罗玉萍

(郑州大学马克思主义学院，河南郑州450001)

研究科学发现是研究科学进步最富有成效的途径之一。从科学家运用多种方法进行科学研究得知，所有科学进步，都是一系列科学发现的结果。科学哲学家认为科学方法问题反映科学的本性，他们试图解释科学进步的本质和科学进步的机制问题，其中最为关键的是科学发现的问题。

当代科学哲学家的一个重要研究成果发现，从观察和实验结果达到定律和理论之间并不存在必然的“逻辑通路”。但是，科学发现的成果不存在普遍的、非历史的方法，并不等于说不存在任何可能有助于我们更好地达到认识科学知识、进行科学发现的方法。美国科学哲学家图尔敏认为，发现是方法论中的一个重要问题。他通过对不同学科科学发现的大量历史事例的研究指出，科学哲学不仅应研究科学发现的问题，而且应着重研究它。“科学哲学要阐明科学探索过程中的各种要素：观察程序论证模式、表述和演算方法，形而上学假定等，然后从形式逻辑、实用方法论以及形而上学等各个角度评估它们之所以有效的根据。”［1］5图尔敏从以下几个方面阐释了他的科学发现观。

一、科学不等于普遍陈述

逻辑经验主义的基本命题指出：“任何论断世界上的某种东西的陈述和假设，都必定是可以用描写我们能以直接经验和直接观察所确立的某物的句子，来加以直接或间接检验的。”［1］20换句话说，一个陈述，只有在它可以被观察句子所直接或间接地加以检验的时候，才作出一个有关世界的论断。“按照逻辑经验主义的观点，科学定律是讲真假的。具有全称形式的真陈述是作为科学定律的必要条件”［1］162。逻辑实证主义认为科学理论来自经验材料的概括和归纳，是或然性的，因而都只是或然性假设。图尔敏对逻辑实证主义把一切科学理论等同于假设的观点做了批判。他指出：“我们绝不能把理论中的确定陈述称作“假设”，应该把物理学的假设与它的理论的确定部分区别开来，否则会引起广泛的误解。某些哲学家断言，所有的经验陈述都是假设，因为它们只有‘高度的或然性’这种观点是错误的。”［2］82在图尔敏看来，定律和假设之间的区别是逻辑上的问题，但包含的内容远远不止于把握程度或确证实例的数量上的区别。他认为科学理论，特别是科学理论中的原理和定律等，根本不是经验材料的概括或归纳，而是久经实践检验的，是已为人们所接受或者说已经牢固建立的对一系列经验材料的解释方式。因而，它并不是尝试性假设，也不是来自经验材料归纳的或然性的东西。

针对这一问题，着眼于物理学家运用语言的实践，图尔敏揭示和描述物理学家怎样使用自己的语言。图尔敏发现在物理学家实际使用的物理语言中包含着许多不同的部分和方面，是以某种手段来表明物理句子的使用方式和其他句子的使用方式的关系，以便确定这些句子在语言境况图上的位置。他抛弃逻辑经验主义所热衷的形式逻辑分析的方法而采用一种非形式的方法来揭示物理语言本身的逻辑。他强调科学哲学中的许多问题只有注意研究科学家的真正实践，只有了解关于物理理论语言的实际运用才能解答。与逻辑经验主义比较，这是一种观点的转变。

因此，图尔敏的科学结构理论始终强调两个方面：第一，层级结构是理论科学的一个特点；第二，理论科学的陈述存在分工。例如在物理学中，在定律本身与关于定律可以应用的方式和条件之间存在分工。正是由于认识到科学理论的这两个特点，人们开始看清科学定律为什么既不是易谬的普遍陈述句，也不是空洞的同义反复或约定。他指出：“经验主义的逻辑学家从三段论、概率演算、类演算的研究出发到物理科学的研究，由于他们的先入之见和兴趣所向而误入错误的方向，并由于把自己限制在经过提炼和精心构造的形式系统中，以至于找错了目标。”［1］164在他们那里，自然定律被看成是“所有的天鹅都是白的”这样的普遍陈述而加以讨论的，而假设被看成是我们还没有明确的定律，因为它们还没有被足够数目的例证所验证。图尔敏认为，接受这样一种描述是把物理学看成自然史，结果只能是白费力气。他以物理学与自然史的发现说明科学发现的问题。

