科学理论基础的虚构性探讨，本文主要内容关键词为：理论基础论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
关键词： 科学理论基础 虚构性 方法论
科学理论体系往往采用公理化演绎方法，以最基本的观念与原则为核心，构成逻辑前提，经过绎演推理得出结论。考察科学史实，可以发现这些最基本的观念与原则有的来自对经验事实的抽象概括，有的则来自科学家在经验事实启示下，发挥主观想象而作出的超越经验事实的人为假定。因此，在科学理论基础中就引入了一种成分－－虚构性，其内容含有一定程度的虚假性。但在一定认识阶段它又近似地反映了事物的某些属性，具相对合理性。在科学进一步发展时，这些虚构性可能会由于新事实的出现而暴露其虚假性，最终被取代或抛弃。但它们对科学进步的作用却不容忽视，因而探讨科学理论基础中虚构性特征、产生情况及其作用有助于丰富辩证唯物主义认识论和科学方法论，对科学进步具有积极意义。当然，本文所谈的虚构不包括荒诞无稽、毫无科学价值的虚构。
一、科学理论基础中虚构性的产生与作用
在从假说到科学理论的创造过程中，科学家大胆虚构的作为理论逻辑前提的基本观念与原则是主观认识与客观对象相互作用的结果。它们的产生一方面受到当时历史条件的限制，另一方面又是对这些限制的突破。正是这种限制与反限制的矛盾运动导致了科学理论的发展。这大致可分为以下几类。
1、当经验事实尚未揭示研究对象的全部本质时，研究者依据已有材料对事物的本质作出假定性推测，虚构出不证自明的原则作为理论基础，力求创建反映事物本质的理论体系。如欧氏几何是古希腊时期关于几何测量的经验知识的全面总结和高度概括，其逻辑前提是一系列不证自明的定义、公理和公设。其中“第五公设”（即“若一直线与两直线相交，且若同侧所交两内角之和小于两直角，则两直线无限延长后必相交于该侧的一点”）①是关于无限远处空间性质的假设。因而在欧几里得的独创中，实际含有一定程度的虚构性。但它是欧氏几何不可缺少的逻辑出发点，与其它公理一样起着基石的作用。
2、由于事物的现象与本质并不完全一致，只有进行全面分析与辩证思考，才能透过现象发现本质。但在一定认识阶段，人们常仅凭借表面现象与日常感觉经验建立理论。这种理论虽在一定程度上与理论相符，其中却含有虚构性成分。如天文学领域托勒密体系以地球为宇宙中心为逻辑前提，尽管推出的结论是错误的，但符合当时认识水平而用于实践长达一千多年。牛顿力学理论体系建筑在绝对时空和一系列定义、公理之上，而绝对时空概念是牛顿概括当时日常感觉经验而作出的虚构。在绝对时空框架中的牛顿力学成了近代科学的支柱，广泛应用于实践之中。
3、任何事物的存在都是有条件的、相对的，因此自然规律的适用范围也是有条件与有限的。把有限的规律加以推广，使之普遍化，并以此为逻辑前提构造理论，也会含有虚构成分。如狭义相对论的光速不变原理和相对性原理就是爱因斯坦把电磁理论中的光速不变和力学相对性原理加以普遍推广，提升为公理的。由此推出的狭义相对论开创了物理学新时代，但在非惯性系中则不能适用，具有一定的虚构性。
4、科学理论的构建不可能不受当时的知识背景和实践水平的局限，有的研究者受传统观念的束缚，在理论基础中仍保留了旧理论中的虚构性概念与原则。如哥白尼日心说保留了行星运动的圆形轨道，麦克斯韦仍设置了捉摸不定的电磁“以太”，玻尔原子模型继承了“电子轨道”的假定。由它们为基础构建的理论在科学进程中均起了重要作用。哥白尼学说标志了近代科学的诞生，麦克斯韦电磁理论统一了光电磁现象，玻尔原子模型在微观理论的探索中具开创性意义。
