陈晓平:迪昂-蒯因问题及其解答

选择字号:   本文共阅读 2196 次 更新时间:2016-06-28 20:58

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陈晓平(华南师大) (进入专栏)  


摘要:迪昂-蒯因问题是:在什么条件下,一个理论的某一假设可以被证据反驳?迪昂-蒯因论点对此给出否定的回答。仅仅承认迪昂-蒯因论点的逻辑合理性而否认其实用上的正当性,那就是所谓的“迪昂-蒯因弱论点”;如果同时承认迪昂-蒯因论点的逻辑合理性和实用正当性,那就是“迪昂-蒯因强论点”。波普尔所持的是弱论点,拉卡托斯和库恩有条件地接受强论点。拉卡托斯的条件是:一个研究纲领处于进步的问题转换;库恩的条件是:一个范式处于常规科学。笔者给出的贝叶斯方案是对拉卡托斯和库恩观点的逻辑重建。


一、问题的提出

科学哲学的整体论观点最早由迪昂(P. M. M. Duhem)(又译作杜恒)提出,后来经由蒯因(W.V.O.Quine)发展,故被称为“迪昂-蒯因论点”(Duhem-Quine Thesis)。

迪昂在他的著作《物理学理论的目的和结构》(1906年)中指出:“物理学家从来也不能使一个孤立的假设经受实验检验,而只能使整个假设群经受实验检验;当实验与他的预言不一致时,他获悉的是,至少构成这个群的假设之一是不可接受的,应该加以修正;但是,实验并没有指明应该改变哪一个假设。”([1], p.209)蒯因继承并发展了迪昂的这种观点,在其力作《经验论的两个教条》(1953年)中指出:“我认为我们关于外在世界的陈述不是个别地、而仅仅是作为一个整体来面对感觉经验的法庭的。”([2], p. 38-39) “在任何情况下任何陈述都可以认为是真的,如果我们在系统的其他部分作出足够剧烈的调整的话,即使一个很靠近外围的陈述面对着顽强不屈的经验,也可以借口发生幻觉或者修改被称为逻辑规律的那一类的某些陈述而被认为是真的。反之,由于同样的原因,没有任何陈述是免受修改的。”([2], p. 40-41)

整体论认为,一个科学假设的确证和否证并非单独由观察实验结果来决定,而是依赖于观察结果与相关理论的整体关系。因此,当一个科学假设面临一个负面的观察结果的时候,并不一定被否证,而是可以通过摈弃或修正相关理论的其他部分而得以保留。那么,当一个科学假设面临一个负面的观察结果,何时应当被保留、何时应当被摈弃,其根据何在?这便是所谓的“迪昂-蒯因问题”(Duhem-Quine Problem)。

需要强调,迪昂-蒯因论点和迪昂-蒯因问题是不同的。迪昂-蒯因论点是:一个证据从来不能反驳一个假设,而只能反驳一组假设,其中包括该假设和用以得出该证据的辅助假设、初始条件等。迪昂-蒯因问题是:既然一个证据只能反驳一组假设,那么一个证据反驳某一单个假设(如某一理论的核心假设或某一概括甚或某一单称命题)如何可能?显然,迪昂-蒯因论点已经包含了对迪昂-蒯因问题的否定性回答,所以,迪昂-蒯因问题只是对那些不完全接受迪昂-蒯因论点的人才成为问题。

不过,迪昂-蒯因论点的整体论观点或多或少地已经成为人们的一种共识,对于那些不接受迪昂-蒯因论点的人而言,一般只是不接受极端整体论。拉卡托斯对迪昂-蒯因论点作了强弱之分,他说,“迪昂-蒯因弱论点”可以支撑下去,但“迪昂-蒯因强论点”——即完全否认单一假设被证据反驳的可能性——将会遭到强烈地反对。([4], p. 124)对于那些仅仅反对迪昂-蒯因强论点的人来说,尽管在许多情况下,一个理论的某一假设可以通过调整其他相关假设而避免证据的反驳,但是在特定条件下,某一假设还是可以被证据反驳的。相应地,迪昂-蒯因问题成为:在什么条件下,一个理论的某一假设可以被证据反驳?