二、两类不同科学的发现

科学发现是怎样一类性质的活动?我们通过什么途径进行科学发现?图尔敏认为，在讨论科学发现的方法论之前，首先应该弄清楚什么是科学发现。日常生活的发现或自然史的发现是新事物新现象的发现，是科学事实的发现。例如，地理史上哥伦布发现新大陆；地质史上发现新的矿藏；生物史上发现一种新物种；医学史上发现一种新的病菌……而理论科学或物理科学的发现并非如此。所谓的发现，不是发现一种过去未见的新现象或新事物，而是对原先已经知道的一类或一组现象以新的方式做出新的系统化的表述或解释。“任何物理学都是一种表达老现象的新方式。”［2］9“如果我们想知道有关物理理论的种种问题，我们就必须首先弄清楚物理科学中的发现问题。”［2］9

为了弄清楚科学发现的问题，为了进一步批判以逻辑实证主义为代表的经验主义，图尔敏指出，人们应该严格区分两类不同的科学，即描述性科学与解释性科学。他称以考察、描述和记录自然界的经验现象为任务的“科学”，为“描述的科学”或“自然史”，“自然史还缺乏成熟科学的本质特征，只是出于礼貌，我们才在一定条件下称它们为科学”［2］49。他称以研究探索物理世界的定律、法则、规律或模型，从而对大量经验现象作整体、系统的解释的科学为“解释的科学”。图尔敏以光的直线传播原理为例探讨物理科学的发现与自然史的发现，探讨了物理科学与自然史的不同。

自然史的发现是新现象的发现，是用老的方式发现新现象。物理科学的发现是新的系统化表述方式的发现，是用新方式看待老现象。“光学原理是不能单靠一件事情的偶然发生而建立起来的，我们熟悉影子很久远，但是几何光学的新结论不是来自资料，而是来自推断，通过推断，我们得到一种观看熟悉现象的新方式，而不是在一个熟悉的方式中看到新现象。”［2］20

自然史的发现是事实的发现，其正确与否可用具体事实检验或验证。物理科学的发现是新的系统化的表达方式的发现，它的正确与否，不是用事实就可以直接断定的，而是以有用或无用来检验的，或者说它是否可以解释经验现象。例如，光的直线传播原理的发现并不能用光正在直线传播这样一个经验事实来证实，因为光的传播速度很快，人们根本无法检验到它的传播速度、方向和路径等，而只是有关这方面的一种理论的解释或表述方式。人们可以用它很好地解释有关光的经验现象并使之系统化，从而解释各种其他光的经验现象。

图尔敏指出，由于描述科学或自然史的任务在于描述经验现象，它们的研究和发现的方法是观察加归纳的方法。因此，描述科学或自然史的任务限于现象的记录和描述，它们的研究领域局限于经验层次。而解释科学或物理科学的任务在于把具体的经验材料或现象上升到抽象理论，透过现象深入到事物的本质和规律，提升到高度抽象的理论和模型，系统地解释经验现象，因而它的领域是多层次的，不仅有现象层次而且有现象之上的抽象层次或理论层次。因此，归纳逻辑是只适用于经验层次的推理形式，是描述科学的方法。物理科学的发现具有逻辑层次的跳跃性，它是不能仅靠形式逻辑来完成的，而且还要依靠思维的想象力来完成，因为物理科学的发现核心是模型与数学的图像推理技巧，而数学的图像推理技巧中也包含着演绎逻辑的应用。由此，图尔敏强调必须严格区分描述科学与解释科学，但并不是要把它们截然割裂开来。事实上，它们总是密切地结合在一起，几乎每一个学科都是由这两个部分结合而成的，只不过程度不同而已。图尔敏认为：“不能把所有的科学都说成是同等地描述或形而上学地解释，应该考虑任何一个特定的科学在何等程度上是描述的，在何等程度上是解释的。大多数科学，逻辑地说是自然史与物理学的混合物。如较近于自然史的是农业科学，较近于解释科学的是物理学，而地质学和病理学则具有更多、更复杂的交织性。”［2］P55－56

