牛顿科学的“推理规则”与科学发现的逻辑，本文主要内容关键词为：科学论文,逻辑论文,规则论文,发现论文，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。
17和18世纪，表达科学发现的逻辑是很自然的事，因为当时的科学家都相信有科学发现的逻辑，并认为这种发现的逻辑既是形成新理论的手段，又是证明理论的方法。牛顿提出的“哲学的推理规则”就是当时发现的逻辑的典型代表。当代的科学哲学家并不相信有能作为科学家进行科学研究的方法论的机械规则，但是，科学哲学中的方法论问题，在走过了抛弃发现的逻辑之后，又开始走向复活发现的逻辑。不论是抛弃发现的逻辑的做法还是复活发现的逻辑的做法，都可从牛顿“哲学的推理规则”中找到某种根据。
事实上，在牛顿的推理规则中，不仅浓缩了牛顿时代有关科学方法论的许多内容，而且还蕴涵着在此之后的，有关“科学发现的逻辑”问题历史变迁的思想根源，甚至这一规则亦可以作为今天我们“复活发现逻辑”的一个典型的科学史范例。
1 牛顿“哲学的推理规则”及其作用
近代科学，虽然抛弃了古希腊那种探求“实体形式与隐秘的质”[1]的形而上学认识方式，力图通过感性经验的实验对自然现象进行研究，但它还是承袭了古希腊哲学对知识的证明性要求，对科学持一贯正确的可靠主义观点。科学家认为，真正的科学是由既是真的又已知为真的陈述所组成的，只有那些对自然现象的断言被提供一种认识论上证明的理论，才是可理解的、可认可的。当然，这时的证明，并不是古希腊哲学那种从不证自明的公理前提出发，通过演绎的逻辑证明，而是强调感性经验的实验及其归纳法对证明（证实或确证）科学陈述的作用。
正是持这种一贯正确的经验主义观点确信：能够发现从特殊到普遍的发现和维护科学陈述的真理规则。这种规则，既是形成新理论的一种手段，也因为其确实可靠，又能自动担保通过在认识论上的有良好基础的发现逻辑而产生的任何理论。事实上，培根、笛卡儿、波义耳、洛克、莱布尼兹和牛顿这些杰出人物，“都相信表述可以导致发展‘有用的’事实和关于自然界的理论的规则是可能的”，都致力于“明确表达发现的推理法”[2]。他们迷上了发现的逻辑。劳丹认为，他们这样做，“并不因为他们忽视关于证明知识主张是合理的认识论，而且恰恰是因为他们把证明的问题当成主要的”，这时，“发现的逻辑在认识论上将发挥证明逻辑的功能”[2]。
基于这一历史背景，我们就可以明白牛顿在1713年第二版的《自然哲学的数学原理》中添加的“哲学中的推理规则”的用意。它既是发现的逻辑，又是证明的逻辑。他认为他能够从他在该书中前两编所建立起的基本原理出发，演绎地推导出他的引力定律，他的定理也因此得到了证明。
这些推理规则，是牛顿针对反对派对他在第一版中提出的科学理论进行反驳的一种深思熟虑的回应。它涉及到科学家在研究自然界的过程中是怎样获得并接受定律和理论的问题，它也是科学哲学中科学方法论的核心问题。这个问题包括两个方面的内容，一个是如何发现的问题，一个是如何证明的问题。牛顿提出的“哲学中的推理规则”，就是他的力学理论发现和证明所要依据的推理规则。
当牛顿的《自然哲学的数学原理》在1687年出第一版时，对它的第一篇评论文章就指出，牛顿的引力理论“还没有得到证明”，“依赖于它而做出的论证只能是力学”的假说，还不是科学[3]。牛顿试图对他的引力理论给予证明，但他努力多年，最终他自己承认失败了。牛顿虽然承认他的引力理论还没有得到证明，还只是一个中介答案，还应得到进一步的说明；同时，他又认识到，必须放弃形而上学的演绎推理的可接受性证明标准，确立仅仅是经验—实验的归纳式的可接受性证明标准。按拉卡托斯的说法，这就是牛顿方法论思考的关键性动力[3]。牛顿在他的推理规则第四条中说，形而上学的批判绝不会使他拒绝归纳的证据。这样，科学对自然对象的研究不是从不证自明的第一原理出发，演绎地推导出结论，而只能是从经验的现象和实验出发，归纳地推导出结论，只要结论不被现象和经验反驳，我们就认为它是科学真理。当然，出发点的现象应该是真的，归纳也应该是正确的。于是，牛顿的第四规则拒绝了在他的时代被广为接受的证明主义批判，而成为一种新的归纳论证的科学发现和证明的标准，并且这个标准如此的强，以至于认为，如果一个纯粹的假说没有归纳的实证证明，就不能作为一个科学发现。
