1、淺談科學方法論,國立台灣大學哲學系苑舉正,淺談科學方法論,1. 培根的刪除歸納法2. 邏輯實證論的證實主義3. 否證主義及其批判4. 不可共量性及其批判,什麼是科學方法論？,在科學哲學中，原先許多有關科學的討論，集中在解釋科學知識為真的方法。這些討論不單解釋科學的真實性，也指出科學為真的知識條件。傳統認為，因為方法，所以科學不同於其他型態的知識（即，其他型態的知識發展不若科學知識的發展，擁有方法）。當方法被提出的時候，緊跟著而來的，是以批判的態度檢視方法。,科學方法論中所關心的議題有：在科學中接受一個理論代表什麼意義？理論假設與科學證據之間如何構成証實的關係？一個理論假設在什麼情況之下，可以被
2、一個觀察所否定？引發的議題有：科學有發現真理的可能嗎？有可能在幾種競爭的理論之間作出客觀的決定嗎？實驗的結果是否必然會受到理論假設的影響呢？,我們在科學知識論這一部份中，將介紹的內容集中在歸納法(induction)、否證主義(falsificationism)與不可共量性(incommensurability)這個概念。在歸納法方面，我們以培根(F. Bacon, 1561-1626)的刪除歸納法(eliminative induction)，以及邏輯實證所發展出的證實主義(verificationism)為主要代表。在否證主義方面，主要是介紹波普(K. Popper, 1904-1994)
3、的理念。最後在不可共量性方面，我們以介紹孔恩(T. Kuhn, 1922-1996)及費耶阿本(P. Feyerabend, 1924-1994)的理念為主。,1. 培根的刪除歸納法,科學知識論的發展集中在對歸納法的批判。歸納法是一般人在日常生活中應用的思考模式。例如，我們說，所有翡翠都是綠色的，這表示我們在日常生活中所看到的翡翠總是綠色的，長久下來也就在各種例子都沒有發生例外的情況下，也就歸納地認為翡翠就是綠色的。歸納法的問題很明顯，就是用已經發生的例子，作為尚未發生例子的證明。,培根於1620年出版的新工具(The New Organon)中，一反當時以亞理斯多德科學理論為主的傳統，提出現
4、代科學是依照歸納法進行的科學哲學。從他所取的書名新工具中，我們可以看出培根在十七世紀提出歸納法時持有雙重目的：一是批判古典科學觀念，二是建立現代科學方法。他所批判的古典科學，直指亞理斯多德的科學哲學，因為工具(Organon；原意為理性思考的工具)這個名稱，是亞理斯多德在邏輯與語言方面著作的名稱。,亞理斯多德認為解釋一個自然現象的關鍵在於瞭解該現象的本質。例如，當問到為什麼火焰都是向上揚升時，理由是火焰的本質是最輕，所以向上，並在空氣之外形成一圈圍繞空氣、海洋與地球。這個本質論(essentialism)觀點的科學哲學與現代科學的基本理念有很大的差距，它完全不牽涉數學模式的應用或理論假設的預測
5、。,從現代科學的觀點而論，亞理斯多德的科學解釋至少包含如下兩種錯誤：第一，我們並沒有足夠的理由，證成人們賦予自然現象（例如火焰）的本質為真，並且以這個本質作為科學解釋的基礎。第二，亞理斯多德的解釋僅非常模糊地告訴我們現象發生的原因，但它並沒有要求精確的量化與測量。,培根認為亞理斯多德這種置理論結構於經驗觀察之上的作法，失去了求真的精神。我們應當瞭解自然中的規律，而不應擅作主張，強加人為結構於自然之上。相對於古典科學在追求真理過程中所發生的盲點，培根提出了他的新方法，也就是著名的刪除歸納法(eliminative induction)。長期以來，培根的刪除歸納法構成現代科學方法的主要基礎，它的重
