在《請(qǐng)回答，科學(xué)哲學(xué)》這個(gè)系列視頻的第一期，我們聊到了歸納主義的常識(shí)科學(xué)觀。歸納主義者們認(rèn)為，科學(xué)知識(shí)之所以特殊，就在于它們是從事實(shí)中推導(dǎo)出來(lái)的，而且事實(shí)越多，推導(dǎo)出來(lái)的知識(shí)越可靠。我們已經(jīng)批判了歸納主義者語(yǔ)義不明的“事實(shí)”和“推導(dǎo)”，并對(duì)證明歸納原理的不可能作出了分析——這是個(gè)完全不能令人滿意的循環(huán)論證。

本期視頻我們要一起討論歸納主義者最大的敵手——證偽主義，以及把歸納主義和證偽主義都掀翻在地的科學(xué)史史實(shí)——哥白尼革命。

證偽主義科學(xué)觀

邏輯實(shí)證主義學(xué)派的代表人物卡爾·波普爾（Karl Popper）極力倡導(dǎo)一種歸納主義科學(xué)觀的替代品——證偽主義。據(jù)波普爾所說(shuō)，他之所以對(duì)歸納主義科學(xué)觀再也不抱幻想，是因?yàn)樗吹搅烁ヂ逡恋轮髁x者和馬克思主義者是如何根據(jù)他們的理論對(duì)大量人類(lèi)和歷史事例進(jìn)行解釋?zhuān)⒙暦Q(chēng)他們的理論得到了歷史事實(shí)的證明。

波普爾對(duì)此非常不滿意，在他看來(lái)，弗洛伊德和馬克思的這種理論具有足夠大的彈性，以至于你可以用這些理論去解釋所有人類(lèi)行為和歷史變遷的事件，這種理論永遠(yuǎn)不可能錯(cuò)。由于這些理論不能排除任何可能性，所以這些理論什么也解釋不了。波普爾于是得到了一個(gè)教訓(xùn)——真正的科學(xué)理論必須要做出確定的預(yù)見(jiàn)，也就是具有可預(yù)測(cè)性，而不是像弗洛伊德主義和馬克思主義理論那樣。因此，卡爾·波普爾的關(guān)鍵思想誕生了——科學(xué)理論是可證偽的（falsifiable）。

證偽主義者承認(rèn)一個(gè)前提：沒(méi)有不受知識(shí)指導(dǎo)，獨(dú)立于理論的觀察，觀察都是受理論指導(dǎo)并且以理論為前提條件的。理論不是根據(jù)觀察證據(jù)被【證實(shí)】為正確或可能正確的，而是【推測(cè)性的猜想】。理論的功能在于嘗試克服之前的理論所遇到的問(wèn)題，以便為宇宙或世界的某些方面提供恰當(dāng)?shù)恼f(shuō)明?？茖W(xué)家們可以盡情地創(chuàng)造這樣的推測(cè)性猜想和假說(shuō)，只是這些假說(shuō)一旦被提出，就必須接受觀察和實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格而無(wú)情的檢驗(yàn)。經(jīng)受不住觀察檢驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的理論必須被排除，然后被更進(jìn)一步的推測(cè)性猜想取代。因此，科學(xué)是通過(guò)試錯(cuò)、猜想和反駁向前發(fā)展的，只有適應(yīng)性最強(qiáng)的理論才能夠生存下來(lái)?？v然一個(gè)理論永遠(yuǎn)不可能完全正確，但我們可以說(shuō)，它畢竟是我們現(xiàn)在能夠得到的最好的理論了，它比之前的任何理論都好。波普爾通過(guò)證偽主義的科學(xué)觀避開(kāi)了歸納問(wèn)題，所以他認(rèn)為他解決了歸納問(wèn)題，因?yàn)閷?duì)于證偽主義來(lái)說(shuō)，科學(xué)不涉及歸納。

證偽主義科學(xué)觀認(rèn)為可證偽性是科學(xué)理論的標(biāo)準(zhǔn)。如果一個(gè)假說(shuō)要構(gòu)成科學(xué)的一部分，它必須是可證偽的。如果在邏輯上有可能存在一個(gè)觀察命題或一組觀察命題和一個(gè)假說(shuō)不一致，那么該假說(shuō)就是可證偽的。也就是說(shuō)，如果觀察命題被證實(shí)，該假說(shuō)則被證偽。