二、素朴证伪主义的处理

迪昂-蒯因问题是关于科学检验的,涉及科学哲学的基本问题,故而使得科学哲学的各大理论派别卷入争论。对迪昂-蒯因论点反应最强烈的是证伪主义,这是因为,如果通过调整理论整体而使任何命题免于被反驳,那么任何理论在任何时候都不能被证伪,这样,证伪主义的研究纲领注定是失败的。

证伪主义的旗手波普尔认为,使一个理论成为“科学的”的特征在于理论的可证伪性,即由它可以推出一个可检验的预测从而使它承受被证伪的可能性。波普尔说:“衡量一种理论的科学地位的标准是它的可证伪性或可反驳性或可检验性。”([3], p. 52)虽然波普尔同迪昂一样认为不受理论干预的纯粹中立的经验基础和科学检验是不可能的,但他对于迪昂-蒯因强论点持反对意见。在他看来,迪昂和蒯因为挽救一个遭遇反例的理论的核心部分而主张特设性地调整该理论的其他部分,这是以牺牲该理论的科学性为代价的,也是与科学目标背道而驰的。他说:“专为它引进某种特设性假设,或者特地为这个目的重新解释这个理论,使它逃避反驳。这种方法总是办得到的,但是这样营救理论免于被驳倒,却付出了破坏或至少降低理论的科学地位的代价。”([3], p. 52)因此,“说一切检验或反例都具有‘全面性’的整体论学说是站不住脚的。”([3], p.342)

波普尔进一步谈道:“讨论问题时我们总是承认(但愿只是暂时地)各种不成问题的东西,它们暂时地并且针对讨论这个特定问题而构成我称之为背景知识的东西。在我们看来,这种背景知识很少有始终绝对不成问题的,它的任何一部分在任何时候都可能受到挑战,特别是当我们怀疑我们的某些困难是由于无批判地接受它们所引起的时候。但是我们在日常讨论中一直使用的大量背景知识,由于实用的原因,几乎全部必须保持不受怀疑,而这种怀疑一切的错误企图——就是说从零开始——很容易导致批判的争论的中断。(如果我们一定要从亚当那里开始,我想我们没有理由能比亚当前进得更多。)”([3], p.340)

我们看到,波普尔实际上是从两个方面来看待迪昂-蒯因问题的:一方面,从逻辑上他赞成迪昂-蒯因论点,一个理论及其背景知识的“任何一部分在任何时候都可能受到挑战”,因而我们可以对一个理论及其背景知识的任何部分作出调整以消化它所遇到的反例。另一方面,从实用上他反对迪昂-蒯因论点,因为如果在任何时候都不把背景知识当作确定无疑的,那么任何有意义的科学检验和科学争论都将不可能进行。

波普尔的证伪逻辑就是传统的假设-演绎法的否证推理,即:  

h∧A1∧……∧Am Te

    ¬e

∴¬(h∧A1∧……∧Am)

具体地说,由被检验假设h和若干辅助假设A1、A2、……、Am推出检验性预测e,根据否定后件的推理规则,如果e假,那么,h∧A1∧……∧Am也是假的;这就是说,如果检验性预测被实验或观察表明是假的,那么,被检验假设h和各个辅助假设即A1、A2……和Am之中,至少有一是假的。这里的辅助假设属于背景知识,反例的矛头可以指向被检验假设h,也可以不指向h,而是指向背景知识的任何部分。正是在这种逻辑的意义上,迪昂-蒯因论点是对的。

然而,科学检验的实际情况常常是,各个辅助假设已被确认为真,因此只能把反例的矛头指向被检验假设。如果任何时候都对辅助假设发生怀疑,那么任何有效的检验都将不复存在。这是与科学实践不符的。正是在这种实践或实用的意义上,迪昂-蒯因论点是错的。

