论类比的科学认识价值，本文主要内容关键词为：价值论文,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。
科学活动可分为两种基本的认识方式：科学发现和科学论证。在实际的科学研究中，这二者相互交叉、相互统一，只是在不同的研究阶段，哪一种方式更具主导性地位。在这两种基本的认识方式中，类比都贯穿于其中。相应地，类比的科学价值就表现为它的助发现作用和作为一种辅助性的辩护工具作用。
一、类比的助发现作用
科学认识活动包括三方面的构成要素：认识的目标、认识的材料、认识的方法。在科学研究中，方法选择的正确与否和使用的恰当与否，直接关系到科学研究的成败。
类比作为传统思维方法中最富有创造性的方法，在科学研究中有其独特的认识价值。科学发展史本身也表明，类比曾帮助人们获得众多的新发现、新发明和新理论。如生物学中细胞学说、哈维关于血液循环的理论、地球上氮元素的发现、现代物理学中格尔塞的液态氢气泡室的发明，以及“三论”的诞生和计算机模拟实现等，都反映了类比在科学研究中的巨大作用。许多科学家对类比的助发现作用也作了充分的肯定。建立统一的电磁理论的科学家麦克斯韦就曾说过：“借助这种类比，我试图以便利的形式提出为研究电现象所必须的教学手段和公式。”[（1）]当然，任何重大的科学发现不仅仅是依靠一种方法完成的。但无可否认，类比无疑是科学研究中一种重要的创造性方法。随着现代科技领域的扩大和加深，人类科学探索活动进一步向宏观和微观两极迈进，尤其是对那些无法或难以进行直接观察和实验的认识对象，类比所具有的启迪思维、转换视角、引起联想的探索、创新作用，必将显示出自身巨大的认识价值。
在科学研究中，类比的助发现作用，常常表现为它能激发人们的想象力和为科学发现提供线索，并在科学假说的形成中起着重要的作用。
第一、类比可以通过联想激发人们的想象力，并使科学研究有明确的方向。思维的创造性离不开丰富的想象力。而在科学研究中要拥有丰富的想象力，除了必须具备广泛的背景知识，还必须善于突破思维定势。对思维方法自觉而恰当的应用，则是调动思维创造性的一种有效手段。
科学研究中那些巧妙的、取得惊人成就的类比，往往是在某种表面看来极不相似或相同的对象之间进行的。例如把原子结构与太阳系模型所作的类比。卢瑟福正是通过把微观原子现象和宏观力学现象作类比，才能想象或联想出原子里面应当有一个质量大而体积小的“硬核”。可在此之前，有谁会想到原子结构竟会与太阳系的结构有某种相似呢？为了解释原子中带负电荷的电子为什么不会落到带正电荷的核中间去，卢瑟福进一步把微观原子现象与宏观力学现象，特别是与太阳系的力学结构相类比，而设想了电子绕核作高速转动的可能性。如此，才终于提出一个原子的“小太阳模型”。可以说，卢瑟福原子理论模型的提出正是在其实验的基础上，通过类比激发创造性的现象或联想的结果。而且，在类比过程中，他不囿于仅研究对象的属性，还大胆分析比较研究认识对象的结构形式，从而产生了他的理论。
第二、类比具有重大的启示功能，它能为科学探索提供具体的线索。科学的发现离不开机遇，而机遇的获得看似偶然，其实则不然。正如巴斯德所说：“在观察的领域，机遇只偏爱那些有准备的头脑。”[（2）]因此，要把握住机遇，就必须懂得怎样抓住机遇的线索。类比则能起到帮助寻找线索、开拓思路的作用。在科学研究中，往往一个问题的机制弄清楚了，就可以为类似的一大批问题的解决提供有益的启示。法国细菌学家C·J·达韦纳发现炭疽病病菌就是通过类比开辟思路的。
