科学哲学导论约定检验

科学定律、综合命题、

科学理论检验的逻辑刘华杰北京大学哲学系

2015.05.07首页上的三人庞加莱：科学理论的约定论石里克：科学理论的逻辑经验论康德：科学理论的先天综合论各有各的道理。均非凡人、初学者所理解的那样！今日讲两个问题：（1）科学理论的本性，（2）科学理论检验的逻辑。目录反事实条件句，科学定律的本性，从约定论视角看能量守恒定律，分析命题与综合命题，科学理论的检验：太阳系行星发现案例，检验的逻辑。

一、科学定律是？科学定律不同于所谓的自然定律。反事实条件句（counterfactualconditionals）（新版第30页）虚拟语气。古德曼（NelsonGoodman）反事实条件句反事实条件句：“如果爱因斯坦在今日中国的大学任职，肯定会下岗。”Goodman的3F书中第一章。造句：如果“我”当上教育部长，就把北大合并到清华，从而创建世界一流大学。（？）如果没有地震，地球就倒转。（？）电视片《假如人类消失》。中国人不习惯反事实条件句？反事实条件句子例子(罗森堡p.39)钚(Pu)为94号元素，原子量239.244；金（Au）为79号元素，原子量196.966.A：所有实心球状纯钚的质量不超过100000kg；B：所有实心球状纯金的质量不超过100000kg。两句区别何在？链式反应临界质量。反事实条件句子，例子如果情况是这样的：月球确实是由纯钚组成的，那么会有这样的情形：月球的质量就应当不超过100000千克。如果情况是这样的：月球确实是由纯金组成的，那么会有这样的情形：月球的质量就应当不超过100000千克。经验上我们知道，前件和后件都假。第一句正确，第二句不正确。区别何在？关于钚，有一条科学定律；关于金，只涉及偶适的概括。前者依科学定律为真；后者不涉及特定的科学定律，理论上可以为假，即有可能存在那样的纯金天体。科学定律与反事实句的关联回顾牛顿第一定律理想气体定律。疑问：此关联意味着什么？反事实条件句与科学定律之间究竟是什么关系？表面联系还是根本性的联系？实验室科学与大自然的实际运作之间自然科学也是地方性知识（localknowledge，indigenousknowledge）西方的自然科学从根本上讲意欲反自然？［何谓自然？S.Mill悖论］科学定律究竟是什么？“发现”与“发明”之间。越来越模糊。科学定律：实在论与工具主义、约定论。科学定律再上升可得到科学原理，如能量守恒原理，哈密顿最小作用原理，它们对于科学非常重要。科学定律是可错的定律（或原理）具有普遍性，可是它们具有必然性吗？实验能够证明或者证伪一般定律和原理吗？科学定律具有什么样的命题形式？西方经验论传统休谟庞加莱费曼庞加莱（彭加勒）1854－1912案例：能量守恒原理是自然铁律？这一自然科学原理的通常的叙述。真理？必然性？能量守恒与“物理－能量守恒与转化”定律。能量守恒，哈密顿原理,Poincarésaid:T+U＝const.T

为动能；U为势能。T+U+Q=const.,其中Q为内能（热、化学、电等）.φ（T+U+Q）是常数。“严格说来情况并非如此。在依然是常数的函数中，没有一个函数能够严格地放在这种特殊形式之下；因此，怎么在它们中间选择可以称之为能量的函数呢？我们没有任何手段去指导我们作出选择。”（HP，p.99）《科学与假设》第8章,Poincarésaid:“对我们来说，能量守恒原理只剩下一种陈述：存在着依然是恒定的某种东西。”“在这种形式下，它也超出了实验所及的范围，并变成一种同义反复。”“很清楚，如果世界受规律支配，那么将存在始终是常数的量。像牛顿定律一样，由于类似的理由，建立在实验基础之上的能量守恒原理不再能够被实验否证。”（HP，李醒民译本，p.99）Poincarésaid:“由于我们没有给出能量的一般定义，因此能量守恒原理仅仅意味着存在着保持不变的某种东西。好了，不管未来的实验给予我们关于这个世界的新概念是什么，我们总能预先保证，将存在保持不变的某种东西，人们可以称之为能量。”（p.126）一种信念，有用的信念，不一般的信念。Poincarésaid:“但是，如果这个原理有意义，它就可能为假；也许我们没有权利无限地推广它的应用，可是在该术语的严格意义上，它预先肯定可以检验；然则我们如何知道它什么时候将获得我们能够合理地赋予它的一切推广的呢？只有当它不再对我们有用，即不再使我们正确地预见新现象之时。在这样的情况下，我们将确信所肯定的关系不再是真实的；否则，它可能是富有成效的；实验即使不直接与该原理的新推广相矛盾，但也可以宣布它不适用。”（p.126）Poincarésaid:“在每一个特例中都可以清楚地看到能量是什么，至少能够给它一个暂时性的定义；但是要找到一个普遍的定义则是不可能的。“如果我们力图把这个原理加以十分普遍的阐述，并把它应用到宇宙，那么我们就会看到它化为乌有，也可以说，除了存在着某种依然是恒定的东西之外，它什么也没有留下。”（p.102）“玩童”费曼

