要求理论推出的与观测型经验问子相符的新奇理论型经验问子越多越好。协调力模式给出了经验新奇性的量化评估方法。经验新奇性不是对新奇现象的解释，而是预言的新奇现象得到观测型经验问子的验证。一个理论面临经验新奇性冲突这一事实并不能充分决定对该理论的抛弃，因为没有抛弃该理论的充分理由。 关键词：科学理论经验新奇性指标 一、经验新奇性的定义 科学理论的进步和创新有许多指标，给每一个指标下一个明晰的定义是必要的，因为规范地描述科学史需要形式化的，实际可行的分析机制。我的定义方法是以问子和解子为基本概念，通过理论与理论之间的不对称性比较来凸现理论的高低、优劣。在给科学理论的经验新奇性下定义之前，需要先解释一下“问子”和“解子”等相关概念。任何单一的指标都包括冲突和协调两个方面。在理论之间的不对称性比较之下，以任一单一指标为天平，则天平两端的理论可能表现出轻重或优劣的不同。这时，较差的的理论表现了该指标的冲突方面；较优的理论表现了该指标的协调方面。任何理论都由两部分构成，即问题部分和对问题的解答部分。问题部分由问子和提问方式构成。问子是那些我们感到好奇，渴望理解并对之提问的东西。提问方式有“为什么?”“是什么?”“怎么样?”“是否如此?”等等。解答部分由解子或解子的联结构成。解子是所有单一的内在策略和外在策略的通称。内在策略构成判断理论之间关系的内在理由，它表现为静态的观念形态，有定义、假设、定律、原理、规则、方法，等等。外在策略构成判断理论之间关系的外在理由，它表现为动态的非观念形态，如观测、实验的过程，技术客体的功能释放，科学共同体的确认，政策支持，等等。 当我们感到有必要以某种方式对某个或某些经验事实或检验蕴涵提问时，就形成经验问题。被提问的经验事实或检验蕴涵叫经验问子。对经验问题的解答形成经验解子。经验问子有两种，一种来自观测实验，它是经验事实，可以根据不同的提问方式产生一个经验问题集，可称之为观测型经验问子。“苹果落地的原因是什么？”对于这一经验问题，牛顿的回答是：“在地球与苹果之间有相互引力。”饫铮“苹果落地”就是一个观测型经验问子，牛顿的解答就是一个经验解子。另一种经验问子来自理论，它是从理论中推导出来的，是理论的检验蕴涵，原则上可以通过观测实验检验，它本身也可以产生一个经验问题集，可称之为理论型经验问子。爱因斯坦的相对论预言光线弯曲，则相对论的一组推导前提是经验解子，“光线弯曲”是理论型经验问子。如果不是从提问的角度，而是从回答的角度看，理论型经验问子同时也是最低层次的经验解子，它是对经验事实的最简单、最直接的回答。 根据上述定义和理论比较的不对称性关系，可以给经验新奇性定义如下： 在理论T和理论T的时刻的比较中，T面临经验新奇性冲突（“新奇性冲突”是“表现了新奇性的冲突方面”的简称。以下说法相同），T呈现经验新奇性协调（“新奇性协调” 是“表现了新奇性的协调方面”的简称。以下说法相同），或者说，T的经验新奇性协调力下降（记为ET，读为“时刻的理论T的经验新奇性协调力下降”，以下读法相同。）且T的经验新奇性协调力上升（记为ET）上升，当且仅当，在时刻，T的经验解子j能导出m种不同的与观测型经验问子相符（“与观测型经验问子相符”记为）的新奇（“新奇”记为）的理论型经验问子（记为T（j（w）m），T的经验解子j能导出n种不同的与观测型经验问子相符的新奇的理论型经验问子（记为T（j（w）n），且nm0。这里的“相符”指不超过时刻规定的误差。 该定义以符号表示为： ETETT（j（w）m）T（j（w）n）（nm0） 二、新奇预测与经验验证 具体的科学理论是普遍性经验陈述或普遍性经验陈述的有机组成或集合。理论有了普遍性，就有了推测事物或事件的能力，从而帮助我们检验理论、科学决策、合理行动。不同理论的预测力可能有很大的差别，有些理论只能作出一般性的预测，而另一些理论可能作出新奇的预测。例如，“所有天鹅都是白的”这样的理论会预测下一次见到的天鹅一定是白的；落体定律会帮助我们预测从高塔上落下的石头在一定时间内落下的距离。但是，这些预测都不具有新奇性，而且预测的次数也无法统计。一个具有新奇性的理论应该基于它能作出新奇的预测。这种新奇性由预见与已有知识的距离来衡量，距离越大就越新奇。