我們來(lái)看幾個(gè)斷言，試著判斷它們是否具備可證偽性。

1、所有的貓都不需要人陪。2、周五都是晴天。3、這個(gè)人或者聰明或者笨。4、所有單身漢都沒(méi)有對(duì)象。 1 顯然可證偽。只要我找出一只貓需要人陪，那么這個(gè)斷言就被證偽了。2 也是可證偽的。只要我觀察到某個(gè)周五是陰天，下雨或下雪，總之，只要它不是晴天，就可以否定2。然而，沒(méi)有任何邏輯上可能的觀察能夠反駁3。因?yàn)闊o(wú)論這個(gè)人是聰明還是笨 3 都是真的。 4 也是不可證偽的。“沒(méi)有對(duì)象”就是單身漢的定義，所以 4 必然為真。因此，我們可以發(fā)現(xiàn)，斷言1、斷言2它是可證偽的，而斷言3和斷言4是不可證偽的。

證偽主義者要求科學(xué)假說(shuō)必須是可證偽的。堅(jiān)持這一原則是因?yàn)橹挥型ㄟ^(guò)排除一組邏輯上可能的觀察命題，一個(gè)定律或理論才能增進(jìn)知識(shí)。如果一個(gè)命題不可證偽，那么這個(gè)世界無(wú)論具有什么屬性，無(wú)論以什么方式運(yùn)動(dòng)，都與這個(gè)命題沒(méi)有沖突，那這種命題就沒(méi)有給我們提供任何關(guān)于世界的信息。

一個(gè)科學(xué)定律或理論應(yīng)該為我們提供一些有關(guān)世界實(shí)際上如何運(yùn)轉(zhuǎn)的信息，從而排除那些在邏輯上可能的，但實(shí)際上并非如此的運(yùn)轉(zhuǎn)方式。“所有行星均沿橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)”，這個(gè)定律是科學(xué)的，是因?yàn)樗鼣嘌孕行窃跈E圓軌道上運(yùn)動(dòng)，而不是方形或正圓形軌道。這個(gè)定律對(duì)行星軌道作出了明確的斷言，它就是可證偽的，且增進(jìn)了知識(shí)內(nèi)容。而對(duì)于相當(dāng)多社會(huì)科學(xué)理論、心理學(xué)理論、宗教理論，證偽主義者持拒斥態(tài)度，因?yàn)榫退鼈冊(cè)趺炊寄芙o出解釋而言，它們什么也解釋不了。

證偽主義認(rèn)為，一個(gè)理論如果能夠具有“增進(jìn)知識(shí)的內(nèi)容”這樣的特性，它就必須承擔(dān)被證偽的風(fēng)險(xiǎn)。而如果一個(gè)“高度具有可證偽性”的理論事實(shí)上并沒(méi)有被證偽，那這個(gè)理論就比“低度可被證偽的理論”更可靠。

證偽主義的兩大困境：邏輯與史實(shí)

如果我們提出“天鵝都是白的”這個(gè)命題，只要發(fā)現(xiàn)一只黑天鵝，那么這個(gè)命題就被證偽了。這是個(gè)簡(jiǎn)單的描述證偽主義邏輯的例子，但是這種簡(jiǎn)化掩蓋了證偽主義在現(xiàn)實(shí)科學(xué)實(shí)踐中遭遇的一系列困難。首先，一個(gè)現(xiàn)實(shí)的科學(xué)理論是由【一組全稱(chēng)命題】構(gòu)成，而不是由【一個(gè)單一命題】構(gòu)成的。如果一個(gè)理論要接受實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，涉及的不僅是構(gòu)成這個(gè)理論的命題，對(duì)理論的論證還需要輔助假說(shuō)，例如關(guān)于儀器使用的定律和理論。此外，還要增加一些初始條件，比如對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)置的描述等等。這樣一來(lái)，即使我們知道出錯(cuò)了，該理論沒(méi)有通過(guò)檢驗(yàn)，我們也猜不透究竟是哪里出了錯(cuò)。或許是這個(gè)接受檢驗(yàn)的理論本身是錯(cuò)誤的，或許是某個(gè)輔助性假說(shuō)出了錯(cuò)，也或許是對(duì)初始條件的描述出了錯(cuò)，可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的地方太多，我們很難確定究竟哪個(gè)部分應(yīng)該對(duì)錯(cuò)誤的預(yù)見(jiàn)負(fù)責(zé)。

