2自然科学的方法论.doc

.2 自然科学的方法论人类对赖以生存的自然环境和物质世界的理解和认识，从生命被抛入这个世界时，便已开始。而依赖于这些认识积累，人类得以采集并狩猎到充足的食物以维持生存。随着食物及时间的盈余，关于自然的标本相应被收集起来，并积累形成越来越庞杂的知识，这即是后来的博物馆和博物学。（注释：在18世纪时，博物学这个词指对自然界中，包括从宇宙到昆虫，任何物质的叙述。）所以，博物学乃是类似集邮的工作，通过不断收集标本，以广泛认识自然之神奇。每一个标本和样品，都有其自身与他者不同的独特之处，而这种独特之处，并非依据任何知识体系，而是依赖于收集者耳濡目染，日积月累的熟悉而区分出来。（注释：在博物学家眼中，每一只动物和每一颗植物，都是独一无二的。一个典型的例子，便是BBC的电视节目，仍然遵循着这种传统，为所拍摄的每一只动物命名，这种熟悉和感情，就象一个母亲，对于一对孪生姐妹，能够不假思索的叫出她们的名字一样，不需要任何分类，需要的是熟悉和感情，从渊源上看，这种做法可能源自以为动植物界均有精神和灵魂的传统想法）所进行的收集和研究，几乎完全由个人兴趣、身处环境和机遇而定，近山多矿，近海多鱼，近沙漠则习沙性（注释：俗谚云：近山多雨，近海多风，比如阿拉伯语关于沙的分类的词语，远多于其他语言）， 这种基于经验积累而成的知识，在文明兴起以前，大多依赖口口相传，很少得到保存。在最近2000-3000年以来，文字和书写载体的出现以后各种经验、知识、感受和纪录，才得以独立于人的肢体语言之外，成为延续历史的记忆。（注释“言而无文，其行不远”）在纸张等媒介载体低成本为公众得到之前，知识的积累，很难达到一种较大规模，并进而分门别类，形成复杂精致体系的程度。相反，更多的是以某些简单的思维，比如最简单的二元对立思维，串起零散知识，形成便于理解的系统，从而简化知识，方便记忆。（注释：中国，以易学为根基，用太极、两仪、三才、五行、八卦、阴阳等概念，形成简易粗糙的系统论，统合自然和人事所涉及的各种事物的认识。）在西欧，奥古斯丁以来，到哥白尼、开普勒、伽利略的知识时代之前，神学一直是知识传承的主要载体，上帝从虚无中创生世界的信仰，演变成为道成肉身的神学，其背后一致的原理和思维，乃是从精神中可诞生出物质实体的信念。（注释：电影迷恋中，因爱而可诞生出实体之事，类似想法，也可见于聊斋）而冥冥之中，以为有上帝无所不能，全能全知的神力在，有赖于神溢出之光，人得悟上帝之道。无论世界存在，或是人之生存，均以神为终极原因。这种信仰，在为人类提供精神支柱的同时，也为世界的运转提供可理解性，这种关于世界的知识学图景，表现为在神的荣光和大能之下，无论偶然，或是必然，均为神之意旨。而必然性和偶然性，也因为以神作为终极因素而不发生任何冲突：可理解的事物之间因果必然的逻辑，可以在自然神学和哲学范围理解。而人世间，变化无常的兴衰成败，或是完全不可思议的奇迹，则属于启示神学的范围。除此之外，其他各种学说，比如占星术、巫术、炼金术、四元素说、四体液说、托勒密本论等，也以各自的体系和方式，为混杂复杂的世界和自然，提供了不同的知识图景。在奥古斯订上帝之城的概念中，关于宇宙的图景，天与地是完全不同的：天上，是完美、永恒、不变，由完全不同于地面世界的物质构成，以不变的恒定规律运作。而地上，事物以不规则的方式运作，繁荣的世界会衰败，事物有生有死，前一刻和谐盛世，歌舞升平，下一刻，繁华事散，散落尘土。高度自由的无序偶然，随时可能侵入看似坚实和有秩序的铁幕。（注释：上帝之城这种理念，或许反映了奥古斯丁内心，对于野蛮人的深深恐惧，以及以文明的知识精英，与野蛮人共存于这个世界的耻辱）这种知识图景，在奥古斯丁之后，成为西方基督教会的主流印象。待到阿圭那综合并吸收了亚里士多德学说之后，由于原本统一的教会和神学的纷争，使自然神学得以另立新说。从而开启另外一种关于宇宙和世界的知识印象。