可重复性原则及其自然观假定，本文主要内容关键词为：自然观论文,假定论文,重复性论文,原则论文，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：N02 文献标识码：A
我们在“略论科学研究规则对自然观假定的依赖性”[1]一文中曾经论证了科学研究规则对自然观假定的依赖性，并具体揭示了主体间性和实验原则对于相关的自然观假定的依赖性，本文将继续探讨可重复性原则对相关自然观假定的依赖性。
1 什么是可重复性？
为了保证科学事实的可靠性，防止错误，科学研究强调任何科学事实的认定都必须要遵循可重复性原则。即只有在不同研究者、不同实验室、不同时间和地点都能重复验证的事实，才可以认定为科学事实。这一原则为科学知识的可靠性提供了筛选机制，在反对伪科学方面意义很大。
按照这一标准，我们发现科学所认定的事实，或者说在科学研究中有意义的事实，只是客观事实或经验事实的一个很小的子集。所谓客观事实，是指在特定时空发生的过程，不管是否为人们所认识。而经验事实是指为人们所经验到的客观事件，不管是否具有可重复性。由于在科学研究活动中，必须是可重复的事实才能认定为科学的事实，这样，科学研究活动才确保了可靠性的同时，也极大地缩小了自己的经验基础。因为，那些由于种种原因难以重复的经验事实会被无情地排斥在科学的门外。
当然，可重复性从来都只能是相对意义上的，不可能是绝对的。因为绝对意义上说，每一个事件都是独一无二的，因此都是不可重复的。但这样对可重复性提出批评似乎是在吹毛求疵，没有意义。其实，科学研究之所以非常重视现象的可重复性，其本质原因是想要通过可重复性来证明相关现象的真实性。所以，在科学研究中如何坚持可重复性的要求是很复杂的，它与我们试图从这一事实中得出什么样的结论，或者如何界定事实的关系很大。就我们现在的浅见，至少可以分为以下几种情形：①作为某一普遍规律证据的事实，需要高度的可重复性。例如，著名细胞生物学家贝时璋先生宣称虽观察过细胞重建现象，但一直未能予以重复，所以不能认为它是真实的。这一事实的意义在于，它对细胞来源的规律性认识有直接的影响，因此对于这类宣称的可重复性要求是较高的。②作为对某个单一特定事件的描述，不需要也根本不可能要求可重复性。如某一次特定的超新星爆发，就是这类例子。换言之，只有观察条件句（如当条件X被满足时可以观测到Y事件这样形式的语句）才应该满足可重复性要求，而当单纯的观察句（如在时刻T可以观察到Y事件）则不需要。③介乎两者之间的可能性事件，则必须在满足相关条件的情况下多次观察，通过统计计算才有可能证实。
费耶阿本德认为，任何科学研究规则都不是先验的，都是依赖于自然观假定的。“只有在一个具有某种结构的世界中，我们所使用的标准和我们所推荐的规则才有意义。在一个不呈现该结构的领域中，它们便成为无用的，或开始成为无效的。”[2]我们发现，为了要认识自然世界，我们必须要进行科学研究活动；科学研究活动要遵循一定的规则，而科学研究的规则又必须建立在我们对自然世界基本状况的假定上；而自然观假定又是建立在科学知识基础上的。因此，我们可以肯定地说，在科学研究活动中存在着如图1所示的解释学循环[3]。
图1 科学研究的解释学循环
所以，可重复性原则并不是无条件成立的先验原则，它的有效性同样也是建立在相关的自然观假定基础上的。可重复性的要求要想是合理的，必须要满足下列两个条件：①假定自然规律本身是普遍的；②在不同的空间、时间，在初始条件相似的条件下，自然现象的表现是非常相似的。脱离了相关的自然观假定之后，可重复性原则就变成了神秘的、不可理解的事物。卡尔·波普尔曾指出：“我们的因果法则在空间（和时间）中具有普遍性或不变性，也就是断言存在一个结构性的规律——一个似乎从原则上很难以用因果关系解释的共存的规律性，因为它不能用任何因果法则或延续法则来解释。……世界的结构性同质似乎抗拒任何‘深层’的解释：它是一个迷。”[4]因此，应该如何坚持可重复性原则，以及可重复性原则应该受到什么样的限制，都应该根据科学研究的具体情况来决定。