證偽主義者遭遇的更大困難是科學(xué)史帶來(lái)的?？疾炜茖W(xué)史會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果科學(xué)家嚴(yán)格遵循證偽主義方法論，那么那些可以被視為科學(xué)理論典范的理論永不可能得到發(fā)展，而是在初期就會(huì)被拒絕。任何一個(gè)關(guān)于經(jīng)典科學(xué)理論的案例都遭遇過(guò)這種情況，有一些可觀察斷言在當(dāng)時(shí)被人們普遍認(rèn)可了，并被認(rèn)為是和這個(gè)理論不一致的，但是！但是！但是！這些理論事實(shí)上并沒(méi)有被拒絕。最經(jīng)典的科學(xué)史案例就是我們熟知的哥白尼革命。這個(gè)案例強(qiáng)調(diào)了，在考慮重要理論變革的復(fù)雜性時(shí)，證偽主義者遭遇到了極大困難。

漫長(zhǎng)的哥白尼革命：現(xiàn)代科學(xué)的接力

科學(xué)史將毫不留情地告訴我們，“哥白尼革命”可不是在比薩斜塔上扔一兩頂帽子的那一刻就完成了。事實(shí)上，它經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)一個(gè)半世紀(jì)的時(shí)間。這段歷史的細(xì)節(jié)將擊潰歸納主義或者證偽主義幼稚的科學(xué)方法論，因?yàn)槎邔?duì)科學(xué)的說(shuō)明都與這段歷史不符。哥白尼革命的史實(shí)要求新的、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的對(duì)科學(xué)的理解。在 16 世紀(jì)初，哥白尼的天文學(xué)直接挑戰(zhàn)的是亞里士多德體系和托勒密體系。托勒密在公元 2 世紀(jì)創(chuàng)建了一個(gè)詳細(xì)的天文學(xué)體系，明確說(shuō)明了月球、太陽(yáng)以及所有行星的軌道。在公元 4 世紀(jì)，亞里士多德的宇宙觀為地心說(shuō)提供了基礎(chǔ)框架與心而上學(xué)。所以在中世紀(jì)的歐洲，活在亞里士多德宇宙觀里的人們普遍認(rèn)為地球位于一個(gè)有限的、封閉的宇宙的中心，太陽(yáng)、行星和恒星圍繞地球運(yùn)動(dòng)。事實(shí)上，當(dāng)哥白尼在 1543 年首次公布他的日心說(shuō)天文學(xué)細(xì)節(jié)的時(shí)候，有相當(dāng)多的論據(jù)可以被用來(lái)反對(duì)這種新天文學(xué)，而哥白尼無(wú)法令人滿意的反駁這些論據(jù)。讓我們來(lái)看看當(dāng)時(shí)的情況如何。

首先大致描述一下 16 世紀(jì)的主流宇宙觀，也就是亞里士多德體系。亞里士多德的宇宙是個(gè)天球-地球的兩球模型，地球在宇宙的中心，恒星天球在宇宙的外部邊界上。該模型以月球圈為界分為兩個(gè)不同的區(qū)域：月上區(qū)和月下區(qū)。月下區(qū)位于內(nèi)部，是從地球到月球軌道的內(nèi)側(cè)，其余部分是月上區(qū)，從月球軌道一直延伸到恒星天球。在天球之外不存在任何物質(zhì)或空間。月上區(qū)的天體由“以太”構(gòu)成。月上區(qū)是有序的、有規(guī)則的、不可腐蝕的。相反，月下區(qū)的特性是變化、生長(zhǎng)、衰落、繁殖和可腐蝕的。

月下區(qū)所有物質(zhì)都是水、火、氣、土四種元素的混合物。地球上每一個(gè)物體都會(huì)在月下區(qū)有一個(gè)自然位置，該位置取決于物體所含有的四種元素的相關(guān)比例。所有物體都有一種沿著直線朝上或朝下向其自然位置運(yùn)動(dòng)的傾向，因此石頭會(huì)自然向著地心運(yùn)動(dòng)，而火焰會(huì)徑直朝上做離開(kāi)地心的自然運(yùn)動(dòng)。除了自然運(yùn)動(dòng)之外，其他所有運(yùn)動(dòng)都需要某種原因，比如箭射出去需要弓，車(chē)跑起來(lái)需要馬來(lái)拉。托勒密在這樣的宇宙觀基礎(chǔ)上做了修改和擴(kuò)展，把一堆本輪引入了這個(gè)體系，以使得這個(gè)體系可以解釋和預(yù)測(cè)更多行星的位置。

