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1、第二章科学理论的结构与科学说明一、科学理论的演绎结构及其一般特征1。什么是科学理论？科学理论是由各种各样的科学定律所组成的统一的体系，使科学理论系统的统一起来的则是该理论的演绎结构。牛顿（ 1643-1727）的综合自然哲学之数学原理（ 1687）定义：质量、动量、力、时间、空间、运动等公理定理欧几里得： 13 卷几何原本 （ Elements）定义：点、线、面、体,公理（五大公理）定理3。公理选择的任意性在科学的演绎系统中，把什么样的法则确立为公理，主要取决于实用上的理由运动三定律（公理）+开普勒三定律（经验定律）万有引力定律万有引力定律（公理）+运动三定律（经验定律）开普勒三定律4。理论的
2、还原（reduction）（1）一个理论的定律从另一个理论的定律的可推导性，称为理论的还原。（2）不太基本的理论的公理，是更基本的理论的定理。（3）科学进步的标准有时可以用还原的程度来衡量。社会科学心理学生物学化学物理学5。还原的本体论与形而上学 （1）实在（ reality）是由服从普适规律的简单事物建构而成的复杂事物(complex being) 。（2）宇宙展示为多层因果定律的图景。（3）存在唯一正确的自然描述，它采取公理化的形式。二、观察命题与桥接原理1。理论术语与观察术语理论术语（ theoretical term） ：科学理论中用以描述不可直接观察的理论实体（entity）的概念观
3、察术语 （observational term） ：科学理论中用以描述与感官经验相连的、可直接观察的现象的概念2。桥接原理（bridge principle ）（1）说明理论所假定的过程及其实在与我们熟悉的经验现象有何关系（2）把不能直接观察和测定的理论上假定的东西与可以直接观察和测定的东西连接起来亨普尔（ Hempel）桥接原理（ bridge principle ）卡尔纳普 (1891-1970) 对应规则（correspondence rule）例：气体分子运动论理论术语：分子热运动分子碰撞器壁分子间距离观察术语温度压强体积（3）理论术语与观察术语的区分有时只具有相对的意义阿米巴、病毒、
4、质子、苹果、“气”三、科学理论的形而上学实在论（ realism）与反实在论（anti-realism ）之争：理论术语是否有其对应的客观实在？1。还原主义（reductionism）（1）科学理论中出现的一切理论术语都可以通过观察术语明确定义，或有条件的下定义。（2）由理论命题还原的观察命题是有关感觉资料（sense data ）的命题。现象主义（ phenomenalism）物理主义（ physicalism）2。工具主义（instrumentalism）（1）科学理论是把观察现象组织起来或从某经验现象预测其他经验现象的工具。（2）因此，讨论理论本身的真假问题，或理论术语是否指称客观对象的
5、问题是无意义的。3。实在论（ realism）(1)科学理论涉及实在或存在的对象。(2)科学理论具有真假值。四、科学说明（scientific explanation ）奥古斯特 .孔德（ August Comte）社会发展的三阶段：神学阶段形而上学阶段实证阶段（科学阶段）1。为什么科学理论可以说明现象？假说 -演绎主义（ hypothetic-deductivism ）理论可以说明现象，正是因为它们是像数学或几何学那样演绎的组织起来的系统. 2.科学说明的定义：对自然现象与社会现象提供可以接受的、带有规律性的解释，它是科学的任务和目标之一。亚里士多德：古希腊第一个百科全书式的学者四因说：形式