5、在一定认识阶段对宏观现象或物质较低层次，根据经验事实与比较局部理论知识所发现的事物间本质联系，在微观现象或更深层次范围中不能解释新事实，使原理论基础具有虚构性。如门捷列夫以原子量的大小决定元素的性质为逻辑前提之一，提出元素周期律，排出第一张科学的元素周期表，使无机化学理论系统化。在科学研究深入到原子结构内部后，此前提的虚构性被揭示，由核电荷数取代了原子量的地位。又如长期以来被作为生物学理论体系的逻辑出发点的生物进化论，特别是自然选择法则被用来广泛说明各种生物学现象。但近年来分子水平上的生物学实验对之提出了挑战。生物细胞中核苷酸、氨基酸的组合方式和置换速度，与自然环境和生物世代更替情况没有直接联系，由此引起的突变也大部分不影响核酸与蛋白质功用，所以无法用自然选择法则简单加以说明。自然选择法则虽来自于大量经验事实的概括，但对于微观生理学范围，就可能具有虚构性，不能作为唯一的逻辑出发点。这表明必须修改、补充生物学理论基础，并将引起生物学的深刻变革。
科学史实证明了爱因斯坦曾指出的：“科学理论基础具有纯粹虚构的特征。”②它们在不同情况下产生，但其产生与存在都是自然的，具有历史必然性的。在认识过程中，对逻辑出发点的确定总是在对具体问题的认识中，依据大量事实、局部的理论对某一方面、某一科学分支或某一学科领域进行逻辑整理，发现各种具体问题间的本质联系后作出的，由于在任何领域都不能穷尽对具体问题的认识，所以对逻辑出发点的选择只能是相对的，选定的逻辑出发点对说明已知现象是理论基础，对未经证实的事实与范围则成为虚构，甚至可能完全不必要。如牛顿力学被后人发现没有“绝对时空”也完全能建立。从已发现的科学理论基础中的虚构性，可见它的产生与存在一方面在一定阶段可以推演出合理的理论体系，在实践中发挥重要作用；另一方面在科学进一步发展中，当剔除其虚假性部分时，往往带来科学知识体系的巨大变革，推动科学取得划时代的进步。
二、科学理论基础中的虚构性与科学认识论
自然科学理论基础中的虚构性特征决定了科学理论也含有一定虚构性，这规定了理论与事实的符合程度，制约着理论的适用范围，由于符合人类认识过程而具有相对合理性，也决定了科学理论只能是相对真理。
在人类认识不断深化的进程中，科学认识的限度不断被突破。科学的生命力就在于创造，“如果人们要等待建立起定律的材料纯粹化起来，那末这就是在此以前要把运用思维的研究停顿下来，而定律也就因此永远不会出现。”③科学理论也就无法建立。进行科学创造既要依赖于经验事实，又不可拘泥于经验事实，因而只有对已有材料进行辩证的理性加工，寻找事物与现象的本质联系，充分发挥主观思维的创造性想象力，大胆提出只在科学家观念中存在的基本观念与原则，作为理论基础，才能完成理论的构建。可见虚构的逻辑前提实际上是辩证思维合理推测的结果，是科学的选择，也是建立理论过程中必不可少的一环。试想如没有创造“第五公设”，欧几里得就无法建成人类历史上第一个有着严密逻辑一致性的几何学体系。没有原子量大小决定元素性质的虚构，无机化学理论也无法系统化。爱因斯坦不把光速不变和伽利略相对性原理公理化，更无法开创物理学新时代。几乎每门自然科学在一定发展阶段建立的理论中，都可找出其理论基础中含有一定程度的虚构性。由于从它们推出的理论结果在一定历史时期与现实相符合，前提与理论结果具有必然性联系，因而科学理论基础中虚构性具有相对的合理性。而且即使是从传统中继承的虚构性成分也同样具有相对合理性。如玻尔原子模型中的电子轨道，使玻尔理论逻辑上自洽，解决了卢瑟福模型的困难，解释了原子光谱是分立的事实和原子稳定性问题，虽然是传统的虚构，在一定条件下仍被科学家合理地接受，并在一定时期促进了科学理论的发展。
理论基础中的虚构性决定了理论结果具有一定虚假性，只能适用于一定范围，因此在一定阶段的科学理论只能是相对真理。从科学理论的结构看，科学理论越成熟，其结构越是严格的公理化演绎体系，其中作为逻辑前提的公理往往是不证自明或无法直接检验的概念和原则，其真实性只能通过结论所阐明的可观察事实间接地加以验证。但由于受一定的认识水平与背景知识所限，只要理论保持逻辑一致性，能说明并预言一定范围的经验现象，就会被认为是正确的。所以科学理论基础中的虚构性规定了一定历史条件下科学认识的限度，不可能要求科学理论与客观事物完全对应。