哥白尼理論在當(dāng)時(shí)的主要競(jìng)爭(zhēng)力在于它更簡(jiǎn)潔地解釋行星運(yùn)動(dòng)的多種特性，而托勒密體系實(shí)在太復(fù)雜了。例如，對(duì)于行星逆行的現(xiàn)象，哥白尼體系很自然很簡(jiǎn)單地就給出了解釋。托勒密體系必須添加本輪才能說(shuō)明行星逆行現(xiàn)象。然而以太陽(yáng)為中心的圓形軌道也無(wú)法和觀測(cè)完全一致，所以哥白尼體系也得像托勒密體系一樣增加一些本輪。為了展現(xiàn)和已知觀測(cè)結(jié)果相吻合的軌道，這兩個(gè)體系所需要的本輪數(shù)量在當(dāng)時(shí)其實(shí)是大體相當(dāng)?shù)?。因此，哥白尼體系相較于托勒密體系在簡(jiǎn)潔力上并沒(méi)有那么大優(yōu)勢(shì)。

此外，在亞里士多德的宇宙學(xué)之下，有一些論據(jù)對(duì)哥白尼構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。構(gòu)成最大威脅的論據(jù)是“塔的論據(jù)”。如果地球是哥白尼所說(shuō)的圍繞地軸自轉(zhuǎn)，那地球表面上任何一點(diǎn)都會(huì)在 1 秒之內(nèi)運(yùn)動(dòng)一段距離。在這個(gè)運(yùn)動(dòng)著的地球上，如果從一個(gè)高塔頂部扔一塊石頭，它將朝著地心下落，完成自然運(yùn)動(dòng)。而由于地球在自轉(zhuǎn)，塔和地球一定是一起運(yùn)動(dòng)的，那么當(dāng)這塊石頭落到地面時(shí)，塔會(huì)因?yàn)殡S著地球的轉(zhuǎn)動(dòng)而離開(kāi)石頭開(kāi)始?jí)嬄鋾r(shí)所處的位置。因此，這塊石頭理應(yīng)落在和塔底有一定距離的地面上，而不是正好落在塔底。但實(shí)際上我們知道不會(huì)出現(xiàn)這種情況。石頭是恰好落在塔底處的，所以當(dāng)時(shí)的科學(xué)家推知地球不可能自轉(zhuǎn)，哥白尼理論一定是錯(cuò)的。

1543 年的哥白尼及其支持者對(duì)這些論據(jù)沒(méi)什么可說(shuō)的，因?yàn)橐磺心軌蚴垢绨啄狍w系確立下來(lái)的其他理論和技術(shù)成就都尚未出現(xiàn)。哥白尼也生活在亞里士多德的宇宙觀之中。在 1543 年，哥白尼體系幾乎沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力，許多具有數(shù)學(xué)才華的自然哲學(xué)家倒是被哥白尼體系吸引，開(kāi)始捍衛(wèi)哥白尼體系。

對(duì)捍衛(wèi)哥白尼體系做出最突出貢獻(xiàn)的是伽利略，第一個(gè)貢獻(xiàn)是觀測(cè)技術(shù)上的進(jìn)步。伽利略用望遠(yuǎn)鏡觀察天空的結(jié)果時(shí)，他看到火星和金星的表觀尺寸像哥白尼體系所預(yù)測(cè)的那樣發(fā)生了變化。隨后伽利略又確證了金星像月球一樣顯示出位相。這個(gè)事實(shí)與哥白尼體系完全兼容，但和托勒密體系不兼容。金星盈虧的發(fā)現(xiàn)對(duì)哥白尼主義者們來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的勝利，改變了需要哥白尼理論解釋的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

