2017年8月31日

科學的哲學發展史中的孔恩

BY STS多重奏 IN No comments

傅大為,陽明大學科技與社會研究所教授
二十世紀英美科學的哲學的一些歷史因緣
十九世紀末,歐洲哲學傳統的風貌大概是這樣的:黑格爾的傳統慢慢衰退,學者不斷地在爭論到底他們的大師的原意究竟是什麼,但他們卻越來越無法從哲學來了解當時正在迅速變遷的世界。唯心傳統慢慢從歐洲的舊中心轉移到一些邊緣地帶,如英、美等國。同時,歐洲的舊中心卻發展出幾條極具活力的新路徑(主要在德國):胡塞爾(E. Husserl)反對心理主義、歷史主義,弗列格(G. Frege)也反對那些充滿歷史味、心理主義味道的東西。配合著十九世紀末數學與邏輯的新發展,他們很明顯地走上一條清晰的、非歷史的、非心理性的路徑,而這種路向的典範科學當然是邏輯與數學。弗列格(胡塞爾後來發展現象學,此處就略過不提)於是和當時歐洲許多邏輯學家共同推進這個新思潮。弗氏重新改革亞里斯多德以來的形式邏輯,發展出一套強有力而應用廣泛的符號邏輯,並且相關聯地也發展了集合論,企圖進一步整理整個數學的領域。另外,希伯特(D. Hilbert)也提出了一整套「形式化」數學的大計畫。皮亞諾(G. Peano)也已經將算學系統予以公理化。同時,牛頓力學在當時的發展也越來越數學化,形成所謂的「理性力學」(rational machanics)。馬赫(E. Mach)與赫茲(H. R. Hertz)等人都注意到力學中內在性、分析性的數學結構。赫茲甚至嘗試將一部分物理學公理化。
在這個大背景下,羅素、懷海德(A. N. Whitehead)的《數學原理》,以及「將數學化約成邏輯」的口號就更為突出,深深地推動了當時的新思潮。同時,以維也納大學波茲曼物理學講座教授席立克(M. Schlick)為中心的「維也納學圈」(以下簡稱「學圈」)也大步向前邁進。它吸引了柏林大學物理教授萊興巴哈(H. Reichenbach)、想用羅素的符號系統來形式化特殊相對論的物理學研究生卡納普(R. Carnap),另外還有物理學家如法蘭克(P. Frank)、韓波(C. Hempel)、法學家考夫曼(F. Kaufmann)、社會學家諾依哈(O. Neurath)等。一些邊緣人物如早期的維根斯坦、早期的巴柏、許多當時年輕的哲學研究生(這些研究生後來多成為美國分析哲學中的重鎮)也都或參與或附和地加入了許多「學圈」的活動。
M. Schlick,取自wiki
從一開始,「學圈」便把赫茲的暫時目標公理化力學加以絕對化,並以他的《力學原理》為範本來引導「學圈」的邏輯大計畫:公理化與形式化自然科學。「學圈」中的物理學家在接受邏輯新思潮的洗禮後,開始覺得他們原來的物理語言太曖昧,需要進一步的加以澄清、定義,這使得他們一開始便非常重視科學中的推論過程與邏輯結構。
另一方面,「學圈」一開始便專注在牛頓力學與相對論這些時代寵兒的形式數學結構上,氣勢上顯得咄咄逼人。他們以邏輯與數學分析為利器,根據他們對科學史中一小段的一部分之權威的信心,提出劃分有意義與無意義的檢證標準(或說是區分科學與形上學的判準)。重視科學理論的邏輯結構、並用邏輯分析來區分科學與非科學這兩個特性一開始便多少決定了二十世紀上半期英美科學的哲學(以下簡稱「科哲」)的發展。
首先,科哲的目標並不在了解自然科學,「學圈」中的物理學家特別重視如何以邏輯程序去了解為什麼相對論否定了牛頓力學,以及科學間彼此的「邏輯化約關係」(如把熱力學化約到統計力學中)等。進一步,他們從當代最先進的物理學中挑選出一套「邏輯檢證結構」來討論一些較不成熟的科學(如生物、社會科學等)中應該改進的地方。他們也討論一點科學史的發展,但大部分是集中在他們的邏輯利器的光輝史上(如邏輯史、幾何史、時空問題的演變、決斷實驗史等)。【註一】
其次,為了要改進他們的檢證標準,這些科哲學者並不需要太熟悉普通科學演進史的內容。這是因為對集團中的人來說,檢證標準本來就不是用來解釋科學史上的科學家的行為的。相反地,科學家的行為正需要一個客觀標準來「澄清與糾正」。所以,改進檢證標準的壓力不是來自科學史,而是來自一些基於邏輯考慮的反例。因此在他們看來,科哲的檢證標準基本上是一個邏輯問題。