仅仅承认迪昂-蒯因论点的逻辑合理性而否认其实用上的正当性,那就是拉卡托斯所谓的“迪昂-蒯因弱论点”;如果同时承认迪昂-蒯因论点的逻辑合理性和实用正当性,那就是“迪昂-蒯因强论点”。显然,波普尔所持的是或倾向于弱论点。


三、精致证伪主义的处理

拉卡托斯对波普尔的证伪主义加以改进,从而达到所谓的“精致的证伪主义”。精致的证伪主义与以往的素朴的证伪主义相比,主要提出两项不同的主张:1、科学接受的标准不仅仅包括可证伪性,而且包括可证实性,从而摈弃了反归纳主义。2、科学证伪的过程不仅仅是逻辑的和决定性的,而且是历史的和相对性的;不是单一理论面对检验,而是相竞争的理论系列面对检验,相竞争的理论系列叫做“科学研究纲领”。在此,我们着重讨论第二点,它与迪昂-蒯因问题直接相关。

在拉卡托斯看来,波普尔坚持背景知识在实用上的无可怀疑性已经蕴涵着背景知识的历史性和相对性,这是因为人们在实用上的考量不是一成不变的。具体地说,在某一时期被看作无可置疑的背景知识在另一时期却可能成为可疑的,甚至成为假的。因此,即使在科学实践中,我们一般也没有理由禁止将反例的矛头指向背景知识,而只应对这种作法加以限制。可见,拉卡托斯不仅接受迪昂-蒯因弱论点,而且有条件地接受迪昂-蒯因强论点。

拉卡托斯谈道:“精致证伪主义者允许替换科学体的任何部分,惟一的条件是要以‘进步的’方式替换,从而使这一替换能够成功地预见新颖的事实。”([4], p. 125)这就是拉卡托斯对迪昂-蒯因强论点所加的限制,即以进步的方式替换,亦即这一替换属于“进步的问题转换”。

进步的问题转换是相对于退化的问题转换而言的,而问题转换又是相对于研究纲领而言的。一个研究纲领由一个叫做“硬核”的中心理论和一些与辅助假设相联系的“保护带”所组成。硬核是构成纲领发展基础的核心假设或基本原则,起着界定一个纲领的本质特征的作用;而保护带则是为了使一个纲领的基本原理即硬核能够做出预测所需要的一系列辅助假设,包括作为初始条件的基础假定以及在观察和实验中预设的理论,统称为背景知识。

一个研究纲领是一个理论系列,不妨记为:T1、T2、T3……,其中每一个在后的理论是对在先理论的某种修正,此修正只改变保护带而不改变硬核,因而这些理论同属一个研究纲领.这种改变的目的是消化或适应在先理论所遇到的反常事例。如果后一理论不仅能够消化前一理论所遭遇的反例,而且还能预测新的事实并得到证实,那么,这一研究纲领便实现了进步的问题转换,因而是一进步的研究纲领;否则,它是一个退化的研究纲领。

这样,拉卡托斯便回答了迪昂-蒯因问题,即:在什么条件下,某一假设或理论可以被证据反驳?其回答是:在一个研究纲领实现进步的问题转换的条件下,其中在先的理论便被它遇到的反例所反驳,同时被在后的理论所替代,从而使该研究纲领的内核免于反驳;在一个研究纲领实现退化的问题转换的条件下,其硬核被它遇到的反例所反驳,从而使整个研究纲领被反驳。

不难看出,对于迪昂-蒯因问题的解决,拉卡托斯是将波普尔的逻辑主义的弱论点同迪昂-蒯因的整体主义的强论点结合起来。具体地说,他对迪昂-蒯因的强论点加以一定的限制:在面对反例的时候,是将反驳的矛头指向辅助假设从而挽救那个研究纲领,还是将反驳的矛头指向理论内核从而摈弃那个研究纲领?对此,拉卡托斯给出“进步转换”的方法论原则。

