科学描述的是经验还是真理？

《科学是什么以及科学究竟是如何进行的》剑桥大学出版社，2019年7月

科学似乎受到了攻击。攻击来自多个方向，从政治领域到伪装成科学实体的团体和个人。甚至有一种真正的风险，即科学事实最终将被减弱为仅仅是另一种观点，即使这些事实描述了自然现象——也就是发展科学的目的。加速这种侵蚀的是一种夸张的宣称：科学常常制造“真理”。而研究人员本身也可能是这样认为的，不管是否有意。

我是个研究者，我明白这种想法。似乎很难解释科学理论在描述自然方面的持续不断的成功——更不用说技术的不断进步——而不给这些理论赋予至少一些特殊的认知地位。我在这本书中探讨了这一挑战。如果说科学史教会了我们什么，那就是一种理论预测未被观察到的现象并导致惊人的新技术的能力，并不能证明上述理论是“真的”。

例如，除了能够解释已知的太阳系的动力学之外，艾萨克 • 牛顿的力学还对其他天文现象做出了惊人的准确预测，例如哈雷彗星由于木星的引力效应而在1759年的迟到。更令人印象深刻的是，在19世纪初，当天文学家确定天王星的轨道偏离牛顿的预测时，他们得出一个结论：牛顿的理论没有错；相反，他们假定一颗先前未被观测到的行星的存在，并在后来发现了它的确切位置（并命名为海王星）。

科学革命的成功令人印象深刻，以至于哲学家们发展了全新的知识理论，试图去解释科学家是如何利用观察和理性来发现基本真理的。在这个过程中，科学家和认识论家都试图否定逻辑学家自古以来就知道的东西：无论多少正确的预测都不能够证明一个假设的正确性。这样做就犯了“以果证因”的错误——换句话说，科学理论总是被现有的数据所低估。

但这难道不只是象牙塔语义吗？逻辑学家们可以扬起他们的眉毛，摇晃他们的手指，但科学家们正忙于在现实世界中取得进步。牛顿力学的成功难道不正是证明了牛顿假设的定律一定是真的吗？否则，这个理论怎么能在浩瀚的宇宙中指定一个地方，并在那里找到海王星呢？结果的正确，就是前因的正确！

然而，事情并不总是如此顺利的。1859年天文学家们确定，随着时间的推移，水星的轨道并不像牛顿力学所预测的那样运行。因此，另一颗新行星（命名为祝融星）被假定存在并被计算出了其可能的位置。与对海王星存在的预测不同，这一假设并没有成功；相反，牛顿力学在这一背景下是一个不正确的理论。它关于时间、空间和同时性的概念是完全错误的。这就需要另一个不同的科学理论——爱因斯坦的相对论——来解释水星异常的近日点进动。

这些被推翻的假说的例子在科学史中屡见不鲜：自发产生的生命、糟糕的空气和四种基本体液的不平衡会引起疾病、巴斯德关于疫苗如何工作的理论、梅斯默的调节人类健康的不可称量的液体等等。

那么，我们可以相信什么呢？坚持认为电子、原子、黑洞和暗物质是真实的，因为我们可以通过假设它们的存在来解释和预测很多观测和预测？或者简单地承认科学不能支持对抽象的、未被观察到的科学物体和规律属于绝对真理的主张？

有人可能会说，我们生活在一个简单的不能容忍微妙思考的时代。如果科学家不敲“真理”的锣，那么它可能只会加速科学作为“仅仅是另一种观点”的消亡。然而，我认为，这一立场没有给预定的受众以足够的信任，而且声称绝对真理的存在最终弊大于利，不仅是为了科学与公众的互动，也是为了科学的实践。如果数据对科学来说是神圣不可侵犯的，那么就让我们接受科学本身的历史数据吧！

本书节选

早在1667年以及整个17世纪，人们花了大量的时间研究自然界的一种基本物质，叫作“燃素”（phlogiston）。人们观察到，当物体燃烧时，它们的重量就会变轻，同时也会释放出热和光。重量的减少似乎清楚地表明，燃烧的物质在释放热量的同时会损失质量。这种被释放出来并散发热量的东西被命名为燃素。另一个已知的观察是，如果在一个封闭的容器中点燃蜡烛，蜡烛会燃烧一段时间，然后熄灭。由于在大部分蜡烛完好无损的情况下火焰熄灭了，所以燃素说似乎无法解释火焰熄灭的原因。相反，人们假设空气的质量在某种程度上发生了变化。事实上，这一假设得到了观察的支持，即如果蜡烛暴露在新鲜空气中，它就会再次燃烧。从所有这些观察中得出的结论是，要使一个物体燃烧，空气就需要能够吸收它释放出的燃素；燃烧在一段时间后的停止，是因为没有更多的燃素可以被空气吸收。

