论科学研究的不确定性，本文主要内容关键词为：不确定性论文,科学研究论文，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：G304 文献标识码：A 文章编号：1006-2815(2004)02-0065-04
不确定性是指不确定的性质或状况，而“不确定的”与“模糊的”、“无规则的”、“有问题的”、“怀疑的”、“易变的”、“拿不准的”等词的含义相近。从行为上说，不确定性意味着行为者对未来的结果缺乏把握，即除了种种猜测与怀疑之外，其他一无所知。作为探索未知世界的活动，科学研究是极富创造性的，它以不确定性为基本属性。科学研究的不确定性存在于研究对象、认识主体及研究方法中。
一
科学的研究对象即科学认识活动的客体，是极其复杂多样的，包括三大类：自然客体、社会客体和精神客体。自然客体通常所指的是自然界，即自然科学的研究对象，又可以分为天然自然与人工自然两类。天然自然是独立于人的作用之外本来就存在的自然现象和自然过程；人工自然是指经过人力改造过的那部分自然物，或是利用自然资源创造出来的人造物。社会客体是指社会科学研究的对象，是人类社会中各种社会现象与社会过程。精神客体是指人的精神现象和精神过程及精神产品。
社会客体和精神客体的不确定性是显而易见的，人们对此并不存在很大的争议，因此本文没有讨论的必要。传统上，大多数人是否认自然客体的不确定性的。这是因为，自从人类诞生以来，人们对自然客体的目标追求，一直是以确定性为基本信念的。科学哲学家夏佩尔指出：“研究求知事业的主要传统有这样一个共同的假设，有一种东西，既是获取知识的先决条件，又不会因所获得的新知识或信念的影响而修正或摈弃。”[1]随着牛顿力学的巨大成功，这种信念被推向极至，而拉普拉斯则进一步把这个信念表述为：让我们想象有个精灵，它知道在一定时刻的自然里的一切的作用力和组成这个世界的一切东西的位置；让我们又假定，这个精灵能够用数学分析来处理这些数据。那么，它能够得到这样的结果：把宇宙中最大物体的运动和最轻原子的运动都包括在同一个公式中。对于这个精灵来说，没有不确定的东西，过去和未来都会呈现在它的眼前。
拉普拉斯的观点是否是真正地反映了牛顿力学所描述的自然客体的真实情况呢？早就有一些科学家发现，在牛顿力学系统中，涉及三个以上天体运动的方程组有“不可积分”的特性，不可能解析性地求解。也正因为如此，这个问题在很长的时间里悬而未决。20世纪40年代，西格尔等数学家证明，不可积分的力学系统是普遍的，而可积可解的却极少。换句话说，不可积分是牛顿力学系统的共性，而可积分的是个性，只是不可积分力学系统的特例。
KAM定理确立后，对不可积分的牛顿力学系统的运动图形的描述成为了可能，科学家用计算机来分析其运动图像。研究结果表明，如果能够精确地从同一点出发，那么所得到的就是同一条轨道。但只要这个出发点有极其轻微的改变，那么其后出现的运动图形会面目全非。可谓是“失之毫厘，差之千里”。也就是说，牛顿力学确定方程所描述的现实世界的运动，实际上如掷骰子的所得一样，是随机的、不可预测的，即非确定性的。
这样一来，内在于牛顿力学系统的自然客体的共性不是确定性，而是不确定性。事实上，自然客体的真实情况并不局限在牛顿力学系统中，早在19世纪关于热力学研究就已经凸显了这种情况。在热力学的研究中，人们从经验中获得了多个宏观定律，但却无可奈何地引入表述这些定律的气体运动的微观分子的概率分布假设，用来解释温度、压力和体积等宏观量，而实际上这些分子却是不能一一测定的，即研究对象是不确定的。
后来，建立的量子力学，进一步肯定了微观粒子所具有的不确定性。量子力学揭示，微观粒子具有波粒二象性，它的能量变化过程是不连续。对于任何一个微观粒子而言，我们可以知道它起点与终点，但却无法推断出联结它们之间的一条确定路线，即微观粒子性质缺乏连续性或连续性中断了。为了深刻反映这种特性，海森堡引入不确定性原理来进行解释，微观粒子无法同时测定它的位置与动量，如果测定到微观粒子的位置，那么它的动量变得非常的不确定；反之，如果测定了它的动量，那么它的位置却又变得非常的不确定。