尽管限于时间积累，自然神学远没有启示神学来得精致，但却机缘巧合的伴随时代的潮流，随着大航海和地理大发现，带动了世界性对自然物品和海洋的研究。大英博物馆、巴黎博物馆等大型自然历史博物馆相继成立，万国博览会召开，而各种自然物品被采集和典藏起来，并通过日益发达的书信联络，在爱好着和收藏家中沟通消息。随着物品采集的丰富，各种专门化目录随之出现，有些博物学者专门制作各种“珍奇物”的名录，另一些则尝试将这些收集品组织成一个统一体，并指出他们的目的，是揭示如约翰雷（John Ray）的著名书名所言上帝创造的作品中所显示的上帝的智能（1691）。有些则追求一定程度的完整性而选择或者一个地理的或者一个主题的研究点。（注释：比如罗伯特波洛特（Robert Plot）的著作牛津郡博物志（1677），以及吉尔伯特怀特（Gilbert White）的塞尔本（Selborne）博物志和古代文物（1789）有些则尝试通过选择一堆相关的主题而详尽地进行研究。（注释：比如约翰伍德沃德（John Woodward）研究矿石和化石（1695）；德扎利尔达让维尔（Dezallier dArgenville）研究他所说的“博物学的两个主要部分”矿石和贝壳（1742）；维塔利亚诺多纳蒂（Vitaliano Donati）主要研究亚得里亚海的动物群和植物群（1750）；鲁道夫埃里希拉斯珀（Rudolf Erich Raspe）研究“大海中新形成的岛屿”（1763）；约翰威廉斯（John Williams）研究“矿物界”（1789），参见剑桥科学史）这些著作，大体上沿着博物学传统，以描述为主，间中也有一点解释，但大体而言，所见日新，而益知所学之浅陋，纵偶尔发现事物变化的机理和原因，也断不敢妄称为一种全称判断，甚至推广为整个自然界范围的普适规律。可以这么说，十七世纪以前欧洲的博物学，实际上是一种类似目录的列举，而不是一种系统的分类。（注释：分类和列举的区别在于，进行分类时，划分必须满足以下三个条件：划分是相应相称的，否则是“划分不全”。划分的子项必须互相排斥，否则会“子项相容”。划分的根据必须同一，否则会“混淆根据”） 在十七世纪时，在地理大发现带来大量的新鲜事物（旧谚云：太阳底下无新鲜事物，但这个世纪，对于欧洲来说，确实带来了很多新鲜事物）的同时，关于自然思考的范式，也从传统神学处发生转化，这就是所谓的科学革命。后世的科学家史，常将这个事件，描述成为源自哥白尼、第谷、开普勒的中欧，经过伽利略的意大利，转到笛卡儿的法国，最终结束于牛顿的英格兰剑桥。在这种历史视角下，哥白尼的天体运行论并不是一个单一事件，而是一个划时代的转折点，改变了传统对于自然的理解形式，并以一个半世纪后的牛顿系统性的关于宇宙的概念这一副产品的诞生而结束。但事实是，这些知识上的积累和综合结果，并没有以实际的物质成果，真正作用于他们所生存的世界，而这些观念以及对于知识的增长，也没有对当时主流的神学系统，构成有效的威胁。相反，如果说有一场科学革命的话，那么，这场革命，最主要的一点，便是科学从一门哲学和抽象的学科，逐渐演变成为一门以经验，以通过实验提出问题，并通过特殊实验以印证理论为基础的知识体系。17世纪的科学，没有哪方面像方法论的变化，以及这种方法论变化带来的结果那样富于革命性（注释：科恩科学的革命第8章，中文版，171）（注释：从长远上，这一革命性在于，这种方法论是以经验和正确的感知为基础，任何一位通晓实验技术的人，都可以对知识进行校验，这使得保存知识，发现知识的权力，从知识精英中，转移到合适工具使用者手中，这种革命性，在文明史上，长远之下，成为民主的动力。）在这一事件中，这些先驱们，沿着自己的方向，拓展自己非传统神学的知识学视野。开普勒利用第谷观察得到的数据，得到关于行星运转的定律（注释：假设行星沿着以太阳为焦点的椭圆轨道运行，其速度是它们到太阳距离的函数的话，便可以观察到夜空中行星的位置。）伽利略则完全无视，甚至嘲笑开普勒的结果。