在17和18世纪，可以说是探索科学研究的发现及其可靠途径的方法论时代。这种方法论当然是不同于亚里士多德的三段论的东西，它首先在培根那里得到较为系统的阐发。培根宣称“归纳法是处理事实惟一的最正确的方法。借助于归纳法人们就有可能得到一般（公理），从而最后达到据此解释其他现象的目的。”[4]并且他相信这种方法能够达到绝对的确实性。笛卡儿虽然是一个唯理论者，但他并不像一般人所设想的那样，提倡同经验论者的观察法相反的先天推理方法，他实际的科学方法类似于假说演绎法[5]。 他的方法论最为重要之点是一条基本原则：“他要求，归纳法或分析法应导致具有最高的和绝对的确定性的惟一原则；随后从此原则出发，利用综合法，整个经验领域就一定得到解释。”[4]
牛顿在《光学》里明确地阐述了自己的方法：“像在数学中一样，在自然哲学中对艰深题材的分析方法……就在于进行实验和观察，和由此用归纳法作出结论，并且对于这些结论仅仅容许由实验结果和其他确实真理所提出的反驳。”[5]牛顿明确指出：“用归纳法根据实验和观察所作的论证并不是对一般结论的论证”[3]，但实验—归纳的证据“是在[我的]哲学中一个命题所能有的最高证据”[3]。因而，在牛顿的方法论及其“推理规则”中，发现的逻辑也承担着证明的逻辑作用。
2 牛顿之后“科学发现的逻辑”的历史命运
牛顿有效的实践的方法论，可以看作是科学理论的必要而不充分的条件。这是古希腊哲学发展到近代以后，获取科学知识的现实可能的道路，但它并不能保证按这种方式所获得的科学知识的真理性，科学理论并不能按传统的演绎法逻辑地推导出来。
到18世纪中叶，由于科学研究开始介入到微观世界，难以捉摸的原子、以太、流体使解释性的理论时髦起来，发现的“归纳”逻辑显然已不能满足这种需要。与解释性的理论相适应，假说—演绎方法，特别是理论的后验评价开始流行。到了19世纪30年代，一贯正确的可靠论开始瓦解，赫歇尔、惠威尔和孔德等人都认为不存在产生真的理论的公式，认识是易谬的，科学定律的真理性只能通过理论的后验评价来加以实证（这种认识只是在牛顿观点的基础上，进一步打破了古希腊传统的证明主义的可靠论，它是在牛顿方法论原则之下的进一步的确认，惟一的不同是否认发现的逻辑有证明逻辑的作用）。
赫歇尔说：“在对自然的研究中，我们不必拘泥于我们如何得到这些一般事实，即定律和理论的知识：假若只要当理论与定律一旦被发现时，就证实它们，那么，我们必定以掌握它们为满足，而不问它们在何处被发现。”[2]惠威尔更进一步认为，“科学发现始终依赖于某种巧妙的思想。我们无法追踪它的起源。某些幸运的智力闪现将超越一切规则。我们不能给出会必然导致发现的准则。”[2]劳丹对他们的评价说：“赫歇尔和惠威尔所指出的（他们同时代的孔德也作出相似的观点）就是：（1）对理论的评价（证实）与理论产生的条件无关，（2）这种评价模式，即使是易错的，与证明过程的关系比起任何易错的发现规则更为密切……他们坚持，证明无需依附在发现上面。”[2]从此“亚里士多德早在《后分析篇》就提出的认识论的核心任务，即说明科学发现逻辑和概念形成的任务被放弃了。代之以一种十分不同的工作，它不关心概念最初是如何形成和理论最初是如何生成的，只从事于形成一种逻辑来评价已提出的理论。”[2]
