科学发现我们研讨而不科学

科学发现

我们研讨现代科学方法，迄今并未考虑到科学定律是如何形成的。一个科学家究竟用什么方法来设立一个新假说?答案看来似乎容易，实则并不那么简单。

简言之，伽利略时代的亚里士多德派学者，是从第一原理作逻辑推理，所用的是演绎法。亚里士多德本人是自然界的伟大观察家，不过他的目的却是推出最终的形式或意念，使演绎法能够用以解释自然现象。两千年后，他的追随者已完全不重视实验，他们的解释全由逻辑推理而来。

天平的另一端是归纳法，先进行数据观察，然后作总结及判断。这个顺序首先得到了培根(公元1561—1626年)的拥护。他是英国的大法官，激烈批评亚里士多德不经观察或实验便得出科学结论的方法。他坚持这样的观点，要进步便要对新原理和实践怀着期望，而非向后看旧有的权威和方法。培根竭力倡导科学研究中的归纳及观察取向，鼓励不同领域的实验家聚集一处，互相勉励。他强调需要有适当的组织来指导实验，不过，他却没有能力给予科学指导和分析。他相信，发明就“像由机器带动”的一个惯常自动过程，尽管这不能对实际的科学研究有一个公平的对待，但培根的观点却广为流传。^[3]培根对新科学本身虽然贡献甚小，但他的著作却成为反亚里士多德运动的宣言。

我们在这里检视过的几项伟大发现，都不是单单由演绎法和归纳法而来;相反地，它们是透过反复推论(retroduction)或外转推论(abduction)的过程而来，即假说和观察的相互作用:把可能出现的解释与数据配合起来，作必要的修正，然后再测试，看该理论是否正确。^[4]例如，伽利略努力了整整34年，才对他的均匀加速假设有把握。

科学家往往从一个现行的理论，即“主流的范式”入手，但其中有些数据已无法作适当的运算。他们先设立一个新假说，通常只是一个预感或直觉，然后将这假说与现有的观察数据，或精心设计的实验所提供的数据比照一番。任何假说都有一个重要的衡量标准，就是它能否具备预测某些结果的能力。科学家并非要观察所谓的无理性事实;相反地，所有事实都是“装满着理论”。最先的假说确定了哪些数据才是有效的，并能指引观察数据及将结果相互关联起来。

科学发现有时也包括一种突如其来的，在不同的架构里对类似的数据所产生的新看法。^[5]透过反复推论，一个富于想象的新概念得以诞生;若不是这样，就当“退回制图板前”，查看程序是否有误?事实是否不足?或者对某一因素不可单独存在再加以研究。

从历史上看，新理论的诞生往往是多方面的。阿基米得在沐浴的时候，却想着如何去测定金王冠的纯度;突然，他察觉到，一个物体在液体中所受的浮力，相等于该液体的排出量。根据传言，他当时竟赤条条地跑上大街高呼:“我找到了!”(Eureka!)。相反地，开普勒则在第谷的观察资料上，耗了近五年的心血，像着了魔似的，直至最后在他的图表上意会到椭圆轨道的形貌。^[6]虽然有一套逻辑检验科学法则，但却不存在于构想科学法则上。然而，不论新发现以何种方法获得，都会有一个数学公式及可供测试的实验数据。

科学革命基本上也经历同样的过程，只是过程规模更为宏大。库恩(Thomas Kuhn)曾对这种革命的特点和结构有所描述。他挑战传统观念，认为科学是一个“以累进作为发展”的渐进过程，其间，不断加入零碎数据，最终将事实、理论及方法集合起来。库恩看到在早期，科学便在截然不同的自然观(对世界和在其中实践科学的看法)之间有持续不断地竞争，再与由个人和历史事件所调和的明显专断因素结合。

科学革命的结果，就是一个盛极一时的科学理论为另一个科学理论所取代。新问题一出现，便会为所从事的科学范畴之世界观带来改变。库恩称这种新观点为范式(paradigm)，这种成就必定具有两个基本特征:“具有足够的空前性，吸引一批持续的支持者，远离科学活动的竞争模式……(还要)具有足够的开放性，将各种问题留给一批定义明确的实践者去解决。”^[7]这样的事例，我们在亚里士多德的《物理学》(Physics)、托勒密的《大综合论》和牛顿的《原理》(而哥白尼的《天体运行论》，开普勒的《新天文学》和伽利略的《对话》，都成为《原理》的开路先锋)中一一看到。这种范式——包括定律、理论、应用和科学仪器的制造——为将来的科学研究提供了模式。

库恩以常规科学(normal science)这个名词，形容在群体中的活动，人们本着共同的范式工作，并有公认的法则和实践标准。大部分的研究属于常规科学，即在一个范式之内解决科学所提出的问题或疑难。一旦有新思想向公认的架构提出挑战，必定会遭到该群体成员的抵制。当不愿或不能将自己的工作与这种流行的范式配合时，便需独自工作，或加入其他的组合。这类起点往往是一次新科学革命的中心点，已经大大超过了所累积的新理论，这不只是一种对世界的新看法，同时亦表明跟过去的割裂。

不过，强调间断性并不会抹去某些连续性的重要。新的工作经常建立在昔日所作的根基上，并与之结合。例如，当一项新科学理论，如爱因斯坦的“场物理学”(field physics)被接纳时，牛顿的古典物理学没有被摒弃。除了在“极小”和“极大”的情况下，牛顿学说对物质世界的描述仍是正确的;实际上，在声、光、电、磁、力学诸领域中，我们大部分的技术知识都来自古典物理学。在一个清楚界定的应用范畴里，旧有的科学理论常坚固地建基于它受限制的范式层面上。科学是间断的，但在这些间断性里，它的连续性可带来科学范畴上一个真正的进步。^[8]

现在已经很清楚，现代科学的力量就在于以量的取向来研究自然，以测量和计算对物质宇宙的运作，作出数学描述。跟亚里士多德的科学不同，现代科学并不关心终极目标的问题。所以，科学方法及其结果不再受控于高高在上的哲学或神学权威，那么科学也就无权对价值观和人生意义这类问题说长道短。

这意味着，凡价值、完美、和谐、意义和目的等诸多考虑，已一概从科学思想中销声匿迹，或被强行排斥……所有作为解释模式的形式因、目的因已消失，或说被新科学所摒弃，然后由动力因，甚至物质因所取代。^[9]

一些著名科学家(如爱因斯坦)已注意到这方面的事实，然而这一事实却普遍被人忽视。许多科学家仍不能把他们的科学发现与他们的哲学和宗教信念截然分开。我们研究过的四位科学家，显然被一些哲学上的预先假设所影响，但他们都认为，自然科学问题跟哲学问题之间有深远的差别。进一步而言，他们都把自己的科学看成是对物质世界的一种看法，却并不意味着要给予一个全面的解释。18世纪牛顿的门徒，竟然从他的机械宇宙论中引申出一种哲学来，实在有违于他当时的信念。

根据同样的理由，我们所检视过的那场革命，正把科学从凌驾一切的神学权威之下解放出来。伽利略曾力争不要让教会陷入批评科学理论的纠纷里，他虽然没有成功，但他的科学观点却最终取得了胜利。可惜的是，在当前创造论和进化论的某些争论里，这个教训却被遗忘了(见第十二章)。

尽管科学已摆脱了哲学与神学的辖制，但这并不表示它的发展与预先的假设无关。