简单性原则的形成和方法论意义，本文主要内容关键词为：方法论论文,意义论文,原则论文,简单论文，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。
［中图分类号］C03 ［文献标识码］A ［文章编号］1007-5674(2006)01-0009-03
简单性原则作为科学方法论中的一条重要原则，是在长期的实践和认识活动中逐步形成的，如爱因斯坦所说“从希腊哲学到现代物理学的整个科学史中，不断有人力图把表面上极为复杂的自然现象归结为几个简单的基本观念和关系。”[1](P39)简单性方法一直受到科学特别是物理学的高度重视，简单性思想构成对自然科学发展有重要意义的一个基本原则。本文主要讨论了简单性原则的形成以及此原则对科学研究工作的方法论意义。
一、简单性原则的形成
简单性原则的最早表述可以追溯到古希腊毕达哥拉斯和他的学派，他们用数学和美学的观点来看待复杂的世界，认为“统治着天体运动的和谐，像音乐中的和谐一样，其根据在于秩序，宇宙间各天体按照数字所规定的间隔，围绕一个共同的中心旋转”。[2](P67)因此，整个宇宙就是一种和谐，这无疑说明了自然界是以和谐的形式表现出它所具有的简单性。这种宇宙和谐论是简单性思想的最古典的表现形式。
作为古希腊哲学的集大成者亚里士多德比较明确地提出了简单性思想。他在《形而上学》一书中写道：“最精确的学术是那些特重基本原理的学术；而所包涵原理愈少的学术又比那些包涵更多辅加原理的学术更精确，例如算术和几何（度量）。”“假定其余情况都相同，根据较少前提的证明是优越的。……借更多种类的前提进行的证明是较差的。”[3](P4)亚里士多德认为，学术中“基本原理”应尽量少，这正是简单性原则的根本点。
到十四世纪，英国唯名论哲学家奥卡姆提出了被称为“奥卡姆剃刀”的简单性原则，“如无必要、勿增实体。”“能以较少者完成的事物若以较多者去作即是徒劳。”[4](P112)在繁琐的经院哲学占统治地位时期，作为一把锐利的武器，奥卡姆主张用这把“剃刀”把繁琐的论证和多余的假设统统剃掉。虽然奥卡姆最早将简单性思想上升到理论上，但他却认为简单性只是逻辑上的，而不是自然界真实性反映。他认为物理实在可能不遵循这种简单性，甚至可能选择更复杂的道路。所以奥卡姆并没有认识到逻辑简单性与物理真实性的辩证统一关系。
牛顿是明确认识到科学理论体系应该在逻辑上具有简单性的科学家，他在《自然哲学的数学原理》中说到：“自然界不作无用之事，只要少做一点就成了，多做了却是无用，因为自然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因以夸耀自己。”[5](P153)而《光学》一书序言中牛顿又进一步写道：“如果你能从现象中发现两三个普遍性的运动原理，然后再告诉我们一切有形体的物体的性质与作用都是由这些明显的原理中产生的，那在哲学上就是一大进步，虽然这些原理的原因还没有发现出来。”[6](P166)牛顿力学理论体系的构筑，就遵循了理论体系的简单性原则。
美国著名物理学家J·W·吉布斯把简单性原则看成是理论研究的一个主要宗旨：“在任何知识领域内，理论研究的一个主要宗旨就是要找出那种使问题以最大的简单性显示出来的观点。”[7](P176)与此同时，他认为简单性应该包含两方面内容，一是一个理论体系的基础要求由尽可能少地包含彼此独立的假说或者公理组成；二是基本的概念、假说不仅应该具备有效性和精确性，而且应该具备简单性。显然吉布斯的简单性原则思想比牛顿更明确地揭示了简单性原则的基本点。
十九世纪末二十世纪初，哲学家和物理学家马赫提出了最著名的思维经济原则，把简单性思想上升到方法论角度，探讨了科学的经济功能，认为可以把科学看成一个最小值的问题，而花费尽可能少的思维对事实作尽可能完善的陈述。他指出“科学，可以看成是一个尽可能用最少的思维最全面地描写事实的极小值问题。”[8](P461)即科学既要全面描写事实，把事实中最重要的方面描写出来，同时又要用最简单的方法和最经济的思维。
二十世纪伟大的物理学家爱因斯坦发展了简单性的思想和方法，并给予简单性原则以最有力的肯定。爱因斯坦坚信，科学理论的构造可以用简单的数学概念或数学关系实现，“面对他来说，美在本质上终究是简单性”[9](P228)，而他一生研究的目标就是追求自然在有秩序的和谐中所体现出来的这种美。他认为“一切科学的伟大目标，即要从尽可能少的假说或者公理出发，通过逻辑的演绎，概括尽可能多的经验事实。”[10](P262)爱因斯坦的表述概括了自毕达哥拉斯以来各种简单性思想的核心内容。