逻辑经验主义采取回避发现问题的方法来克服“发现的逻辑”。赖欣巴哈在“发现的前后关系”和“证明的前后关系”作了区分，认为“科学家的任务在于发现关于新观察事实的不同观念间的逻辑联系”，这种“思维的心理操作”过程是“发现的前后关系”，“它们是相当含混而又捉摸不定的过程”；“试图构成一个知识理论，它在逻辑上是完善的，同时又同思想的心理过程严格符合，那是徒劳的”。认识论不关心思维的实际过程，它“仅仅从事构造证明的前后关系”[6]。这样，逻辑经验主义者抓住科学中经验和逻辑的东西，在“证明的前后关系”上做文章，放弃科学发现的逻辑研究。
波普尔借助于迪昂对牛顿方法论中归纳神话的打破[7]，用他的批判理性主义反对逻辑经验主义的经验证实方法论。他虽然把他写的书取名为《科学发现的逻辑》，但在此书中，他明确提出科学发现没有逻辑，认为“产生新观念的逻辑方法或这一过程的逻辑重建这种事情是不存在的”，“每一个发现都含有‘一种非理性因素’，或柏格森意义上的‘一种创造性直觉’”；通向科学定律的“逻辑通路是不存在”的，“只能凭那种建立在对经验对象的理性偏爱为基础的直觉才能达到”[8]。
虽然波普尔把科学定律的发现过程，看作是知识心理学研究的任务，不存在因而也不可能进行认识论的逻辑分析，但他并没有放弃对科学定律产生的理性考察。他把知识看作一种假说，认为科学知识的增长就是猜想并反驳的证伪主义过程。科学从问题开始，通过尝试性地提出解决问题的假说并对假说进行反驳即证伪，再朝向愈趋深刻的问题，科学知识就是这样从旧问题到新问题的不断成长过程。这其中，尝试性解决的猜想即假设过程，并没有什么逻辑可寻，其关键之点是排除错误的证伪过程。这样，科学定理即假说的真理性在证伪中得到确立，可证伪性成了科学划界的一个标准。
通过波普尔对科学发现的逻辑问题的转换，科学发现的逻辑已不再是传统意义上的科学发现的方法论，而是一套评价现成的、明确表达的理论的规则，它成了科学真理的评价标准。拉卡托斯正是这样来理解波普尔的“科学发现的逻辑”的，并在改造波普尔证伪主义方法论的基础上，建立他自己的“科学研究纲领方法论”（其中也吸收了库恩的历史主义的非理性因素）。
费耶阿本德把库恩的历史主义，特别是他的“历史再现”方法论和发散—收敛方法中的非理性因素进一步加以贯彻，认为科学是无政府主义的事业，科学的方法论不可能是超历史的固定的规范，而只能是“反规则”的“怎么都行”。这等于断言，科学发现纯属非理性的过程，无任何逻辑规律可寻。这种“怎么都行”的无政府主义方法论，是库恩历史主义走向极端的产物。
这些批判的方法论看到了实际方法论及其规则的局限性，但他们无视科学理性并走向其反面的做法，显然是不能令人满意的。不论是那些预设存在着一整套永久的超越时空的科学方法论及其规则，试图把科学理论合理化的“形式主义”企图，还是走向其反面的做法，都走得太远。
3 复活“科学发现的逻辑”——回到牛顿的“推理规则”
当代科学哲学中的若干种方法论，虽然与17和18世纪牛顿所阐述的方法论有很大的不同，但我们还是可以把他们看成是牛顿方法论的片面性发展的结果。因为，牛顿在发现的逻辑上的暖昧态度，为后来的科学哲学家对发现的逻辑提出各种不同的观点，提供了某种科学史的客观依据。一方面，牛顿拒绝承认一种理论只要有根据“高度先验”的前提而得到证明的观点；但是，另一方面，他仍然认为只有已经证明的命题才能在科学中获得一席之地。他关于科学理论的实验证明的标准比起传统的亚里士多德—笛卡儿的证明标准要弱一些，不过，无论如何，科学理论应该尽可能得到证明，虽然最终的证明是不可能的。
牛顿也认为他的有效证明也许会存在“例外”情况，并且他也意识到一个实验论证可能有效但仍会导致假结论，按拉卡托斯的说法：“牛顿的标准就是证明主义的易谬论的那些标准。”[3]它一方面要求对理论作归纳逻辑的证明；另一方面又认为这种证明并不是论证结论的完全证明而不会出现反例。“作为方法论者的牛顿（声称他根据开普勒的‘现象’推导出他的定律）和作为科学家的牛顿（他非常清楚地知道他的定律是与这些现象直接矛盾的）是不一致的。”[3]
