理論創新的經驗新奇性指標論文

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理論創新的經驗新奇性指標論文

　　摘要：科學理論的經驗新奇性是科學創新的合理指標之一。經驗新奇性要求理論推出的與觀測型經驗問子相符的新奇理論型經驗問子越多越好。協調力模式給出了經驗新奇性的量化評估方法。經驗新奇性不是對新奇現象的解釋，而是預言的新奇現象得到觀測型經驗問子的驗證。一個理論面臨經驗新奇性沖突這一事實并不能充分決定對該理論的拋棄，因為沒有拋棄該理論的充分理由。

理論創新的經驗新奇性指標論文

　　關鍵詞：科學理論經驗新奇性指標

　　一、經驗新奇性的定義

　　科學理論的進步和創新有許多指標，給每一個指標下一個明晰的定義是必要的，因為規范地描述科學史需要形式化的，實際可行的分析機制。我的定義方法是以問子和解子為基本概念，通過理論與理論之間的不對稱性比較來凸現理論的高低、優劣。在給科學理論的經驗新奇性下定義之前，需要先解釋一下“問子”和“解子”等相關概念。任何單一的指標都包括沖突和協調兩個方面。在理論之間的不對稱性比較之下，以任一單一指標為天平，則天平兩端的理論可能表現出輕重或優劣的不同。這時，較差的的理論表現了該指標的沖突方面；較優的理論表現了該指標的協調方面。任何理論都由兩部分構成，即問題部分和對問題的解答部分。問題部分由問子和提問方式構成。問子是那些我們感到好奇，渴望理解并對之提問的東西。提問方式有“為什么?”“是什么?”“怎么樣?”“是否如此?”等等。解答部分由解子或解子的聯結構成。解子是所有單一的內在策略和外在策略的通稱。內在策略構成判斷理論之間關系的內在理由，它表現為靜態的觀念形態，有定義、假設、定律、原理、規則、方法，等等。外在策略構成判斷理論之間關系的外在理由，它表現為動態的非觀念形態，如觀測、實驗的過程，技術客體的功能釋放，科學共同體的確認，政策支持，等等。

　　當我們感到有必要以某種方式對某個或某些經驗事實或檢驗蘊涵提問時，就形成經驗問題。被提問的經驗事實或檢驗蘊涵叫經驗問子。對經驗問題的解答形成經驗解子。經驗問子有兩種，一種來自觀測實驗，它是經驗事實，可以根據不同的提問方式產生一個經驗問題集，可稱之為觀測型經驗問子。“蘋果落地的原因是什么？”對于這一經驗問題，牛頓的回答是：“在地球與蘋果之間有相互引力。”フ飫錚“蘋果落地”就是一個觀測型經驗問子，牛頓的解答就是一個經驗解子。另一種經驗問子來自理論，它是從理論中推導出來的，是理論的檢驗蘊涵，原則上可以通過觀測實驗檢驗，它本身也可以產生一個經驗問題集，可稱之為理論型經驗問子。愛因斯坦的相對論預言光線彎曲，則相對論的一組推導前提是經驗解子，“光線彎曲”是理論型經驗問子。如果不是從提問的角度，而是從回答的角度看，理論型經驗問子同時也是最低層次的經驗解子，它是對經驗事實的最簡單、最直接的回答。

　　根據上述定義和理論比較的不對稱性關系，可以給經驗新奇性定義如下：

　　在理論T和理論Tˊ的時刻的比較中，T面臨經驗新奇性沖突（“新奇性沖突”是“表現了新奇性的沖突方面”的簡稱。以下說法相同），Tˊ呈現經驗新奇性協調（“新奇性協調”

　　是“表現了新奇性的協調方面”的簡稱。以下說法相同），或者說，T的經驗新奇性協調力下降（記為ET↓，讀為“時刻的理論T的經驗新奇性協調力下降”，以下讀法相同。）且Tˊ的經驗新奇性協調力上升（記為ETˊ↑）上升，當且僅當，在時刻，T的經驗解子j能導出m種不同的與觀測型經驗問子相符（“與觀測型經驗問子相符”記為г）的新奇（“新奇”記為）的理論型經驗問子（記為T（j→（гw）m），Tˊ的經驗解子j能導出n種不同的與觀測型經驗問子相符的新奇的理論型經驗問子（記為Tˊ（j→（гw）n），且n＞m≥0。這里的“相符”指不超過時刻規定的誤差。