6、因、质料因、动力因、目的因例：超市哭闹的小孩与焦急的母亲，对小孩行为的解释（1）小孩试图将母亲置于尴尬的境地中，从而操纵母亲的行为（目的因）（2）该小孩天生智力迟钝（质料因）（3）小孩天性本来如此（形式因）（4）小孩今天碰到了不顺心的事情（动力因）3.科学说明的结构（1）科学说明包含说明项与被说明项，前者由规律陈述与初始条件组成，后者是有待说明的结论（2）一般规律陈述起联结作用，将初始条件事实与待说明的事实联结起来例：为什么在燃烧煤气的房间里墙壁会变黑？墙壁的涂料里含有碳酸铅（初始条件1）燃烧的煤气里含有硫磺（初始条件2）碳酸铅与硫磺化合生成黑色的硫酸铅（规律陈述）例：说明哈雷彗星1986 年
7、秋在西欧夜空的出现（特殊事实）牛顿运动定律对哈雷彗星轨道的计算（规律陈述）对哈雷彗星前次出现位置与动量的观测（初始条件）（3）若待说明的结果是特殊事实，则需要初始条件；若待说明的结果为一般规律，则需要其他已知规律例：说明理想气体定律PV=RT P与 V 成反比关系定律（规律陈述1）P与 T 成正比定律（规律陈述2）4.科学说明与预测（1）预测：运用一般规律与初始条件对将要发生的现象或事实做出预言（2）说明与预测具有基本相同的逻辑结构：说明是事后的预测，预测是事前的说明五、演绎 -律则模型（ D-N 模型）亨普尔（ Hempel）与奥本海姆(Oppenheim) Deductive-Nomolo
8、gical model(covering law model覆盖模型 ) 说明的逻辑研究 ，1948 1 .D-N 模型的一般结构：说明项： L1、L2、,Ln（规律陈述）C1、C2、 ,Cm(初始条件 ) 被说明项：E （描述被说明事件的语句）2.当 E 为已知时， DN 模型是说明模型；当E 为未知时， DN 模型为预测模型。例：地球的天空为什么是蓝色？地球大气分子主要由氮和氧组成（初始条件1）气体分子对光波的散射系数为1/4（规律陈述1） （瑞利定律）蓝光的波长比其他可见光波的波长短（初始条件2）所以，地球大气分子散射更多的蓝光（规律陈述2）例：为什么晴朗的午后有时天空会出现红褐色的雾？
9、地球大气中有氧气（初始条件1）石油燃烧产生氮气（规律陈述1）氮与氧结合生成二氧化氮（规律陈述2）太阳光中有紫外线（初始条件2）二氧化氮在紫外线的照射下产生红褐色气体（规律陈述3）例：为什么利率总是为正？在其他条件相同的情况下，人们总是更偏好即时消费，而不是未来的、不确定的消费（规律陈述 1）所以，为了使人们将消费推迟到未来，必须向他们承诺未来将得到更多的消费（规律陈述2）对推迟消费的支付，是以利率来衡量的（规律陈述3）3.对 D-N 模型说明的条件要求：（1）说明必须是一个有效的演绎论证（2）说明句必须至少包含演绎中实际需要的一个普遍定律（3）说明句必须是经验上可检验的（4）说明句中的句子必须
10、是真的条件 1 要求逻辑融贯性，将说明视为论证过程条件 2 要求必须依据普遍规律，且此规律应与演绎相关例：这胎生下的小狗前额上都有一个褐斑费费是这胎生下的小狗所以，费费前额上有一个褐斑例：所有自由落体都有恒定的加速度周一下雨了所以，周一下雨了条件 3 要求可检验性（testability ） ，以排除非科学的说明条件 4 要求初始条件与规律的真实性4.由条件（ 4）带来的形而上学（哲学）问题（1）科学理论是带有猜想性质的假说，不可能全真（2）什么是因果性？什么是规律？（3）为什么科学说明必须求助于规律？（4）如何区分必然联系与偶然联系？休谟问题：因果性客观存在于自然界吗？“因果强迫性” （ca
11、usal necessitation）逻辑真理科学定律偶然概括因果性是存在于我们人类头脑中的先天范畴，因而具有普适性康德六、 “反事实条件句”1.科学定律的形式：“所有 A 都是 B”或“如果事件E 发生，那么事件F 就总是发生”例： “所有纯铁的样本在标准温度和压强下都导电”或“如果一块铁样本在标准温度和压强下被通电，那么这块铁样本就会导电”2.“反事实条件句” （counterfactual conditionals ）鉴别必然定律与偶然联系Nelson Goodman “如果 A 如此这般，则B 将如此这般” ，当 A 不是如此这般时。原命题：所有实心球状纯钚块的质量不超过100000