2 复杂性科学对可重复性原则的挑战
所以，不能简单地仅仅用可重复性来作为标准来论断事实的真伪，我们发现有些学界公认真实的事件是很难重复的。例如，在复杂性科学研究领域中，上述可重复性得以成立的条件2就无法得到满足。即存在着一些对初始条件极其敏感的事件，只要在初始状态有一个极小(10[-6])的扰动，结果就会天地悬隔。那么这样的事件就是很难重复的，因为在实验条件下，我们很难如此精确地再现原先事件的初始条件。有时候，我们往往要借助于功能非常强大的计算机模拟才能重复这一事件（注：关于对初始条件极其敏感的事件很难重复的观念，笔者从清华大学计算机系张钹教授的讲座获得启发，特此致谢！但笔者的理解未必正确，文责自负。）。这类初始条件极其敏感的事件，在初期还是有相当强的可重复性的，但越到后来分歧越大。而随机现象则恰好相反，每一次事件单独发生时，是难以重复的。如每一次抛硬币的结果不见得能重复以前的结果，但随着重复不断次数积累之后，则统计的规律越来越确定。
由以上事实看，以可重复性来作为事实真实性的检验是过于苛刻了。至少就以上情况看，对小概率的随机事件及初始条件极其敏感事件长过程的检验，就很难以可重复性来检验事件的真实性。当然，反对者可以反唇相讥说，这种所谓不可重复的规律也是需要通过大量经验重复检验而得到证明和确认的。但是，大量经验的重复验证所证明和确认的恰恰是某种事件或状态的不可重复性，而且这种不可重复的现象的存在仅仅通过理论计算和计算机实验就可以确定，因此进一步证明了可重复性要求作为真实性的标准对某些事件是过于苛刻了。
许多实验，尤其是关系到复杂的生命现象的实验，由于涉及到太多的可变因素，所以能否重复往往要依赖于实验者的技巧和能力，依赖于实验装置的稳定性，因此如果不引入理论的考虑，单就实验本身实际上是很难决定其究竟是否可以重复。例如，巴斯德在与菲力克斯·普什关于自然发生说的争论中，巴斯德发现自己通过在水银下配备浸液防止生命出现的尝试中，只有10%的实验获得了成功。巴斯德说“……不公布这些实验，因此其必然招致的后果对我来说过于严重，以至我不能怀疑存在着某些隐藏的导致错误的成因，尽管我已很小心地使它们无可挑剔”。换句话说就是，巴斯德是如此坚定地反对自然发生说，以致他宁愿相信在他的工作中存在着某些未知的错误，也不愿公布这些结果。他将那些看来确证了自然发生说的实验说成是不成功的实验。结果历史证明了巴斯德的固执是有先见之明的[5]。从这里我们可以看出实验的可重复性是非常复杂的。
普里高津回忆他年轻时研究不可逆现象热力学，当时曾经有位很著名的热力学家以差不多质问的口吻说：“您对不可逆现象如此感兴趣，我深感震惊，这些不可逆现象与其说它演变的最后结果，倒不如说它们在本质上就是瞬息即逝的”[6]。科学界对于不可重复性的忽视其实也是同样的偏见。更进一步说，传统科学对可重复性的过分偏爱在某种程度上也是对简单性的偏爱，对复杂性现象的一种歧视。忽略了大量对于初始条件极其敏感事件的存在，从而产生了一种将可重复性事件当作自然界的根本属性，而将不可重复性当作纯粹消极的、体现人类认识缺陷的非本质属性的倾向。
3 后现代科学对可重复性原则的挑战