6、要性，足以使其被視為探討科學哲學的起點。,首先，培根認為任何科學都必須以無預設立場的觀察為基礎。我們觀察的過程中，必須維持中立與客觀的態度，絕不能受到任何預設立場的污染(contaminated)，並且在整個研究過程中都必須維持這種態度。其次，培根也強調，作為一個客觀觀察者的科學家，不應當如蜘蛛一般，按照自己的計畫編織蛛網，也不應當如螞蟻一般，只會盲目地蒐集；科學家應當像蜜蜂一般，採了花粉之後，還能進一步將花粉轉化成蜂蜜。培根透過這個比喻說：這與哲學的真實工作沒有什麼不同；它不完全依賴心靈的力量，也不純然將自然歷史與機械實驗所提供的材質存在記憶中，而在智力中改變與調適這些材質。,培根以調查發熱
7、的本質作為一個例子。在開始進行這一件調查時，應當先進行所有會產生熱能事例的蒐集，同時在非常不同的事例之間，盡可能詳細地描述他們發熱的特徵，並不附加任何臆測。當蒐集與描述各種不同發熱的例子之後（例如太陽光、摩擦物體、熱氣、溫泉、烈酒、藥草等），我們進一步開始蒐集與描述類似例子中，卻不會發熱的情況（例如月亮與星星的光、未經過燃燒區域的空氣、泉水、淬取的液體等）。然後，我們再在針對發熱的不同程度進行觀察與描述。最後我們可以依照這三種調查結果，比較出來哪些發熱的特徵存在於所有的調查對象中，哪些只是偶而存在，或是存在哪些特定條件之下。,培根認為在刪除歸納法之下所獲得的結論，比任何其他方法的結果，有更多的
8、機會接近真理。培根之所以會擁有如此堅定的信心，原因在於他認為這個方法包含兩種刪除錯誤的可能性。首先，培根的刪除歸納法以中立與客觀的觀察為基礎。然後，又以正反兩面的方法分析觀察資料，對比與發掘真正導致自然現象發生的原因。前者刪除了所有阻礙中立觀察的臆測與想像，而後者刪除因為發現幾項相關特徵，就貿然提出錯誤結論的可能性。,2. 邏輯實證論的證實主義,邏輯實證論是一九二年代於維也納所發展出來的科學哲學學派（該學派也因地名之故被稱之為維也納學派）。該學派在近代科學哲學發展中影響之深遠，可以說是近代科學哲學的始祖。邏輯實證論的起源是很多元的，除了前面所說的實證論之外，還有英國經驗論、羅素(B. Russ
9、ell, 1872-1970)的邏輯原子論(logical atomism)、維根斯坦(L. Wittgenstein, 1889-1951)的邏輯哲學論(Tractatus Logico-Philosophicus, 1921)。,雖然邏輯實證論維持多元的發展，並在科學哲學中創造豐富的成果，但是反形上學卻是所有成員共同具備的基本立場。邏輯實證論者延續經驗基礎的實證理念，一致地反對所有不以這個基礎為核心，發展出來的哲學思想。值得注意的，是他們的原創性：他們雖然如同孔德時期的實證論者一般，將反形上學與觀察的經驗基礎兩者，視為一體之兩面。然而，他們並不以延續傳統的實證思想為滿足。他們將這兩個理念之
10、間的關係，以更強的分析能力作進一步的解釋，並且自稱所作的解釋是一種邏輯式的解釋，並因而自詡為邏輯實證論者，以凸顯它們與先驅實證者之間的不同。,邏輯實證論者提出證實原則的主要目的，是為了提出一種區分科學與偽科學的態度。這個態度展現於將不符合科學知識的內容排除在知識的範疇之外。同時，這個態度也突顯出他們反對形上學的態度。一旦確認科學成為知識的典範，探討的主題就成為說明科學的知識條件。在邏輯實證論發展的初期，證實原則就成為這個知識條件中最為關鍵的一部份。通過這個原則，他們希望能夠因而將科學語句所包含的意義精確地定義出來，也能夠將含混在科學範疇中的偽科學語句辨識出來。,邏輯實證論者認為，在區別科學與偽
