科學家是大悶蛋還是冒險家?

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作者:MK Kong  難度︰★★★☆☆

 

  若果文學的精髓在於表達情感,那麼大文豪難免多愁善感。若果哲學的本質在於思考一切事理,那麼哲學家的形象大多目光深邃。探討何謂科學探究是科學哲學的大主題,當中不同的答案亦透露出不同的科學家形象。下文嘗試以大悶蛋、冒險家、凡人三種形象來代表三種科學哲學的觀點。

  科學哲學經常被指與實際的科學工作無關,但如果你是有偶像包袱的科學家,那麼可能你要關注一下這篇文章。

一、科學家是個大悶蛋

  於十七世紀,歐洲從重新學習希臘經典的「文藝復興」步入奠基現代世界的「啟蒙時代」,現代科學觀開始成型。英國公爵培根(Francis Bacon)是其中的著名人物。他大力提倡科學乃「自下而上」的知識積累,由仔細與嚴謹的觀察與實驗有系統地上昇至更抽象的普遍原則與理論,同時反對科學乃從普遍原則「自上而下」以邏輯演繹推導出知識的方法。前者可概括地稱為經驗方法,而後者則為演繹方法(deduction)。

  他所反對的演繹方法承傳自亞里士多德的經典邏輯,舉個簡例:從普遍原則「所有哺乳動物都是溫血動物」與「所有犬類都是哺乳動物」,我們可以推導出「所有犬類都是溫血動物」的知識。

  這個推論本身並無邏輯問題。可是培根認為,重點是我們如何確知「所有哺乳動物都是溫血動物」這種普遍原則。他正確地指出,這世界哪怕只有一隻哺乳動物並非溫血動物,這類普遍原則便是錯誤的,與此同時,所有從中以演繹方法推導出來的知識亦會隨之而全軍覆沒。他擔心,如果科學是以這種方法作為核心,那麼科學再厲害也只不過是一觸即塌的紙牌屋。

  培根於是提出,科學需要的是能夠確立「所有哺乳動物都是溫血動物」這種普遍知識的萬全方法,好讓有如「這一百種哺乳動物都是溫血動物」的經驗觀察能夠嚴謹地提昇至「所有哺乳動物都是溫血動物」的普遍原則。這類獲取知識的經驗方法即一般所謂的「歸納法(induction)」。他認為歸納法就是至關重要的科學方法。

  培根亦提出了一些煩瑣得幾近無人能夠認真執行的實驗與歸納程序。即便如此,亦不乏後人認同現代科學方法即歸納法。不知經過多少世代,人類對歸納法的認識肯定比當年深入不少,尤其是它伴隨而來的難解問題,例如著名的休謨歸納法問題(Hume’s problem of induction)。羅素(Bertrand Russell)把問題解說得很生動︰「每當平常餵飼牠們的人出現,家畜都預期食物會來……但那個每天餵飼雞隻的人最後扭斷了牠們的頸。」問題是過去不斷觀察到會發生的事情不表示將來亦會發生。有高度智慧的雞隻亦不能夠以歸納法證明「所有餵飼者出現的時刻都是享用食物的時刻」。任何由有限觀察來證成普遍原則的嘗試都有這個問題

  返回我們最關心的形象問題。不斷想要以收集個別經驗觀察來印證普遍原則的科學家,似乎活像一個誓死要收集天下間所有郵票的集郵狂熱者。即使野心再大,依然是旁人眼中的大悶蛋。

  「科學要麼是物理,要麼是收集郵票而已。」──拉塞福(Ernest Rutherford)(1)

二、永不停步的冒險家

  無人比波普(Karl Popper)更能夠配得上「科學家形象顧問」的名銜。

  約於二戰時,波普開始提倡科學理論應該追求自身「可以被推翻,但仍未被推翻」的想法。他提出科學與非科學的分別在於科學理論可以被經驗觀察證明為假(falsifiable)。此一「可證偽(falsifiability)」的特徵因而成為區分科學與非科學的關鍵條件。

  像培根一樣,波普注意到「所有哺乳動物都是溫血動物」這類普遍原則邏輯上只要遇到一個相反的例子,整個句子就會被證明為假。換言之,「至少有一隻哺乳動物不是溫血動物」的個別經驗觀察已經足以推翻「所有哺乳動物都是溫血動物」的理論。