　　該定義以符號表示為：

　　ET↓∧ETˊ↑←→T（j→（гw）m）∧Tˊ（j→（гw）n）∧（n＞m≥0）

　　二、新奇預測與經驗驗證

　　具體的科學理論是普遍性經驗陳述或普遍性經驗陳述的有機組成或集合。理論有了普遍性，就有了推測未知事物或事件的能力，從而幫助我們檢驗理論、科學決策、合理行動。不同理論的預測力可能有很大的差別，有些理論只能作出一般性的預測，而另一些理論可能作出新奇的預測。例如，“所有天鵝都是白的”這樣的理論會預測下一次見到的天鵝一定是白的；落體定律會幫助我們預測從高塔上落下的石頭在一定時間內落下的距離。但是，這些預測都不具有新奇性，而且預測的次數也無法統計。一個具有新奇性的理論應該基于它能作出新奇的預測。這種新奇性由預見與已有知識的距離來衡量，距離越大就越新奇。什么叫距離大？就是預測到的現象基于我們的備用知識是我們從不知道、無法理解或不能接受的。比如門捷列夫的元素周期律預言了許多未知元素，牛頓力學預言天王星、海王星和冥王星的存在，愛因斯坦的廣義相對論預言光線彎曲、光譜線紅移和水星近日點的進動，狄拉克的空穴理論預言反粒子的存在，等等，當初這些現象被提出時，基于人類當時的備用知識，我們確實不知道，也無法理解，甚至不能接受，我們說這些預測具有新奇性。這些預測后來都得到經驗的驗證。波普提出相對于背景知識的嚴峻檢驗，主張理論作出的預測越大膽、越新穎越好，因為大膽、新穎的預測具有更強的可證偽性。可證偽性要求的理論的新穎只是理論上的，還沒有經過事實的檢驗，只能說是概念上的新奇，而經驗新奇性所說的新奇已經得到觀測型經驗問子的驗證。

　　還有一種預測的現象也可以認定是新奇的。這些現象是我們習以為常的，但根據當時的備用知識不能恰當地理解，準確地預測。例如，預測某地某時會下雨，預測太陽某時會從東方升起，雖然下雨和太陽東升都是常見的現象，但是在最初我們沒有一種備用知識來理解它，預測它的情況下，有人提出了恰當的理論來預測這種常見的現象，我們就可以說這種預測的現象也具有新奇性。例如，古人認為下雨是天神灑淚，打雷是天神發怒，風云是天神呼吸；太陽是天神的眼睛，在古代中國，太陽和月亮是天神盤古的眼睛，盤古駕九龍車馳騁天宇；在古印度，太陽神蘇雅是天的眼睛，蘇雅乘七馬車飛馳太空。對自然現象的這些理解似乎是對世界的斷言，但不可能據此作出預測，無法檢驗，只能滿足心理需求。不過，一旦我們構造的理論不僅能解釋這些現象，還能給出關于這些現象的精確預測，這些現象就變成新奇的了。新奇性意味著理論蘊涵很大的經驗信息量和具備非凡的解釋力，導致人類可理解的經驗知識的異常擴展。在科學上，存在一種最小-最大策略：理論的外在形式向最小處濃縮，理論的內在信息量向最大處擴展。追求理論的新奇性協調力與盡量擴大理論所蘊涵的內在信息量是一致的。

