漫话科学哲学:什么是科学解释?

    小时候我就很喜欢思考一些科学之外的东西。数学家发现新定理,物理学家提出新理论,发明家创造新事物,自以为无所不能的科学似乎已经统领了整个人类历史的发展。但是,谁又来思考科学本身呢?于是我常常幻想,如果当初科学没有战胜宗教,世界又将怎样?人类依旧停留在穷困的黑暗社会?还是与大自然和睦相处过着无忧无虑的幸福生活?甚至是凭借直觉和信仰建立了一套能够自圆其说的物理体系,虽然这套体系和我们现有理论大相径庭?无论怎样,如果我们当真生活在宗教胜出的那个平行世界中,我们不但不会质疑这个问题,相反还会问自己如果科学战胜了宗教的话生活会变得多么不可思议。因为“科学”的定义变了。
    我们到底应该如何获取知识,如何探索世界,在这个根本问题上的分歧形成了不同的“科学范式”。一个科学范式下理所当然的东西在另一个科学范式下可能变得无比荒谬,因为它们在科学发展的最底层就已经有了矛盾。当宗教统治人类历史时,宗教便是“科学”;外人看来再不合理的事情,只要是在自己圈子里发展出来的,怎么看都再正常不过。宗教与科学之争其实是两个科学范式之间的战争,它们的争端永远没有办法解决,因为各自的理论在各自的研究方法之下都是正确的,它们本身并无对错之分,谁也说服不了谁。我们或许期待着有那么一套“算法”作为法官来评判哪个科学范式更好,不幸的是这个法官本身所代表的就是第三种科学范式,争端不但没有任何缓和,反而扩大了。
    前几天刚看完《科学哲学》这本书。科学哲学很有意思。这里我举一个有趣例子来说明,科学哲学问题相当值得思考。


    究竟什么才算科学呢?科学究竟是拿来干什么的呢?稍作思考,我想一定有不少人会说,科学是一套可以对我们周围所发生的事情做出解释的系统。不妨把这个系统的每一次应用都叫做一个“科学解释”。究竟什么又是“科学解释”呢?有数学思维,特别是学过数理逻辑的人会想到公理化体系。科学哲学家Carl G. Hempel也是这么想的。他认为,科学解释就是回答一个现象为何发生,这个“回答”必须满足三个条件:一、前提保证可以推出结论,即论证应该是演绎推理;二、前提应该全部为真;三、前提应该至少包含一个普适定律。通俗地说,普适定律就是形如“所有的什么什么都怎么怎么样”的命题,它就像公理一样,是所有人普遍接受的事实。Hempel对科学解释所做出的诠释似乎无懈可击,环视周围正在发生的现象,套用Hempel的理论屡试不爽。书桌上的花为什么死了?因为我的书桌位置太偏僻,无法接收充足的阳光照射;而阳光是植物进行光合作用所必需的;并且没有光合作用,植物将无法制造碳水化合物;而植物缺少碳水化合物将致使其死掉。不小心把手机碰出桌面,为什么会掉在地上?因为地球上所有物体都会受到一个垂直向下的重力,而我的手机失去了桌面的支撑力,因此手机的合力不为0;而不为0的合力将给予物体一个与力的大小成正比的加速度,并且我的手机原本是静止的,因此我的手机将沿重力方向加速运动。
    有趣的是,这个模型是有问题的。在继续读下去之前,不妨先稍作思考。你能想出一些不符合该模型的例子吗?

