對科學說明標準模型的思考

1、對科學說明標準模型的思考摘 要：亨普爾提出的科學說明模型是當代科學界所公認的科學說明的經(jīng)典理論。他系統(tǒng)闡述了科學說明 的演繹一律則模型（DN模型）和歸納一統(tǒng)計模型（IS模型），這兩種科學說明模型通常被稱為科學說明的標準 模型。然而，亨普爾的標準模型卻存在著對稱性問題、相關性問題、高概率問題、無須定律問題。為了解決標 準模型的問題，雷爾頓提出了 DNP模型。這為科學說明提供了一條可靠的本體論進路。關鍵詞：科學說明；標準模型；定律；本體論一、科學說明的標準模型（一）DN模型在亨普爾看來，科學需要提供說明。對于自然科學， 其主要目標之一就是對物理世界的各種現(xiàn)象進行解釋。74他認為科學說明必須滿足兩個

2、要求，分別是解釋相 關要求和可檢驗性要求。解釋相關要求是，“所引證的解 釋性知識提供了很好的理由來使人相信被解釋的現(xiàn)象確 實會發(fā)生或者真的已經(jīng)發(fā)生過”。176可檢驗性要求指的 是，構成科學解釋的陳述必須是能夠經(jīng)驗檢驗的。” 176 亨普爾進一步指出說明現(xiàn)象、說明語句、說明項、被說C1，C2，ck （先行條件）頊，1_2，J （普遍定律）E （有待說明的經(jīng)驗現(xiàn)象的描述）其中，陳述句C是先行條件，L是普遍定律，二者共 同構成了說明項。C與L合取能夠以邏輯演繹出有待說 明的E,也就是說被說明項可以由說明項邏輯推演出來。 明語句和被說明項的含義。某種解釋所說明的現(xiàn)象稱作 被說明現(xiàn)象，描述被說明現(xiàn)象的語

3、句叫做被說明語句。 系列被說明語句共同形成被說明項。起說明作用的說明 性信息的語句被稱為說明語句，系列說明語句共同形成 說明項。根據(jù)演繹論證，亨普爾提出了科學說明的演 繹一律則模型”（deductive-nomological model），簡稱 DN模型。在DN模型中，結論是被說明句E,說明項由兩 部分組成，分別是一般定律L1，L2,，Lr以及其他斷 言特定事實的陳述句C1, C2，Ck，這兩部分說明項 共同構成了前提集。該模型的結構可寫成如下形式：說明項 邏輯演繹被說明項DN模型需要滿足四項條件：（1）演繹命題（deductive thesis）條件，即被說明項必須是說明項的邏輯結果。（2

4、）覆蓋律命題（covering law thesis）條件，即普遍定律是說明項里必不可少的內容，定律是推導被說明項 時不可或缺的要素。此外，說明項也需要包含先行條件, 即非定律的陳述。（3）說明項至少在原則上可以由實驗 或觀察來檢驗，簡言之，說明項必須要有經(jīng)驗內容。（4） 組成說明項的語句必須為真。這里，前三項共同組成了 DN模型的邏輯條件，最后一項為DN模型的經(jīng)驗條件。（二）IS模型P （。，F(xiàn)） =r （r 接近于 1）Qi亨普爾提出，is模型須滿足五項條件：（1）被說明 項必須有很高的或然性從說明項得出；（2）說明項必須 至少有一個統(tǒng)計定律（3）說明項必須具有經(jīng)驗內容（4） 說明項中的語

5、句必須為真；（5）說明項中的統(tǒng)計定律必 須滿足最大明確性的要求（Requirement of Maximal Specificity， RMS）。這里，前三項共同組成了 IS模型 的邏輯條件，最后兩項為IS模型的經(jīng)驗條件。DN模型和IS模型有著共同點和不同之處。兩者的 共同點主要在于形式上的一致，說明項中都包含了科 學定律。需要注意的是，在亨普爾看來，科學定律對 于科學說明而言是不可缺少的要素，科學說明必須包 含科學定律，這被學界稱為覆蓋律命題。因而，亨普 爾也稱自己的科學說明模型為覆蓋律模型（covering law models）。2412覆蓋率命題在亨普爾的科學說明中 極其重要，然而對于