达韦纳在研究炭疽病的早期，虽然发现了患这种病死亡的牲畜的血液中有一种奇怪的纤毛虫，但研究并没有取得进展。只是在巴斯德关于发酵现象的研究证明取得成功以后，达韦纳才依据巴斯德的发现，并借助类比法，把起发酵作用的杆状纤毛虫与死于炭疽病的牲畜血液中的杆状纤毛虫进行类比，从而使他想到死亡牲畜血液中的杆状纤毛虫有发酵作用并且正是这种发酵作用使牲畜致病的。类比带来的启示使达韦纳深信炭疽病病因与这些纤毛虫有某种联系。后来经过反复实验终于证明，这些纤毛虫正是导致牲畜患炭疽病的原因。而且只要牲畜血液中不含这些纤毛虫——炭疽病病菌，便不会传播疾病。他还发现碘是炭疽杆菌的最有力的摧毁者，也是治疗炭疽病的最有力的元素。类比的启示作用，为达韦纳提供了研究炭疽病病因的线索，使他走向了成功之路。达韦纳的上述发现奠定了其细菌学先驱者的地位。对类比的这种认识价值，著名的日本物理学家，诺贝尔奖金获得者汤川秀树作了很好的论述：“由于探索到类似性和本质的共同点，就能飞跃到另一个新阶段。但在这时，类推或模型作为飞跃的跳板也起了很大作用。我自己提出介子理论的最初阶段，也是因为把当时熟知的电磁力作了类推，而抓住了当时还未十分清楚的核力本质。在那时候，开始就预想到二者具有类似点的同时，也应该具有不同点。象这样类推思考的过程，若能把过去熟知的东西作为线索，对于发现和理解与其类似而性质不同的新事物是很起作用的。”[（3）]
第三，类比是形成和提出科学假说的重要方法之一。类比的助发现作用最直接的表现就是在科学假说的形成中起着巨大作用。提出科学假说的方法有许多，但类比在科学假说的形成中具有不可或缺的地位和独特的价值。科学研究是向未知领域进行探索的认识活动。它是在已有知识的基础上一步步试探地摸索前进的。在科学研究中，人们要变未知为已知，就离不开有效的试探方法。由于类比能实现由一类特殊对象的知识到另一类特殊对象的转移，因此，类比可以沟通未知的对象和熟知的对象，能联接研究的问题和已知的问题。所以，类比既能帮助人们有效利用已有的知识，又能弥补原有知识的不足并突破其束缚，从而启发人们的思路，为研究工作提供线索，使人们创造性地提出假说。
波动力学的建立就是通过类比而提出假说的一个典型事例。1923年，法国物理学家德布罗意将反映光学领域物质运动规律的费尔玛原理与反映力学领域物质运动规律的漠泊图原理进行类比，发现二者具有完全相似的数学形式。而且，物理光学的发展已证明光具有波粒二象性。由此，德布罗意大胆地作出如下推论：物质粒子也具有波粒二象性，亦即它既是一种粒子，也是一种波。接着，他又将物质粒子和光作进一步的类比，由二者都具有波粒二象性，提出了物质粒子的波长也应与光波波长相似的假说。这就是著名的物质波波长公式，又叫德布罗意公式，即λ＝h／mv（m为物质粒子的质量，v为其运动速度，二者之积mv为动量，h为普朗克常数）。根据这一公式，德布罗意计算出中等速度的电子波长相当于X射线的波长。到1927年，通过中子衍射等实验，他的预言被证实了。物质波的发现是量子力学中一件叱咤风云的事件。至此，延续数百年之久的关于粒子说和波动说之间剧烈的争论终于平息下来。后来，奥地利科学家薛定谔受到德布罗意研究成果的启发，沿着另一条思路，将经典力学和几何光学进行类比，即依据经典力学和几何光学的一些规律具有完全相似的数学形式，而几何光学又是波动光学的近似，据此，他提出了经典力学也可能是波动力学的一种近似的假说。在这一假说的指导下，薛定谔作了种种尝试，终于建立起波动力学的崭新体系。
由上可见，类比在科学中的助发现作用最重要的是它贯通了未知和已知，能在彼此间架起一座认识之桥，直接推进知识的飞跃。在它的推助下，人们能直接获取关于未知领域的新发现，从而提出科学假说。从这种作用上看，类比在帮助人们获取认识上具有直接性。
二、类比辅助性的辩护功用
任何一种思维方法，在科学理论的论证中，都不可能成为独立的论证手段。因此，类比在科学理论的论证中，其认识价值也就表现为一种辅助性的辩护工具。