　　勞丹的解題模式并不特別強調預測的重要性，因為在勞丹看來，預測也只是解題。如果兩個理論T和Tˊ在其他方面成績相當，但Tˊ比T能作出更多的新奇預測，這只不過說明Tˊ比T更能解題。從解題的數量來看，這是可以理解的。但是，如果兩個理論T和Tˊ在其他方面成績相當，而Tˊ作出了一個新奇的預測，T只作出一個一般的預測，那么Tˊ和T哪個重要呢？勞丹顯然沒有從解題的質量上看問題或理論的價值，在評價經驗問題的價值時，勞丹認為一個問題，只要被解決了，價值就自然上升了，這當然也就意味著解決這個問題的理論的價值也自然上升。這樣，我們就無法根據勞丹的理論判斷理論作出新奇預測的重要性，更談不上對新奇預測的事實驗證了。

　　預測現象比解釋或說明現象要困難得多。待解釋或說明的現象是已知的，凡已知現象都可以給出各種各樣的解釋性的或說明性的理論，發明理論的主觀性很強，要想在已知現象與某個理論之間建立一種邏輯上的聯系并不是很難的事。例如，某人長得很像他（她）早已去世的祖先，我們可以發明很多理論來解釋或說明這個現象。可以想象一種靈魂實體，認為這個人的祖先的靈魂轉世投胎了。還可以想象一種基因實體，認為這個家族的某些遺傳基因呈現顯性的結果。無論你懷有什么信仰，你都可以設計出適合你口味的解釋現象的理論來。所謂“事后諸葛亮”很多，道理就在這里。而要預測現象，特別是奇異現象，就不是那么容易了。因為預測的現象是未知的，要求從理論中推出事件，并希望它在事實上出現或再現，就對理論設計提出更高的要求，可設計的理論必然被限制在更小的范圍中，隨意性大大降低了。所謂“事前諸葛亮”很少，道理也在這里。因此，預測和解釋（或說明）雖然在邏輯上對稱，但在重要性上是不對稱的。經驗新奇性不是對新奇現象（即觀測型經驗問子）的解釋，而是預言的新奇現象（理論型經驗問子）得到觀測型經驗問子的驗證。20世紀20年代生物學中的“新活力論”用“隱德萊希”或隱蔽的“活力”解釋生命現象，這個理論不能給出任何關于生命現象的預測，只是當人們發現某些新奇的“有機定向”類型的事實后，它才能給出特設性的解釋。所以，就目前而論，“新活力論”仍然沒有任何經驗新奇性可言。一個理論如果能作出與事實相符的新奇預測（當然越多越好），那么它必定能增強理論的經驗新奇性協調力。當然，這種協調力的作用不能夸大。拉卡托斯把出現戲劇性的，出乎意料的，驚人的預測并得到經驗驗證看成研究綱領在經驗上進化的核心標志，則是過分夸大了理論的經驗新奇性的重要性。

　　三、經驗新奇性的不充分決定

　　一個理論面臨經驗新奇性沖突這一事實并不能充分決定對該理論的拋棄，因為沒有拋棄該理論的充分理由。

　　首先，理論的經驗新奇性協調只是理論協調力的一部分，一個面臨經驗新奇性沖突的理論很可能在其他協調力方面比較突出，所以在綜合協調力比較中不一定是較差的。例如，比較理論T和Tˊ，在t時刻，T面臨經驗新奇性沖突，Tˊ呈現經驗新奇性協調；同時，Tˊ面臨經驗一致性沖突，T呈現經驗一致性協調；再假定t時刻的T和Tˊ的經驗精確性相等，則可以斷定，理論T和Tˊ的預測力是等價的。在這里，理論的預測力是由理論的經驗新奇性、經驗一致性、經驗精確性共同衡量的。

　　其次，經驗新奇性協調力決不能走向極端，決不能要求一個理論能夠在一切可能的范圍內預測每一個可能的事件，也決不能要求理論所預測的每一個事件都能得到觀察實驗的驗證。能夠預測一切的理論實際上什么都不能預測，因為預測基于對事物本質和規律的認識，而不同的事物具有不同的本質和規律。當然，理論的深刻性協調力可以幫助我們擴大理論預測的范圍，但無論如何，包測一切的理論是沒有的。我們可以努力逼近某個協調力的目標，但永遠不可能達到那個終極的目標。