（RichardPhillipsFeynman，1918-1988)《物理学定律的本性》

第三章伟大的守恒定律国际象棋中“象”的位置法拉第发现的电荷守恒：大金属球壳。电荷以基本单位的倍数出现。《费曼讲物理入门》第4章能量守恒“想像有个孩子，我们叫他淘气鬼丹尼斯吧，他有一堆积木，这些积木绝对不会损坏，也不能分成更小的小块。每一块积木都与其他积木相同。我们假设他有28块积木。每天早上，他妈妈把他连同他的28块积木一起留在一个房间里。到了晚上，他妈妈出于好奇，仔细地对积木进行了点数，于是发现了一条唯象定律：不论丹尼斯怎样玩积木，积木数目总还是28块！”

（pp.67-69）费曼说：“这种情况持续了若干天，直到有一天，积木只有27块了……”不守恒了？仔细检察，发现窗外还有1块，加起来还是28块！又守恒了。费曼说：有一天母亲发现只有25块了，窗外没有，她猜测丹尼斯把另3块藏起来了，她注意到地上有一只玩具盒，她猜测3块可能就在那里，但丹尼斯不让打开盒子检查。她说：没关系，我知道这个盒子空着的时候的重量是16盎司，每1块积木的重量是3盎司，我称一下盒子就知道了。费曼说：总数＝看到的积木的个数＋（盒重－16）／3.＝25＋3＝28！但是过了一段时间，总数又不对了，污水槽中的水变深了。水中没有积木时水深6英寸，水中加一块积木水面升高0.25英寸。新的计算公司出炉：总数＝看到的积木的个数＋（盒重－16）／3＋（水面高度－6）／0.25.对于能量，类比相似的地方，比积木复杂。但守恒原理差不多。能量可取连续值，不同于一块一块的积木，可能出现6.25块！积木数是如何守恒的？27,25,藏起来不让看，间接探测,沉入水里，计算水体积.费曼说：“能量有多种不同的形式，每种形式有一个表示能量的公式。这些形式是：引力能、动能、热能、弹性能、电能、化学能、辐射能、核能、质能。如果我们把每种贡献的公式加在一起，它的总量就不会变化，除非有能量进出。“重要的是认识到，在今天的物理学中，我们并不知道能量究竟是什么。我们并没有一幅图像，把能量摹想为有确定大小的小团，它不是那样的。”（p.69）分析命题与综合命题分析：不求助于外部世界，不需要经验，逻辑自身。可以保真值，无经验意义。

