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論科學研究的不確定性
論科學研究的不確定性
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    中圖分類號:G304 文獻標識碼:A 文章編號:1006-2815(2004)02-0065-04
    不確定性是指不確定的性質或狀況,而“不確定的”與“模糊的”、“無規則的”、“有問題的”、“懷疑的”、“易變的”、“拿不準的”等詞的含義相近。從行為上說,不確定性意味著行為者對未來的結果缺乏把握,即除了種種猜測與懷疑之外,其他一無所知。作為探索未知世界的活動,科學研究是極富創造性的,它以不確定性為基本屬性。科學研究的不確定性存在于研究對象、認識主體及研究方法中。
      一
    科學的研究對象即科學認識活動的客體,是極其復雜多樣的,包括三大類:自然客體、社會客體和精神客體。自然客體通常所指的是自然界,即自然科學的研究對象,又可以分為天然自然與人工自然兩類。天然自然是獨立于人的作用之外本來就存在的自然現象和自然過程;人工自然是指經過人力改造過的那部分自然物,或是利用自然資源創造出來的人造物。社會客體是指社會科學研究的對象,是人類社會中各種社會現象與社會過程。精神客體是指人的精神現象和精神過程及精神產品。
    社會客體和精神客體的不確定性是顯而易見的,人們對此并不存在很大的爭議,因此本文沒有討論的必要。傳統上,大多數人是否認自然客體的不確定性的。這是因為,自從人類誕生以來,人們對自然客體的目標追求,一直是以確定性為基本信念的。科學哲學家夏佩爾指出:“研究求知事業的主要傳統有這樣一個共同的假設,有一種東西,既是獲取知識的先決條件,又不會因所獲得的新知識或信念的影響而修正或擯棄。”[1]隨著牛頓力學的巨大成功,這種信念被推向極至,而拉普拉斯則進一步把這個信念表述為:讓我們想象有個精靈,它知道在一定時刻的自然里的一切的作用力和組成這個世界的一切東西的位置;讓我們又假定,這個精靈能夠用數學分析來處理這些數據。那么,它能夠得到這樣的結果:把宇宙中最大物體的運動和最輕原子的運動都包括在同一個公式中。對于這個精靈來說,沒有不確定的東西,過去和未來都會呈現在它的眼前。
    拉普拉斯的觀點是否是真正地反映了牛頓力學所描述的自然客體的真實情況呢?早就有一些科學家發現,在牛頓力學系統中,涉及三個以上天體運動的方程組有“不可積分”的特性,不可能解析性地求解。也正因為如此,這個問題在很長的時間里懸而未決。20世紀40年代,西格爾等數學家證明,不可積分的力學系統是普遍的,而可積可解的卻極少。換句話說,不可積分是牛頓力學系統的共性,而可積分的是個性,只是不可積分力學系統的特例。
    KAM定理確立后,對不可積分的牛頓力學系統的運動圖形的描述成為了可能,科學家用計算機來分析其運動圖像。研究結果表明,如果能夠精確地從同一點出發,那么所得到的就是同一條軌道。但只要這個出發點有極其輕微的改變,那么其后出現的運動圖形會面目全非。可謂是“失之毫厘,差之千里”。也就是說,牛頓力學確定方程所描述的現實世界的運動,實際上如擲骰子的所得一樣,是隨機的、不可預測的,即非確定性的。
    這樣一來,內在于牛頓力學系統的自然客體的共性不是確定性,而是不確定性。事實上,自然客體的真實情況并不局限在牛頓力學系統中,早在19世紀關于熱力學研究就已經凸顯了這種情況。在熱力學的研究中,人們從經驗中獲得了多個宏觀定律,但卻無可奈何地引入表述這些定律的氣體運動的微觀分子的概率分布假設,用來解釋溫度、壓力和體積等宏觀量,而實際上這些分子卻是不能一一測定的,即研究對象是不確定的。