即使现象都是真陈述，牛顿的理论也不是它们的逻辑结果。他所推导出的结论，包含了前提中所没有包含的东西。
这样，若任何理论都不能按照现象来加以证明，那么，牛顿关于已经证明的理论和未经证明的理论之间的分界标准就不存在了，而任何未遭反驳的论证都同样是好的。于是，在科学史的历史分析中，科学发现逻辑的争论的两种相反观点不可避免。所以，虽然科学哲学家按照他们自己所理解的科学史，提出了关于科学知识的标准，但迄今为止在这个问题上尚无一致意见可言。并且人们也没有就一种关于科学合理性的理论达成普遍的一致意见。人们不反对牛顿科学是科学真理并取得巨大成功，但人们对牛顿科学的推理规则的方法论却表现出各不相同的观点。不同的科学哲学家，从同一个牛顿推理规则中挖掘出各不相同的方面，各执一词地争论着科学发现及其理论的合理性标准。
虽然逻辑实证主义声称它作为科学方法论不涉及科学发现，但由于通过运用现代概率的归纳逻辑来坚持“证实原则”，实际上已把归纳确立为科学发现的工具，即归纳实际上履行了“发现”的功能。
波普尔在《科学发现的逻辑》一书的第11节的第一段话，解释了他为什么给自己的书冠以《科学发现的逻辑》这一标题。他说：“方法论的规则在这里被看作各种约定。它们或可被描述为经验科学的博弈规则，它们不同于纯逻辑的规则，正如国际象棋的规则不同于纯逻辑的规则一样，几乎没有什么人会把这些弈棋规则看作纯逻辑规则。鉴于纯逻辑的规则支配着语言叙述的变换，那么探讨弈棋规则的研究结果也许就可以称为‘弈棋的逻辑’，但这不是纯粹而简单的‘逻辑’（同样地，探讨科学博弈——亦即科学发展——的规则的研究结果也就可以称为‘科学发现的逻辑’）。”[3]在波普尔思想的意义上，牛顿的“推理规则”虽然不是那种证明主义意义上的机械的纯逻辑规则，但它可以是要求我们怎么做的规范，也因而可以叫做“科学发现的逻辑”。
拉卡托斯正确地指出，这种“规则可以决定具体的一着是否‘合则’，但它们对整个博弈是否‘合则’（或是否‘合理’）却沉默不语。这种规则不能说明博弈者（心理的）动机和博弈的（理性的）目的。”[3]“迄今科学哲学家们提出的所有‘法律’已被证明是对优秀科学家们的裁决的错误概括。时至今日，正是科学精英在具体案例中出自本能地加以应用的那些科学规则，构成为衡量哲学家们的普遍法[规]律的量杆。方法论的进步依然落在直觉性的科学裁判之后，这意思是说，方法论的主要问题是要找到（假如可能的话）一种能解释现实科学理性的理性理论，而不必用科学哲学的立法去干预先进的科学。”[3]
这种理性理论，既不能放弃科学中明显的合理性的东西，又不能放弃科学中具有主观创造性的东西。这正是逻辑实证主义和历史主义学派之后，科学哲学所努力的方向。
针对历史主义反对科学发现的逻辑及其无政府主义后果，劳丹从科学解决问题出发，提出复活“科学发现的逻辑”的工作；西蒙具体地提出了“规范理论”。
劳丹在探讨了“发现逻辑为什么曾被抛弃”后，提出“应该复活发现的逻辑”。他认为，“这种逻辑一旦提出来，便可能昭示或澄清一些有关科学本质的重要哲学问题。”[2]
劳丹首先在“发现的前后关系”与“证明的前后关系”之间再分出一个他称之为“探索的前后关系”，把原来“发现的前后关系”中的属于“评价、检验和修正”的那部分去掉，将发现狭义地理解为“一个新的思想或概念最初萌生的时刻”，把“发现的逻辑看成一套规则或原则”，按照这些规则，就可以“生成新的发现”[2]。他认为，“惟有根据这种解释，才能赋予目前关于发现逻辑之存在的争论以意义；因为我认为，没有人否认，如果发现这个词广义地解释，以包括探索，那么，显然存在支配发现的规则或一般原则。”[2]这样，科学发现的逻辑可以更明确地说成是“科学探索的逻辑”，也就是说，科学发现的逻辑就是寻求“支配发现的规则或一般原则”。