由于理论自身的逻辑严密性，要在本理论体系中通过逻辑分析和证明理论基础的合理性或虚构性是不可能的。数学家们耗费大量精力在欧氏几何体系中否定“第五公设”的失败便是证明。同样，在宏观生物学现象中也发现不了“自然选择”的局限性。只有当理论的知识背景发生了变化，或者理论超出其适应范围时与事实发生矛盾，才可能发现理论基础的虚构性。如在非惯性系中才认识到光速不变也是有条件的；深入到原子内部才理解元素性质不是随原子量大小而呈周期性变化的。具历史局限性的实践活动并不能最终判定理论的真伪性，到实践水平提高时，新事实与理论的矛盾被揭示，才能通过辩证思维，揭示出理论基础中的虚构性。随着科学认识的深化，科学理论基础的虚构性不断被揭示，科学理论的适用范围不断被界定，新的科学理论不断被创造出来，使人们的认识日益符合自然界中的客观现实与联系。非欧几何抛弃了“第五公设”，将欧氏几何作为曲率半径无限大的特例包含于自身体系之中，反映了空间的几何特征，使人们认识到空间形式的多样性。爱因斯坦将牛顿力学作为光速无穷大的极限情形包含于相对论力学体系中，揭示了“绝对时空”的虚假性，使认识深入到高速运动范围。但新理论的逻辑前提只是在一定条件下提高了理论与事实的相符程度，并非不含虚构性。如自然选择法则在新的范围中的适用性仍在界定之中。科学理论基础中旧的虚构性不断被揭示，被取代，一系列新的适用范围越来越大，与事实符合程度越来越高的虚构性不断被创造出来的过程，更丰富了由相对真理逐步逼近绝对真理的辩证认识发展过程。
三、科学理论基础中虚构性的方法论启示
从科学史实中可见科学理论基础具虚构性特征是确凿的，科学理论的抽象性、概括性和猜测性的特征决定了科学创造活动在任何时候都不能避免虚构。进行合理的虚构是进行科学探索，创建科学理论的重要手段和有效途径之一。
科学家在创造新理论时，往往意识不到理论基础的虚构性，因此形成了一种不自觉的虚构。如欧几里得、牛顿、门捷列夫等。在一定历史阶段，只要推出的理论具有解释、认识和预测功能，理论基础中虚构性就是合理的、必需的。虽然牛顿不自觉地进行了虚构，但在当时是与科学认识水平相适应的最好做法，他走过的道路被认为是当时“具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路”。④在现代理论的创造中，则更需要科学家具有高度的哲学修养和辩证思维能力，明确认识到理论基础可能具有虚构性，从而自觉地以批判态度对待已有的理论，寻找其虚构性和适用范围，在新的高度上寻找新的理论出发点，建立新的理论体系。爱因斯坦谈及广义相对论的创立过程时就曾说过：“不冒任意专断的危险，就无法发现这种场方程”。⑤因此自觉的虚构是科学创造的重要手段。
因为在理论自身体系中不可能发现其理论基础的虚构性，所以在一定意义上，认识到某一理论基础的虚构性，发现了理论的适用范围，也就意味着找到了科学的突破口。这具有科学方法论的启示，即在原有理论不能解释或与新事实发生矛盾时，就应通过各种途径、采用各种方法，分析已有理论的逻辑前提，以期发现不合理之处，寻求新的理论起点。爱因斯坦就是在牛顿力学解释不了光速实验结果时，剖析了牛顿力学的哲学基础、自然图景，发现了绝对时空的虚假性，找到了“同时的相对性”这一突破口，建立了狭义相对论。生物学领域亦如此，当原有理论解释分子水平实验结果出现困难时，科学家就开始寻找其含有的虚构性，发现自然选择法则不能作为唯一的逻辑出发点，从而寻找新的理论基础。可以预期在不远的将来，科学家会给出令人满意的答案，开创生物学的新时代。
从古希腊以来，人们曾把科学理论看成是亘古不变的真理，20世纪自然科学中的重大发现和理论突破，使人们认识到任何科学理论只在一定条件下成立，只有一定的适用范围。对科学理论基础中虚构性的认识可知，实存与虚构可以并存于理论之中，科学活动允许虚构，也有必要进行合理的虚构。在科学认识日益深入之时，应明确科学理论基础中虚构性的产生、作用与合理性，以大胆地进行合理的虚构性创造，改造旧理论，创建新理论，推动科学进步，深化对自然界的认识。
注释：
①M·克莱因著《古今数学思想》第一册，上海科学技术出版社1979年版，第69页。
②④⑤许良英等编译《爱因斯坦文集》第一卷，商务印书馆1976年版，第314页、第15页，第17页。
③恩格斯《自然辩证法》，于光远等编译，人民出版社1984年版，第117页。