11、科學的差別上，邏輯提供了一種分析與批判的工具。他們將有意義的命題分為兩類：一種是純形式的命題，就像是在數學與邏輯中所使用的那種分析命題。另外是一種描述事實的綜合命題，它們是可以透過經驗而加以證實或證偽的命題。這兩種命題組成科學知識中所包含的所有命題，沒有其他命題。因此，一個語句，如果我們在形式上無法判斷它為真或為偽，同時在經驗上又無法證實它是否為真時，邏輯實證論者認為這種語句不具有成為命題的條件。,在論及反形上學與證實原則之間的關連上，艾耶爾說：邏輯實證論者的反形上學立場，並不是起源於被認知事物的本質，而起源於被述說事物的本質。這句話直指邏輯實證論在哲學中所開展的語言學轉向(the lingu
12、istic turn)，一種將知識論的探討從思考事物本質轉向思考語言結構的改變。,探討某件事物的真實性，實際上等於陷入一種形上思維，因為我們沒有可能在經驗的基礎上，證實事物的本質為何；所有我們能認知的只是經驗內容。但是，這個內容是否為真實的這個問題，卻是一個超過經驗範圍的問題。在日常語言中，我們卻都能夠做出證實的認定（例如，我說：我面前有一棵樹。）。這個差別，導致石里克認為，有關知識本質的問題，就是有關語言結構的問題。只要我們能夠掌握語言認知事物的結構時，我們就解決了知識的問題。,語言描述了這個世界中的一切。所有語言所不能描述的事物，就不是我們所能夠認知的事物。因此，能夠被語言所描述的內容，就
13、是產生意義的先決條件。然而，這只是一個先決條件而已，認知尚不足以確切地說明科學意義為何。若是想要達到這個目的，另外必須附加三個條件。它們是：一、意義清晰的條件；二、意義證實的條件；三、意義傳遞的條件。,當被問到，我們如何確定一個問題的意義是清晰的時候，我們必須要能夠說出在什麼條件之下，這個問題可以被肯定或是被否定。這個問題的意義就是在這些條件中被確立。這些條件是讓這個問題所包含的陳述句為真的條件。這也就是一個陳述句必須是在描述一個事實（或一個事態）的條件，否則這個陳述句即為偽。,一個命題是真的或是偽的的判斷標準就是，在定義的標準下，字詞與所指涉事物之間的關係存在或是不存在。如果這個關係是存在的
14、，那麼我可以接受這個命題所確定的一切都是有意義的；否之，這個命題所確定的一切，都是沒有意義的。,石里克舉一個例子來說明這個情況。他說，在月亮的另一端有一座三千公尺高的山，是一個有意義的命題，因為它是一個可以在經驗上被檢驗的命題。我們不需要登上月亮去進行這個證實，我們只要指出證實這句陳述的條件。如果這些條件可以被證實為真或為偽，他就是一個有意義的命題。這也就是說，無論是不是真的在月亮上進行證實，一座高三千公尺的山，這句話所包含的字詞，足以使得它成為一個有意義的命題。,石里克的基本理念如下：運用證實的原則來釐清命題的意義，同時將科學理論中所作的假設，透過意義傳遞的原則，間接地與基本命題聯繫在一起。
15、他因而堅持，科學的意義在於它的客觀經驗基礎，也解釋了它的普遍有效性。,3. 否證主義及其批判,歸納推理的問題，在於它的前提與結論之間的不一致；他的前提是有限數目的例證，而它的結論則是涵蓋無限數目的預測。用最普通的話來說，我們不知道什麼樣的理由足以讓我們確定過去發生的有限事例，在未來永遠會無限地發生？即使我們到今天為止所有見過的翡翠都是綠色的，但誰能保證以後不會出現藍色的翡翠呢？歐洲人曾經在觀察無數次數後，確定天鵝是白色的，但在澳洲所發現的黑天鵝卻否定了這個認定。到目前為止，我們所見過的烏鴉都是黑色的，但誰能保證哪一天，一隻白色的烏鴉不會被發現呢？,科學方法論者並不輕易地在歸納法所面對的挑戰前屈
16、服。對於他們而言，科學並不因此而失去了一切訴求。科學依然是理性的、客觀的、累積的，尤其重要的，是科學因為它所締造的成果中包含高於其他型態知識的精確與進步，所以它在本質上不同於其他型態的知識。在這些科學方法論中，最著名的就是波普。他認為他所提出的否證主義，不但解決了歸納法所面對的問題，也堅定底保留了所有科學具備的價值與特性。,波普認為，事實上，科學家先提出一個尚未被證實的理論假設，然後將這個理論假設所包含的預測作為實驗的對象，經由觀察來檢驗這一個理論假設，是否經的起考驗。如果實驗的結果，是否定的，那麼這證明這個理論假設是假的，也表示我們必須揚棄這個理論，另外找一個替代理論。如果實驗的結果是肯定的
