证伪及其不满

对于Edge.org提出的问题“哪个科学观点可以退休?”的其中一个答案是物理学家肖恩·卡罗尔提出的。卡罗尔挑战了一个通常被认为是理所当然的科学哲学观点:证伪。

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本文发表在《大众科学》的前博客网络中,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


对于Edge.org的问题“哪个科学观点可以退休?”的其中一个答案是物理学家肖恩·卡罗尔提出的。卡罗尔挑战了一个通常被认为是理所当然的科学哲学观点:证伪。我基本上同意卡罗尔的看法,尽管其他人似乎不太高兴,主要是因为卡罗尔似乎在假设,缺乏证伪不应真正影响诸如多元宇宙和弦理论之类的观点。

我认为证伪是那些很好的指导方针之一,但不能照字面理解并随意应用于每个科学范式或领域。这也是一个很好的例子,说明科学哲学中的观点可能与真正的科学无关。任何事物过多都不好,尤其是当任何事物被认为是不可侵犯的真理时。

了解证伪的创始人有助于理解这个观点的问题。就像他的继任者托马斯·库恩一样,卡尔·波普尔也沉浸在物理学中。他在该学科的全盛时期长大,并在维也纳学派周围绕圈子,后者的成员(主要是数学家、物理学家和哲学家)从未真正接纳他为该团体的一员。就像库恩一样,波普尔也深受 1920 年代和 30 年代物理学革命性发现的影响,这影响了他的科学哲学。


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波普尔和库恩都是我最喜欢用来说明科学哲学如何偏向物理学和物理学家的例子。证伪的起源很简单:波普尔意识到,任何数量的数据都无法真正证明一个理论,但即使是一个关键的数据点也可能推翻它。当时占主导地位的两个科学范式——量子力学和相对论——肯定符合他的理论。当时的物理学擅长对各种现象做出非常精确的定量预测,从电子的电荷到水星的近日点。当应用于这些理论时,证伪确实效果很好。波普尔明智地提倡将其作为区分科学与非科学(以及无意义)的工具。

但在 2014 年,证伪已变得不那么可靠,更加复杂。让我们回顾一下它的局限性和失败之处。首先,波普尔认为,任何数量的数据都无法证实一个理论,这一观点根本不被世界上大多数科学家所遵守。在实践中,大量数据确实提高了对理论的信心。科学家通常不需要百分之百地证实一个理论才能信任和使用它;在大多数情况下,一个理论只需要足够好即可。因此,仅仅因为我们不能百分之百确定一个理论的有效性就声称对其缺乏信心,这是一种哲学上的恐惧,更多的是被徘徊在学术殿堂的阴沉教授所思考,而不是被在日常世界中进行实验的实际科学家所思考。

而且,在许多科学家看来,波普尔提出的一个决定性的数据点杀死一个理论的说法也站不住脚。无论是出于对他们创造的自豪感还是出于简单的谨慎,大多数科学家都不会在出现一个与他们的主要结论不一致的实验时就抛弃一个理论。也许仪器有缺陷,或者也许你的统计数据有问题;总有一些东西可以拯救一个理论免于死亡。但最常见的是,简单地调整理论就可以拯救它。例如,CP 破坏的出乎意料的发现并没有要求物理学家抛弃粒子物理学的理论框架。他们可以通过引入一些解释异常现象的进一步原则来轻松地拯救他们的量子宇宙。如果科学家在实验与理论不一致时就开始放弃理论,科学就会陷入困境。当然,在某些情况下,一个实验实际上可以成就或破坏一个理论,但幸运的是,为了从业者的理智,科学中这样的情况很少。

证伪变成一个模糊实体的另一个原因是,许多现代尖端科学都基于模型而不是理论。模型比理论更简单、更不严格,它们适用于无法从第一性原理解决的特定复杂情况。可能存在多个模型可以解释同一组数据。作为一名分子建模师,我充分了解如何调整模型以适应数据。有时这是合理的,有时这是避免承认失败的一种狡猾方式。但无论如何,事实是,模型的证伪几乎不会立即杀死它,因为模型本质上应该或多或少是一种虚构的结构。当数据与它们之前的版本不一致时,气候模型和分子模型都可以被操纵以与数据一致,这一事实让许多气候怀疑论者感到担忧。这里的问题不是这种操纵是否合理,而是证伪实际上是一种判断此类模型有效性的钝工具。随着科学变得更加复杂和以模型驱动,证伪在区分竞争模型方面的失败将变得更加普遍。

证伪的最后一个问题是,由于它深受波普尔的物理学训练的影响,它根本不适用于科学家在其他领域(例如化学)中从事的许多活动。诺贝尔奖获得者罗尔德·霍夫曼在他的新书中指出,证伪对于许多主要活动是合成的分子的化学家来说几乎无关紧要。当您正在制造一种治疗癌症的新药或一种检测有毒环境化学物质的新聚合物时,您究竟在证伪什么假设?现在您可以变得非常模糊和笼统,并声称每个科学实验都是一个证伪实验,因为它隐含地基于对某些科学原理的信念。但俗话说,一个解释一切的理论什么也解释不了,因此对证伪的这种包罗万象的定义就不再有用了。

话虽如此,毫无疑问,证伪是进行科学研究的普遍有用的指导方针。像其他一些评论者一样,我惊讶于卡罗尔用他对证伪的批评来为弦理论和多元宇宙等领域的工作辩护,因为在我看来,这些领域恰恰是由于缺乏成功而迫切需要可检验和可证伪的预测的领域。也许卡罗尔只是在说,任何事物(包括证伪)过多都是不好的。对此我表示非常赞同。事实上,我会更进一步,认为过多的哲学对科学总是不利的;俗话说,科学哲学太重要了,不能留给科学哲学家。

Ashutosh Jogalekar is a chemist interested in the history, philosophy and sociology of science. He is fascinated by the logic of scientific discovery and by the interaction of science with public sentiments and policy. He blogs at The Curious Wavefunction and can be reached at curiouswavefunction@gmail.com.

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