人们还认识到，空气维持生命的能力与其允许物体燃烧的能力具有相似的性质。换句话说，如果一个人把一个小哺乳动物放在一个封闭的罐子里，它会在一段时间后死亡，剩下的空气无法支持燃烧；相反，如果一个人在容器里燃烧蜡烛，直到它不再燃烧，空气就不能再维持老鼠的生命。令人惊讶的是，如果一个人把植物放进不能支持燃烧或活老鼠生命的空气中时，植物的表现非常好，而且过一段时间空气就可以再次支持燃烧或老鼠的生命。显然，燃烧和动物的生命都导致了燃素的释放，这就是我们呼吸的原因（为了将燃素从我们的身体中排出）。空气只能吸收一定量的燃素，因此只能支持一段时间的燃烧或老鼠的生命。然而，植物从空气中去除了燃素，恢复了其吸收燃素和维持小鼠生命或燃烧的能力。燃素说很好地保持了理论的一致性；所有已知的现象都可以在燃素存在以及空气只能吸收有限的量燃素的前提下进行预测。

随着科学家们开始理解“空气”实际上是不同实体的混合体，对空气进行分馏的研究成为一个丰富的探索领域。当氮气被发现时，人们发现火焰既不能在里面燃烧，老鼠也不能在里面生活。这被解释为燃素化的空气；换句话说，氮气没有吸收燃素的能力。几年后，约瑟夫 • 普里斯特利（Joseph Priestley）观察到一个奇怪的现象，对氧化汞进行加热会使空气退燃素化；换句话说，通过加热氧化汞而得到的空气能够吸收更多的燃素，因此，它增强了火焰的燃烧，而且老鼠在这种空气中的寿命比在正常空气中要长。对燃素的研究似乎是一场胜利，因为每一个关于它的新发现都很好地适用于了一个连贯的理论。

随后的自然科学研究表明，一些物质，特别是金属物质，在燃烧时实际上会变得更重。这对燃素理论来说是一个严重的问题，因为很难解释为什么一个正在失去燃素（和散发热量）的东西会变得更重而不是更轻。人们提出了一些论点试图来解释这一点，但最终表明，当物质燃烧时，它们实际上与空气中所包含的某种东西结合在一起。事实上，根据我们目前的理解，燃素并不存在；相反，燃素的对立面却是存在的（我们现在称之为氧）。蜡烛不是因为空气不能再吸收蜡烛发出的燃素而停止在一个封闭的容器中燃烧；相反，空气中含有一种对燃烧（氧气）至关重要的元素，事物停止燃烧是因为所有的氧气都被消耗掉了。加热氧化汞并不会使空气退燃素化；相反，它会释放出氧气，这是燃烧和生命所需的气体。这标志着概念的倒置，一个范式的转换，其意义不亚于认为地球围绕太阳旋转而非太阳绕地球旋转的观点的提出。

这个故事的重点是一个抽象的实体，即燃素。就像许多科学研究的对象一样，燃素本身从来没有被直接观察到；相反，燃素的影响被观察到了，并被作为它存在的实质证据。正如前面所解释的，燃素的概念可以追溯到对某个东西的存在的猜测，它可以为观察到的现象提供一个解释。随着越来越多的观察证据的出现，它被解释为燃素存在的证据。正如前面讨论过的，追溯过程容易受到“以果证因”的谬误的影响，即：即使燃素存在的假设能够预测所有的观察，但并不意味着燃素必须存在（从逻辑的角度）。然而，燃素的概念确实存在，并且（在一段时间内）非常有效地解释了自然世界。无数的科学家过去一直觉得他们是在“观察燃素”。科学家们研究了燃素的性质，他们可以通过燃烧中燃素的流失来测量其质量，他们可以用燃烧的氧化汞来吸收空气中的燃素，他们可以通过点燃蜡烛来把燃素释放回空气中。

科学家们怎么能够研究一种物质的物理性质，而它却根本不存在于人类的抽象想象之外呢？我们确实需要尊重更广泛的哲学概念，即我们的想象没有什么神奇的，不管我们的理论假说似乎能解释多少；提出一个未被观察到的实体来解释所有观察到的现象，这并不能证明它的存在。从来没有科学家直接观察过电子、原子或希格斯玻色子，但我们确信它们存在，因为我们可以研究它们存在的预测效应。事实上，我们用氧气这个同样抽象的概念取代了燃素的抽象概念，虽然氧气存在的假设比燃素更能解释我们的观察，但它也同样抽象。我们对研究这样的东西充满信心，但最终所有这些东西在哲学上都和燃素没有什么不同。科学家们研究现象，但他们用科学客体来诠释。重要的是要记住，许多科学声称要研究的科学实体将永远遭受潜在的不存在的脆弱性。这也是为什么当一个人假设最初的前提，然后建立起有着强大预测能力的理论时（例如，欧几里得和牛顿），他不能利用其理论的成功作为证据来证明其前提是正确的。它们可能是正确的，但不可能被证明是正确的；一次又一次，“已知的”科学实体和公认的科学前提和原则后来被认为根本不存在，而只是一些概念而已。

资料来源 The Scientist

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本文作者詹姆斯 • 齐姆林（James C. Zimring）是弗吉尼亚大学医学院的免疫学家。