但是,邏輯的利刃是兩面都鋒利的。當初提出的許多檢證標準極易被許多反例攻擊。(這些反例往往與科學理論沒有多大的關係。例如,在討論檢證原則時,有人提出這樣的反例:既然「所有的烏鴉都是黑色的」這一命題與「凡不是黑色的東西就不會是烏鴉」的命題在邏輯上等同,那麼如果我們目前看到一雙白鞋子,是不是說我們就為「所有的烏鴉都是黑色的」這一命題提供了一次符合檢證的例證呢?因為,顯然地,我們所看到的白鞋子是「凡不是黑色的東西就不會是烏鴉」這一命題的例證之一。這樣的看法邏輯上看來毫無毛病,但顯然與我們的直覺有所牴觸。要證實所有烏鴉都是黑色的話,我們直覺上覺得必須找烏鴉來看看,而與有沒有白鞋子、黃帽子似乎是不相干的。但問題就出在這裡。科哲學者為此投擲上百篇以上的論文與精力,希望解決這邏輯與直覺方面的矛盾。)【註二】 於是科哲學者花了幾代的功夫一直在修改這檢證標準,或修改什麼是可被檢證的基本單位。相關的一個問題是:一個科學理論如何能夠被驗證?卡納普、萊興巴哈認為驗證的工具是歸納邏輯,巴柏則反對歸納邏輯而提出「否證邏輯」。於是又有成百的論文在討論歸納邏輯的基礎問題。在這種情況之下,歸納邏輯、概率論、多值邏輯、甚至後來的模態邏輯在分析哲學家的推動之下倒是有長足的發展。但是,發展出這麼多精緻而繁麗的邏輯系統之後,它們和科學研究之間究竟有什麼關係呢?這些系統可以澄清與糾正科學思維與語言嗎?即使真的有可能,科學家會接受糾正嗎?如果科學家認為他們根本不必接受這些邏輯教育訓練就可以研究科學,且認為科哲對他們的糾正無關緊要,這些科學家就是非理性嗎?這些問題仍然存在。
仔細反省之後,我們可以說二十世紀前期的科哲發展似乎慢慢地遠離了科學本身。科哲學者對科學的了解並沒有較大幅度的進步,往往還落後於更早期的科哲學者,如杜恩(P. Duhem, 1861-1916)。他們先前用來研究科學的工具,如「邏輯結構」、「歸納邏輯」等,到後來反而成為被專心研究的對象。工具成了目的。早期提出一套「檢證標準」的使命感,現在大致上都已經放棄了。對「科學解釋」的問題,現在不少人是以「整體主義」(holism)的態度來看。【註三】但是這種把一切打成混沌一片的態度,似乎對科學提不出什麼比較具體的見識,反而與分析哲學的其他研究方向有更密切的溝通與合流(如語言哲學、意義問題等)。


P. Duhem,取自wiki
另一方面,對「歸納邏輯」的研究後來也使他們遠離當初心目中的科學。他們討論「決策理論」(decision theory)、討論「理性行為」、討論概率論、討論統計學的基礎與運用問題。於是半世紀之久的歸納邏輯家逐漸與時代的新寵兒統計學家合流。科學的哲學並沒有死,只是它的名字、內容與目的逐漸改變了。科學的哲學是否該有個「回歸科學本身」的運動呢?沉默了近半個世紀的「科學史」從五年代開始,正朝著這個方向去推動科學的哲學。
科學史研究的一些發展對科學哲學的影響與挑戰
在過去,英美研讀科哲的學生可以不必選讀大一的科學課程,甚至可以忘掉高中所學的科學知識,但不能不懂邏輯、歸納法、語意學等基本的教材。英美的科學的哲學始於受「邏輯與數學發展」的感召,其發展的利器也是那兩面鋒利的邏輯分析。所以上述的科哲發展情形,以及科哲教育的格調,應該不會使人感到驚訝。但是,這一發展路數也逐漸地讓出一條路來:從科學史、或「科學發展」的觀點來討論科學的哲學。我們也許可以這樣猜想:如果「科學史」這個研究導向有足夠的推動力的話,未來攻讀科哲的研究生也許可以不懂高等符號邏輯、語意學,卻不能不讀科學史、科學社會學、甚至哲學史這些基本教材。這種科哲典範的大轉變是可能的,但到現在仍不明顯。
讓我們現在從科學史這門學問的發展史來看它可能給科學的哲學帶來什麼新視野。
從十七世紀歐洲科學革命後,科學的地位便不斷地提高。幾百年來不斷地有人編集一大堆資料來證明科學的進展,並展示出人類科學知識的最新形象。因此這類大部頭著作往往只有些史料的價值,而且這些史料在「以今觀古」的科學進步史觀的籠罩下,也受到了一定程度的扭曲。
W. Whewell,取自wiki