请注意,问题转换是相对于至少两个理论而言的,即一个研究纲领内的在后的理论和在先的理论,因此,一个理论被证据反驳,必须有另一个更好的理论在场。同样地,一个退化的研究纲领被反驳也是相对于至少两个研究纲领而言的,即另一进步的研究纲领必须在场。这是因为,从实践的角度看,科学家们在任何时候都必须遵从一个研究纲领,否则他就无法工作。正如文献中常引的一句话:“有破桨总比没有桨好”。

拉卡托斯谈道:“在一个更好的理论出现之前是不会有证伪的。但这样一来,朴素证伪主义特有否定性便消失了,批评变得更加困难了,并且也更加肯定、更富有建设性了。但是,如果证伪依赖于更好的理论的出现,依赖于发明能够预见新事实的理论,那么当然,证伪就不仅仅是理论和经验基础之间的关系,而是相互竞争的理论、原先的‘经验基础’、及由竞争而产生的经验增长之间的一种多边关系。因此,可以说证伪具有‘历史的特点’。”([4], p. 39)

在这里,拉卡托斯用多理论检验模式代替了单理论检验模式,并指出,这种检验模式具有“历史的特点”。其实,在此之前,历史主义者库恩已经提出多理论的检验模型。可以说,拉卡托斯和库恩是殊途同归的。下面,我们从历史主义的角度进一步论证这一点。


四、历史主义的处理

正如库恩把科学评价的单位从单个理论改为范式,当拉卡托斯把科学评价的单位从单个理论改为研究纲领,他的方法论已经具有浓厚的历史主义的色彩。他说:“精致证伪主义就由如何评价理论的问题转换到了如何评价理论系列的问题。只能说一系列的理论是科学的或不科学的,而不能说一个孤立的理论是科学的或不科学的;把‘科学的’一词用于单个的理论是犯了范畴错误。”([4], p. 38)我们也可反过来说,把“科学的”用于理论系列而非单个理论,则发生了立场的转变,即由逻辑主义转向历史主义。

在笔者看来,被拉卡托斯作为研究纲领的理论系列是对库恩范式的动态结构的展示。具体地说,一个进步的研究纲领就是被科学共同体接受的范式,其中新旧理论的更替相当于一个范式内部的常规发展;当一个研究纲领由进步转变为退化时,就是科学危机到来之际;由一个新的研究纲领代替旧的研究纲领相当于由一个新范式代替旧范式,即库恩所说的“科学革命”。应该说,拉卡托斯与库恩之间的分歧并非人们印象中的那么严重,其价值取向都是理性与非理性的统一,规范与历史的统一。如果说二者之间有什么区别的话,那就是,库恩更加注重科学发展的宏观结构,而拉卡托斯更加注重科学发展的微观结构,二者的观点和理论是相互补充的。[①]

在库恩看来,在常规科学时期,科学共同体奉行同一个范式。这时,似乎单理论的假设-演绎模型是适用的。然而事实上,当唯一的现行范式遇到反常事实e时,科学共同体并不把它看作针对范式的反例,而是看作范式内部有待解决的謎题,因而,假设-演绎的否证模型在这里并不适用。库恩说到:“一个科学理论,一旦达到范式的地位,要宣布它无效,就必须有另一个合适的候选者取代它的地位才行。科学发展的历史研究已经告诉我们,迄今为止根本就不像否证主义方法论框框所说的能直接与自然作比较的过程。”([5], p.71)这就是说,反常事实要变成具有否证作用的反例,必须有待于另一个与现行范式相竞争的范式出现;科学检验只能是多理论的,而不可能是单理论的。不难看出,拉卡托斯关于研究纲领的多理论检验模型只不过是对库恩关于范式的多理论检验模型的动态化;或者说,前者是这个模型的纵断面,后者是这个模型的横断面。

多理论检验模型的另一特点是证伪和证实同时发生,更确切地说,否证和认证同时发生。拉卡托斯说:“对第n个理论的‘反驳’一定是对第(n+1)个理论的证认。”([4], p.41) “在更好的理论出现之前不可能有证伪。”([4],p.42)库恩说:“这过程(证伪——引者)也同样可称之为证实,因为它存在于一个新范式对于旧范式的胜利中。而且正是在这种证实-否证的联合过程中,概率论者的理论比较发挥了中心作用。”([5],pp.132-133)