    后來,建立的量子力學,進一步肯定了微觀粒子所具有的不確定性。量子力學揭示,微觀粒子具有波粒二象性,它的能量變化過程是不連續。對于任何一個微觀粒子而言,我們可以知道它起點與終點,但卻無法推斷出聯結它們之間的一條確定路線,即微觀粒子性質缺乏連續性或連續性中斷了。為了深刻反映這種特性,海森堡引入不確定性原理來進行解釋,微觀粒子無法同時測定它的位置與動量,如果測定到微觀粒子的位置,那么它的動量變得非常的不確定;反之,如果測定了它的動量,那么它的位置卻又變得非常的不確定。
    非線性科學興起以后,人們越來越認識到,我們所要進行探索的研究對象的根本屬性在于它的不確定性。在人們所熟知的自然客體中,如心臟的跳動、大腦的活動、大氣的運動、河流的流動等都是不確定的。著名科學家普利高津在《確定性的終結》的著作中指出:現實的世界“是位于確定性世界與純機遇的變幻無常世界這兩個異化圖景之間的一個‘中間’描述……新自然法則無論在微觀層次還是在宏觀層次都處理事件的概率,但不把這些事件約化到可推斷、可預言的結局。”[2]
    現代科學哲學揭示,盡管科學事實是個別的陳述,人們可以通過各種手段來使觀察對象的性質重復出現,但是它本身總是相對的、可錯的。這既決定了科學知識和理論的不確定性,同時也反映了科學事實本身是具有不確定性的。
    因此,在存在論的層次上,不確定性是自然客體發展與變化的存在狀態,是指自然客體發展未來狀態的非重復性、非決定性、偶然性和隨機性,即自然客體的發展前提或初始條件與未來結果之間缺乏必然的聯系。它可以通過多種不盡相同的屬性來刻畫,比如不可逆性、不穩定性、多樣性、不肯定性、非線性、非決定性、非對稱性、隨機性、不完全性和復雜性等。這些屬性內在于自然客體中,表征著自然客體內多種因素的非線性相互作用,而非線性相互作用則造就了自然客體多種多樣的、復雜的、不定的可能狀態。因此,科學研究所面對的自然客體或研究對象是不規則的、動態的,以不確定性為其特征。
      二
    科學研究既可以是以個人方式來展開的、認識主體是單極的活動,也可以是有許多人參與的、認識主體是多極的活動。但是,不管以何種方式開展科學研究,不確定性除了內含在研究對象或自然客體中以外,還隱含在自認識主體中。這種不確定性稱為認識的不確定性。早在二千多年以前,老子就指出:“道可道,非常道。名可名,非常名。”這意味著在認識過程中存在著不確定性,它使道成為非常道,名成為非常名。除老子外,還有許多哲學家也早就知道,人們用概念、符號、語言等來認識世界時,獲得的認識是不完全的,無法回避主觀性的錯誤。
    認識主體中的不確定性透過主觀性錯誤反映出來。在科學研究的過程中,這些主觀性的錯誤,歸納起來,大體上可以分為四個方面:一是人在認識的過程中,受外界因素的影響,不能準確地把握認識對象;二是在認識對象時,需要作簡化處理,略去了其中一些次要因素,而其中有些因素可能會導致認識產生極大的誤差;三是受到主體自我意識、概念系統、理論思維、認知結構、思維方式、先前經驗,以及主體的價值觀念、需要、興趣、情緒、性格等影響,因而在處理問題的認識過程中會產生偏差;四是認識所依據的先前認識與經驗,多數只是初步的認識成果,具有個別性、現象性、具體性等不足,摻雜著一些虛假的成分。
    換一個角度來看,認識的主觀性錯誤,一方面是建立在人的生理和心理基礎上的。因為人的生理特點決定了人只能在一定的范圍內,才能發揮感官認識世界的有效性,獲得精確的認識,超出一定的時空范圍,就很容易出錯,導致不確定性的產生。而對于無法用感官直接感知的研究對象,認識的不確定性更為突出,使人們所獲得的認識與瞎子摸象的情況并無兩樣。此外,人的心理狀態和境遇情況也會對科學研究成敗產生很大的影響,因為心理狀態和境遇情況不同,通過意志、毅力、信心等多個方面所表現出來的積極性、主動性等也不相同,良好精神面貌將會促進科學研究的成功;反之,將會導致科學研究的失敗。