至此，简单性思想这一古老的思想经过几千年发展成为简单性原则，它要求理论体系既要有效和经济.又要具有科学的真实性。简单性原则作为合理构造科学理论的一个非常有用的方法论原理，对现代自然科学家、哲学家的思想和方法论研究产生深刻的影响。正如罗素所说“我自己觉得这在逻辑分析中是一项最有成效的原则”。[11](P573)
二、简单性原则的方法论意义
简单性原则作为科学认识的动力和科学假说或理论可接受、评价与选择的一条方法论原则，在科学研究和探索中具有重要的方法论意义。
1.简单性原则是科学认识的动力。科学史表明，在科学尚未独立之时，相信自然界的简单性就成为了哲人们探索世界的信念和动力。我们人类面对的是一个纷繁复杂的世界，如果对各种自然现象研究仅是不加区分的堆积，那么对其是不会有真正的认识的。按照演化的观点，世界是逐渐生成的，是从简单到复杂演化而来的。一切事物、现象之间都有直接或间接、必然或偶然的联系，而这种联系使自然界显现出内在规律性、简单性和统一性。相信自然界是简单和谐的，它有一个简单和谐的规律，这个规律可以用一个简单和谐的公式表达出来，而且从此公式出发，将能推导出全部物理学，乃至全部自然科学，这是从古希腊以来的所有科学家所追寻的终极目标。也正是有了这一信念，人类才有了永不干涸的求知欲和对自然界统一性的执著追求，这种信念是一切科学研究探索的根本动因。
2.简单性原则为科学假说或理论体系的建构提供了方向。科学研究的目的就是要对复杂的现象进行抽象分析，得到其背后的隐藏蕴含的共性、本质和规律，从而更好地指导人类认识和改变实在世界。而科学家在分析研究对象的基础上组织建构理论来揭示事物的规律性时所需要遵循的正是理论简单性原则。
例如，开普勒在整理第谷的天文观察资料时发现，无论是托勒密体系还是哥白尼体系或第谷的折中体系，都无法与观测事实很好吻合，于是他决心改造哥白尼体系。开普勒一方面赞美哥白尼学说的简单性，“我从灵魂深处证明它是真实的，我以难以相信的快乐心情去欣赏它的美”[12](P108)，但在另一方面，他又不满足哥白尼学说所达到的水平，认为它没有充分揭示出宇宙的数的和谐性，实际上还可以更简明、更美。于是，他抛弃了圆形轨道和匀速运动，发现了行星运动的第一定律——所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上运行，太阳位于椭圆的一个焦点上。这样，开普勒就用7个椭圆取代了哥白尼的34个本轮和均轮。他的另外两个定律也以很简单的形式确定了行星在轨道上的运动速度，以及椭圆的大小与旋转周期间的关系。开普勒的三定律是天文学中的一次革命，彻底摧毁了繁杂的本轮宇宙系统，完善和简化了哥白尼日心宇宙体系，使它更正确、更严密。
3.简单性原则是科学假说或理论可接受、评价与选择的辅助标准。科学假说是对未知的事物及其规律所作的推断和假定，是一种带有推测性和假定性的理论形态。所以，在最开始被提出时，很难判断它是否正确。那么这时，简单性原则就可以作为假说可接受的一个辅助标准。海森堡认为“如果自然界把我们引向极其简单而美丽的数学形式——我所说的形式是指假设、公理等等的贯彻一致的体系——引向前人所未见过的形式，我们就不得不承认这些形式是‘真’的，它们是显示出自然界的真正特征。”[10](P216)
众所周知，可检验性标准是评价科学理论的最终标准。但是随着人类思维空间向宏观、微观的大幅度扩展，需要科学家进行愈来愈多理论假设和思维创造，而传统的经验验证方式在科学探索中却变得愈来愈困难。因为理论要在实验中获得证实，需要科学家设计能有效证实理论的典型实验，而且要求具备精确的实验手段和理想的实验环境，这些条件的成熟完备对于现代科学家来说是一项极其艰巨的任务。然而科学研究却不能停滞不前，所以人们可以通过检验理论是否具有简单和谐等逻辑特征，对理论进行评价。
科学发展史表明，如有两个理论，几乎能解释同样多的事实，那么谁简单，科学将选择谁。因为简单性原则要求在建构科学理论时包含尽可能少的基本概念、公理和公设，在形式上要使用尽可能简单的数学语言、符号、方程，但在内容上要涵盖尽可能广泛的经验事实，包含更多的信息量，具有更大的普遍性。例如，在揭示基本粒子及其相互作用的几种理论——“标准模型”、“大统一理论”、“超弦理论”中，大多数科学家会优先选择在形式上相对简单，引入的参数、基本粒子数目较少的“超弦理论”
20世纪下半叶出现了一系列专门研究复杂现象的非线性科学，那么对自然的认识过程中是否还可以遵循简单性原则呢？答案是可以。因为任何复杂性是由简单性演化而来的，而且在对复杂性现象的认识过程中也要用到简单性原则，这对我们有效地认识复杂的自然现象有很大帮助。
简单是真理的标志，也正是这一信念，引领科学家不断进步，走向更新奇、更深奥的未知世界。
［收稿日期］2005-11-23