漫话科学哲学：什么是科学解释？

小时候我就很喜欢思考一些科学之外的东西。数学家发现新定理，物理学家提出新理论，发明家创造新事物，自以为无所不能的科学似乎已经统领了整个人类历史的发展。但是，谁又来思考科学本身呢？于是我常常幻想，如果当初科学没有战胜宗教，世界又将怎样？人类依旧停留在穷困的黑暗社会？还是与大自然和睦相处过着无忧无虑的幸福生活？甚至是凭借直觉和信仰建立了一套能够自圆其说的物理体系，虽然这套体系和我们现有理论大相径庭？无论怎样，如果我们当真生活在宗教胜出的那个平行世界中，我们不但不会质疑这个问题，相反还会问自己如果科学战胜了宗教的话生活会变得多么不可思议。因为“科学”的定义变了。

我们到底应该如何获取知识，如何探索世界，在这个根本问题上的分歧形成了不同的“科学范式”。一个科学范式下理所当然的东西在另一个科学范式下可能变得无比荒谬，因为它们在科学发展的最底层就已经有了矛盾。当宗教统治人类历史时，宗教便是“科学”；外人看来再不合理的事情，只要是在自己圈子里发展出来的，怎么看都再正常不过。宗教与科学之争其实是两个科学范式之间的战争，它们的争端永远没有办法解决，因为各自的理论在各自的研究方法之下都是正确的，它们本身并无对错之分，谁也说服不了谁。我们或许期待着有那么一套“算法”作为法官来评判哪个科学范式更好，不幸的是这个法官本身所代表的就是第三种科学范式，争端不但没有任何缓和，反而扩大了。

前几天刚看完《科学哲学》这本书。科学哲学很有意思。这里我举一个有趣例子来说明，科学哲学问题相当值得思考。

究竟什么才算科学呢？科学究竟是拿来干什么的呢？稍作思考，我想一定有不少人会说，科学是一套可以对我们周围所发生的事情做出解释的系统。不妨把这个系统的每一次应用都叫做一个“科学解释”。究竟什么又是“科学解释”呢？有数学思维，特别是学过数理逻辑的人会想到公理化体系。科学哲学家Carl G. Hempel也是这么想的。他认为，科学解释就是回答一个现象为何发生，这个“回答”必须满足三个条件：一、前提保证可以推出结论，即论证应该是演绎推理；二、前提应该全部为真；三、前提应该至少包含一个普适定律。通俗地说，普适定律就是形如“所有的什么什么都怎么怎么样”的命题，它就像公理一样，是所有人普遍接受的事实。Hempel对科学解释所做出的诠释似乎无懈可击，环视周围正在发生的现象，套用Hempel的理论屡试不爽。书桌上的花为什么死了？因为我的书桌位置太偏僻，无法接收充足的阳光照射；而阳光是植物进行光合作用所必需的；并且没有光合作用，植物将无法制造碳水化合物；而植物缺少碳水化合物将致使其死掉。不小心把手机碰出桌面，为什么会掉在地上？因为地球上所有物体都会受到一个垂直向下的重力，而我的手机失去了桌面的支撑力，因此手机的合力不为0；而不为0的合力将给予物体一个与力的大小成正比的加速度，并且我的手机原本是静止的，因此我的手机将沿重力方向加速运动。

有趣的是，这个模型是有问题的。在继续读下去之前，不妨先稍作思考。你能想出一些不符合该模型的例子吗？

假设我的桌子上直立着一把尺子，我想知道为什么桌面上的影子有20厘米长。这是可以用科学来解释的：因为尺子的长度是20厘米，而桌上的台灯以45度角照射着尺子；由于tan(45°)=1，利用三角学知识可以计算出桌子上会留下一个20厘米长的影子。在这个例子中，“20厘米长的尺子”是一个前提，“45度角的灯光”也是一个前提，三角学知识和45度角的正切值都是普适原理，通过演绎推理可以得到我们的结论。一切都很符合Hempel的科学解释模型。有意思的事情出来了。让我们换一个问法：为什么我的尺子有20厘米长？我们可以说，因为桌上有一个20厘米长的影子，而灯光正以45度角照射着，根据三角学知识和45度角的正切值可知尺子的长度也是20厘米。注意到，用“20厘米长的影子”、“45度角的灯光”、三角学知识和tan(45°)=1确实可以推出我的尺子有20厘米长，所有前提都为真并包含了普适原理。不过，这并不是“我的尺子有20厘米长”的科学解释。这个问题的真正科学解释是——文具制造机器把它做成了20厘米长。可想而知，手机跌落也不能反过来解释手机没有了支撑力，花儿死了也并没有导致书桌上照射不到阳光。A解释了B，B自然不能反过来解释A，即使A和B是等价的、相辅相成的。

另一个更荒谬的、更能体现问题实质的例子是，我为什么连续30多天都没来月经（不知在以后的日子里会有多少人因为搜“没来月经”访问到这个页面）？我可以说，这几天正值期中，我要应付很多论文和考试，精神持续紧张，压力非常大；而精神压力会抑制脑下垂体的功能，可能会推迟月经，因此我有可能连续30天以上没来月经。上面的例子中，“我的精神压力大”是前提，“精神压力影响脑下垂体功能”和“脑下垂体影响月经”都是普适定律。由这些前提和定律确实可以推出我们所要的结论。事实上，这几天真的是期中，我真的在忙着赶论文，Blog又是三天没更新了，因此前提也确实都是真的。不过，这一套推理并不是“我30多天无月经”的科学解释。这个问题真正的科学解释是——我是男的，而男人是没有大姨妈的。

可见，科学解释并不仅仅是一个公理化体系能够说明得了的。上面两个例子的问题到底出在哪儿呢？大家可能很快想到，演绎逻辑与现实生活的差别就是：A确实可以推出B，但并不是A导致的B。问题的本质就在于我上文竭力想避免的一个词：因果联系。我们试图用数理手段给科学解释下定义，不料最终又回到了古老的哲学问题上。究竟什么是“原因”呢？这个世界是由因果关系支撑的吗？当量子理论发展到今天时，我们很难再用平常的眼光来看待因果律。于是，我们再一次回到了起点。没有一个能够判断哪个范式更科学的法官，即便以对现象的解释为标准来衡量科学范式，这个标准本身是什么也存在问题，不同的科学范式之间不可能统一出一个“科学解释”的标准来。

科学究竟是什么？我们或许还是了解得太少。