  與培根截然不同的是,波普絕然否定歸納法有任何證成普遍原則的希望。那怕所有觀察所知的哺乳動物都是溫血動物,這都不能夠證成「所有哺乳動物都是溫血動物」為真。波普認為上述提到的休謨歸納法問題已經為此希望送上致命一擊。

  有趣的是,波普認為經驗科學的精髓,正好在於我們永遠不能夠用任何邏輯方法一勞永逸地驗證其理論為真。追尋科學真理的科學家不止要永遠面對其理論被經驗觀察全盤推翻的可能,更應該要主動尋找可以推翻其理論的試驗。1919年5月29日的日蝕事件經常被人喻為一例:愛因斯坦以廣義相對論預測太陽的重力會扭曲來自遠處的星光,而日蝕減弱陽光使得人可以在地面觀測到此預測當真與否。精彩的是,這次日蝕隨時可以無情地將廣義相對論的預測推翻,但科學家的使命正好是要無懼面對理論預測有可能被證偽的巨大風險。科學家就是不停將人類知識推至極限的冒險家。

  「科學的遊戲永無止境。誰人要是決定不再將科學理論交諸進一步的試驗並且以為它們已經成功被證實,誰人就是要退出遊戲了。」──波普(Karl Popper)(2)

三、畢竟是凡人

  波普亦以「不可證偽」來攻擊當時宣稱有「科學的歷史觀」背書的馬克斯主義,指責它只是冒牌的「偽科學」。他指這些偽科學面對相反事實的挑戰時,都選擇以各種詭辯的方式來自圓其說,因此這些理論其實不可能被經驗觀察所推翻,亦因而不配稱為科學。

  問題是,經驗觀察從來無法直截了當地推翻任何科學理論。

  根據波普的觀點,「在所有水被加熱至攝氏一百度的情況下,水都會開始沸騰」可以被「在某個情況下,水被加熱至攝氏一百度,而水卻沒有開始沸騰」的經驗觀察證明為假。但如果我們將溫度計放在沒有沸騰的水中量度,其度數卻顯示為攝氏一百度的話,我們並不會修改已有的信念──「在所有水被加熱至攝氏一百度的情況下,水都會開始沸騰」,而會傾向改而認為「這個溫度計原來壞掉了,實際上這水並非攝氏一百度」。同類的事情可以發生於任何一個「可以推翻理論」的試驗。科學家永遠可以修改其他信念來保留其核心理論。

  因此我們完全可以想像,有一個科學家決定以全新的理論解釋觀察得到的新現象,而另一個科學家則決定以修改其他信念來保留現有的理論。這亦即表示其實永遠可以有多於一個理論來解釋現有的經驗觀察,一般稱這為「證據不充分決定理論(underdetermination of theory by evidence)」的情況。

  可是,若果證據不充分決定理論,那麼科學家是如何決定新舊理論的取捨?換個比較造作的問法:科學革命的範式轉移(paradigm shift)是如何發生的呢?

  從研究物理學轉至科學史的孔恩(Thomas Kuhn)在六十年代發表了著名的《科學革命的結構》,他提出科學新舊理論的更替取捨往往並非取決於「理論被否證」這類邏輯或者理性的原因。當發展原有的主流觀點而遇到一些難以解釋的問題或新現象,科學家並非直截了當地採納另一套觀點,反而會致力解決原有觀點遇到的「異常現象」。當那些異常現象無法順利地被解釋,原有觀點便遇到危機。即使如此,截然不同的新舊觀點仍然可能會持續互相競爭,直至擁護新觀點的科學家成功奪取學術權力為止。因此,科學與政治相似,成者為革命,敗者為異起。兩者皆涉及社會、文化、經濟、宗教、政治的種種角力,觀點的衝突並非以簡單的邏輯程序來解決。畢竟與政治家一樣,科學家皆是凡人。

  「新的科學真理並非以說服與啟蒙反對者來獲得勝利,而是因為它的反對者最終死掉,熟知它的新一代長大成人而已。」──普朗克(Marx Planck)(3)

 

注︰

原句︰「All science is either physics or stamp collecting.」,出處不詳。
原句︰「The game of science is, in principle, without end. He who decides one day that scientific statements do not call for any further test, and that they can be regarded as finally verified, retires from the game.」,出自《科學發現的邏輯》,頁32。
「A new scientific truth does not triumph by convincing its opponents and making them see the light, but rather because its opponents eventually die, and a new generation grows up that is familiar with it.」,出自《科學的自傳》,頁33-34。

 

﹙原文刊於2020年11月《號外》﹚