他沿着另一个方向，开拓不同的知识领域，除了用更精细的望远镜观察天空外，他专注于地面物体的运动学和运动定律研究。（注释，比如自由落体的均加速度，摆的等时性等）。在这个过程，实验方法被引进来，以某个特殊的事例，来说明他们所要表达的原理和规律。（比如开普勒的观察成果，用来预测行星的位置，而伽利略，则传说在比萨斜塔做关于自由落体的实验）。而笛卡儿，尽管他的学说是以实验和观察为基础，但他所阐述的经验和概念，却是非经验主义而带有思辨传统，他试图用一种物质还原论的机械论哲学，来重建物理学传统。这些实验成就和方法上的变化，如果没有形成一种文化上的意识形态或者形而上学的话，对于此时占据主流话语权的传统神学来说，根本构不成一种威胁，甚至相校于经过千百年积累的神学所形成的高度精致微妙的思辨性学说来说，这些实验，只能看成一种有趣的杂技，而根本风马牛不相及，真正将这些实验成就，变化为一种文化意识形态的是牛顿，并影响了传统神学关于宇宙和物体运动的知识学图景的是牛顿。尽管后来发现的牛顿手稿表明，他花费了非常多的精力和兴趣用于炼金术，圣经解释，年代学等的研究，但他在科学上的成就在于，他用一组定律，统一了开普勒关于天上的行星运动定律和伽利略关于地面物体的运动定律的解释。，（这组定律包括四条：不受外力作用的物体，运动将保持不变，力等于质量和加速度的乘积，作用力和反作用力相等但方向相反，万有引力和距离成反比）这打破了奥古斯丁以来的传统解释：天上的行星，和地上的物体，实际上是遵循同一种规律在运转。天界和地面的运转，并没有不同。进一步的，牛顿将他的实验和观察，发展成为一种体系。这么一种体系，正如科恩（注释：科恩科学中的革命p211）所指出的，实际上是一种纯数学的结构和想像的系统-它不是一个简化了的自然事件，而是一种在实在的（物质）世界中根本不存在的纯属虚构的系统。通过这个数学体系，比如牛顿演示，只要存在指向中心的引力，便可以推导出开普勒的面积定律。然后当牛顿把他的数学体系，和实在世界进行了对比，并做了进一步修改，形成两个共同的引力中心时，便可以得出开普勒的椭圆形轨道运动。当引入更多的引力中心，这个引力体系可以进一步用来描述太阳系诸行星和卫星的运动轨道。于是，通过这种不断重新放松条件的修订，这个数学体系被改造得越来越可以更精确的描述外部世界，并最终在自然哲学的数学原理中，牛顿完成了用一个普适的数学体系，来对自然界各种物体在低速运动时，进行经典的力学解释。相较于其他开拓者而言，牛顿成就的关键在于，他既不同于笛卡儿试图将物理学建立在纯粹的形而上学基础上，（笛卡儿这一路线的结果，便是使他将数学这门学科发展到一个前所未有的高度），也不同于开普勒和伽利略等专注于实验现象本身，而是他高度技巧性的在物理学的观察基础上，建立了一种数学上的形而上学。而非常碰巧的，他所研究并演绎出来的数学体系，在具备高度精密性和普适性的同时，却非常幸运的和自然无意识物体的运动定律具备高度的重合性。也即是说，他的幸运在于，他所构建的数学体系，和自然界的物体运动，特别是天体的运动，具备了高度重合的逻辑必然性和自然因果性。这种简洁的理论体系，在一方面改变了传统神学关于天上和地下两个世界不同的观念的同时，却以另一种高度的秩序和统一性，创造了另外一种秩序感和意识形态。特别是，他所身处的时代，正是神学纷争混乱的时代，他的知识成就，如同自然神学所预期的，为这种纷争，提供了一个理性的物质基础，使那些对于传统神学失望者，重新获得了对一种新的世界秩序的期待和希望。可以这么说，尽管牛顿的实际成就是在于他提供了关于自然解释的另外一种理论：数学理论。相对于传统神学理论框架，这种理论的优势在于它为自然的实际运作，提供了一个更加逼近的模型和描述。