非线性科学兴起以后，人们越来越认识到，我们所要进行探索的研究对象的根本属性在于它的不确定性。在人们所熟知的自然客体中，如心脏的跳动、大脑的活动、大气的运动、河流的流动等都是不确定的。著名科学家普利高津在《确定性的终结》的著作中指出：现实的世界“是位于确定性世界与纯机遇的变幻无常世界这两个异化图景之间的一个‘中间’描述……新自然法则无论在微观层次还是在宏观层次都处理事件的概率，但不把这些事件约化到可推断、可预言的结局。”[2]
现代科学哲学揭示，尽管科学事实是个别的陈述，人们可以通过各种手段来使观察对象的性质重复出现，但是它本身总是相对的、可错的。这既决定了科学知识和理论的不确定性，同时也反映了科学事实本身是具有不确定性的。
因此，在存在论的层次上，不确定性是自然客体发展与变化的存在状态，是指自然客体发展未来状态的非重复性、非决定性、偶然性和随机性，即自然客体的发展前提或初始条件与未来结果之间缺乏必然的联系。它可以通过多种不尽相同的属性来刻画，比如不可逆性、不稳定性、多样性、不肯定性、非线性、非决定性、非对称性、随机性、不完全性和复杂性等。这些属性内在于自然客体中，表征着自然客体内多种因素的非线性相互作用，而非线性相互作用则造就了自然客体多种多样的、复杂的、不定的可能状态。因此，科学研究所面对的自然客体或研究对象是不规则的、动态的，以不确定性为其特征。
二
科学研究既可以是以个人方式来展开的、认识主体是单极的活动，也可以是有许多人参与的、认识主体是多极的活动。但是，不管以何种方式开展科学研究，不确定性除了内含在研究对象或自然客体中以外，还隐含在自认识主体中。这种不确定性称为认识的不确定性。早在二千多年以前，老子就指出：“道可道，非常道。名可名，非常名。”这意味着在认识过程中存在着不确定性，它使道成为非常道，名成为非常名。除老子外，还有许多哲学家也早就知道，人们用概念、符号、语言等来认识世界时，获得的认识是不完全的，无法回避主观性的错误。
认识主体中的不确定性透过主观性错误反映出来。在科学研究的过程中，这些主观性的错误，归纳起来，大体上可以分为四个方面：一是人在认识的过程中，受外界因素的影响，不能准确地把握认识对象；二是在认识对象时，需要作简化处理，略去了其中一些次要因素，而其中有些因素可能会导致认识产生极大的误差；三是受到主体自我意识、概念系统、理论思维、认知结构、思维方式、先前经验，以及主体的价值观念、需要、兴趣、情绪、性格等影响，因而在处理问题的认识过程中会产生偏差；四是认识所依据的先前认识与经验，多数只是初步的认识成果，具有个别性、现象性、具体性等不足，掺杂着一些虚假的成分。
换一个角度来看，认识的主观性错误，一方面是建立在人的生理和心理基础上的。因为人的生理特点决定了人只能在一定的范围内，才能发挥感官认识世界的有效性，获得精确的认识，超出一定的时空范围，就很容易出错，导致不确定性的产生。而对于无法用感官直接感知的研究对象，认识的不确定性更为突出，使人们所获得的认识与瞎子摸象的情况并无两样。此外，人的心理状态和境遇情况也会对科学研究成败产生很大的影响，因为心理状态和境遇情况不同，通过意志、毅力、信心等多个方面所表现出来的积极性、主动性等也不相同，良好精神面貌将会促进科学研究的成功；反之，将会导致科学研究的失败。
在观察中，受生理、心理和精神状态的影响，认识不确定性常常会通过错觉来体现，它使认识主体以为看到了实际上并不存在东西。有这样一个例子，在德国哥丁根举行的一次世界心理学大会上，有一人突然从门外冲进会场，后面有一人紧追着，手里拿着枪，两人在会场内混战约20秒钟，并朝天开了一枪，然后离开会场。这是大会主席特意安排了一个试验，预先经过排演并全部录像，而与会者事前并不知情。大会主席立即让出席会议的专家记下目击的经过。在提交上来的40篇报告中，错误率少于20%只有一篇，在20%～40%之间的有14篇，超过40%的有15篇，尤其让人们感到惊奇的是，在半数以的报告中，有10%或更多的细节纯属臆造。
另一方面，认识的主观性错误是建立在研究对象的基础上的。因为从认识上看，研究对象还没有展开，在这种情况下，人们一般只能获得直观性的或者是现象性的认识。而这种认识最大特征是模糊的、不准确的和可错的，具有明显的不确定性。
对于源自认识主体主观性错误的不确定性，人类在很早的时候就知道可以采用观测仪器来加以消除。比如在天文观测中，采用望远镜等许多观测仪器，人的感官就可以得到延长，天文学观测因此进入许多未知的领域，大大地提高人们对天文现象的认识。尤其是近代以来，由于实验手段的确立与运用，人们对自然现象的认识提高得更快，它有力地促进了科学的产生与发展。但是，不可否认的是，这种消除是相对的、有限的，因为任何科学仪器与设备，都是由人来制造和使用的，它们只能在一定的范围内适用，不仅观测需要人的感官来实现，而且观测结果也需要人来辨认与解释，根本不可能排除主观因素的影响。