    在觀察中,受生理、心理和精神狀態的影響,認識不確定性常常會通過錯覺來體現,它使認識主體以為看到了實際上并不存在東西。有這樣一個例子,在德國哥丁根舉行的一次世界心理學大會上,有一人突然從門外沖進會場,后面有一人緊追著,手里拿著槍,兩人在會場內混戰約20秒鐘,并朝天開了一槍,然后離開會場。這是大會主席特意安排了一個試驗,預先經過排演并全部錄像,而與會者事前并不知情。大會主席立即讓出席會議的專家記下目擊的經過。在提交上來的40篇報告中,錯誤率少于20%只有一篇,在20%~40%之間的有14篇,超過40%的有15篇,尤其讓人們感到驚奇的是,在半數以的報告中,有10%或更多的細節純屬臆造。
    另一方面,認識的主觀性錯誤是建立在研究對象的基礎上的。因為從認識上看,研究對象還沒有展開,在這種情況下,人們一般只能獲得直觀性的或者是現象性的認識。而這種認識最大特征是模糊的、不準確的和可錯的,具有明顯的不確定性。
    對于源自認識主體主觀性錯誤的不確定性,人類在很早的時候就知道可以采用觀測儀器來加以消除。比如在天文觀測中,采用望遠鏡等許多觀測儀器,人的感官就可以得到延長,天文學觀測因此進入許多未知的領域,大大地提高人們對天文現象的認識。尤其是近代以來,由于實驗手段的確立與運用,人們對自然現象的認識提高得更快,它有力地促進了科學的產生與發展。但是,不可否認的是,這種消除是相對的、有限的,因為任何科學儀器與設備,都是由人來制造和使用的,它們只能在一定的范圍內適用,不僅觀測需要人的感官來實現,而且觀測結果也需要人來辨認與解釋,根本不可能排除主觀因素的影響。
    在微觀領域中,實驗建構了一個認識測量系統,主體通過觀測儀器的中介橋梁作用于認識客體。這樣以來,以往不很明確的主體與客體之間相互關系的被明顯地凸現出來,而蘊涵其中不確定性也相應地得到放大。作為認識中介,觀測儀器既同認識主體發生作用,又與認識客體發生相互作用。與此同時,觀測儀器又透過這兩個方面的相互作用,使它成為阻隔主體直接通向客體的障礙,人們因而提出我們能否認識客體的疑問,因為觀測儀器在觀測過程中與客體發生相互作用,而這種相互作用所產生的誤差是不能忽略不計的,它使人們所獲得的認識含有錯誤成分。
    因此,認識的不確定性是指存在于認識主體與認識客體之間的認識差距,是研究者對客體及其過程缺乏有效的信息、知識和了解,認識主體在構建起通向客體的一系列實踐活動中,受不確定性的支配,不一定能找到通向客體的行為路徑。因此,在具體的科學探索中,科學研究者盡管有某種成功的預期,但科學探索的結果卻常常出乎人們的意料,表現為一系列失敗的結果。盡管我們不喜歡不確定性,刻意追求確定性的結果,同時我們也知道可以通過一系列的試錯行為來糾正其中的錯誤,取得成功,但是科學研究的失敗總是在所難免的。有時候,即使認識主體作了最大的努力,達到了其體力和能力的極限,也無法找到有關的路徑,最終還是無法跨越失敗的關卡。人們常說“成功的背后是眾多的失敗”,其根本原因就在于此。因此,我們可以形象地說,認識的不確定性實踐涵義是指主體通向客體的道路不是線性的,而是非線性的,中間會有很多拐點,而在每一個拐點上又可以分叉出許多路線。在理論上,認識不確定性也可以用非線性、非決定性、非重復、模糊性和隨機性等來的刻畫。
      三
    一般來說,科學探索要獲得規律性認識,形成科學理論。大體上看,在科學研究中,研究者遵循一個相對有序的邏輯變化路徑,也就是說,他按照一定程序來開展他的研究工作。也正因為如此,科學研究表現出一定的方法論原則,而方法論原則又展現出一系列的研究方法。這些方法論原則和研究方法也同樣蘊涵著不確定性。