 
    假设我的桌子上直立着一把尺子,我想知道为什么桌面上的影子有20厘米长。这是可以用科学来解释的:因为尺子的长度是20厘米,而桌上的台灯以45度角照射着尺子;由于tan(45°)=1,利用三角学知识可以计算出桌子上会留下一个20厘米长的影子。在这个例子中,“20厘米长的尺子”是一个前提,“45度角的灯光”也是一个前提,三角学知识和45度角的正切值都是普适原理,通过演绎推理可以得到我们的结论。一切都很符合Hempel的科学解释模型。有意思的事情出来了。让我们换一个问法:为什么我的尺子有20厘米长?我们可以说,因为桌上有一个20厘米长的影子,而灯光正以45度角照射着,根据三角学知识和45度角的正切值可知尺子的长度也是20厘米。注意到,用“20厘米长的影子”、“45度角的灯光”、三角学知识和tan(45°)=1确实可以推出我的尺子有20厘米长,所有前提都为真并包含了普适原理。不过,这并不是“我的尺子有20厘米长”的科学解释。这个问题的真正科学解释是——文具制造机器把它做成了20厘米长。可想而知,手机跌落也不能反过来解释手机没有了支撑力,花儿死了也并没有导致书桌上照射不到阳光。A解释了B,B自然不能反过来解释A,即使A和B是等价的、相辅相成的。
    另一个更荒谬的、更能体现问题实质的例子是,我为什么连续30多天都没来月经(不知在以后的日子里会有多少人因为搜“没来月经”访问到这个页面)?我可以说,这几天正值期中,我要应付很多论文和考试,精神持续紧张,压力非常大;而精神压力会抑制脑下垂体的功能,可能会推迟月经,因此我有可能连续30天以上没来月经。上面的例子中,“我的精神压力大”是前提,“精神压力影响脑下垂体功能”和“脑下垂体影响月经”都是普适定律。由这些前提和定律确实可以推出我们所要的结论。事实上,这几天真的是期中,我真的在忙着赶论文,Blog又是三天没更新了,因此前提也确实都是真的。不过,这一套推理并不是“我30多天无月经”的科学解释。这个问题真正的科学解释是——我是男的,而男人是没有大姨妈的。

    可见,科学解释并不仅仅是一个公理化体系能够说明得了的。上面两个例子的问题到底出在哪儿呢?大家可能很快想到,演绎逻辑与现实生活的差别就是:A确实可以推出B,但并不是A导致的B。问题的本质就在于我上文竭力想避免的一个词:因果联系。我们试图用数理手段给科学解释下定义,不料最终又回到了古老的哲学问题上。究竟什么是“原因”呢?这个世界是由因果关系支撑的吗?当量子理论发展到今天时,我们很难再用平常的眼光来看待因果律。于是,我们再一次回到了起点。没有一个能够判断哪个范式更科学的法官,即便以对现象的解释为标准来衡量科学范式,这个标准本身是什么也存在问题,不同的科学范式之间不可能统一出一个“科学解释”的标准来。
    科学究竟是什么?我们或许还是了解得太少。

42 条评论

  • J

    对于后文事物之间的联系不仅仅有因果关系,还有并列关系,即两者同为第三者的结果,但我们常常是发现不了第三者的,从而误认为是前两者互为因果。对于前文可以说无论宗教或科学只不过是解释世界的2类体系,但无论是谁都不是世界自身的体系,就好像两个对面的人对左右的认识完全对立确又同时正确一样(可悲的是没有第三个人来告诉他们这点)。

  • 燕阳

    我也好久没来大姨妈了。
    啊嘎嘎。。。

  • A13

    aaaa1!!!!!!!!!!!!!!!
    my sofa= =..

  • A13

    ……….ORZ..

  • ykzls

    但是,可是……
    我一直以为你是男的,难道我错了?

  • yz

    正如:
    是吸烟引起肺癌
    还是一个基因同时引起烟瘾和肺癌

  • fanfeilong

    在一个系统里面无法解释的东西在系统扩张之后可以解释,但是已经不是原来系统的解释了。

  • 孔雀

    有这样一个可能,因果关系不是一个“客观实在物”。

  • Assassin.cpy.pku

    2楼 -_-||
    顺便 这几天生物课做题问异化作用类型 总是厌氧啊厌氧啊 我就总想燕仰啊燕仰啊…^_^

  • 阿企

    这个页面通过“没来月经”一词被搜到的可能性是很小的,类似的页面太多了,而且SEO做得都很好,呵呵。

  • menie

    我想起大刘的《镜子》。。

  • gubaiyou

    那知道什么是指数吗?为什么要学指数呢?指数跟我的人生观有任何关系吗?.回答是当然的,当然要学,举个例子”我存100元到银行,一年10%的利率,十年后是多少钱?200元?当然不是,应该是259元,这就是科学,不是吗?