17、，那麼表示這個理論假設經得起考驗，可以繼續保有這個理論，但並不以它是經過證實為真的態度保有它，而是以一個更加堅定的(well-corroborated)態度（因為它尚未被證實為偽）保有它。,對於波普而言，這一個態度上的差別具有關鍵意義。因為這個差別，所以科學成為一個永不止息的活動。它追求原則上永遠不能獲得，但可以越來越接近的真理。這不但成為科學實踐中最重要的活動，也是科學之所以不同於其他型態知識的主要原因。這個活動是理性的科學態度，它強調，追求科學知識的態度非常不同於其他型態的知識，而且在追求科學知識的過程中，客觀知識的累積是科學的成就。,所以，對波普而言，科學就是一連串假設與否證(Conje
18、ctures and Refutations；這正是他的書名)的過程。在這個過程中，理論先被提出當成假設，然後以嚴格的態度，透過實驗來檢驗這個假設，當實驗結果否定這個假設時，新的理論必須被提出來取代舊的理論。這個理論假設取代理論假設的過程，不但凸顯科學發展中最關鍵的一部分，它就是科學的定義；科學的主要任務就是否證,在設計科學理論的時候，科學家必須由該理論中提供檢驗的可能性，也就是具有預測性的假設。當這個假設所提出來的預測實現時，我們並不具有理由說這個理論為真，但我們卻有理由說，到目前為止這個理論尚未被否定。我們因而可以繼續保有它。例如，牛頓的理論告訴我們行星運行的位置與時間。透過這個理論，我們
19、可以觀察天象，並以此確定行星的位置與牛頓理論所預測的是否吻合。如果依照牛頓理論所計算出來的一個天象預測（例如日蝕）並沒有發生時，那麼我們可以肯定，做出這個假設預測的理論是錯誤的。,波普不但用可否證性(falsifiability)區分科學與傳統信念系統，他也用同樣的標準在現代學門中作區別。這是因為現代學門中包含如心理分析(psychoanalysis)與馬克斯主義(Marxism)等這些自稱為科學的科目。它們確實令人印象深刻，但相較於傳統對於科學所建立的典型印象，卻在許多地方展現不同。波普認為可否證性足以解決這類問題，在科學與非科學之間畫出一道清楚的界線。,波普的科學哲學經常被譽為批判理性主義
20、(critical rationalism) ，因為他以這種否證精神來展現科學本質。這個名稱頗能代表波普科學哲學的特色，因為這個哲學以否證為科學實踐的基礎，所以科學所要求的，都是以批判理論假設為訴求。此外，又因為它以這種批判精神作為科學方法，所以從這個過程中所累積出來的知識，都是理性的知識。根據這個理解，批判精神成為理性知識的基礎。,拉卡托斯的觀點凸顯了波普理論中觀察與理論之間的問題。問題發生的主要原因，在於波普忽略了科學發展的實際情況。這使得他將科學的本質侷限於否證的邏輯推論之中。我們可以從實際的角度，分別說明觀察與理論的問題：一是，一個好的理論不會輕易地被觀察所否定；另一是，觀察並非如波普
21、所認為的那般明確。,海王星(Neptune)的發現。這些成功的事例，都讓牛頓的理論日漸成為真理的代表。水星運行的軌道與牛頓理論的預測有差距，於是科學家就想用解決天王星的方法來解釋這個差距，也就是在水星與太陽之間假設一顆行星，取名為Vulcan；它的引力導致水星軌道的改變。,4. 不可共量性及其批判,在當代科學哲學中，最早針對理論與理論之間的關係提出不可共量性(incommensurability)這一個概念的哲學家是，孔恩與費耶阿本。他們倆人非但同時於1962年所出版的作品中提到了這一個概念，也在發展這個概念的過程中交換過意見。雖然，費耶阿本曾經強調過他們倆人是在完全不同的脈絡下，各自發展出此