    科學研究方法的不確定性首先體現在其邏輯的起點上。科學研究的邏輯起點到底在哪一個時空位置上,長期以來存在著很大爭論。之所以人們對此持續爭論而難以取得一致的看法,在我們看來,是因為科學研究的邏輯起點是不確定的。傳統上,出于對確定性的追求,在經驗科學中,人們大多接受歸納主義的觀點,把科學研究方法論起點確定在觀察上,以經驗主義作為它的哲學方法論信條,主張科學研究以經驗為證據,以觀察為起點,觀察能夠記錄下研究對象的一切,因而所得到的科學事實是純之又純的。
    歸納主義的這種觀點受到了漢森強烈批判。在他看來,科學發展的歷史并不是這樣的,研究者在科學研究中不可能觀察到一切,因為“觀察一切”在認識上是一個無窮的集合,這是任何研究者都無法做到的,其實研究者總是帶著某種猜測、假說等來指導觀察的,也就是說,觀察是有選擇的。
    沿著漢森的研究思路,波普爾等學者的研究結果進一步表明,每一個研究者在進行科學研究時,其實只能作有限的觀察,他總帶著某種預期來進行觀察的,這種預期在于修正、補充或建立新的理論,因而科學研究起點在觀察之前就形成了,表現為研究者對問題求解的渴望。因此,科學研究其實不是始于觀察,而是始于問題。
    從方法論的角度來看,問題、問題的提出與形成都是不確定的。就問題本身來看,問題的存在形式和內容是多種多樣的,來源于理論與經驗之間、理論內部、不同學派的觀點爭論及理論與社會需要之間的不同矛盾,而這些矛盾以不確定性反映出來。對于問題的提出與形成,在很大程度上是研究者運用非邏輯思維的結果,正如愛因斯坦所說的那樣:“提出新的問題,新的可能性,從新角度去看待舊的問題,卻需要有創造性的想象力”。[3]而以想象為主的非邏輯方法的最大特征是不確定性。
    其次,科學研究方法的不確定性蘊含在從科學事實抽象到理論的邏輯路徑上。從方法論原則來看,從科學事實抽象出概念,進而構建科學理論,并不存在惟一確定的邏輯路徑,而是兩種出發點截然相反的邏輯路徑,分別是以歸納方法為核心的歸納主義方法論原則,以及演繹方法為核心的演繹主義方法論原則。奇怪的是,這兩種截然相反的方法論傳統卻都把自身推向極至,認為自身方法論具有確定不移的必然性,從而否認另一種方法論原則。它們在不同歷史時期以不同的表現形式來展開爭論,并一直延續至今。
    之所以這兩種截然相反觀點會發生爭論,是因為在每一種方法論原則中,各自都存在不確定性因素,而各自又以確定性追求為目標,因而都不能容忍對方存在不確定性因素。這樣以來,爭論就會持續下來。
    從邏輯分析的角度看,科學理論為陳述系統,而陳述系統是全稱性陳述的。論證是用“和”或者“或”聯結起個別陳述,形成全稱陳述的理論體系。但是,早在兩千多年以前,亞里士多德就認識到,在論證的前提上,并不是所有個別陳述都能成為論證的論據而被聯結起來,因此他提出,要使個別陳述成為論據,就需要一定的邏輯準則,比如矛盾律、排中律和同一律等,由此誕生了邏輯學這門學科。
    邏輯學雖然可以運用一定的邏輯規則使其具有必然性,即邏輯的真實性,但在卻不能確保邏輯真實性具有現實真實性,而且邏輯對其前提的真實性是無法作出分析的。這樣以來,不確定性也就不可避免地出現。
    按照歸納主義的觀點,科學邏輯特征在于運用歸納方法或歸納推理,把單稱陳述,比如觀察和實驗的記述,過渡到全稱陳述,即假說或理論。而這個過程卻存在著無法克服的問題,即歸納推理方法論原則的不確定性.所謂歸納問題,就是“歸納推理是否證明為正確,或者在什么條件下證明為正確”,“也可以表述為如何確立根據經驗得到全稱陳述真理性的問題”。[4]這可以從簡單枚舉歸納方法中得到理解,比如,不管我們已經觀察到了多少只白天鵝,也不能證明這樣的結論:所有天鵝都是白的。在邏輯實證主義中,歸納問題表現為歸納所得出結論永遠是無法得到完全證實的,因此邏輯實證主義的代表人物以“確認度”來表述這種看法,認為歸納推理為或然性的推理,承認其中存在無法確定的成分。