  • menie

    1楼的意思是黑格尔的“否定之否定”吧?的确有这种可能,现在是科学否定了宗教,之后某种认知世界的方式将科学和宗教都局部否定,并吸收其正确的地方

  • bobye

    公理化体系本身的问题主要为:
    1.是否完备,即当前提出的公理是否可以解释或证明一切数学现象,即如何看待不可判命题,如选择公理,连续统假设等。
    2.是否相容,几个公理之间是否存在矛盾
    3.演绎逻辑是否正确,如直觉主义者反对使用排中律。

    事实上,如今的数学已经不认为数学是真理了。

    而对物理来说也几乎不存在所谓科学,事实上人类对诸如万有引力,电磁波没有任何物理认知,人们相信他们存在完全是因为他们有完美的数学表示。比如麦克斯韦通过对电磁理论的研究提出位移电流完全是基于追求麦克斯韦方程的对称性。

    所以所谓科学只是人们认为对当前世界有价值的认知,它完全可以不是真理,我们可以在未来修饰它,在那个时候我们依然认为我们之前错误的认知也是科学的一部分。

  • Mutoo

    我想起了能多数同学们头痛的“定义式”与“决定式”……

  • wuzhengkai

    a->b不代表非a->非b
    这是根本的,也就是说,一个事情可能有几个诱因
    就好像作证明题时,最后一小问问你当XX条件不成立时,(1)中条件是否成立

  • cgy4ever

    “科学究竟是什么?我们或许还是了解得太少。”
    这句话貌似就挺科学的~

  • cat.s

    82啊~东西还木有收到么

  • 于仁颇黎

    在你的右边GOOGLE 广告上出现了,盆腔火的广告,巨汗无比。

  • morrowind

    不太认同博主的推理:

    “一、前提保证可以推出结论,即论证应该是演绎推理;二、前提应该全部为真;三、前提应该至少包含一个普适定律。”

    譬如在月经的例子中,难道“女性”不是一个必须前提之一吗?

    而尺子的例子中,尺子的长度在不同的case中可以有多种解释的原因。影子的长度也完全可以用来解释为什么尺子有20厘米长。比如作业:给你一盏灯,一把尺子,不能接触尺子,如何测量尺子长度?用测量影子的办法就完全可以算对。
    而制造机器有时候也不能算作解释。比如问我为什么会长这样?难道解释就是我妈妈生下我的?

  • sl

    科学应该是指可重复实验,即在相同环境或条件下,不同时间所作的实验结果相同。这是符合记忆本身的特性的,也就是说,记忆这个功能的存在是因为相同的条件下,不同时间的相同行为将会导致相同的结果(或者相似条件,相似结果)。

  • hplonline

    可以搜“没来月经”来到这个页面。

    目前有点小小的前提:site:www.matrix67.com

    要不可能淹没在引擎中了。。呵呵,

  • 傻土豆

    问你个小学奥数题
    一个玩具上有红色和白色按钮各一个,还有100个能站能坐的小木偶,按一下红色按钮就会有一个小木偶坐下,按一下白色按钮就可以使站着的小木偶增加一倍。现在只有两个小木偶站着,要想使站着的小木偶增加到27个,最少按几次按钮?怎样按?
    我虽然能想到是六次,但是我无法证明它是最少的,希望大牛帮帮我

  • turtleizzy

    科学和宗教最本质的差异不在于解释既有现象,而在于预测可能发生的现象。宗教几乎不具备预测能力(也就是说他们的预测能力和乱猜差不多),而科学具有强大的预测能力,因此我们说科学比宗教是先进的。

  • 是上海科技教育出版社出版的吗?作者: (美)罗森堡
    译者: 刘华杰

    ISBN: 9787542836250
    页数: 268
    定价: 20.0
    出版社: 上海科技教育出版社
    丛书: 哲人石丛书
    装帧: 平装
    出版年: 2004-11-1

  • arnan

    在豆瓣搜了下,貌似有很多本书叫《科学哲学》,不知道matrix67看的是哪本?