什么叫距离大？就是预测到的现象基于我们的备用知识是我们从不知道、无法理解或不能接受的。比如门捷列夫的元素周期律预言了许多元素，牛顿力学预言天王星、海王星和冥王星的存在，爱因斯坦的广义相对论预言光线弯曲、光谱线红移和水星近日点的进动，狄拉克的空穴理论预言反粒子的存在，等等，当初这些现象被提出时，基于人类当时的备用知识，我们确实不知道，也无法理解，甚至不能接受，我们说这些预测具有新奇性。这些预测后来都得到经验的验证。波普提出相对于背景知识的严峻检验，主张理论作出的预测越大胆、越新颖越好，因为大胆、新颖的预测具有更强的可证伪性。可证伪性要求的理论的新颖只是理论上的，还没有经过事实的检验，只能说是概念上的新奇，而经验新奇性所说的新奇已经得到观测型经验问子的验证。 还有一种预测的现象也可以认定是新奇的。这些现象是我们习以为常的，但根据当时的备用知识不能恰当地理解，准确地预测。例如，预测某地某时会下雨，预测太阳某时会从东方升起，虽然下雨和太阳东升都是常见的现象，但是在最初我们没有一种备用知识来理解它，预测它的情况下，有人提出了恰当的理论来预测这种常见的现象，我们就可以说这种预测的现象也具有新奇性。例如，古人认为下雨是天神洒泪，打雷是天神发怒，风云是天神呼吸；太阳是天神的眼睛，在古代中国，太阳和月亮是天神盘古的眼睛，盘古驾九龙车驰骋天宇；在古印度，太阳神苏雅是天的眼睛，苏雅乘七马车飞驰太空。对自然现象的这些理解似乎是对世界的断言，但不可能据此作出预测，无法检验，只能满足心理需求。不过，一旦我们构造的理论不仅能解释这些现象，还能给出关于这些现象的精确预测，这些现象就变成新奇的了。新奇性意味着理论蕴涵很大的经验信息量和具备非凡的解释力，导致人类可理解的经验知识的异常扩展。在科学上，存在一种最小-最大策略：理论的外在形式向最小处浓缩，理论的内在信息量向最大处扩展。追求理论的新奇性协调力与尽量扩大理论所蕴涵的内在信息量是一致的。 劳丹的解题模式并不特别强调预测的重要性，因为在劳丹看来，预测也只是解题。如果两个理论T和T在其他方面成绩相当，但T比T能作出更多的新奇预测，这只不过说明T比T更能解题。从解题的数量来看，这是可以理解的。但是，如果两个理论T和T在其他方面成绩相当，而T作出了一个新奇的预测，T只作出一个一般的预测，那么T和T哪个重要呢？劳丹显然没有从解题的质量上看问题或理论的价值，在评价经验问题的价值时，劳丹认为一个问题，只要被解决了，价值就自然上升了，这当然也就意味着解决这个问题的理论的价值也自然上升。这样，我们就无法根据劳丹的理论判断理论作出新奇预测的重要性，更谈不上对新奇预测的事实验证了。 预测现象比解释或说明现象要困难得多。待解释或说明的现象是已知的，凡已知现象都可以给出各种各样的解释性的或说明性的理论，发明理论的主观性很强，要想在已知现象与某个理论之间建立一种逻辑上的联系并不是很难的事。例如，某人长得很像他（她）早已去世的祖先，我们可以发明很多理论来解释或说明这个现象。可以想象一种灵魂实体，认为这个人的祖先的灵魂转世投胎了。还可以想象一种基因实体，认为这个家族的某些遗传基因呈现显性的结果。无论你怀有什么信仰，你都可以设计出适合你口味的解释现象的理论来。所谓“事后诸葛亮”很多，道理就在这里。而要预测现象，特别是奇异现象，就不是那么容易了。因为预测的现象是的，要求从理论中推出事件，并希望它在事实上出现或再现，就对理论设计提出更高的要求，可设计的理论必然被限制在更小的范围中，随意性大大降低了。所谓“事前诸葛亮”很少，道理也在这里。因此，预测和解释（或说明）虽然在逻辑上对称，但在重要性上是不对称的。经验新奇性不是对新奇现象（即观测型经验问子）的解释，而是预言的新奇现象（理论型经验问子）得到观测型经验问子的验证。20世纪20年代生物学中的“新活力论”用“隐德莱希”或隐蔽的“活力”解释生命现象，这个理论不能给出任何关于生命现象的预测，只是当人们发现某些新奇的“有机定向”类型的事实后，它才能给出特设性的解释。所以，就目前而论，“新活力论”仍然没有任何经验新奇性可言。一个理论如果能作出与事实相符的新奇预测（当然越多越好），那么它必定能增强理论的经验新奇性协调力。