科学事实发现的理论

二、科学事实发现的理论

这里，我们主要通过对古典经验主义的“纯观察说”、逻辑经验主义的“中性观察说”和历史主义的“理论负荷论”的考察和评析来阐述科学事实发现的理论。

1.古典经验主义的“纯观察说”

古典经验主义者是近代科学观察理论的倡导者，首次从认识论的高度对观察实验活动进行了认真的研究。他们通过对包括科学知识在内的人类知识的起源和获得知识的程序的考察，提出了对近代科学认识活动产生深刻影响的“纯观察说”。英国哲学家F·培根和J·洛克是这一理论的主要代表。

F·培根认为，观察是一种纯粹的感官反应活动，它不受任何理论因素的影响，在观察中也应该排除任何理论的影响，纯粹客观地进行观察。J·洛克也把观察看成是消极的、被动的、纯感官的生理反应过程，认为观察和感觉是等同的，观察过程就是人们对客体的感觉过程。他说：“如果某人的视网膜上有正常形成的太阳映象，则他就看到了太阳。”⁽⁶⁾他把通过观察获得的经验事实称为“简单观念”，认为这些简单观念是原始的、可靠的，是“最不含糊和最少疑义的”；只要观察者的相应感官是健全的，就不会对它的意义产生疑问。“因为它们所表示的既然只是惟一的简单知觉，因此，人们大部分可以完全一律地了解它们的意义，并没有余地来错解它的意义，或争辩它的意义。”⁽⁷⁾

古典经验主义的“纯观察说”在科学界产生了极大的影响。如19世纪英国生物学家T·H·赫胥黎就曾告诫年轻的科学研究者：“你们要像一个小学生那样坐在事实面前，准备放弃一切先入之见，恭恭敬敬地照着大自然指的路走，否则，就将一无所得。”⁽⁸⁾T·H·赫胥黎的这一训诫反映了他那个时代科学家看待科学发现的一种基本倾向，即认为由纯粹的观察可以导致理论发现的信念。但是，“纯观察说”实质上是把观察过程等同于纯粹的生理反应过程，即把观察看作类似于摄影机镜头的物理成像状态。然而，从大量的实际观察活动提供的材料来看，观察过程并非只是人的感官生理反应过程，它更重要的是一种认识活动过程，有其复杂的认识论机制。古典经验主义的“纯观察说”的这一局限性并没有引起近代科学家和哲学家的重视，也没有得到有效地克服。相反，它的基本原则在现代逻辑经验主义那里得到了进一步的发展。

2.逻辑经验主义的“中性观察说”

20世纪30年代，现代逻辑经验主义继承和发展了古典经验主义的理论传统，提出了“中性观察说”（theory of neutral observation）。美籍德国哲学家R·卡尔纳普所构造的关于科学知识结构的“两层语言模型”，即集中地、鲜明地体现了逻辑经验主义者对观察性质的理解。这个模型将科学语言截然分为性质完全不同的两个层次：

①观察语言。“观察语言运用标示可观察的属性和关系的语词来描述可观察的事物或事件”⁽⁹⁾，因而它是清楚明白的、意义固定的。它包括观察名词和观察陈述（又称观察命题或观察语句）。观察名词，是用来表示或指称可直接观察或测量对象或过程，以及这些对象的可观察属性和关系，例如“红的”、“木头”、“椭圆轨道”等等。它“不涉及抽象的实体，而仅仅涉及可观察的对象或事件”⁽¹⁰⁾。观察陈述，是用观察名词作谓词的陈述，例如，“这朵花是红色的。”“这块木头漂浮在水上。”“这张石蕊试纸浸入此溶液后呈红色。”观察陈述是单称经验命题，它们所反映的是个别对象的性质、状态，所表达的知识就是经验知识或经验事实。