第二個(gè)貢獻(xiàn)是伽利略的新力學(xué)取代了亞里士多德的力學(xué)，借助新力學(xué)就可以使那些基于亞里士多德體系而反對(duì)哥白尼體系的力學(xué)論據(jù)完全失效。這是伽利略對(duì)科學(xué)作出的最偉大的貢獻(xiàn)。伽利略明確地區(qū)分了速度和加速度，并斷言自由落體是以某種恒定的加速度運(yùn)動(dòng)的，與重量無(wú)關(guān)。下落距離和下落時(shí)間的平方成正比。他把拋體運(yùn)動(dòng)分解為兩部分，一部分是勻速進(jìn)行了水平運(yùn)動(dòng)，另一部分是勻加速進(jìn)行了垂直下落運(yùn)動(dòng)。這樣一來(lái)，塔的論據(jù)又被哥白尼理論解釋了。一個(gè)在高塔塔頂?shù)奈矬w會(huì)和該高塔一起圍繞地心做圓周運(yùn)動(dòng)，而當(dāng)它從高塔落下的時(shí)候，它仍會(huì)和高塔一起繼續(xù)做這樣的運(yùn)動(dòng)，所以它一定會(huì)落在塔底地面上。

開(kāi)普勒則解決了“以太陽(yáng)為中心的圓形軌道無(wú)法與觀察完全一致，哥白尼體系也得添加本輪”的問(wèn)題。開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)每個(gè)行星的軌道都可以用一個(gè)單一的、以太陽(yáng)為其中一個(gè)焦點(diǎn)的橢圓來(lái)描述，這就不需要添加任何本輪了。開(kāi)普勒在分析了第古·布拉赫的觀察資料之后，得出了他的行星運(yùn)動(dòng)三定律。行星沿橢圓形軌道圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。行星和太陽(yáng)的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。行星公轉(zhuǎn)周期的平方與它和太陽(yáng)之間的平均距離的立方成正比。一切技術(shù)的、數(shù)據(jù)的、知識(shí)的準(zhǔn)備就緒之后，新的物理學(xué)體系將使哥白尼體系牢固地建立在一種綜合的物理學(xué)的基礎(chǔ)之上，而這一棒將由牛頓接過(guò)。牛頓利用伽利略、開(kāi)普勒以及其他研究成果創(chuàng)建了牛頓體系，發(fā)表于 1687 年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》（principia）之中，牛頓闡述了一個(gè)明確的觀念，導(dǎo)致加速度的原因是力，而不是運(yùn)動(dòng)。而在牛頓體系中，天體和地上物體的領(lǐng)域?qū)⒈唤y(tǒng)一在一起，而不是像亞里士多德體系那樣分為月上區(qū)和月下區(qū)。每一組物體都按照牛頓運(yùn)動(dòng)定律在力的作用下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。牛頓的后繼者們將花費(fèi)之后的兩個(gè)世紀(jì)來(lái)完成把牛頓物理學(xué)詳盡地應(yīng)用于天文學(xué)的工作之中。

“哥白尼革命“革了誰(shuí)的命

以上的科學(xué)史足以讓我們看出全新的物理學(xué)概念“力”、“慣性”，既不是歸納主義者所說(shuō)的那樣，是觀察事實(shí)的結(jié)果，也不是證偽主義者所認(rèn)為的那樣，是對(duì)大膽猜想的證偽的結(jié)果。哥白尼體系從一開(kāi)始就遭遇了一些明顯的證偽論據(jù)，但這些闡述還是被堅(jiān)持了下來(lái)并得到了發(fā)展。如果貫徹了證偽主義科學(xué)觀，哥白尼體系從一開(kāi)始就應(yīng)該被拋棄了，那就更不會(huì)有后來(lái)的牛頓力學(xué)體系。新的理論不是提出來(lái)的時(shí)候就被【證明】或【證偽】了，而是只有在一種新的物理學(xué)體系發(fā)明之后，才能成功地與觀測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。而新的物理學(xué)體系的建立，是眾多科學(xué)家花費(fèi)了多個(gè)世紀(jì)不斷努力的結(jié)果。這是一場(chǎng)接力賽，而非一次短跑。任何對(duì)科學(xué)的說(shuō)明，如果不能考慮這些因素，這種科學(xué)觀就不適當(dāng)。

哥白尼革命不僅革了亞里士多德宇宙觀的命，也革了那些抽空了科學(xué)史的幼稚科學(xué)觀的命。關(guān)于地心說(shuō)與日心說(shuō)之辯，伽利略在羅馬教廷前對(duì)哥白尼體系做出辯護(hù)的科學(xué)史，可以參考視頻最后的推薦閱讀。這段科學(xué)史非常有趣，它集中體現(xiàn)了 17 世紀(jì)神學(xué)、哲學(xué)、科學(xué)三者之間的權(quán)力關(guān)系。感興趣的朋友可以找來(lái)看看，祝大家閱讀愉快。