在微观领域中，实验建构了一个认识测量系统，主体通过观测仪器的中介桥梁作用于认识客体。这样以来，以往不很明确的主体与客体之间相互关系的被明显地凸现出来，而蕴涵其中不确定性也相应地得到放大。作为认识中介，观测仪器既同认识主体发生作用，又与认识客体发生相互作用。与此同时，观测仪器又透过这两个方面的相互作用，使它成为阻隔主体直接通向客体的障碍，人们因而提出我们能否认识客体的疑问，因为观测仪器在观测过程中与客体发生相互作用，而这种相互作用所产生的误差是不能忽略不计的，它使人们所获得的认识含有错误成分。
因此，认识的不确定性是指存在于认识主体与认识客体之间的认识差距，是研究者对客体及其过程缺乏有效的信息、知识和了解，认识主体在构建起通向客体的一系列实践活动中，受不确定性的支配，不一定能找到通向客体的行为路径。因此，在具体的科学探索中，科学研究者尽管有某种成功的预期，但科学探索的结果却常常出乎人们的意料，表现为一系列失败的结果。尽管我们不喜欢不确定性，刻意追求确定性的结果，同时我们也知道可以通过一系列的试错行为来纠正其中的错误，取得成功，但是科学研究的失败总是在所难免的。有时候，即使认识主体作了最大的努力，达到了其体力和能力的极限，也无法找到有关的路径，最终还是无法跨越失败的关卡。人们常说“成功的背后是众多的失败”，其根本原因就在于此。因此，我们可以形象地说，认识的不确定性实践涵义是指主体通向客体的道路不是线性的，而是非线性的，中间会有很多拐点，而在每一个拐点上又可以分叉出许多路线。在理论上，认识不确定性也可以用非线性、非决定性、非重复、模糊性和随机性等来的刻画。
三
一般来说，科学探索要获得规律性认识，形成科学理论。大体上看，在科学研究中，研究者遵循一个相对有序的逻辑变化路径，也就是说，他按照一定程序来开展他的研究工作。也正因为如此，科学研究表现出一定的方法论原则，而方法论原则又展现出一系列的研究方法。这些方法论原则和研究方法也同样蕴涵着不确定性。
科学研究方法的不确定性首先体现在其逻辑的起点上。科学研究的逻辑起点到底在哪一个时空位置上，长期以来存在着很大争论。之所以人们对此持续争论而难以取得一致的看法，在我们看来，是因为科学研究的逻辑起点是不确定的。传统上，出于对确定性的追求，在经验科学中，人们大多接受归纳主义的观点，把科学研究方法论起点确定在观察上，以经验主义作为它的哲学方法论信条，主张科学研究以经验为证据，以观察为起点，观察能够记录下研究对象的一切，因而所得到的科学事实是纯之又纯的。
归纳主义的这种观点受到了汉森强烈批判。在他看来，科学发展的历史并不是这样的，研究者在科学研究中不可能观察到一切，因为“观察一切”在认识上是一个无穷的集合，这是任何研究者都无法做到的，其实研究者总是带着某种猜测、假说等来指导观察的，也就是说，观察是有选择的。
沿着汉森的研究思路，波普尔等学者的研究结果进一步表明，每一个研究者在进行科学研究时，其实只能作有限的观察，他总带着某种预期来进行观察的，这种预期在于修正、补充或建立新的理论，因而科学研究起点在观察之前就形成了，表现为研究者对问题求解的渴望。因此，科学研究其实不是始于观察，而是始于问题。
从方法论的角度来看，问题、问题的提出与形成都是不确定的。就问题本身来看，问题的存在形式和内容是多种多样的，来源于理论与经验之间、理论内部、不同学派的观点争论及理论与社会需要之间的不同矛盾，而这些矛盾以不确定性反映出来。对于问题的提出与形成，在很大程度上是研究者运用非逻辑思维的结果，正如爱因斯坦所说的那样：“提出新的问题，新的可能性，从新角度去看待旧的问题，却需要有创造性的想象力”。[3]而以想象为主的非逻辑方法的最大特征是不确定性。
其次，科学研究方法的不确定性蕴含在从科学事实抽象到理论的逻辑路径上。从方法论原则来看，从科学事实抽象出概念，进而构建科学理论，并不存在惟一确定的逻辑路径，而是两种出发点截然相反的逻辑路径，分别是以归纳方法为核心的归纳主义方法论原则，以及演绎方法为核心的演绎主义方法论原则。奇怪的是，这两种截然相反的方法论传统却都把自身推向极至，认为自身方法论具有确定不移的必然性，从而否认另一种方法论原则。它们在不同历史时期以不同的表现形式来展开争论，并一直延续至今。