不仅如此，后现代科学对于可重复性条件1的存在的普遍性也提出了挑战。认为自然界受到亘古不变的规律的支配的思想，其实是从毕达哥拉斯、柏拉图以及基督教的新柏拉图主义一直继承下来的形而上学假定。问题是，“如果宇宙一直是进化着的而且现在仍在进化，那么它的进化是否是在自创世大爆炸时期就形成的永恒不变的自然法则的背景下进行的？抑或自然法则的形成是否及时，是否与宇宙一同进化？由于自然法则代表着统治宇宙万物的一种数学秩序的永恒体系，因而它们的进化是可能的吗？它们是否更像一个世纪以前C.S.皮尔斯所预示的那样，是一种习性”[7]。这里后现代科学提出了一个非常值得我们深思的问题，近代科学发展至今，是一个不断从静态的宇宙观向动态的、发展的、历史的宇宙观演化的过程，现在发现连宇宙的自然规律本身也是历史的产物，这是演化自然观非常有意义的新发展。
“后现代科学”的著名代表人物英国科学家鲁伯特·谢尔德拉克所提出的“构成因”假说认为，宇宙规律并非像过去所设想的那样是永恒的、无比坚硬牢固的，它其实也是一种不断演化的习性的表现而已，是随着时间演化而改变的。按照这种观点，分子、晶体、细胞、组织、器官和有机物所具有的特有的形式是由被称之为“形态发生场”的特殊场所形成和保持的。这些场的结构是由与过去类似系统的“形态发生场”衍生出来的；过去系统的形态发生场通过一种叫做“形态共振”的过程变为后来出现的类似系统，并且“形态共振”的作用不会因时间和空间的分离而受到影响[8]。
这一假说可以解释许多过去难以解释的现象。如新化合物结晶非常困难，但一旦某个实验室制备了一种化合物的结晶后，在其他的实验室再制备同一化合物的结晶就越来越容易了。传统的解释是说，前面晶体的碎屑起着一种“种子”的作用，附着在科学家们的胡须或衣服上，从一个实验室带到另一个实验室。如果没有科学家互访的现象，则认为这种种子是在世界中漫游的空气中极小的尘埃颗粒。而“构成因”的观点解释说，在第一次结晶之前，晶体不存在特别的形态发生场。但是，在第一次晶体形成之后，结晶受到前面晶体的形态发生场的影响，物质结晶的次数越多，结晶就越来越容易。值得注意的是，这个假设是可以检验的，如果科学家们互不接触，而且尘埃颗粒通过空气净化之后，这种现象仍然不断发生，则可以证明这个假设[9]。
1920年，著名心理学家麦独孤在哈佛大学发现老鼠从一个特殊设计的迷宫中逃生的速度一代比一代明显提高。由于下一代的老鼠是由学会了逃生技巧的老鼠所生育的，所以麦独孤曾认为这是后天习性的获得性遗传。后来，他又从每一代学习最慢的老鼠中挑选生育下一代来进行测试。基因选择也许应该使得老鼠学习能力下降，结果发现学习能力仍然提高了。后来其他研究人员，如爱丁堡和墨尔本的研究人员在重复实验时发现，他们做实验时第一代老鼠学习的速度远比麦独孤实验时第一代老鼠的学习速度要快。而且无论是受过训练的老鼠的后代和从未接触过迷宫测试的老鼠的后代都是如此。拉马克的理论显然是无法解释了。而“构成因”假说却可以解释这一现象，即早期学会迷宫逃生技巧的老鼠的行为可以通过形态发生场超距地影响后来的老鼠，使得它们一代一代学习速度加快[10]。
这种假说尚未得到科学界的一致认可，但如果它是真的话，在诸如此类的情景下，由于形态发生场的影响是无法屏蔽的，同类事件是相互影响的，所以事件发生的条件是无法真正做到相同的，坚持这种事件必须可以重复发生才能承认其存在性，就可能意味着对非常可靠的事实的否定，显然会阻碍科学的发展，是非理性的。在这里，我们并不太关心这个假说的命运，而是要通过这个假说说明，过于严格的可重复性要求有时可能是不合理的、是有碍于科学发展的。
类似地，量子力学的发展已经证明了爱因斯坦的定域性的观点失效，这就意味着研究对象是内在相关的，即两个对象在没有直接的物理因果作用的情况下可以有相关性，因此无法进行彻底隔离的测量，所以事件的可重复性无法得到严格保证。爱因斯坦曾对这一性质感到严重的不安：“然而这难道不是很悖理的吗？在两个粒子之间的一切相互作用都已消失之后，对第一个粒子作的测量怎么会影响第二个粒子的状态呢？”[11]