12、千克所有实心球状纯金块的质量不超过100000 千克反事实条件句：如果月球是由纯钚组成，则其质量不超过100000 千克如果月球是由纯金组成，则其质量不超过100000 千克原命题：密度比水大的物体放置水中必下沉所有国会议员的语法都不正确反事实条件句：如果这个钉子被放置在水中，那么它就会下沉如果乔治当上国会议员，那么他的语法就会不正确原命题：在五年级的数学课上，所有的学生都是功能性的文盲反事实条件句：如果小红在五年级的数学课上插班，则她将是个功能性的文盲七、 D-N 模型的反例与说明的语用学1.有些说明并不援引定律例： “泰坦尼克号”的沉没Van Fraassen 反例2.有些满足说明条件的语
13、句不能被视为好的说明例： 2004 年 7 月 4 日下午三时，美国蒙大拿州米苏拉市政厅50 英尺高的旗杆光沿直线传播。 （一条定律）2004 年 7 月 4 日下午三时，在旗杆所在处，阳光以45 度角照射地面，旗杆垂直于地面（边界条件）旗杆投射的影子有50 英尺长（边界条件）有两个角相等的三角形是等腰三角形（数学真理）所以旗杆高度为50 英尺3.对 D-N 模型的附加条件 （1）考虑语用学背景（pragmatics）a.为什么 R 女士杀了R 先生？b.为什么 R 女士杀了R 先生？c.为什么 R 女士杀了R 先生？（2）边界条件应该是被说明句的在先的原因如旗杆的边界条件在被说明句之后八、对
14、 D-N 模型的修正1.有时一个好的科学说明不需要严密的演绎推理，只需要科学语言的描述就够了Michael.Scriven (Oxford) 例： 1994 年 1 月 17 日 4： 31 发生在美国洛山基的强地震可以用地球板块运动及其后果的科学描述来说明2.有时不可能得到普适的科学定律，我们只能满足于不那么严格的科学定律如： Tatanic 号的沉没Nancy.Cartwright (London) 3.有时不同的科学理论有各自不同的说明模式Philip.Kitcher (Columbia) 不同的说明模式牛顿理论：说明月蚀等现象爱因斯坦相对论：说明光线在遥远星体的传输九、说明的I-S 模
15、型例：为什么小张会得麻疹病？生活在麻疹病环境中的人得麻疹病的概率高（规律陈述）小张生活在麻疹病环境中（初始条件）I-S 模型： Inductive-statistical model of explanation 归纳 -统计模型，可视为对D-N 模型的扩充I-S 模型的一般结构：说明项： L1、L2、,Ln（按一定概率发生）C1、C2、 ,Cm(初始条件 ) 被说明项：E （按一定概率发生）例：80%的选民依照其双亲（性别对应，即女儿按照母亲、儿子按照父亲）选择候选人的政治立 场，为候选人投票（得到很好确证的统计规律）R 女士的母亲投了左翼候选人的票（边界条件）因而，有0.8 的概率可以说R
16、 女士在最近的选举中投了左翼候选人的票。十、其他几类说明1.因果说明（动力因）（1）区分定律与偶然概括（2）原因是必要条件，而非充分条件“其余情况皆相同”从句不可否证命题：例：所有射手座的人都是幸福的（其余情况相同）例：每周绕操场跑三圈，一月后体重将减轻6 磅（其余情况相同）例：吸烟是否增加患肺癌的概率？有些吸烟者不患肺癌有些肺癌患者从不吸烟可以说吸烟致癌，当且仅当，在我们所知的相同背景条件下（遗传、饮食、锻炼、空气污染等等） ，吸烟与肺癌较高的偶发性之间是相关的。2.目的说明：（1）定义：现阶段的一个行为来自于行为者在现时的一个意向，这个意向便是希望在将来达到某个目的（2）结构：A 想达到目的Z A 只有采取行动X，才能达到目的A 必须采取行动X（或 A 采取了行动X）3.功能说明（1）定义：用某物的作用说明该物存在的根据（2）结构W 具有功能B B 是系统 M 正常运行的必要条件之一