当然，这种协调力的作用不能夸大。拉卡托斯把出现戏剧性的，出乎意料的，惊人的预测并得到经验验证看成研究纲领在经验上进化的核心标志，则是过分夸大了理论的经验新奇性的重要性。 三、经验新奇性的不充分决定 一个理论面临经验新奇性冲突这一事实并不能充分决定对该理论的抛弃，因为没有抛弃该理论的充分理由。 首先，理论的经验新奇性协调只是理论协调力的一部分，一个面临经验新奇性冲突的理论很可能在其他协调力方面比较突出，所以在综合协调力比较中不一定是较差的。例如，比较理论T和T，在t时刻，T面临经验新奇性冲突，T呈现经验新奇性协调；同时，T面临经验一致性冲突，T呈现经验一致性协调；再假定t时刻的T和T的经验精确性相等，则可以断定，理论T和T的预测力是等价的。在这里，理论的预测力是由理论的经验新奇性、经验一致性、经验精确性共同衡量的。 其次，经验新奇性协调力决不能走向极端，决不能要求一个理论能够在一切可能的范围内预测每一个可能的事件，也决不能要求理论所预测的每一个事件都能得到观察实验的验证。能够预测一切的理论实际上什么都不能预测，因为预测基于对事物本质和规律的认识，而不同的事物具有不同的本质和规律。当然，理论的深刻性协调力可以帮助我们扩大理论预测的范围，但无论如何，包测一切的理论是没有的。我们可以努力逼近某个协调力的目标，但永远不可能达到那个终极的目标。 第三，任何理论，无论其预测力多么强，都不可能作出无数的新奇预测。一个理论作出了新奇预测，其预测的事物或事件可以被看作理论型经验问子。在计算理论的经验新奇性协调力时，所统计的新奇的理论型经验问子数是与观测型经验问子数相符的那部分，未经观测型经验问子验证的部分不予统计。经验预测牵涉验证的问题，即与观测型经验问子相映照的问题，一些理论在一定时刻面临经验新奇性冲突，可能是因为它预测的理论型经验问子暂时因为背景条件的限制还没有得到观测型经验问子的验证，而一旦背景条件成熟，其新奇的理论型经验问子可能得到验证，从而提高其经验新奇性协调力。牛顿理论预言的天王星的轨道，爱因斯坦广义相对论预言的光线弯曲都不能用肉眼直接观测，只有具备一定的外在工具和条件才有可能获得观测型经验问子的验证。 第四，一个经验新奇性协调力不高的理论有可能跟以后发展起来的其他理论组成复合理论，使复合理论的经验新奇性协调力上升。例如，达尔文进化论对生物物种的变化就提不出什么新奇的预测，它不能告诉我们某一物种在某一时段会进化成什么样子，也不能预测在某一时段会出现什么新物种。但它与现代生态学、遗传学结合起来，就可能作出新奇预见。例如，兔子过多或过少对生态平衡都不利，澳大利亚政府鉴于兔子繁殖过多，就用兔瘟来控制兔子的数量。按照进化论、生态学和遗传学理论可以预测会出现新的兔种。因此，一个理论可以通过这种间接的方法提高其新奇性协调力。 第五，理论预测能力的最后极限难以确定。就目前的科学而言，对于原子和量子的运动，根本无法预测。根据测不准原理，若将电子的位置计算准确，则其速度就测不准；反之，若将其速度计算准确，则其位置就测不准。但是，“迄今所说的测不准，可能是由于知识的缺乏，到知识增长后，或可成为决定论。”“将来或有一日，有一新的力学理论产生，使个别的分子、原子与电子有变得可以测量的可能，但至今尚无此种学说的征兆。”“我们在一小的误差限度内，可以预言英国一年将有多少婴孩死亡，或者预言某一年龄的人，可再活多少年。但是我们不能预言某一婴孩是否会死亡，或者某一保险凭单何时会来兑款。这里也如上述，或有一日，新的知识与技术，有可能给予我们预知的新本领，但至今还没有征兆。”“为了求得有效的意志自由，自然界必须是有秩序的。科学演进的下一阶段，或许是又向机械哲学方向摆动。”1（P619-620） 经验新奇性冲突不完全决定理论的放弃，同样，经验新奇性协调也不完全决定理论的接受。经验新奇性协调与经验新奇性冲突是相对而言的，一个理论T在一定时刻相对于理论T1呈现经验新奇性协调，与另一理论T2可能呈现经验新奇性冲突；而且，理论本身在发展中，随着时间的流逝，两个理论在经验新奇性协调力上的力量对比可能发生变化，原来在经验新奇性上处于上升态势的理论可能丧失优势。科学家在一定时刻决定对一个理论的接受取决于该理论的综