这样,库恩对迪昂-蒯因问题便给出一个解答,即:在一个范式一统天下的时候,不利证据不能形成对该范式的证伪;然而,当另一更好的范式出现之后,不利证据则对旧范式形成证伪,并且证伪和证实是同时发生的。

库恩这里所说的“证实-否证的联合过程”其实就是拉卡托斯后来所说的“大判决性实验”,据以实现新纲领对旧纲领的替换。拉卡托斯所说的“小判决性实验”是一个研究纲领内部的新旧理论之间的替换过程,相当于库恩范式内部的“解谜”手段的更新。(参阅[4],p.87)

我们还注意到,库恩所说的“证实-否证的联合过程”在一定程度上可以用概率逻辑来刻画,即“概率论者的理论比较”在其中“发挥了中心作用”。虽然库恩对此只是偶尔提及,但在贝叶斯主义者看来,这是很重要的。下面我们就借助于贝叶斯检验模型对这一“证实-否证的联合过程”加以概率逻辑的重建。


五、一种贝叶斯方案

贝叶斯检验模型是以概率论中的贝叶斯定理为依据的,原则上它可以考虑任意多个竞争假设,不过出于简单和实用的需要,这里只考虑涉及两个竞争假设的贝叶斯定理,即:(参阅[6])


在以上公式中,P(h1/e)表示被检验假设h1相对于证据e的验后概率(posterior probability),P(h1)和P(e/h1)分别表示h1的验前概率(prior probability)和h1对e的预测度(degree of prediction)。同样的符号及其解释也适用于竞争假设h2。另外,不同的学派对概率给以不同的解释,本文采用贝叶斯主义的解释,即把概率解释为个人的置信度(degree of belief),故贝叶斯主义(Bayesianism)也叫做“主观主义”或“私人主义”(Personalism)。

显然,贝叶斯检验模型是一种多理论检验模型,即它至少涉及两个相互竞争的理论,即竞争理论的数目n≥2。但是,在常规科学时期,范式只有一个,即n=1,因而不具备贝叶斯检验的先决条件。这意味着,任何证据都不构成对现行范式的检验,或者说,现行范式是免于检验的。对于这一点,我们还可进一步分析如下。

在现行范式面对反常事实的时候,检验所涉及的范式数目n=1,这就是说,只有被检验假设h1,而没有与之竞争的其他假设,在这种情况下,贝叶斯公式蜕化为:

由此公式可以看到,只要P(h1)和P(e/h1)均不为0,则P(h1/e)=1。正如库恩所说,在常规科学时期,科学共同体对现行范式,更确切地说,对现行范式的核心理论h1是确信不疑的。因而他们对h1的验前置信度(验前概率)P(h1)为1;面对反常事实e, h1对e的预测度是P(e/h1)>0,而非P(e/h1)=0,因为科学共同体不相信有任何现象是现行范式不能解释的。既然P (h1)和P(e/h1)均不为0,根据贝叶斯定理,则有P(h1/e)=1= P(h1)。这表明,h1相对于证据e的验前概率和验后概率是一样的,根据正相关标准,e与h1是无关的。这也就是说,面对反常事实,科学共同体对现行范式的高度确信是一如既往的,反常事实e对于他们的置信度不会发生影响。在这个意义上,现行范式免于检验。