②理论语言。它由理论名词和理论陈述构成。理论名词，是用来表示不可直接观察的对象、事件或事件之间不可观察的关系的名词，如电子、电荷、温度、夸克、电磁场、基因等等。理论陈述，即是由理论名词作谓词的陈述，例如，“所有的物体都互相吸引，吸引力的大小与它们的质量成正比，而与它们之间距离的平方成反比。”（万有引力定律）就是一个理论陈述。理论语言“指称不可观察的事件、事件的不可观察的方面或特点”⁽¹¹⁾，其意义必须借助于一个解释的语义规则系统，从观察语言来获得。

可见，逻辑经验主义者的观察理论是一个富有逻辑性的理论，它要比古典经验主义者的观察理论严密得多、精致得多。他们对科学知识结构的语言逻辑分析无疑是富有启发性的。但是，他们认为，观察语言是不受任何理论影响的，而理论语言的意义依赖于观察语言。R·卡尔纳普说：“观察语言是被某一语言共同体作交流工具的，并且它的一切句子都被这个共同的一切成员作同样的意义理解。”⁽¹²⁾逻辑经验主义者相信，观察者的理论框架、既往经验、文化环境对观察过程都没有影响，因而观察语言是对不同的理论保持中立的。与观察语言相反，理论语言没有独立的解释，它必须而且只能从观察语言中获得经验内容，在未获得经验内容之前，它们是没有意义的。逻辑经验主义的这一观念被波普尔讥讽为“知识的水桶理论”：人类的头脑被当作某种容器，出生是空的，通过我们的感官把原料倒入其中，并堆积在那里⁽¹³⁾。正如K·R·波普尔在他具有摧毁性的批判中所指出的，涉及“感性观察”的论述不能以一种理论上中立的观察语言来表达；在先在的概念体系框架中，理论上中立的观察语言与理论语言之间的区别只是相对的。

3.历史主义的“理论负荷论”

与“纯观察说”、“中性观察说”分庭抗礼的是“理论负荷论”。“理论负荷论”（theory‐loaded theory），亦称“观察渗透理论”。1958年，美国科学哲学家N·R·汉森在《发现的模式》一书中系统阐述。“理论负荷论”能说明科学认识中的许多现象，后来发展成为历史主义学者及其流派用来反对逻辑经验主义的一个基本信条。有学者对此高度评论说，N·R·汉森提出的“观察依赖于理论这样一种观念，颠覆了过去认为理论确立在观察的基础上的科学观。从这个意义上说，这是一个革命性的转变”。

乍看起来，“中性观察说”似乎是正确的，两个正常的观察者在同一个地方观看同一物体或景色，将观看到同一个东西。然而，实际情况并非如此。试让甲、乙两人共同观看图6-1。

图6-1　视觉材料组织方式对观察的影响

甲、乙两人将从图中观察到什么呢？甲可能会说：“我观察到图（a）画的是一只鸟，图（b）画的是两人彼此对视的侧面人像。”而乙可能会说：“我观察到图（a）画的是一只羚羊，图（b）画的是一只高脚杯。”这种情况表明，对同一个观察对象，不同的观察者往往作出不同的观察，得出不同的结论。

那么，究竟是什么原因造成了甲、乙两人作出不同的观察报告呢？是被观察物吗？显然不是！是甲、乙两人的眼中产生了不同的视网膜图像吗？也不是！如果让甲、乙两人把自己看到的图形描述出来，那么我们就可以发现，甲、乙两人所描绘的图形是相同的。这表明，甲、乙两人在视觉器官上所产生的视觉图像是相同的。甲只是由于将图（b）中的白色部分作为背景，因而从图中看到了两张彼此对视的面孔，而乙则将图（b）中的黑色部分作为背景，因而从图中看到的是一只高脚酒杯。可见导致甲、乙两人观察结果不同的是由于他们对视网膜图像进行组织、处理的方式不同。换句话来说，当观察者运用新的组织模式对同一视觉材料或感觉图像进行组织或处理时，观察者就会看到原先未曾看到的东西，更确切地说，是原先视而不见的东西。