三、解释科学的发现方法之——图像推理法

早期的科学哲学家十分重视科学发现问题的研究。19世纪中叶之前，科学哲学争论的一个焦点是科学发现究竟是归纳主义的还是演绎主义的?无论是归纳主义还是演绎主义者都把科学发现看作是一个逻辑的过程。19世纪中叶，假设主义的先驱赫歇尔断言非理性的假设法是科学发现的重要来源，并提出把科学发现问题与科学证明问题分开。20世纪逻辑实证主义者莱辛巴赫把发现的条件和证明的条件割裂开来，将科学发现置于心理学和社会学的研究范围内而回避科学发现的逻辑存在，进而主张把科学发现问题排除在科学哲学研究领域之外。

图尔敏指出，过去的科学哲学之所以在这些问题上争论不休，是由于不懂得上述两种发现的根本区别，把二者混淆起来。物理科学的发现不是与经验事实完全无关的事情，而是在经验事实的基础上用以解释经验事实的一种方式，它既不是单纯的演绎法，也不是单纯的假设法。由于描述科学和解释科学的性质不同，也造成了自然史发现与物理学发现所使用的推理方法不同。

图尔敏以光的直线传播的发现为例，指出一种新的科学发现的推理方法——“图像推理方法”。即物理学家是如何用新的方式看待光现象的，并且是怎样接受它的。科学家在这里采用的既不是演绎法，也不是简单的三段论。“如果采用的是演绎法或三段论，那么我们看到的是‘因为所有的光是直线传播的’‘它是光’‘所以它是直线传播的’那一类的循环论证，这是不可能有新的发现的。”［2］259图尔敏认为：“这并不使我们惊奇，我们面对的是一个物理图像推理的新方法——一种在逻辑著作中没有认识到的新方法。这是一种由认识光现象的新方式带来的关于光现象的图像推理新方法。”［2］259图尔敏称之为“图像推理(drawing inference)法”或推理—图像(inference－drawing)法，有时则称为“图像的物理学推理方法”(the method of drawing physical inference)。

当然，物理学家在图像推理中使用的图像推理技巧形式是多样的，几何光学中使用的图解法只是其中一种最简单的形式，还有其他更复杂的形式，例如，三角学的形式、代数的形式以及其他种种运用数学符号系统或其他表述手段的形式。无论哪种形式，借助于数学符号系统或其他表述手段是本质性的。在少数物理学分支中图解法起着逻辑上的重要作用。“在动力学中所研究的物体系统运动方程，就是一种类似于几何图解的东西。如果要给出某个系统的适当描述，学过牛顿力学的物理学家就能写出它的运动方程。这个方程可以看作是有关系统运动的数学化‘图画’，在逻辑上等同于对几何光学所做的图解，物理学家运用这些方程就能计算出速度等。”［2］32－33正是如此，物理科学的推理技巧具有明显的数学性，因而，数学在物理科学中具有特殊地位。“为什么我们周围世界的内容能通过另一个看不见的‘数学世界’而做出解释呢?这个理论概念的世界既在我们进行计算的纸上，又在我们进行实验的实验室里。迄今为止，数学在物理学中占有如此重要的地位，其理由很简单，那就是所有物理学中需要的精确的复合推理技巧，都可能是或基本上采用数学形式。”［2］33