类比在科学理论论证中的辅助性辩护作用，主要不是通过从已知推出未知的形式来表现的，而主要是通过强调类似对象的相似特征或相似规律，来阐明某种理论的合理性；或借助某一典型，以类比作为某种理论或观点的解释性论证手段，以起到举一反三、触类旁通的作用。
第一、科学理论竞争中的辅助性论证手段。科学发展史表明：科学的发展是在各种理论的竞争中实现的。科学中新理论或新观点从产生到确立，常常充满了旧理论或旧观点的重重阻难。要使新理论或新观点为众人所接受，就得利用各种经验事实材料来论证其合理性，使之具有说服力。而类比在这种论证中则能起到一种辅助性的作用。例如，在伽里略时代，天文学领域内哥白尼的日心说还没有得到普遍承认，而托勒密的地心说则占据着统治地位。伽里略坚信并热情宣传哥白尼的学说。他用自己发明的望远镜发现木星的卫星类似于地球的月亮，而且有四颗卫星绕着木星转，金星的圆缺类似于月亮的圆缺。伽里略依据这些发现，并通过类比的贯通作用，论证了各行星绕太阳转的可能性。由此可见，伽里略正是通过类比来利用已发现的事实论证哥白尼日心说的合理性，这大大增强了日心说对于地心说的竞争力，从而推动了人们对哥白尼学说的接受。
第二，科学理论建构中的辅助性论证工具。大家知道，不但在科普作品中，学者们大量地使用类比以便通俗地说明某种深刻的道理，即使在学术性的科学著作中，科学家们也往往要应用类比作为论证科学理论的辅助性手段。特别是对科学新理论和新观点的阐述，类比的辅助性论证作用表现得更为突出。麦克斯韦就曾说过：“我认为依靠物理的类比，一门科学的规律与另一门科学的规律之间的部分类似将使我们能以这二门学科中的一门学科来说明另一门学科。”[（4）]他在研究了类比的大量成功案例之后，清楚地看到类比在物理学研究的方式和理论建构中的地位和重要性。他用类比解释了为什么许多不同现象会处于同一个统一的理论体系中，并为它们找到了一个统一的数学方程——即关于电磁理论的著名的麦克斯韦方程组。在物理学的发展史上，麦克斯韦和法拉弟作为电磁研究现象的奠基人，他们自觉地应用类比，常常将电磁现象与物理学中的机械运动现象、声学现象、光学现象等进行类比，充分利用这些领域已有的知识来提出假说，并进一步发展为理论。尤其是麦克斯韦，不仅在物理学的研究中自觉应用类比，而且还对类比和模型理论进行研究并有所建树。他在类比理论上的研究是现代类化理论形成的标志。他在1955年发表的《论法拉弟的力线》一文中指出：在物理学中，类比方法不仅可以依据一门学科与另一门学科定律之间的部分相似使其中一门学科作为证例用以说明另一门学科，而且还指出类比及其产生的作为一种人工方法的模型对解决某一问题是非常有用的。
此外，由于类比在论证中所表现出来的具体性、生动性，使应用它来论证的理论或观点更具说服力，也更容易理解和接受。“石子的轨道转入到月球的轨道，像石子和月球相对于地球运动，也像卫星相对于木星，或者像金星和别的行星相对于太阳运动一样。如果没有这些形象化的类比，我们对牛顿的万有引力定律就不能充分地了解。”[（5）]而且，在科学理论中，人们对某一观点的阐述或解释，就常常是通过类比利用某种“范例”来进行辅助性论证的。
注释：
（1）（4） 转引自章士嵘：《科学发现的逻辑》，人民出版社1986年版，第166、170页。
（2） 转引自W·I·B·贝弗里奇：《科学研究的艺术》，科学出版社1979年版，序言，第X页。
（3） 转引自刘春杰、刘志：《类比推理的基础、特征和功能》，见《青海师范大学学报》（社科版）1988年第3期。
（5） 转引自（美）G·波利亚：《数学与猜想》第一卷《数学中的归纳和类比》，科学出版社1984年版，第11页。