現代科學史的研究大約始於修艾爾(W. Whewell, 1794-1866)、馬赫、杜恩這幾個人的努力。過去修艾爾被彌爾(J. S. Mill)的光芒蓋過,埋沒了近一世紀,他的思想全貌在七年代之後才引起學者的注意,現在已是大家熱烈討論的對象。馬赫的實證論過去可能被庸俗化了,最近費耶阿本德甚至用馬赫的一些思想來鍼砭維也納學圈以來的科哲傳統。【註四】至於杜恩的思想,連「學圈」的科哲傳統也從其中受益極多。杜恩從哥白尼革命與十九世紀光學革命等科學史研究中歸結出「簡約論」或「約定論」(conventionalism)做為科學理性原則(例如,因為哥白尼系統比托勒米的在直覺上更為簡約,所以大家約定採用哥白尼的系統,雖然當時並沒有天文證據支持哥白尼的優於托勒米的說法)。從邏輯觀點來看,他的「簡約論」或「決斷實驗無用論」非常簡單,何必費勁投身於科學史才歸結得出來呢?我想這正是科學史的要點。從邏輯觀點看來簡單,正表示邏輯與科學發展二者關係十分薄弱。在傅科(J. B. L. Foucault)從事決定粒子說正確還是波動說正確的決斷實驗之前,歐洲的光學界早已接納波動說。並不是科學家都了解這個簡單的邏輯問題,因而不重視決斷實驗。從科學發展的觀點來看,光學界棄粒子說而採波動說,尚有更重要的理由。當我們要解釋科學發展與知識的成長時,高度抽象的邏輯在豐富的歷史過程中總是顯得空泛而不切題。另外,從孔恩以來,科學史界已大致確定哥白尼革命並不是建立在「簡約性」之上,而使杜恩的簡約論大受打擊。有趣的是,從邏輯的觀點來看,如果兩個理論都能解釋同一套觀測資料,比較簡潔的理論應當較優。但是科學史告訴我們:科學界面對兩個能解釋同一套資料的理論,不一定挑中較簡約的那一個。那麼科學知識的成長與科學發展的理性基礎究竟何在?研究科學的哲學,我們得(至少暫時)跳出邏輯,走入歷史。
科學史大約在侉黑(A. Koyré, 1892-1964)之後才成為一門獨立的學問。二十世紀上半期科學史的一些新發展,大致來自幾方面的影響。首先是哲學史方面,因為研究哲學史需要同情地去了解彼時的觀念系統,而不是冒冒然地用現代哲學的觀點去評判古人得失。研究科學史出身的侉黑大概是過去在這一方面做得最成功的人。他的《伽利略研究》(Etudes Galiléennes, 1939)一書,對十七世紀的科學做了詳盡的文獻分析(textual analysis),這一方法幾乎是在他之後的科學史家從事研究工作的範本。另外,新康德學派研究哲學史所使用的預設分析(presupposition analysis),應用到科學史上也極有助於了解許多科學研究的傳統。【註五】
A. Koyré,取自wiki
其次,科學史研究的許多新發現,使得科學史對科學革命、科學發展、理性等概念有了更新的意義。杜恩對中世紀以及文藝復興時代的科學史研究,使我們重新「發現」中世紀的科學,以及它在十七世紀的科學(如伽利略的)中扮演非常重要的角色。侉黑則進一步在內容分析上顯示:伽利略科學在反對亞里斯多德科學的意義上並不是向前走,而是開倒車回到柏拉圖主義的傳統。另外,巴特斐(H. Butterfield)、孔恩等人研究的結果也發現,十七世紀的科學革命真正借助於「實驗方法」的地方並不多。彼時科學革命的特點在於:從傳統觀念的資源中重新組合與轉化出一套新的觀念系統來。培根當初「自然誌」的實驗、歸納等大計畫則仍然停留在口號階段。採集、編纂無數自然誌與「實驗」的工作,在當時雖然有波義耳(R. Boyle)、虎克(R. Hooke)等人的努力,卻在笛卡兒、牛頓諸科學的籠罩之下慢慢失去了影響力。培根式的諸科學,如化學、熱學、電學、磁學等,要到十八、十九世紀才慢慢開花結果。總之,歐洲近代科學的傳統不是一個「理性、啟蒙」的近代傳統,而是兩個傳統;一是古典的傳統(包括力學、天文學、數學等),一是培根式的科學。另外,在古典的傳統中,角逐歐洲近代科學后冠的歷史,並非牛頓流派一支獨秀的歷史。十七世紀(及十八世紀前半)是牛頓流派與笛卡兒派互相競爭新科學、新自然哲學這些頭銜而激烈鬥爭的時代。牛頓科學最後勝利,使得後世對近代科學興起過程的看法都改變了。其實,十七世紀這種對峙的局面,大大地影響了近代科學、哲學的發展。笛卡兒派的挑戰方向,逼使牛頓派的發展走向一特定的方向,也使得後來笛卡兒的新科學流派在啟蒙的伏爾泰(Voltaire,牛頓在法國的天才宣傳家)口中成了「傳統、舊勢力的一部分」。