6、科學定律的闡述，亨普爾沒有給出 令人滿意的回答。盡管他試圖區(qū)分科學定律與偶適概括 （accidental generalization），但卻未能成功。兩個模 型的不同之處有兩個方面：第一個方面是科學定律不同， DN模型中的科學定律是普通定律，而IS模型中的科學 定律是統(tǒng)計定律；第二個方面是論證方法不同，DN模型 運用的是演繹推理，而IS模型運用的是歸納推理。顯然，在自然科學領域，尤其是實際的科學研究中， 不是所有的科學說明都能夠完全符合DN模型和IS模型。 因此，亨普爾提出了三種科學說明的變化形式，分別是 省略說明（elliptic explanation）、部分說明（partial exp

7、lanation） 和說明概略（explanation sketch）。62-64省略說明是省略了先行條件或普遍定律的簡化 說明。部分說明是指被說明項可以只是說明項能夠推導亨普爾注意到，在實際的科學研究中存在概率性, 并不是所有的科學說明都能夠通過演繹論證，由先行條 件和普遍定律組成的前提集推導出待說明項。因此，為 了處理科學研究存在的概率說明的問題，亨普爾在DN模 型的基礎上，提出了 歸納一統(tǒng)計模型”（Inductive- Statistical Model），簡稱IS模型。IS模型的結構可 寫成如下形式：初始條件統(tǒng)計定率使得非常可能有待說明的現(xiàn)象出來的結論的一部分。說明概略是普遍定律太過明

8、顯或 太過復雜，沒法被精確陳述，只能為被說明項提供說明 的方向或概略。二、標準模型存在的問題亨普爾提出的科學說明的標準模型在科學界引起重 大反響。在此之前，許多科學家拒絕承認科學與解釋 相關，標準模型的出現(xiàn)改變了人們以往認為科學不能 提供解釋的傳統(tǒng)觀念。然而，隨著斯克里文（Michael Scriven）、利 昂（Ardon Lyon）、阿 肯斯坦（Peter Achinstein）、薩爾蒙（Wesley C. Salmon）等學者提出 越來越多的反例，標準模型自身存在的諸多問題逐漸暴 露出來。這些問題主要有對稱性問題、相關性問題、高 概率問題、無須定律問題。（一）對稱性問題根據(jù)亨普爾的觀點，

9、說明與預測具有結構同一性, 這個特征有時也被稱為對稱性命題。然而，在實際的科 學研究中，很多科學說明具有不對稱性。如果用A說明 B，就不能用B說明A,否則就會陷入循環(huán)。科學說明應 該是單向的說明，不具有對稱性。例如斯克里文的氣壓 計和風暴的反例：氣壓計讀數(shù)的劇烈變化通常能夠預示 風暴即將來臨，盡管氣壓計和風暴存在一定規(guī)律性的聯(lián) 系，但氣壓計讀數(shù)的變化并不能解釋風暴的來臨。時間 在先的事件不能說明時間在后的事件，氣壓計的變化不 能說明時間在后的風暴來臨。4105如果在科學說明中忽 略了不對稱性，就會造成因果反向或陷入循環(huán)論證。（二）相關性問題盡管亨普爾強調科學說明必須滿足解釋相關要求和 可檢驗性

10、要求，但是他并沒有明確而具體地規(guī)定相關性,使得很多說明符合標準模型的形式，卻不能被視為是科學說明。利昂的金屬受重力吸引的反例如下：所有金屬都導電所有導電的物體都受到重力吸引所有金屬都受到重力吸引利昂的反例完全符合DN模型的形式和要求。首先看 第一個反例，所有金屬都導電”和所有導電的物體都 受到重力吸引”這兩個說明項并不能導出所有金屬都 受到重力吸引”的結論。因為金屬的導電性與其受到重 力吸引是不相關的，金屬具有導電性的原因在于其有引 力質量。因此，亨普爾的DN模型不能排除無相關性的信 息。阿肯斯坦的砒霜反例4 168-171如下:瓊斯在時間t吃了一磅砒霜所有吃一磅砒霜的人都會在24小時內死亡瓊

