《世界觀：現代人必須要懂的科學哲學和科學史》第四章：證實與不證實證據和推理

《世界觀：現代人必須要懂的科學哲學和科學史》是美國學者理查德?德威特撰寫的科學哲學著作，2018年由機械工業出版社出版。作者基于費爾菲爾德大學的教學經驗，通過圖表輔助與通俗化表述，系統梳理科學認知體系的演進歷程。

全書以科學史為主線，解析人類世界觀從亞里士多德地心說、牛頓經典力學到相對論與量子力學的變革過程。第一部分探討科學哲學基礎命題，包括真理本質與實證方法；第二部分分析古代至近代科學范式轉換，聚焦托勒密至伽利略的理論突破；第三部分評述現代科學對傳統世界觀的沖擊，揭示科學理論與認知框架的動態發展。通過跨學科視角，闡釋科學思維如何重構人類對世界的理解。

第4章　證實與不證實證據和推理

本章的主要目標是探討圍繞在科學中最常見的推理模式周圍的命題。我們將研究用來支撐科學理論的證據和推理模式，也將會研究證明理論有誤的證據和推理模式。正如在本書中不斷提到的，我們將會看到這些命題實際上比它們乍看起來要復雜得多。（免費書享分更多搜索 @雅書.）科學（和日常生活）里的發現、證據和推論通常都是相當復雜的。我們的策略是，首先聚焦于兩種最為直接明確的證據和推理模式，為了便于討論，我將把它們分別稱為 “證實推理” 和 “不證實推理”。首先，我們將簡要了解每一個類型，然后探討其中的一些微妙之處。

證實推理

大約100年前，愛因斯坦提出了廣義相對論。這是一個頗具爭議的理論，它在某些方面與已被人們廣泛接受的其他理論有所沖突。值得注意的是，運用相對論可以得出非同尋常的預言。這里說這些預言非同尋常，是因為其他理論無法給出相同的預言。舉個例子，愛因斯坦的理論預言大型物體，比如太陽，其引力效應將會使恒星光線彎曲。在日全食的情況下，觀測到恒星光線彎曲是完全有可能的。因此，預計將于1919年5月發生的日全食為驗證這一預言創造了一個機會。結果證明，這個預言是正確的，同時這個預言也被當作證據，來支撐愛因斯坦的相對論。換句話說，愛因斯坦的理論做出了正確的預言，而且更值得注意的是，其他競爭理論并沒有做出這樣的預言，這種情況就被當作了證據，來證明這個理論是正確的。

請注意，對科學來說，這樣的推理模式并不是特例。我們一直都在運用這樣的推理模式。一般來說，當我們以某個特定理論為基礎得出某些預言，而這些預言后來又被證明是正確的，這些預言就至少提供了某些證據，來證明這個特定理論的正確性。如果我們用字母 T 代表某個理論，字母 O 代表以理論 T 為基礎得出的一個或幾個預言，那么，我們可以如下示意性地來表示這個推理過程：

如果 T，那么得出 O
O（O 是正確的）
所以　T（非常有可能是正確的）

值得一提的是，前面提到的愛因斯坦的例子和如上這個示意圖，都是對證實推理模式相對簡化的描述。重申一下，在這里，我們感興趣的只是對這一推理模式的簡要了解。接下來，我們將簡要了解一下不證實推理模式，然后研究與這個推理模式相關的一些因素，正是這些因素讓這個推理模式比它乍看起來要復雜得多。

不證實推理

要理解不證實推理模式，通過一個具體的例子仍然是最簡單的方法。在20世紀80年代末，兩位頗具威望的科學家聲稱發現了一種可以實現低溫核聚變的方式，也就是所謂的冷聚變。這是一個激動人心的發現，但同時也頗具爭議，因為普遍的共識是核聚變要求的是超高溫。假設我們就把這兩位科學家的主張（也就是聚變可能在低溫條件下發生，以及他們已經掌握了如何實現這種聚變的關鍵點）稱為 “冷聚變理論”。

通常在這種情況下，以冷聚變理論為基礎可以得出某些預言。舉個例子，如果冷聚變理論是正確的，那么在冷聚變過程中將會有數量巨大的中子被釋放出來。然而，實際上并沒有探測到大量的中子釋放，這也被當作證據，證明冷聚變理論不成立。同樣地，這個推理模式并不特殊。通常，當我們根據某個特定理論提出預言，而這些預言最后被證明是不正確的，我們就會將此作為證明這一理論不正確的證據。讓我們繼續用字母 T 代表某個理論，用字母 O 代表一個或幾個以理論 T 為基礎做出的預言，我們可以如下示意性地來表示這個推理過程：