以上事例所涉及的是日常的、普通的感知活动，对于科学观察亦同样如此。汉森设想了天文学家J·开普勒和第谷两人一起站在高山上观察日出的情况。他写道：“一只位于红、绿色斑中间的明亮的黄白色圆盘。然而除此之外，J·开普勒和第谷还看到了不同的东西：第谷看见的太阳从固定的地平线上冉冉升起，而J·开普勒看见的却是静止的太阳底下滚动着的地平线。”⁽¹⁴⁾导致他们观察结果不同的并不是由于他们视觉图像有什么不同，而是由于两人所持的天文理论不同。N·R·汉森由此认为，观察者用以组织视觉材料的模式与他们持有的理论密切相关。观察者采用何种观察模式来反映事物的对象是深受理论等因素影响的。

概括地说，N·R·汉森的“理论负荷论”认为观察并非像逻辑经验主义者所说的只是对物象“刺激”的消极的机械反应，而是受到观察者理论的影响和支配，持不同理论观点的人可能对同一对象形成不同的观察结果，压根儿就不存在什么“纯粹的中性”观察。“一切观察都包含按我们的理论知识所作的解释。”⁽¹⁵⁾其主要理由是：（a）眼睛从观察对象得到光刺激而形成视网膜印象，这是物理过程；而“看到”是一种观察经验，属于心理过程，它已把外来刺激与过去认识（包括理论和经验）融为一体。（b）人们对感觉材料首先的反应，是有意无意地以一种概念模式去套，使它适应于自己过去较熟悉的材料，从而使各人对同一对象的反应有各种程度的差异。

“理论负荷论”的真理性在于它在一定程度上阐明了观察是主体对于客体的作用，阐明了观察中主观能动性的重要作用，否定了由客体到主体的单线式的不可逆过程。观察作为一种主体反映客体的认识活动，是一个由简单到复杂、由表象到本质、由形态到结构的过程，因而不可能由排除主观因素的“纯观察”或“中性观察”来完成。在观察中，由于主体所持的理论观点不同，同一视网膜成像就会因大脑作用而得出不同的观察陈述。要注意观察陈述的事实（经验事实）与客观事实的区别。而它们的区别是不能通过“纯观察”来把握的，只有通过观察主体的能动作用才能区别这两者并逐步使其一致。在观察中，人们都是带着一定的问题去观察的。只有带着问题的观察，才能知道你“要观察什么”，而要知道你所观察的是什么，要取决于观察对象本身的客观性质和观察主体所持的理论观点。每一观察主体都会因其所持的理论观点的不同而导致观察同一客体得出不同的观察结论。

但是，在肯定“观察渗透理论”的命题的同时，也应该看到这种观点的片面性，即观察中主体与客体是存在相互关系的，而不仅仅是观察主体对客体的影响作用。夸大这种影响作用，也会走向谬误。观察作为一种认识活动，存在着观察主体对客体的相互关系。一方面，观察主体影响着观察中主体与客体的一致，即观察主体不是通过视觉器官被动地接受客体的信息刺激，观察主体如何接受，接受哪些客体信息以及如何整理客体信息，都受着观察主体所持的理论观点的影响。只是在这里，须说明的是，要区别观察客体自身与观察主体所认识的观察客体的界限。观察客体自身并不会因观察主体所持的理论的改变而改变，改变的只是观察主体所认识的观察客体。即由于理论结构的改变，使观察主体对客体的观察的角度、范围以及所作的观察手段的限制。大量事实证明，推动科学迅速发展的一个重要因素，即是观察手段的不断提高。这说明观察主体要认识客体，不仅受到理论结构的影响，还要受到观察手段的限制。另一方面，客体是观察主体进行观察活动的客观对象，观察主体与客体的一致是观察的客观要求。在这里，观察客体是第一性的，是起决定作用的因素；观察主体是第二性的，是被决定的因素。观察客体不是由观察主体“随意打扮的小姑娘”。离开了观察客体，观察主体则成了无源之水、无本之木。在这个意义上，观察主体应当“不带偏见”地进行观察，应当努力排除理论结构的消极影响，使观察主体与认识客体相一致。