11、斯在24小時內死了阿肯斯坦的砒霜反例也完全符合DN模型，然而瓊斯吃 砒霜與死亡并不一定相關,實際情況是瓊斯死于車禍?？梢?， 亨普爾的DN模型混淆了導出與說明，無法解決相關性問題。（三）高概率問題亨普爾強調高概率在科學說明中的重要作用。如果 前提不能高概率支持結論，那么說明的有效力則會大打 折扣，不能算是真正有效的說明。薩爾蒙批判了 IS模型 的高概率要求，并列舉了精神治療的反例5:大多數(shù)有N型神經(jīng)官能癥的人經(jīng)過精神治療后會病愈瓊斯得了 N型神經(jīng)官能癥并經(jīng)過了精神治療（r）瓊斯病愈根據(jù)IS模型，如果r是高概率，那么這個說明就是 有效的科學說明。然而，得了 N型神經(jīng)官能癥的人中有 很大比例即是不經(jīng)

12、過精神治療也能病愈，所以瓊斯病愈 的原因不一定是經(jīng)過了精神治療，很有可能是自愈。因 此，不論r是高概率還是低概率，都不能為結論作出有 效說明。因此，亨普爾IS模型的高概率要求既不充分也 不必要。（四）無須定律問題在日常生活和科學研究中存在著大量無須定律的實 例。最經(jīng)典的兩個例子是斯克里文提出的墨水污染地毯 反例和威廉大帝擊敗蘇格蘭王卻又不入侵蘇格蘭的反 例。回477-482第一個反例是約翰教授的書桌旁的地毯上有 一塊污漬，教授解釋是自己將墨水打翻造成地毯污漬。 斯克里文認為這個解釋已經(jīng)很完備，既不需要論證，也 不需要任何定律來說明。如果按照亨普爾的標準模型， 引用萬有引力定律并規(guī)定初始條件的話

13、，只會使得解釋 愈加繁瑣復雜。第二個反例是威廉大帝擊敗蘇格蘭王卻 又不入侵蘇格蘭，對于這個事件的解釋是威廉大帝想通 過擊敗蘇格蘭王迫使其效忠于自己，以此來鞏固北方邊 界。這里也無須任何定律。在DN模型中，定律起了本質 的作用，如果作為本質的定律被取消掉，這就動搖了作 為普適模型的DN模型的根基。731三、標準模型的出路國內外學者從不同的研究進路出發(fā)，提出了標準模 型的替代方案，以期實現(xiàn)更好的科學說明。按研究進路 區(qū)分，大體可分為認識論、模型論、本體論這三大進路。 其中，本體論進路受到國內很多學者的支持?？茖W說明 的本體論進路主要是指科學說明要揭示現(xiàn)象的因果和內 在機制，闡明它在整個自然圖景和層

14、次結構中的地位, 而不是什么論證。732雷爾頓是本體論進路的代表人物之一。（decuctive-nomological model of probabilistic雷爾頓提出了 “概率說明的演繹一律則模型” explanation），簡稱DNP模型。該模型形式如下：8218a理論推導出b形式的統(tǒng)計定律理論推導tP （冬，t） =r統(tǒng)計定律一cFe，to初始條件 演繹論證dP （條to） =r事件傾向一e& t0附加說明DNP模型的核心思想是科學說明需要闡明內在機制， 在雷爾頓看來，尋找說明就是尋找內在機制。9115雷 爾頓的DNP模型有五個特征：第一，在該模型中，所有 說明都是客觀的；第二，說

15、明是提供相關信息；第三， 說明既需要定律也需要內在機制；第四，該模型預設了 非決定論，強調真正的概率說明需要概率定律；第五， 概率說明不需要高概率要求。9117雷爾頓的DNP模型對量子力學給出傾向解釋。在他 看來，概率是單個機會系統(tǒng)產(chǎn)生特定結果的物理傾向的 強度的表達，它可以直接適用于單個事例，并（在相關 意義上）對最終實現(xiàn)的結果負有因果責任?；?22因此， 我們需要通過量子力學計算出某事件發(fā)生的概率傾向 性，才能說明該事件發(fā)生的內在機制。9117然而，DNP模型也存在一些弊端。一方面，DNP模 型的適用范圍有限，它忽略了日常生活中的非量子力學 情況下的概率事件，例如，天氣預報、賭博等，這些事 件有關的概率不是來自任何潛在的物理不確定性，而是 來自初始條件的未知或不受控制的散射?；?23另一方面， DNP模型的要求過高，使得簡單問題復雜化，例如，冰 在溫水中會逐漸融化，這一事件原本只需