科學史界在二十世紀的新發展,其影響所及大致可以分為三個方面來談。(這裡所說的科學史,指內在史或思想史的部分。至於科學史的外在史或社會史,在二十世紀後半段也有長足的發展,尤其是近年來,已有超過科學思想史的趨勢。但因它與孔恩沒有直接關係,這兒就略過不表。)【註六】
首先,新發展嚴重地打擊了「啟蒙時代」自十八世紀以來所代表的光明、理性、希望的形象。它向所有繼承啟蒙理想的近代與現代學術挑戰,包括以維也納學圈為主流的英美科學哲學界。啟蒙時代的人或隱或顯地仰望的幾位巨人,如伽利略、牛頓、培根、笛卡兒等人的形象,以及他們在前啟蒙時代的許多活動,現在都慢慢被發現與過去他們的「啟蒙形象」頗不相稱。杜恩可能是最早指出牛頓科學方法論中的宣傳性質的人(因為它在邏輯上實在不易站得住腳)。大概是他率先開始打破兩百年來歐洲牛頓崇拜的習俗。不過這一點也同時呈現出科學史上的一個有趣的問題:嚴格的邏輯論證在科學活動中十分重要嗎?(整個維也納學圈的發展,都在企圖建立一個肯定的論點)。事實上,當初牛頓為了抗拒強大的笛卡兒學派的挑戰,才提出「不臆想假說」這一嚴格經驗哲學的宣傳口號的。這個口號,以及後來在哲學上進一步的論證(如洛克〔John Locke〕所做的)對牛頓派的科學發展非常重要。另外,費耶阿本德很早就指出宣傳性的論證(大多為無效論證)在伽利略科學發展中的重要性。【註七】 其實,伽利略、克卜勒等人所代表的古典科學的傳統既然有這麼多的資源借自中世紀,那麼,啟蒙時代的光明、理性與中世紀的黑暗、玄想相對立的傳統看法,就產生很大的問題了。同樣地,在面對歐洲十九世紀唯心傳統時,許多承自這種啟蒙式對立提法的新提法(如科學-形上學、有意義-無意義、可檢證-不可檢證等等)也都面臨許多新的挑戰。【註八】
其次,在對前啟蒙時代的巨人及其傳統做內容分析及預設分析時,許多人發現這些科學研究傳統的預設中有不少「形上學」的因素(如早期的博特〔E. A. Burtt〕、拉夫喬伊〔A. O. Lovejoy〕,稍後的侉黑,以及最近的孔恩等人之研究所顯示的)。伽利略的柏拉圖式的思考方式,以及他「在思惟中做實驗」(thought experiment)的格調,笛卡兒明白地用上帝的許多屬性來推演慣性律、動量不減律,牛頓在「經驗科學」之外對「精神性的以太」的玄思、對煉金術的專注等,都是最明顯的例子。這些「形上學」的因素往往在科學發展中扮演很重要的啟迪(heuristic)角色。啟迪的方向往往決定了一個科學研究傳統的發展路數。但這種「發現的邏輯」(logic of discovery),傳統的科哲學者向來不予重視,認為那是心理學的領域。但是科學史的許多研究正是以發展或社會學的眼光,分析指出這種啟迪方向的重要性。啟迪方向不但是可以分析的,而且是了解科學結構與發展的重要線索。於是維也納學圈的另一個根本的區分「驗證情境」相對於「發現情境」也顯得問題重重。
最後,對許多「科學革命」(一個新理論完全替代一個舊理論的歷史事件)做科學史的研究,所得的結果也非常有趣。「學圈」當初在劃分科學與形上學的區別時,一定也涉及過這麼一個問題:一個科學理論憑什麼優於另一個科學(或玄學)理論?大致上,他們提出如歸納邏輯、否證邏輯(conjecture & refutation)等判準來決定。可是,既然是「科學的哲學」,這些判準是不是便能解釋科學史上的許多革命事件呢?自哥白尼革命起,科學史便進入了「革命時代」,笛卡兒革命、牛頓革命、化學革命、光學革命、達爾文革命相繼而起,更不要提還不滿一百年的相對論、量子論的革命了。有趣的是那些判準都不能解釋這些革命的發生與發展。這個尷尬情況已為侉黑的一些聲音最大的私淑弟子(如孔恩)很有力地指出來了。如果情況真是這樣的話,科學的哲學專家肯不肯說幾乎整部科學史都是非理性的呢?因為科學的發展不符合他們的理性判準。他們大概不太願意隨便犧牲科學在過去的光輝形象,因此又提出「應然-實然」(ought-is)的區分;但仍不能解決問題。對所有的科哲專家而言,這個源自科學史的挑戰關係到科學的哲學的未來發展,非得卯上全力與之周旋不可。由於這是一個發展性很強的研究領域,筆者不擬在這裡做什麼臆測。
上面是對二十世紀以來科學的哲學、哲學史的發展與孔恩有關係的部分的簡短介紹,可以做為討論、研讀孔恩及《科學革命的結構》(以下簡稱《結構》)一書的背景資料。下面要談的是《結構》這本書的發生,與它出版後所導致的發展......(「詳細全文請參該書」)