如果 T，那么得出 O
O 是不正確的所以
T 是不正確的

同樣需要強調的是，這個推理示意圖是一個高度簡化的描述，可以當作最接近不證實推理的一個模式。現在，我們將探討某些與證實推理模式和不證實推理模式相關的復雜因素，第一個因素是歸納推理和演繹推理的區別。

歸納推理和演繹推理

證實推理是一種歸納推理，而不證實推理則是一種演繹推理。證實推理的歸納推理性質和不證實推理的演繹推理性質都具有一些重要影響。要理解這些影響，我們首先需要明確歸納推理和演繹推理的不同之處。

你可能之前就已經聽說過 “歸納推理是從特殊到一般，而演繹推理則是從一般到特殊”。在某些情況下，歸納推理和演繹推理確實如此，但總的來說，這個說法并不準確，所以并不是概括歸納推理和演繹推理特點的好方法。

要概括歸納推理和演繹推理的特點，有一個更簡明、準確，也更精辟的方法。下面我們舉例說明，這個例子可以認為是典型的歸納推理：

美國一所大學的男子籃球隊，從來沒有贏得過美國大學男子籃球聯賽冠軍。事實上，在僅有的幾次參賽經歷中，這支籃球隊從來沒有進入過第二輪。今年，這支隊伍的水平與以前相比并沒有多大變化，大學男子籃球聯賽賽制也沒有發生重大改變。考慮到這些因素，這支男子籃球隊基本不可能贏得今年的聯賽冠軍。

上面這個例子是一個令人信服的歸納推理論證過程。考慮到這個論證過程列出的前提條件，其所得出的結論是非常有可能的。然而，即使所有前提條件和證據都是正確的，也仍然有可能得出錯誤結論，這正是歸納推理的標志性特點。不管可能性有多低，這支男子籃球隊贏得美國大學男子籃球聯賽冠軍的可能性仍然是存在的。這就是歸納推理的特點：在一個好的歸納推理過程中，即使所有前提條件都是真的，得出的結論也有可能是錯的。

相比之下，在一個好的演繹推理論證過程中，真的前提條件就保證了真的結論。也就是說，在一個好的演繹推理論證過程中，如果所有前提條件都是真的，那么其所得出的結論就一定是真的。請思考下面這個借鑒了電影《諜海軍魂》（No Way Out）的例子：

那天晚上，在琳達房間的男人殺了琳達。不管是誰殺了琳達，這個人都被稱為尤利。軍官法瑞爾是那天晚上在琳達房間里的男人。所以，軍官法瑞爾就是尤利。

這個論證過程與前面列舉的歸納推理論證過程之間的不同點非常有趣。具體來說，如果這個論證過程的前提條件是真的，那么這就保證了這個論證過程的結論是真的。這就是演繹推理論證過程的特點：在一個好的演繹推理過程中，真的前提條件保證了真的結論。

了解了這些，讓我們回到關于證實推理和不證實推理的討論。你應該還記得證實推理模式是一種歸納推理。正因如此，有時證實推理模式并不能保證結論的正確性。也就是說，證實推理所能達到的最好程度就是為某個理論提供支撐，但是不管存在多少被證實了的預言，仍然存在這個理論不正確的可能性，這完全是由證實推理模式的歸納推理性質造成的。

有時，你會聽到關于某些科學理論永遠都不可能被證明（從嚴格意義上證明）的說法，其中部分原因就是證實推理模式的歸納推理性質。大多數科學理論從很大程度上說都是由歸納證據所支撐的。正因如此，不管存在多少可以證實某個理論的證據，這個理論仍然有可能被證明是錯誤的，這完全是由證實推理模式的歸納推理性質決定的。在正確性方面，科學領域的理論都不可避免地面臨質疑，但這并不是這些理論的瑕疵，也不是科學本身的缺陷。事實上，這種情況無非是兩方面因素造成的：一方面是證實推理模式是廣泛用于支撐科學理論的推理模式；另一方面是證實推理模式是一種歸納推理。

同樣值得強調的是，現實的理論所涉及的因素和推理，在復雜性和相互交織程度上，可能比我們截至目前的討論中所談到的要高得多。讓我們用一個例子來說明這一點，請再思考一下愛因斯坦相對論對恒星光線彎曲的預言。這看起來是一個相當簡單的預言和觀察結論。人們都認可愛因斯坦的理論預言了恒星光線的彎曲，以及日全食將為觀察這樣的光線彎曲提供一個機會。所以，下次出現日全食的時候實際去觀測一下，看看恒星光線是不是彎曲的。實際觀測可能并不那么簡單，但這聽起來確實是相當直接明確的方法。