在常规科学时期,当现行范式遇到反常时,科学共同体的预测度P(e/h1)之所以大于0,其逻辑上的理由是:由现行范式h1推出一个预测Øe,而Øe被表明是假的即e被证实,人们便把e看作h1的一个反常;但是,通常关于“h1推出Øe”即“h1TØe”的说法并不准确,因为h1TØe实际上只是h1ùA1ù…ùAnTØe的省略表达,其中A1…An是辅助假设。对Øe的这一错误预测究竟是从h1还是从某个辅助假设A推出,尚不明确。这里有一个科学共同体调整信念体系的过程,即:科学共同体最初确信辅助假设A1、A2…An为真的,从而认为Øe的这一错误预测是从h1推出的,于是P(e/h1)=0;但是他们不相信现行范式h1不能解释e,进而怀疑出错的是辅助假设,这样他们便降低了对这些辅助假设及其相关命题的置信度,从而使得P(e/h1)>0。好在对辅助假设的置信度的调整通常是无关大局的,因为辅助假设一般处在一个理论体系的边缘。这种从边缘到核心的调整信念体系的做法正是著名的迪昂-蒯因论点,不难看出,库恩的范式理论和拉卡托斯的研究纲领理论都是有条件地接受迪昂-蒯因强论点的。

面对反常事实,人们首先把矛头指向辅助假设,当把有关的辅助假设都检查过之后仍未消除反常,并且反常不断增加,层出不穷,人们才开始把矛头指向核心理论,这便到了库恩所谓的危机时期,也是拉卡托斯所说的研究纲领的退化时期。在这个时期,人们最终确认这些反常是由现行范式的核心理论h1得出的,即确认h1TØe,从而P(Øe/h1)=1,亦即P(e/h1)=0。与此同时,新的范式h2逐渐形成,并具有一定的验前置信度即P(h2)>0。新范式h2的提出是为了对付旧范式h1所面临的那些反例,因而h2对反例e具有较高的预测度,即P(e/ h2)比较接近1,甚至使得h2Te能够成立。这时多理论的检验局面得以形成,相应地,贝叶斯检验模型得以应用,即(这里只考虑两个竞争范式的核心理论h1和h2):


这表明,在危机时期,反例对新旧两个范式具有判决性检验的作用,它使新范式的验后置信度为1,而使旧范式的验后置信度为0。据此,科学共同体接受新范式而抛弃旧范式,从而完成库恩所说的科学革命,相当于拉卡托斯所说的纲领替换。
总之,库恩所描述的从常规科学到科学革命的过程,反常或反例对于范式的作用可以借助于贝叶斯检验模型加以说明。具体地说,在常规科学时期,反常对于范式不起检验作用,这种情形可以作为贝叶斯检验的特例,即只涉及一个被检验理论;在科学危机时期,反常变成反例,并且对于新旧范式具有贝叶斯判决性检验的作用,从而促成科学革命的完成。这就是包括库恩和拉卡托斯在内的历史主义对迪昂-蒯因问题的解答,也是贝叶斯主义的解答;可以说,后者是对前者的逻辑重建。[②]


参考文献:

[1] 迪昂:《物理学理论的目的和结构》,李醒民译,北京:华夏出版社,1999年。

[2] 蒯因:《从逻辑的观点看》,江天骥等译,上海:上海译文出版社,1987年。

[3] 波普尔,《猜想与反驳》,傅季重等译,上海:上海译文出版社,1986年。

[4] 拉卡托斯:《科学研究纲领方法论》,兰征译,上海:上海译文出版社,2005年。

[5] 库恩:《科学革命的结构》,金吾伦、胡新和译,北京:北京大学出版社,2003年。

[6] 陈晓平:《库恩范式与贝叶斯检验》,载《自然辩证法通讯》2005年第6期。

[7] C.Howson & P.Urbach, Scientific Reasoning: The Bayesian Approach. Open Court Publishing Company, 1993.


注释:

[①]豪森和厄巴赫也表达了类似的看法,谈道:“库恩的著名的科学范式理论类似于刚才所说的方法论(拉卡托斯的科学研究方法论——引者),前者很可能为后者提供了部分启示。”比较而言,后者比前者更为细致。参阅[7], pp.134-136.

[②] 豪森和厄巴赫从贝叶斯方法的角度对迪昂-蒯因问题给出另一种解答,其要旨不在于刻画库恩或拉卡托斯关于科学发展的整体结构,而在于刻画一个范式或纲领得以发展的内部结构。此方案与笔者的方案是并行不悖和相互补充的。参阅[7], pp.136-142。



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