之所以这两种截然相反观点会发生争论，是因为在每一种方法论原则中，各自都存在不确定性因素，而各自又以确定性追求为目标，因而都不能容忍对方存在不确定性因素。这样以来，争论就会持续下来。
从逻辑分析的角度看，科学理论为陈述系统，而陈述系统是全称性陈述的。论证是用“和”或者“或”联结起个别陈述，形成全称陈述的理论体系。但是，早在两千多年以前，亚里士多德就认识到，在论证的前提上，并不是所有个别陈述都能成为论证的论据而被联结起来，因此他提出，要使个别陈述成为论据，就需要一定的逻辑准则，比如矛盾律、排中律和同一律等，由此诞生了逻辑学这门学科。
逻辑学虽然可以运用一定的逻辑规则使其具有必然性，即逻辑的真实性，但在却不能确保逻辑真实性具有现实真实性，而且逻辑对其前提的真实性是无法作出分析的。这样以来，不确定性也就不可避免地出现。
按照归纳主义的观点，科学逻辑特征在于运用归纳方法或归纳推理，把单称陈述，比如观察和实验的记述，过渡到全称陈述，即假说或理论。而这个过程却存在着无法克服的问题，即归纳推理方法论原则的不确定性.所谓归纳问题，就是“归纳推理是否证明为正确，或者在什么条件下证明为正确”，“也可以表述为如何确立根据经验得到全称陈述真理性的问题”。[4]这可以从简单枚举归纳方法中得到理解，比如，不管我们已经观察到了多少只白天鹅，也不能证明这样的结论：所有天鹅都是白的。在逻辑实证主义中，归纳问题表现为归纳所得出结论永远是无法得到完全证实的，因此逻辑实证主义的代表人物以“确认度”来表述这种看法，认为归纳推理为或然性的推理，承认其中存在无法确定的成分。
而演绎主义则以理性主义的哲学方法论为指导，从不证自明的公理、公设等前提或假定出发，采用演绎推理规则，推导出一系列命题和定理，从而建立科学理论，获得具体的结论。它在强烈拒斥归纳主义的同时，自身也存在着一个无法消除的缺陷，即公理、公设与假定的确定性无法得到逻辑的证明。这可以从数学的发展历程中得到理解。
数学堪称是演绎推理的典范。数学家从自然界不同事物中抽象出数学的基础，由此建立起一座又一座的数学大厦。可是，当数学家们满以为数学大厦牢不可摧之时，数学危机即悖论却一次又一次出现。比如集合悖论就是如此。罗素曾用一个理发师说的“我只给那些不理发的人理发”这句话来说明此悖论，当这个理发师有一天自己要理发的时候，他发现自己无所适从，也就是说他所说的这句话是自相矛盾的。难道数学就是建立在诸如此类的基础上吗？很显然，数学家是不能容忍悖论的，因此出现逻辑主义、形式主义、直觉主义和集合公理化主义运动。数学家从各自不同侧面，进行种种努力，试图再度构建坚实的数学基础。但是，哥德尔所作的证明，让所有的数学家都目瞪口呆，一个演绎推理的理论体系，都不可能通过逻辑主义、形式主义、直觉主义和集合公理化主义来建立。就是说，理论所要求的无矛盾性与完备性不能同时成立。无怪乎，克莱因在他的著作《数学：确定性的丧失》中，发出这样的感叹：“就知识的确定性而言，数学是一种理想，我们为这一理想而奋斗，尽管我们也许永远不会达到。确定性也许只不过是我们在不断捕捉一个幻影，它是如此无止境地难于捉摸。”[5]
再次，从科学研究对各种具体科学方法的运用来看，这也是不确定的。按照英国沃勒的分类，把科学创造过程划分为准备、酝酿、明朗和验证四个时期。在准备时期，研究者收集资料，发现问题，获得知识和启示；在酝酿时期，研究者思考各种可能的探索，对问题进行试探性的解答；在明朗时期，研究者获得初步的猜测，隐隐约约地或不是很明确地领悟到了问题的本质；在验证时期，对所猜测的新思想、新观点进行逻辑分析和实践检验。很显然，每一个时期的科学研究方法都是不确定的。尤其是前三个时期，总脱离不了非理性因素参与。这些非理性因素包括情感、意志等，它们通过非逻辑方法反映出来。非逻辑方法有联想、直觉、灵感和想象等，它们本身就是不确定的。
需要说明的是，本文之所以强调科学研究的不确定性，是因为不确定性是科学研究的共性。这样说，并不否认确定性，只不过它只作为个性存在而已。如果说科学研究只具有确定性，那么任何科学研究都没有进行的必要。因此，要对不确定性与确定性作辩证的理解。而深入地挖掘科学研究的不确定性，则使我们会更加明确地理解科学研究的意义。