如果我们把上述劳丹的观点与牛顿的“推理规则”作一比较，我们不难发现，劳丹所说的“支配发现的规则或一般原则”在科学发现中起的作用，不就是牛顿的“推理规则”在科学发现中所起的作用吗？牛顿规则第一条说的是简单性原则，即从自然现象把握其简单的原因作为科学认识的开始；规则第二条说的是同一性原则，即从相同的自然现象归纳出相同的原因；规则第三条说的是归纳的普遍性原则，即承认从实验所及范围内获得的属性，视为事物的普遍属性；规则第四条说的是归纳的有效性原则，即承认从实验所及范围内归纳获得的科学定律的有效性。在牛顿看来，科学发现的过程就是“哲学推理规则”层层递进的展开过程，他自己说，“自然哲学的目的在于发现自然界的结构和作用，并且尽可能把它们归结为一些普遍的法则和一般的定律——用观察和实验来建立这些法则，从而导出事物的原因和结果。”[9]
牛顿虽然提出了科学推理的方法论规则，但对这个规则，他并没有说什么（也许他认为，这是科学研究惟一可以采取的方式，我们不能根据人类自身的理想尺度去要求科学家应该怎么做），我们也因此可以作各种不同的解释。
西蒙也把“逻辑”理解为一些准则。他认为当一个过程满足我们为之所建立的准则时，我们通常称此过程为“逻辑的”过程，而这些准则是依据我们所关心的，这个过程对达到既定目标的灵验或有效性而推导出来的，因而，科学发现的逻辑是为达到既定目标、判定发现过程的一组规范标准。研究科学发现的逻辑就是寻求发展的规范标准即规范理论。按西蒙的表述就是：“如果过程X对目标Y是有效的，那么，它就应具有性质A、B、C。”[10]
西蒙实际上采用了工具主义的方针，把发现的逻辑与发现的目标联系起来，认为发现的逻辑不是证明的理论，只要我们找到了达到科学定律的规范标准并建立规范理论，就完成科学发现的逻辑工作。因为，定律发现过程是以经济形式对许多组经验数据重新编码的过程。他说，“定律发现仅仅意味着在已被观察的数据中找出模式，模式能否继续适合于随后被观察的新数据，这将在检验定律的过程中判定，而不是在发现它的过程中判定。”[10]这样就可以将归纳问题从关于定律发现的讨论中彻底地排除出去。也就是说，科学发现的规范理论只是评价定律发现过程的一组标准，它与发现定律后的对定律的检验、证明无关。于是，西蒙得出结论：“把模式检出问题与预见问题分开，我们便可以构建一个真正的发现规范理论——发现逻辑。”[10]
如果我们剔除牛顿科学方法论及其推理规则中的证明定律的因素（这些因素本来是不存在的，它是牛顿及其后来的思想家强加的），它就是西蒙所说的“发现的规范理论——发现逻辑”。如果我们要获得关于自然事物运动的科学定律的目的，我们就必须按照四条推理规则去做。至于这样做所得出的科学定律是否是科学真理，并不是科学的推理规则所要解决的问题。发现的逻辑不仅不是证明的逻辑，而且事实证明，根本就没有证明的逻辑，只有经验范围的实验支持。
牛顿的推理规则，实质上就是发现的逻辑，而非证明的逻辑。但在牛顿时代，由于证明的可靠主义的影响，思想家还是习惯于用哲学的论证的方式来看待科学定律，并试图通过发现的逻辑来证明科学定律的真理性。这种努力，不但没有达到证明科学定律的目的，反而导致发现的逻辑被放弃，以至于我们今天必须重新建立科学发现的逻辑，否则，我们无法解决科学的合理性问题。但是，这种努力，最多是对过去科学成就的合理性说明，并不能构成科学研究的立法原则而去干预进步的科学。它不过是尽可能努力地弄清科学研究的发现和创造过程，从而使我们对科学不至于采取一种神秘主义的看法而合理地对待科学及其应用。这是一种回到科学史而反思科学本质的过程，也因而触及人类思维的本性。人类思想中理性和非理性、信仰和客观必然，在科学研究中都得到充分体现。但是，任何一位最伟大的思想家，都不能在人类思维中作出一种确定的选择。这种反思思维自身的模糊性，是人类思维向前推进的深度模糊，它揭示了理性思维的界限和范围，还是触及到思维本身的特点，我们似乎无法判断，但是，科学正是在这样的认识中不断前进的。