22、一概念，可是，費耶阿本後來又毫不諱言地承認，他是在孔恩的影響之下，認識到歷史在了解科學本質的重要性。同時，也是因為這兩位科學哲學家都從科學史的觀點來增潤科學哲學的傳統，所以他們堪足被稱為科學哲學中歷史學派的代表人物。,孔恩結構一書，出版不久即在學術圈中引發注目。這不但是因為這本書的原創性，也是因為它的批判性。結構的原創性在於將科學哲學的思考方向放置於科學史的範圍之中，讓科學哲學的探討得以掙脫抽象邏輯的規範，而回歸到科學作為人類活動一部份的這個事實。同時，也因為重新正視科學史實的緣故，孔恩同時批判了原先在科學哲學中一直爭論不休的證實與否證兩種方法。,科學始於某一個理論成為科學社群的共識，也就是典
23、範的形成。一旦科學典範形成之後，科學的發展就環繞在成為典範的理論架構之中，其中包含科學的規則、資料的定義、解釋的模式等等。根據孔恩的說法，一個科學典範不單單決定科學社群觀察的方式，他也決定了觀察的內容。因此，當孔恩將長期受到亞理斯多德理論影響的中世紀西洋天文學與中國天文學作比較時，西洋天文學在天體是完美不變的假設之下，不能也不知如何觀察中國天文學早在幾世紀以前就紀錄的太陽黑子、慧星、星爆等天象紀錄。,孔恩稱典範理論對於科學發展的方向維持穩定影響力的時期為正常科學(normal science)。在此期間，因為沒有其他理論足以挑戰典範的緣故，所以科學發展不但以典範為中心，也無法想像會有其他的選擇
24、。典範決定一切與科學有關的發展，其中包含科學問題的提問方式，也包含了問題的解答方式。牛頓理論對於行星偏離其預測軌道的問題與解答，就是典範發揮其影響力並決定科學發展的例子。然而，這並不表示典範真能夠解決所有在其中所生成的問題（例如找不到Vulcan的例子），只是這些不能解決的問題會在特置假設的掩護之下，被當成異常(anomaly)存而不論。,我們在先前強調，在孔恩的理論之中，沒有中立的觀察；所有的觀察都是依照一個特定理論架構之下所生成的結果。但是在理論與理論之間可以依照它們所達到的成果作比較嗎？對於孔恩而言，答案依然是否定的。孔恩認為，不但沒有中立的觀察，也沒有中立的證據可以作為支持某個特定理論
25、的基礎。典範所發揮的影響力，不只決定觀察的內容，它也依照各自的假設，將相同的事物做成支持自己的證據。,結論,孔恩的科學哲學不但對於科學革命的本質作了詮釋，它本身在科學哲學界中就是一種革命。原先當我們論及歸納法與否證主義時，雖然我們看到它們彼此之間的相互批判，但它們基本上對於科學知識成長這一部份，均抱以相同的看法。但是，自從孔恩的觀點出現之後，我們陷入一個困難的局面：一方面，我們以理性的方法論作為對科學本質的訴求，另一方面則是沒有固定方法的科學史。,結論,根據孔恩的講法，科學發展之中，並沒有知識的穩定成長，而只有一連串的革命，或是說的更仔細一些，只有一連串不可共量的典範改變。在這些典範之中，我們沒有中立的觀察（理論架構的假設在觀察進行之前已經決定了觀察方向與內容）、沒有中立的證據（所有被觀察到的事物可以用來作為支持各自典範的證據），甚至對於典範之間的轉換，也沒有中立的解釋，因為我們所能夠提出來的，都只是一些與當時情境息息相關的歷史資訊。,結論（一連串的問題）,科學方法論面對了一個困境：有沒有一個具有規範意義的方法？科學家的實作當中，有沒有依循方法？科學對於社會所附加的價值與影響，足以說明科學應當具有一個特別的地位，屬於少數的科技專家嗎？科學真的可以從方法的角度獲得被定義的可能性嗎？,謝謝大家，敬請發問。,
