5. 科学可以概括为实践吗?

我认为科学可以概括为实践是检验真理的唯一标准。这对么?有什么更好的看法吗?

对于科学来说,实践确实是检验真理的唯一标准。但我们在这样说的时候,也仅仅明确了实践是一个检验标准:如果什么都没有,我们检验什么呢?所以光有一个检验标准是产生不了科学的。中国人历来都是非常注重实践的,但为什么我们没有发展出现代科学呢?看来要产生科学,光有实践是不够的。

那产生科学到底需要什么呢?我们打开任何一本物理书,就很容易知道。首先,物理书上的图与画家的画、照相机拍摄的照片都非常不同。以力学为例,在物理书上,我们要分析一个物体的运动,一般都忽略它具体的形状而把它表示成一个简单的几何体甚至质点,忽略它表面具体质感的细节而只用一个摩擦系数来表示它们对运动的影响,至于颜色这样的信息,就完全被忽略了。因此,在具体研究之前,我们首先对需要研究的物体作了抽象化和模型化。在我们继续进行理论研究时,与其说我们在研究那个物体,不如说我们在研究这个模型,以及这个模型在更大的模型中要遵循的规则。比如我们在研究斜面上物体运动时,物体被模型化了,斜面被模型化了,地球引力被模型化了,而它们一起构成了一个更大的模型。

要研究这个模型,科学所采用的方法是量化以及在量化的基础上建立数学模型。量化的具体例子是质量、能量、摩擦系数等等。量化是人们用测量的方法把物体的性质对应到数学结构上的过程。在量化的过程中,科学家第一次运用了实践(如果我们不把观察、思考和推理也归结为实践,否则一切都是实践了)。然而,我们也需要注意,数学结构也是一种模型,一种我们用思维建构的模型。我们一般都把物理量对应到实数或复数上去,但我们真的测量出过什么长度为无理数吗?然而,虽然我们用一把整数刻度的尺不可能测量出无理数,但我们用公式来计算却经常会出现无理数,几何关系也会引入无理数。比如我们在研究受力分析时,分力和合力之间遵循的是几何关系:为什么几何定理可以用于物理计算呢?这其实又是一种模型化,把物理之间的相互作用模型化为一个数学上的矢量,即力。

有了物理量,我们就可以进一步猜测这些物理量之间的关系。我们可以尝试很多种数学模型,比如微分方程。然后决定最终哪一种模型是正确的,才取决于用这个数学模型得到的推算结果,是否与实验中的观测结果在误差范围内一致。在验证的过程中,科学家第二次运用了实践,而它的作用正如你说所,是来检验真理的。而这些“候选”的真理,则是我们通过抽象化、量化和模型化(包括建立方程)来得到的。

所以要建立科学,首先是观察,然后是思考和一些测量实践,最后才是通过实践来检验思考的结果。而以上每一步中,都包括了很多猜想、设计和尝试。在观察中,我们要想办法突出我们想要观察的东西(比如用显微镜和望远镜),降低其他因素的干扰(比如固定温度和湿度),等等;在量化中,我们要让我们定义的量尽量具有不变性和普适性,等等;在实验中,我们要想办法精确测量到我们需要的物理量,验证所有可能的情况,等等。

从另一个角度来说,实践当然是科学不能缺少的部分:既然科学的目标是解释经验世界,那它成功与否就必然决定于它得到的各种结果是否与经验相符合,而检验它们是否符合当然就一定要由实践来完成。这和数学形成了鲜明的对比:数学理论是否正确并不需要实践来检验。如果你用量角器测量欧氏平面中三角形的三个角,加起来不等于180度,那一定是你在测量中的精度问题和相加过程中正确与否的问题,而不可能是几何定理的问题。而我们讨论过,科学一定要采用到量化和(数学)模型化的方法,那既然实践不是检验数学结论的标准,那实践对科学的检验在事实上也只能是对科学推导出的、具体可观测物理量上的检验,而不包括对科学推导过程和一些不可观测量(比如波函数)的检验。

对这个问题进一步的讨论,请参见《哲学的重建》,特别是“逻辑倾向公理”、“抽象化、具象化与抽象建构”和“量与测量”。