然而，事實上，與來自科學中的大多數實例一樣，恒星光線彎曲這個例子非常復雜。舉例來說：愛因斯坦廣義相對論中所涉及的數學非常復雜，復雜到如果不做一些簡化假設，就不可能完成為預測光線出現彎曲的點的位置所需要的計算。因此，必須進行大量簡化假設，而大家知道這些假設都是不正確的。在1919年5月的實際觀測中，為了將所需進行的計算控制在可操作的范圍內，太陽被當作了一個正球體，不進行自轉，而且不受任何外力影響（比如地球、月球和其他行星的引力作用）。當然，太陽并不是一個正球體，它本身有自轉，而且會受到外力影響。總之，每個人都知道這些假設是錯誤的，但每個人同時也知道，如果不用這些簡化了的假設，就不可能進行所需的計算。

大多數（不是全部，但確實是大部分）熟悉1919年恒星光線彎曲觀測的人，都同意這些簡化了的假設不會改變觀測整體結果，也就是說，這次觀測結果為愛因斯坦的理論提供了證實證據。盡管如此，在這里我想得出的結論是：實際用于證實科學理論的證據所涉及的因素，往往比人們通常所認識到的要復雜得多。（也應該指出，我只觸及了恒星光線彎曲這個例子里的幾個復雜因素，還有很多復雜因素。如果你有興趣繼續深入探討，在書后章節注釋里可以找到更多推薦閱讀內容。）

以上所說的并不是一個特例。通常，要看一個預言能否被觀察得到，需涉及多個層次的重要理論和數據。總之，實際用于證實科學理論的證據通常非常復雜。所以，不僅證實推理模式的歸納推理性質意味著這種推理模式無法證明（這里指的是最嚴格意義上的 “證明”）某個理論是正確的，而且這一推理模式中的實際證據和推理過程往往相互交織，非常復雜，從而使證實推理模式的證據通常遠不像它們乍看起來那樣直接明確。

如果不可能證明（同樣從 “證明” 這個詞最嚴格的意義上來說）某個理論是正確的，那么是不是至少有可能證明某些理論是不正確的？乍看之下，答案似乎是肯定的。畢竟，不證實推理模式是一種演繹推理，而根據前面提到過的，在一個好的演繹推理過程中，前提條件保證結論。所以，你會認為不證實推理模式可以用于證明某個理論是不正確的。然而，事實是第一印象常會產生誤導。

思考下面這個例子，我將用它來說明為什么不證實推理模式并不像可能看起來那么直接明確。只要參加過某種實驗室課程（比如化學或生物），你可能就有過與下面這個例子相似的經歷。假設在化學實驗室里，教授給了你一燒杯的乙醇，讓你找出乙醇的沸點。接下來，假設（當然，在教授看不見的時候）你偷偷瞄了一眼教學參考書，發現乙醇的沸點是78.5℃。現在，你開始做實驗，相信實驗結果會表明沸點為78.5℃。然而不幸的是，這個樣本似乎沒有在78.5℃的時候沸騰。這時你怎么辦？

看起來，不證實推理模式似乎應該適用于這個例子。前面提到過不證實推理模式的推理公式，根據這個公式，你會進行以下推理：

如果燒杯里的樣本是乙醇，那么我應該觀察到樣本在達到78.5℃時沸騰。
我沒有觀察到樣本在達到78.5℃時沸騰。
所以　燒杯里的樣本不是乙醇。

然而，實際上，這時你是否會得出 “教授搞錯了” 以及 “燒杯里不是乙醇” 的結論？肯定不會。相反，你很有可能會考慮可以解釋 “為什么實驗結果沒有顯示沸點為78.5℃” 的其他因素。比如，有可能是溫度計壞了，或者實驗使用的玻璃器皿不夠干凈，或者燒杯中的樣本受到了污染，或者實驗室里的氣壓不正常，又或者任意一個其他因素不正常。簡言之，僅以你所掌握的少量證據為基礎就得出結論，將是一個很不明智的做法。

下面這個敘述更準確地表現了在這個例子中你的推理過程：

如果燒杯中的樣本是乙醇，同時溫度計正常工作，我使用的玻璃器皿很干凈，樣本沒有受到污染，實驗室里的氣壓正常，以及任意一個其他因素都是正常的，那么我應該觀察到樣本在78.5℃時沸騰。
我沒有觀察到樣本在達到78.5℃時沸騰。
所以　燒杯里的樣本不是乙醇，或者我的溫度計沒有正常工作，或者我使用的玻璃器皿不干凈，或者樣本受到了污染，或者實驗室里的氣壓不正常，又或者任意一個其他因素不正常。