　　第三，任何理論，無論其預測力多么強，都不可能作出無數的新奇預測。一個理論作出了新奇預測，其預測的事物或事件可以被看作理論型經驗問子。在計算理論的經驗新奇性協調力時，所統計的新奇的理論型經驗問子數是與觀測型經驗問子數相符的那部分，未經觀測型經驗問子驗證的部分不予統計。經驗預測牽涉驗證的問題，即與觀測型經驗問子相映照的問題，一些理論在一定時刻面臨經驗新奇性沖突，可能是因為它預測的理論型經驗問子暫時因為背景條件的限制還沒有得到觀測型經驗問子的驗證，而一旦背景條件成熟，其新奇的理論型經驗問子可能得到驗證，從而提高其經驗新奇性協調力。牛頓理論預言的天王星的軌道，愛因斯坦廣義相對論預言的光線彎曲都不能用肉眼直接觀測，只有具備一定的外在工具和條件才有可能獲得觀測型經驗問子的驗證。

　　第四，一個經驗新奇性協調力不高的理論有可能跟以后發展起來的其他理論組成復合理論，使復合理論的經驗新奇性協調力上升。例如，達爾文進化論對生物物種的變化就提不出什么新奇的預測，它不能告訴我們某一物種在某一時段會進化成什么樣子，也不能預測在某一時段會出現什么新物種。但它與現代生態學、遺傳學結合起來，就可能作出新奇預見。例如，兔子過多或過少對生態平衡都不利，澳大利亞政府鑒于兔子繁殖過多，就用兔瘟來控制兔子的數量。按照進化論、生態學和遺傳學理論可以預測會出現新的兔種。因此，一個理論可以通過這種間接的方法提高其新奇性協調力。

　　第五，理論預測能力的最后極限難以確定。就目前的科學而言，對于原子和量子的運動，根本無法預測。根據測不準原理，若將電子的位置計算準確，則其速度就測不準；反之，若將其速度計算準確，則其位置就測不準。但是，“迄今所說的測不準，可能是由于知識的缺乏，到知識增長后，或可成為決定論。”“將來或有一日，有一新的力學理論產生，使個別的分子、原子與電子有變得可以測量的可能，但至今尚無此種學說的征兆。”“我們在一小的誤差限度內，可以預言英國一年將有多少嬰孩死亡，或者預言某一年齡的人，可再活多少年。但是我們不能預言某一嬰孩是否會死亡，或者某一保險憑單何時會來兌款。這里也如上述，或有一日，新的知識與技術，有可能給予我們預知的新本領，但至今還沒有征兆。”“為了求得有效的意志自由，自然界必須是有秩序的。……科學演進的下一階段，或許是又向機械哲學方向擺動。”［1］（P 619-620）

　　經驗新奇性沖突不完全決定理論的放棄，同樣，經驗新奇性協調也不完全決定理論的接受。經驗新奇性協調與經驗新奇性沖突是相對而言的，一個理論T在一定時刻相對于理論T1呈現經驗新奇性協調，與另一理論T2可能呈現經驗新奇性沖突；而且，理論本身在發展中，隨著時間的流逝，兩個理論在經驗新奇性協調力上的力量對比可能發生變化，原來在經驗新奇性上處于上升態勢的理論可能喪失優勢。科學家在一定時刻決定對一個理論的接受取決于該理論的綜合協調力，如果在該時刻，該理論的綜合協調力最強，則暫時接受它，同時圍繞該理論做做常規性的工作。但是，經過科學共同體的一段時間的研究理論，理論的綜合協調力的狀況也會發生變化。所以，即使是決定理論接受的綜合協調力只有在一定時刻或時段才有意義。

　　參考文獻：

　　［1］ W.C.丹皮爾.《科學史及其與哲學和宗教的關系》［M］，商務印書館，1997.

　　［2］馬雷.《進步、合理性與真理》［M］，人民出版社，2003.

　　［3］馬雷.《沖突與協調——科學合理性新論》［M］，商務印書館，2005.

　　［4］勞丹.《進步及其問題》［M］，上海譯文出版社，1991.

　　［5］林定夷.《科學邏輯與科學方法論》［M］，電子科技大學出版社，2003.

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