李克强嘲讽的：证明‘你妈是你妈’！综合：必须借助于关于外部世界的经验、数据。无法保真值，有经验意义。割裂起来，孤立来：分析看起来非常好，综合看起来有麻烦。现实中两者都使用，性质也差不多，都无法保真值。波普尔与康德从康德先验论那学到一些，但没全接收。实际的认知过程中，就某一环节而论，人是“先验地”有知识的。对于一定意义上的先验性波普尔并不否认，但波普尔认为知识是可错的，没有必然性。康德认为人把规律强加于大自然，而这些规则还是必然正确的。波普尔只能认可前半句，后半句不认可。逻辑经验主义与波普尔一样。关于康德的先天综合判断如果有，它就有可能解决自休谟以来知识论上的一个巨大困惑。有没有这种东西？真的盼望有！却没有！逻辑经验主义、现代的经验论都认为没有。石里克说：经验主义可以被定义为主张没有综合先天知识的观点。如果整个经验主义要压缩为一句话，则这就是一种表述。康德深受数学和牛顿力学影响几何学给康德提供了综合先天知识的一个主要的实例。至少他这样认为。“从现代的观点看，情况看来是非常不同的。康德不会为他的错误而受责备，因为在他的时代，非欧几何还没有发现。对于他来说，不可能以其他的方式来思考几何。事实上，整个19世纪，除了少数几个勇敢分子如高斯、黎曼以及赫姆霍兹以外，甚至数学家们都认为康德的观点是理所当然的。”（卡尔纳普，p.177）康德的信念康德坚持认为，一种先天的知识，是必然的知识，它不能为经验所反驳。但是我们现在的看法是，如果几何学有先天的意思，则它不告诉我们有关现实世界的任何东西，将逻辑必然性与关于世界几何结构的知识结合起来的陈述是不可能的。（卡尔纳普）看两对范畴：分析/综合；先天/后天：第一种理解［现在的理解］分析综合先天后天（经验的）第二种理解（康德“先天＋综合”理解，据R.Carnap）：分析综合？康德认为存在的一个知识区域先天后天（经验的）自然科学定律反映了什么？自然科学定律就命题形式而言是综合命题，而且是全称的！这类命题的风险非常大！1）逻辑的必然性？No.2）大自然的必然性？模糊。你会说，世上总是有某种必然性，但说不清楚。求助于因果性？逻辑经验主义者不想这么做。即使求助于因果性，也没有最终解决问题，因果性是什么？规律（law）可不可以被违背？这是个重要的科学哲学问题。但学者很少直面它！人们常说“受到自然规律的惩罚”“规律是不可违抗的”。前者相当于承认可以违背！无论法律还是科学定律其实都是可以被违背的！（见《学妖与四姨太效应》，田松、刘华杰著，上海交通大学出版社2012年）关于能量守恒定律的小结分析与综合，有意义与保真可以两全吗？熊掌与鱼能量守恒原理属于经验科学的原理经验科学中的陈述（命题、判断）有经验意义，属于综合陈述，是可错的。它不同于分析陈述。分析陈述可以(不是必然)保真。一般意义上的能量守恒原理并没有得到严格证明，我们只是相信它是对的。对于宇宙尺度，若坚持能量守恒，我们甚至不知道能量是什么意思。是否存在康德意义上的“先验（先天）综合判断”？我们已经讲过，经验论科学哲学家认为不存在。二、科学方法论：检验蕴涵波普尔的演绎检验法：把科学方法论中没有逻辑确定性的归纳，转变成有逻辑确定性的演绎［但不能夸大这一点］。倒过来。波普尔称之为试错法、批判法。得到科学家的高度响应。先猜一猜，再检验。再猜、再检验。能动的过程。逻辑关系是，若T则O，看看是否有O。有则表明猜得有理，无O则表明无理。检验的逻辑T→O，其中T为理论，O为观察。否定后件:(～O)→(～(T))。注：有O，只是确认了T一次，并没有严格证明T。复杂化：有合取的情况T∧A→O，其中T为理论，A为辅助假说（可以不止一个），O为观察。等价形式：(～O)→(～(T∧A))等价形式：(～O)→((～T)∨(～A))这意味着什么？看太阳系行星的发现与牛顿力学的检验。科学史案例：发现海王星/检验牛顿理论太阳系行星相对大小太阳系科学史案例：发现海王星海王星是如何被发现的？赫歇耳兄妹偶然发现天王星（1781年，Uranus）。此前4人共23次“发现”过U，不算发现。天王星运动有些异常(2角分)＝1度的30分之一。钟表面板上1分钟＝6度。观察结果证伪牛顿引力理论还是别的？发现海王星的经过实地的观察与牛顿的引力理论蕴涵相矛盾。两种选择：1）牛顿引力理论错了；2）牛顿引力理论没错，但原来没有被清楚表述的某个辅助假说可能错了。假定牛顿引力理论仍然正确，计算出新的天体的位置，结果真的找到了一个新天体：海王星！太阳系天体模拟运行U＝天王星，N＝海王星，P＝冥王星英国Adams,法国LeVerrier亚当斯1845年9、10月间向查理士和艾里报告，请求用大望远镜观察。但无人理。勒维耶一开始用木星和土星的摄动解释，后来发现不行。1846年8月31日勒威耶的报告《论使天王星运行失常的那颗行星，它的质量、轨道和现在所处位置的结论性意见》，德国柏林天文台34岁的伽勒最终于9月23日找到。Adamsvs.LeVerrier

Adamsvs.LeVerrier

LeVerrier海王星Neptune“哥白尼的太阳系学说有三百年之久一直是一种假说，这种假说尽管有百分之九十九、百分之九十九点九、百分之九十九点九九的可靠性，但毕竟是一种假说；而当勒维耶从这个太阳系学说所提供的数据，不仅推算出一定还存在一个尚未知道的行星，而且还推算出这个行星在太空中的位置的时候，当后来伽勒确实发现了这个行星的时候，哥白尼的学说就被证实了。”恩格斯，《路德维希·费尔巴哈和德国古典哲学的终结》如法炮制：发现“新行星”冥王星T∧A→O，又发现海王星的运动也不规范(～O)→((～T)∨(～A))如法炮制：依然假定牛顿引力理论是正确的。的确有效：1930年汤博找到了冥王星。再来一次如何？守株待兔。再来一次？水星近日点进动（旋进）对于水星近日点的旋进（旧译“进动”）。近日点在其轨道平面上移动，每100年向前移动5601’’（角秒）又有人照葫芦画瓢，设想水星与太阳之间存在一颗未被发现的行星，而且起了名字牛顿力学只能解释5558”，还差43”（角秒）但是，这一回牛顿引力理论真的错了，要用到爱因斯坦的相对论了！按广义相对论，能够解释43”.03。事情并没有结束涉及定义：啥叫行星？太阳系有几颗行星？9大，10大？“2005年7月29日，美国加州理工学院行星科学教授麦克尔·布朗宣布发现太阳系中又一颗比冥王星还大的新天体，并直接将其称为“第十颗大行星”。“2003UB313”、昵称“齐娜”“距离太阳的距离约为冥王星到太阳平均距离的2倍，目前估测直径约2600公里，超过冥王星。但它其实是一个典型的柯伊伯带天体(Kuiper

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