    而演繹主義則以理性主義的哲學方法論為指導,從不證自明的公理、公設等前提或假定出發,采用演繹推理規則,推導出一系列命題和定理,從而建立科學理論,獲得具體的結論。它在強烈拒斥歸納主義的同時,自身也存在著一個無法消除的缺陷,即公理、公設與假定的確定性無法得到邏輯的證明。這可以從數學的發展歷程中得到理解。
    數學堪稱是演繹推理的典范。數學家從自然界不同事物中抽象出數學的基礎,由此建立起一座又一座的數學大廈。可是,當數學家們滿以為數學大廈牢不可摧之時,數學危機即悖論卻一次又一次出現。比如集合悖論就是如此。羅素曾用一個理發師說的“我只給那些不理發的人理發”這句話來說明此悖論,當這個理發師有一天自己要理發的時候,他發現自己無所適從,也就是說他所說的這句話是自相矛盾的。難道數學就是建立在諸如此類的基礎上嗎?很顯然,數學家是不能容忍悖論的,因此出現邏輯主義、形式主義、直覺主義和集合公理化主義運動。數學家從各自不同側面,進行種種努力,試圖再度構建堅實的數學基礎。但是,哥德爾所作的證明,讓所有的數學家都目瞪口呆,一個演繹推理的理論體系,都不可能通過邏輯主義、形式主義、直覺主義和集合公理化主義來建立。就是說,理論所要求的無矛盾性與完備性不能同時成立。無怪乎,克萊因在他的著作《數學:確定性的喪失》中,發出這樣的感嘆:“就知識的確定性而言,數學是一種理想,我們為這一理想而奮斗,盡管我們也許永遠不會達到。確定性也許只不過是我們在不斷捕捉一個幻影,它是如此無止境地難于捉摸。”[5]
    再次,從科學研究對各種具體科學方法的運用來看,這也是不確定的。按照英國沃勒的分類,把科學創造過程劃分為準備、醞釀、明朗和驗證四個時期。在準備時期,研究者收集資料,發現問題,獲得知識和啟示;在醞釀時期,研究者思考各種可能的探索,對問題進行試探性的解答;在明朗時期,研究者獲得初步的猜測,隱隱約約地或不是很明確地領悟到了問題的本質;在驗證時期,對所猜測的新思想、新觀點進行邏輯分析和實踐檢驗。很顯然,每一個時期的科學研究方法都是不確定的。尤其是前三個時期,總脫離不了非理性因素參與。這些非理性因素包括情感、意志等,它們通過非邏輯方法反映出來。非邏輯方法有聯想、直覺、靈感和想象等,它們本身就是不確定的。
    需要說明的是,本文之所以強調科學研究的不確定性,是因為不確定性是科學研究的共性。這樣說,并不否認確定性,只不過它只作為個性存在而已。如果說科學研究只具有確定性,那么任何科學研究都沒有進行的必要。因此,要對不確定性與確定性作辯證的理解。而深入地挖掘科學研究的不確定性,則使我們會更加明確地理解科科學·經濟·社會蘭州65~68,85B2科學技術哲學歐庭高/肖成池20042004科學研究是不確定性的,它存在于研究對象、認識主體及研究方法中。不確定性/研究對象/認識主體/研究方法“中國邏輯”茲指先秦邏輯觀,參見《哲學與文化》30卷12期。教育部社科項目第02JAZJD720018號部分成果。霍桂桓






付The theory on language and logic type by zhang dong-zun
  Zhang xiao-yan,Geng zhao
  (College of Politics and law,Heibei University,Baoding 071002,China)歐庭高 肖成池 湖南大學 科技哲學研究所,湖南 長沙 410082 作者:科學·經濟·社會蘭州65~68,85B2科學技術哲學歐庭高/肖成池20042004科學研究是不確定性的,它存在于研究對象、認識主體及研究方法中。不確定性/研究對象/認識主體/研究方法“中國邏輯”茲指先秦邏輯觀,參見《哲學與文化》30卷12期。教育部社科項目第02JAZJD720018號部分成果。霍桂桓






2013-09-10 21:38

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