【註一】   一些科學的哲學專家仍然有豐富的科學史知識,如E. Nagel,但他們對科學史的態度究竟不同於孔恩以後科哲的某些發展。
【註二】  這個問題以及許多相關問題,請參考C. Hempel, “Studies in the logic of confirmation,” sec. 5 in Aspects of Scientific Explanation (Free Press, 1965).
【註三】  請參閱C. Hempel, “Empiricist criteria of cognitive significance,” in Aspects, pp. 101-19W. V. O. Quine, “Two dogmas of empiricism,” in From a Logical Point of View (Harvard University Press, 1961, 2nd ed.) 是從分析哲學更廣泛的角度來支持這種看法的著名論文。C. Glymour在其近著Theory and Evidence一書中則對這種看法提出反擊。
【註四】    P. K. Feyerabend, “Mach’s theory of research and its relation to Einstein,” in Studies in History & Philosophy of Science, vol. 15 (1984): 1-22.
【註五】  這兩種分析方式,大致而言差異不大。內容分析或可從詮釋學的一些觀點去了解,侉黑的Newtonian Studies (University of Chicago, 1968) 一書也是個很好的範例。另外,E. A. Burtt, The metaphysical Foundations of Modern Science (RKP, 2nd ed., 1932) 是預設分析的一個好範例。
【註六】  孔恩發現近年來有越來越多的優秀學生去研究科學史的社會學面相,但是他強調內在論與外在論(internal vs. external approach)的區分不太能成立。R. Merton1938年發表的Sciences, Technology and society in 17th-century England是名著,批評的人很多。Merton流派的著作可在他的Sociology of Science (University of Chicago Press, 1973) 一書中找到。科學社會學的另一流派,英國的愛丁堡學派,近年來的研究也十分出色,讀者可以從S. Shapin, “History of science and its sociological reconstructions” (in History of Science, Sep. 1982) 一文中窺其堂奧。研究科學組織(機構)的發展史,近年來也十分多,其中J. Ben-David, The Scientists’ Role in Society (University of Chicago, 1984) 一書洵為名著。
【註七】    請參閱費耶阿本德的名著Against Method (NLB, 1975) 6章至11章。不過,P. K. Machamer對費耶阿本德的有力反擊也值得一讀,見Studies in History & Philosophy, vol. 4 (1973): 1-46.
【註八】   當代伽利略專家S. Drake最近又想翻新伽利略的形象,不過他所描繪出的形象仍與伽利略在啟蒙時代的形象不符,請參閱Galileo at Work: His scientific biography (University of Chicago Press, 1978),或Galileo (Oxford Past Masters, 1980)

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