观察、实验与理论之间的关系是相当复杂的，那种认为逻辑上只存在一类可以概括全体的关系，显然只是一种幻觉。从20世纪90年代兴起的新实验主义科学哲学的观点看，观察和实验可能不为明确的理论所导引，而可能为值得研究事物的暗示以及对如何开展这样的探索之把握所导引。他们通过大量的实验案例，特别是观察独立于理论的案例，如戴维观察到沼气、W·赫歇尔对未知天体的观察发现、布朗运动的观察和发现的无理论性等，说明了存在着不负载理论的观察⁽¹⁶⁾。

4.科学事实的发现有赖于科学理论背景的转换

科学事实的发现有赖于科学理论背景的转换，这是由“理论负荷论”出发所获得的一个极其重要的方法论思想。因为我们承认观察渗透理论，就必然进一步认识到人们决不能脱离理论背景而抽象地看待科学事实的发现。

氧的发现史就是一个著名例证。最先取得氧气并对其性质进行实验研究的是瑞典药剂师C·W·席勒。1773年，他通过分解硝酸盐、氧化物、碳酸盐等制得了氧气。当把燃烛放入制得的这种气体中时，发现燃烛更加明亮旺盛。C·W·席勒把该气体称为“火气”。但他坚持“燃素说”的理论观念，认为燃烧是空气中的这种“火气”与燃烧物体中所含“燃素”相结合的过程，光和热只是“火气”与“燃素”化合的产物。C·W·席勒实际上并没有发现氧，因为发现一种现象必然是“包括既能认识那个现象存在，又能说明它是什么现象的复杂过程”⁽¹⁷⁾。1774年，英国化学家J·普里斯特列继席勒之后又独立地制得了氧。他用凸透镜聚光加热氧化汞时，发现该物质分解出了这种气体。他将老鼠放进这种气体中，发现它比在等体积的通常空气中的时间约长4倍；他亲自尝试一下，觉得呼吸这种空气使人轻快了许多，感到格外舒畅。但他并不知道自己制得了氧，却先后把这种气体看成是N²O和“脱燃素空气”。因为J·普里斯特列同样信奉“燃素说”，认为一般空气能助燃，是由于它已被“燃素”部分地饱和；而从氧化汞分解出来的这种气体是新鲜的、不含燃素，所以它吸收“燃素”的能力特别强，助燃能力也就格外大。为此，J·普里斯特列把这种新气体称为“脱燃素空气”。只有A·L·拉瓦锡摆脱了传统的“燃素说”，借助于新的燃烧理论——“氧化说”，才在J·普里斯特列等人工作的基础上真正发现了氧。他通过定量实验研究和逻辑论证，阐明了可燃物的燃烧根本不是“燃素”的释放，而是与氧发生化合的反应。1777年，A·L·拉瓦锡发表题为“燃烧概论”的报告，系统地阐述了燃烧的氧化学说。

又据美国科学哲学家T·S·库恩考察，从1690年到1781年间，至少有17个不同的场合，许多天文学家，包括几位欧洲当时最杰出的观测者威廉·赫歇尔等，都曾看到现在叫做“天王星”的那颗星，但先后把它看成是恒星、彗星、行星⁽¹⁸⁾。T·S·库恩对此写道：“天文学家用古老的工具观察古老的对象，却很容易而又迅速地看到许多新东西，使我们不由得要说，在哥白尼之后，天文学家生活在一个不同的世界里。”⁽¹⁹⁾确实，如果理论“框架”不一样，那么由此所作出的发现是不一样的。

上述案例亦说明，科学理论背景的转换具有重大的方法论意义。“消化一类新的事实，要求对理论做更多的附加调整，除非完成了调整——科学家学会了用一种不同的方式看自然界——否则新的事实根本不会成为科学事实。”⁽²⁰⁾一旦观察者的理论背景发生了转换，就会使他的视野发生深刻的、戏剧性的变化：观察者就能观察到从前“视而不见”、“充耳不闻”的东西，即看到过去所看不到的东西。这就要求观察者具备良好的理论结构，尤其不能囿于传统的观念⁽²¹⁾，要善于改变由一定的理论框架、范式而习惯形成的“固定思路”和“先入为主”，从而有助于新的科学事实的发现。