在物理学中，数学和模型占有重要位置。“对于每一个物理科学的分支，我们都能询问它们在工作中表述的方法和使用的模型。”［2］31在图尔敏看来，模型具有系统性、整体性和一定的“图像性”。这里是“图像”而不是“形象”，它与具体的形象不同，是一种概念的抽象。由于模型具有抽象性、概念性，而非具体性、实物性，它可以是“图像性”较强的日心说、地心说的模型，也可以是比较抽象的牛顿力学的万有引力模型、原子论模型以及微观客体的波粒二象性模型等。模型具有一定的图像性，但它并不是客观真实世界的肖像，而是一种对现象做出系统性表述或解释的必要手段或工具，不具有实物的真实性。而一个模型是否具有可扩展的前途，是判定它能否成为一个好模型的标准之一。“一个好的模型的优点是它能够提出富有远见的问题，使我们超越于开始研究的现象之外，鼓舞我们系统地提出假设，从而产生丰富的实验性成果。”［2］38“几何光学的模型就是一个比较好的模型。人们在这个模型的基础上相继扩展出物理光学、量子光学的新学科，表现出它不断发展的生命力。而把热现象和引力现象作为热质和引力流体结果的模型，就是一些坏的模型，因为它们不能激励人们去提出一些事实上富有成果的问题。”［2］39因此，一个好的模型往往是能在经验现象的基础之外，提出一些富有远见的问题，启发人们的思考，从而产生许多新的实验成果，扩展新的模型，建立起新的学科。

四、科学发现的合理性

在讨论两类科学发现的不同方法之时，图尔敏通过理论与观察的关系问题，探讨了科学发现的合理性问题。他认为马赫主义以及后来的逻辑实证主义者都从经验主义的立场出发，强调实验与观察对科学理论的发现与发展的重要性。“物理理论是从它用以解释的现象中汲取生命的。科学哲学家马赫看到这一点的重要性，坚持只有通过观察和实验结果的证实，新的理论和模型才会被接受。马赫和后来的逻辑实证主义者夸大了这一点，从根本上否定科学理论与经验材料之间的本质区别，因而得出错误的结论。”［2］40图尔敏认为：“爱因斯坦常常用倒过来的方式反驳马赫学说，认为物理学理论是人类想象力的‘自由创造物’。物理学理论的发现既不是仅仅通过实验材料的演绎论证，也不是通过哲学家们所关注的逻辑著作经常讨论的归纳论证，以及其他任何能给出形式规则的论证。与其说理论物理学的发现来自新的概括，不如说它来自考察现象的新方式和新表述模型的应用。对这种新的有用的方式的认识，至少部分是想象力的任务。因此，它们不能来自抽象，而必然来自自由的创造。经验可能暗含合适的模型和数学概念，但它们决不能从经验中归纳出来。”［2］43

图尔敏认为科学发现必须依赖于“想象力”，但他反对假设主义神秘的灵感和直觉。他所说的依赖于想象力的道路，是通过想象力提出对一系列现象做出新解释的科学模型与图像推理。因此，他对“想象力”的理解与传统假设主义者的理解不同。传统假设主义者把“想象”说成是一种神秘的非理性活动；而他认为科学发现是一个理性的推理过程，科学的“想象”是理性的而非神秘的，是可以培养训练的。“它不是无知的想象，可能是一种艺术，运用它需要经过一种严格的训练。虽然没有什么东西能告诉科学家，使他们可以立即找到对他们有用的新模型和表述方式，也不存在任何用以发现新理论的形式规则。尽管想象力无法教会，但确实存在着许多只有通过训练的人才能发挥作用的想象力。一旦研究开始，从训练中获得的技能就与想象力一样，在指导科学家的研究中发挥重要作用。”［3］43－44

总之，科学发现是科学认识活动中的重要环节，科学认识首先要发现问题才有可能研究问题，进而解决问题。而科学发现是个创造性的过程，在这一过程中既有逻辑因素也有非逻辑因素，既有理性因素也有非理性的因素，是逻辑与非逻辑、理性与非理性的统一。科学发现也不是一种瞬间的心理经验，而是包含着大量的一步一步的推理和受一定目标指导的活动。

［1］舒炜光，邱仁宗．当代西方科学哲学述评(2版)［M］．北京：中国人民大学出版社，2007．

［2］Toulmin．The philosophy of science，an introduction［M］．New York：First Torch-book edition published，1960．

［3］夏基松，沈斐凤．历史主义科学哲学［M］．北京：高等教育出版社，1995．