牛顿这种在数学逻辑和物理现象之间不断摇摆，寻找一种可能的贴切描述的做法，迅速的导致各种物理学科的发展：天文学、化学、地球物理学、冶金、材料学、工程学等，这些学科，事实上是根据这种方法论有意识的衍生及发展出来的，通过精心的选择主题、现象和环境，所考察的物体，从一种还原论的方法，不断的分解成为一种更小的基本的单位，（注释：比如分子被分解成为院子，院子被分解成为核和电子等）通过把每一个单位（比如分子），抽象为无差别的考察单元，再通过在人工设定的特殊环境下（比如纯粹、完美的晶体、非常稀薄的气体、均匀的磁畅单能粒子束、超低温度、超高电压、超强场等条件）获得对于这些基本单位，在极端条件下的表现，反过来，以印证正常环境下理论模型和变量之间的数学关系。这么一种做法，在基本单位被进行数学抽象之后，数学上的无差别逻辑必然性，能够被充分的发挥，并通过数学上的逻辑推导，预测粒子的下一阶段的可能趋势，再通过对下一阶段现象的观测，来判断这种推测及模型在理论上，对于现实表述的可靠程度。这么一种方法论，使物理学科得到广泛发展，而可以事实上被定义为：专注于发现、发展和提纯能用数学分析处理的实在性的学科。（注释：可靠的知识约翰齐曼，商务印书馆）而这种方法论，则表现为卡尔波普尔的可证实性方法论。（注释：这么一种方法论，在当代，表现为寻找更加细微的微粒单位：夸克，而对其他学科，则表现为传统的经济学科，通过不断的数学化，使用着这种模型构造，预测，验证的做法（佛里德曼的方法论），对于预测言中的迷信，使经济学家看起来，更接近于传统的巫师、术士、先知）这种方法论默认的认为观察者可以独立被观察的事物之外，同时，默认地以为被观察的事物的状态，将遵循某种规律及一致性。很碰巧的是，这两种条件，能够为在地面上进行低速运动的无生命物体所满足，从而在牛顿体系之后，关于物理学科的知识，得到高速的膨胀。（注释：一直等到爱因斯坦的狭义相对论提出之后，观察者不再独立于被观察的事物之外，而根据不同的时间-空间条件，作用于被观察的结果中，这种方法论的适用范围才受到限制。）（注释，SSK学派从另一个角度，着眼于观测的误差，以及观察者进行客观选择的可能）并在此后的200年中，以一种充满意识形态意味的形式，深刻了影响了此后的知识体系和社会思维。（注释：这种影响渗入各个学科，比如重农主义者表述了对于普遍规律的信仰，孟德斯鸠在法的精神中，把君主政体和宇宙系统相比较等，而这种数学化倾向，一直到今天，还波及经济学的方法论，乃至计划经济中的设计主义）但与传统神学不同的是，尽管牛顿的形而上学体系，相对于传统神学来说，更加精确而近似的描述了这个可能的物质世界的动力学方式，但却没有为这个世界的存在提供一种目的性。这种方法论本身，只在于通过科学观察和科学实验，完成一种理论上，对世界运作方式的近似说明，表明事物实际如此，但却非事物为什么必须如此。在报告了因果相关性的同时，却没有提供一种为什么必然如此的目的性解释。甚至，为什么自然因果性和逻辑必然性可能是重合的，都没有得到必要的怀疑和反思。（注释：这个问题，在莱布尼兹和康德的学说中得到讨论，莱布尼兹曾试图证明，一旦物理学知识是完备的话，那么，关于自然界的定律，将被证明和科学的理论，是高度契合的，或者说，完备科学的套件所有定律在逻辑上将是必然的。并且存在一种逻辑上的不可避免性，使得定律所控制的自然历程被如此这般的演示出来。而康德，在充分意识到科学定律并非逻辑真理的同时，却试图通过引入分析和综合的区别，以说明自然基本定律的“先验综合性”，以此统一科学定律和逻辑真理，在真正为自然因果律的逻辑必然性辩护的同时，说明此时的世界，乃是唯一可能的运作方式。这可以看成此后黑格尔历史哲学的先声，但很遗憾的是，如同我们后来所看到的，实际上，如同爱因斯坦所说明的，牛顿的理论，并非处处为真。而莱布尼兹和康德的理论，最终也仅仅成为一种形而上学上的努力而已。科学哲学罗森堡，上海科技教育出版社，而这个方法论问题，最终在其他社会科学引入了数学方法之后，成为理论世界对于真实世界描述时的一种先验怀疑：比如经济学中，某些事物具有相关性，但却不必然具备因果性）正是这种只揭示事物如何运作，而不揭示为什么发生的这种工具特质，（注释：这种特质，在经济学被彻底数学化之后，便形成“经济学不讲道德”的纯粹