  • 7SP

    Simultaneous Equation

  • ynifbs215

    让我想起了data mining 里面的association rules,同样有 diaper可以导致beer,但是却不是我们普遍认为的因果关系。

    而或许这是另一种因果关系

  • wcj4ever

    抛弃了利益因素 人总是更愿意去相信,支持自己看得到的东西
    古代物质水平不发达所以人们有了并不完全正确的认识,但这些认识发展了物质使得知识体系更加完善,而新的知识体系亦如此。所以无论是科学还是宗教都不是一个终点,它们只是人类认识道路上的一小段,而到了最后,叫什么又谁去管它呢?

  • ytj

    想起了曼昆的《经济学原理》中的一个例子:
    打火机能引起肺癌,因为拥有打火机的人得肺癌的几率明显大于没有打火机的人。

  • plainroc

    这里似乎存在一个严重的逻辑错误,“如果A可以推导出B,而你观察到了B,那么把B的原因解释为A”这本身就是一个错误的推理过程,因为可能还有无数的A1、A2、Ax都可以推导出B,只有前提是“有且仅有A推导出B”,我们才能在观察到B的情况下给出”A发生了”的解释结论。

  • 木寸木又寸

    以前看到的一个科学哲学说,就像狗不能理解人的思维一样,人有可能理解不了更高级物种的思维,因为人的思维是靠单线输入和输出的(目不两视,耳不两听,口不两说),如果一种东西可以多线同时连接大量数据信息……

  • inus

    某甲将某乙从五楼上推下来,某乙落地后死掉了。通常情况下,某甲应该为此负责,因为我们认为某甲推某乙下楼是某乙死亡的原因。但如果用充分/必要条件关系来检验,这个因果关系就不成立。因为即使某乙不被推下去,他也未必不死,所以某甲推某乙下楼不是必要条件。另一方面,如果某乙落地的地方刚好是一个充气垫子,或者某乙身负绝世轻功,那么他即使被推下去也未必死,所以这里也不存在充分条件。
      这和我们的常识显然是相悖的。由此可见,因果关系不一定是充分条件关系,也不一定是必要条件关系。在这里我们需要INUS定义,它可以帮助我们解决这一问题。
      INUS定义是一个叫马奇的人提出来的,所以它也被称为“马奇定义”。INUS是它的定义的缩写:
      An insufficient but necessary part of a condition which is itself unnecessary but sufficient for the result.(结果的一个不必要但是充分的条件中,一个不充分但是必要的组成部分)
      这句话可以进一步简缩一下,就是:
       所谓原因,就是结果的一个充分条件组中的一个必要组成部分。
      也就是说,假设A和B是两个事件,那么在以下的情况下,我们称A是B的原因:
    1、 A加上其他某些事件,可以组成一个复合条件C,C是B的充分条件;
    2、如果把A从C中间拿掉,C就不再是B的充分条件。
      套用到我们上面的例子中,不难发现:
    1、“某甲推某乙下楼”加上“楼下是硬地”加上“某乙不会绝顶轻功”是“某乙死亡”的充分条件;
    2、单纯“楼下是硬地”加上“某乙不会绝顶轻功”不是“某乙死亡”的充分条件。
      由此我们可以得到结论,“某甲推某乙下楼”是“某乙死亡”的原因。

  • Shadow_Swirl

    其实我一直在想一个问题
    科学的绝大部分都建立在唯物主义哲学体系之上
    然而唯物主义由什么证明

  • Shawn

    其实现有的数理证明本身都是建立在一个科学意义上的二维空间上的,因为信息点没有定义域,作为演绎推理的推导条件就不可能形成有绝对规律的映射–每一个信息点都是自由的,想要解释的话我觉得现有的“科学”理论还不具备支持解释的条件。

  • acai berry

    我被搞湖涂了,科学不是哲学.

  • 坐地铁的

    科学与宗教 就像一枚硬币有 正,反 两面。对立与统一,辩证的关系…

    http://kuoqingyuzhou.blog.sohu.com/

  • Monkey

    哈哈哈~我果然是查“没来月经”进来的哈哈
    不过感到很幸运进来了
    science wander,觉得你并不是真的质疑科学,因为你在用科学的方法质疑,很有趣。

  • 随便逛逛

    让我想起ccav的一个蛋疼节目–《走进科学》

  • 411

    35L:实验哲学.

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