4 难以重复的事件的确认
可重复性原则的惟一意义在于帮助我们确定事实的可靠性和真实性。因此，在可重复性原则存在局限性的情况下，我们为了确保科学研究的可行性，就必须寻找一种在可重复性之外的确定事实真实性的方法和规则。实际上，在科学研究过程中，我们对于事实的认定完全可以而且应该借助于多重因素的参照来确定事实的真实可靠性，而非惟一地依赖事件的可重复性来验证。
可重复性极低的事件，其真实性往往可以通过严格地规定观察条件来排除错觉和错误。①对于一次难以重复的事件，可以通过多人同时观察的方法排除少数人发生错觉和故意欺骗的方法来确定事件的真实性。例如，某日某时发生一次日食，可以通过大家同时观测的方法来确认。②对于一次转瞬即逝的事件，可以通过测量和记录事件发生之后留下的影响和相关物证，以间接地认定事件在当时确实发生。例如，某一次宇宙射线穿过实验室，可以通过在乳胶照片上留下的痕迹作证；或者某一次地震的发生，可以通过相关记录仪器的记录作证。
不仅相关实验要素的改进，可以帮助认定事件的真实性，而且相关理论的深入研究也可以帮助科学共同体增强对事件真实性的信心，帮助科学家在不同的实验结果中作出选择。这就是科学哲学中已经作为基本常识的观察渗透理论的一个重要内容。例如，量子力学中非常重要的测不准关系，有两种基本的诠释：①非统计诠释Ⅰ[,1]，即原则上不可能同时精确确定描述一个单个物理系统的正则共轭变量之值；②统计诠释Ⅰ[,2]，两个正则共轭变量的标准偏差之积有一下限h/4π。专家指出，如果采用非统计诠释Ⅰ[,1]，“我们可以毫不犹豫地说，在物理学史上还很少见到过一条具有这样普遍的重要意义的原理，却只得到如此之少的实验检验的证实。事实上，就Ⅰ[,1]而言，目前似乎还没有什么办法可以以足够的精度同时测量单个电子的位置和动量，以估计所含的误差。……Ⅰ[,2]显然享有坚实得多的经验支持。实际上，许多作为海森堡关系的证明而被提到的测量正是Ⅰ[,2]的实验证明”[12]。所以对于测不准关系非统计诠释Ⅰ[,1]的证明，实际上是依赖于统计诠释Ⅰ[,2]与非统计诠释Ⅰ[,1]相互关系的说明的。
在物理教科书中，麦克尔逊－莫雷实验以及爱丁顿的日食观测是狭义相对论和广义相对论的重要实验支持。而细致的科学史研究表明，麦克尔逊－莫雷实验由于涉及的因素极为复杂，由于米勒实验的相反结论，所以麦克尔逊－莫雷实验结果的可靠性长期处于激烈的争论之中，反而在相对论为科学共同体所普遍接受之后才得以认定的[13]。而爱丁顿对于日食观测数据的处理，要不是由于科学家们相信相对论的正确性，无论如何不是合理的[14]。
当然，这些方法的证明都不是绝对严格的，都是可错的。例如同时观测的众多科学家都发生了错觉；或者从结果倒推原因的过程可能发生错误，例如乳胶照片的胶卷本身可能存在瑕疵等等，或者引入的理论解释往往可能是错误的。但是科学事实本身就是可错的，即便是应用了可重复性所确定的事实同样也是可错的，同样也只能暂时接受其真实性。所以应用可重复性之外的原则来帮助确定事实的可靠性并未违背科学的基本原则。
因此，对于某些特殊的现象，我们不应该过于绝对化地以可重复性作为鉴定事件真实性的惟一标准。如果有相关的其他证据可以支持的话，尤其是在多重间接证据支持的情况下，那么还是可以在一定的程度上接受为科学事实的。之所以要提出这样一些看似很平庸的观点，是因为在现实的科学实践和科学争论中，绝对化的可重复性原则往往会被用来拒斥一些难以重复的事件的真实性。
（致谢：本文所涉及的内容曾在清华大学科学哲学和技术哲学沙龙、北京“天地生人”学术沙龙演讲，从参加者的批评和讨论中获益非浅。本文的写作曾得到清华大学科学技术与社会研究所曾国屏、吴彤、刘兵、王巍等诸位先生的指教，特此致谢！
收稿日期：2001-11-26