這里的關鍵點是，前面示意性地表示的不證實推理模式過于簡化。我們將會看到可以如下所示更準確地表示不證實推理模式：

如果 T，且 A1，A2，A3，…，An，那么 O
O 是不正確的
所以　T 是不正確的，或者 A1是不正確的，或者 A2是不正確的，或者 A3是不正確的…… 或者 An 是不正確的。

這是一個更準確的示意圖，接下來當我談到不證實推理模式時，我腦海中出現的就會是這個示意圖。

在上面的這個示意圖中，A1、A2等所代表的就是人們通常所說的輔助假設。輔助假設很關鍵，但通常是不證實推理模式中隱含的部分。輔助假設很關鍵，只是因為如果沒有它們，我們就不能期望得到想要研究的觀察結果。讓我們換個稍有些不同的說法，從某種程度上說，我們需要通過輔助假設從示意圖中 “如果” 的部分，得出 “那么” 的部分。也就是說，如果我們有某個理論，又有某個情況，而且所有隱含的輔助假設都正確，那么我們就可以寄希望于觀察到某種結果。

正如燒杯里的乙醇這個例子所表明的，在任何情況下，如果用來做出某個預言的理論被證明是不正確的，那么總有一種可能性（實際上，在很多實例中這個可能性非常大），那就是這個理論本身是正確的，只是一個或多個輔助假設是錯誤的。

在冷聚變理論的例子里，也同樣出現了關于輔助假設的這種情況（現在這個情況仍然存在）。舉例來說，從冷聚變過程中應該能觀察到大量中子釋放的現象，但實際上并沒有觀察到。然而，之所以預期可觀察到大量中子釋放現象，主要在于一個輔助假設，即 “冷聚變所涉及的過程或多或少與常規（熱）聚變所涉及的過程相似”。冷聚變理論的兩位提出者所持的觀點是繼續堅持冷聚變理論，但是摒棄了 “冷聚變與常規聚變相似” 的輔助假設。是的，他們確實是這么認為的。

在冷聚變理論的例子里，后來證明這一理論不正確的證據最終達到了一定數量，因而現在幾乎沒有人繼續接受冷聚變理論了（盡管如此，值得注意的是，仍然有一部分人繼續堅持冷聚變理論，而摒棄原有的輔助假設）。然而，通常我們所面臨的問題是，在存在不證實推理證據時，在什么情況下放棄整個理論更合理，而在什么情況下摒棄一個或幾個輔助假設更合理。這個問題非常難回答，而且重點是，沒有什么秘訣可以幫助我們作答。

總之，現在我們得到了關于不證實推理模式及不證實推理證據最重要的兩點。第一，在面對能證明一個理論不正確的證據時，可以堅持這一理論，同時摒棄一個或幾個輔助假設。這不僅是個觀點，有時確實是更合理的做法。第二，對于 “在什么情況下放棄整個理論更合理，在什么情況下摒棄一個或幾個輔助假設更合理” 的問題，沒有一刀切的標準答案。

結語

總結一下本章的主要內容：證實推理模式和不證實推理模式是科學領域內外兩種常見的推理模式。

一方面，證實推理模式由于是一種歸納推理模式，因而無法在證明一個理論正確的同時保證這一正確性不受質疑。因此，對于一個科學理論來說，不管有多少可以證明其正確性的證據，這個理論是錯誤的這種可能性始終存在。除此之外，在實際的例子里，歸納得出的證據和歸納推理通常非常復雜且相互交織。證實推理模式及證據往往遠沒有它們看起來那么直接明確。

另一方面，不證實推理模式是一種演繹推理。然而，實際上，由不證實推理模式得出的證據往往同樣很復雜。具體來說，通常不證實推理模式涉及大量輔助假設，因此，通過不證實推理模式得出的證據只能表明要么是所使用的理論不正確，要么是一個或幾個輔助假設不正確（經常出現的是后者）。因此，不證實推理模式及證據同樣也遠沒有它們看起來那么直接明確。

每天，在科學領域內外，人們都在使用證實推理和不證實推理。我們已經看到了，涉及這兩類推理的命題十分復雜。在后續章節中，特別是在第二部分和第三部分里，我們將會看到，前面所提到的幾點在科學史上都扮演了重要角色，未來也將繼續扮演這樣的角色。不過，在開始這些討論之前，我們將首先在第5章中探討一些與我們前面討論過的話題緊密相聯的命題，也就是 “奎因 - 迪昂論點” 和圍繞在科學研究方法周圍的命題。