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实验与理论的博弈


http://www.sciencehuman.com   科学人  网站  2014-09-21

 

    文/李 泳

    “判决实验”可追溯到实验科学的老祖培根,他最早看见了理论的“决定性事例”(instantia crucis),胡克和牛顿后来才用拉丁文的experimentum crucis来称呼相应的实验。在理论的萌芽时期,一个负实验也许能判决一个理论。假如爱丁顿的日食观测“坏了”爱因斯坦的预言,不管爱老师多么执着,他的理论可能都不会被大家接受,相对论的命运、现代物理学的历史,还真不知是什么样子呢。

    可是从理论的立场看,事情却没那么简单。科学理论都不是孤单的而总是“成群的”,如波普尔说“系列理论”,拉卡托斯说单个理论无所谓“科不科”。更早的迪昂也说过,物理学家在应对实验时,不会只拿孤立的假设,而会团结“一伙”假设。若实验能干净地否定一个理论,那理论就是“孤独的”,而且多半是“特设的”(ad hoc)——特为某个“场景”编的解释,在另外的场合就穿帮了。

    顺便讲一个故事:1906年,德国物理学家沃尔特·考夫曼在《物理学纪事》发表了史上第一篇讨论相对论的文章,他用测量结果反驳相对论。第二年,爱老师应主编之约在《放射性和电子学年鉴》发表了一篇50页的长文《关于相对性原理和由此得出的结论》,回答了上述批评。他指出,不论考夫曼的实验是否正确(后来发现是错的),相对论的基础是否合理,只能根据大量不同的观测结果来判断。他承认先前的电子论更符合考夫曼的实验,但那些理论都有“ad hoc”味儿,不能用更一般的理论体系来解释。

    爱老师的意见很重要,不但理论讲系统,实验也要讲系统。单个实验得出单个的结论谈不上“科学”。当然,有的“单个”实验本身就是系统性的。我们看一个简单而普适的小实验:狗宝宝出生那一刻,在院子里种一株柏子树。然后,每天在同一时刻测量阿狗和小树的高度。经过N天以后,大概可以得到很好的线性关系——如此的实验和“模型”,天天都在诞生……有人说它不是理论,我也说它不是,信不信由你。就实验来说,每个实验都能“特设”不同的解释,解释越多越没有意义,多约等于无。我们的口号是,理论在更大体系下的地位和作用比它与单个实验的关系要重要得多。

    当然,也有从特设解释长成理论的例子。普朗克的光量子是为了解释黑体辐射谱,泡利的中微子是为了挽回能量守恒……但这些特设都不孤单。光量子能借统计力学导出辐射谱,这就找到理论的家了。中微子的情形复杂一些,泡利甚至为它赋予了多重ad hoc——因为那时没能探测到,所以假定它的质量很小,穿透力很强……假如没有后来的理论和实验证明它成功,这里也就没它的位置了。

    还是拉卡老师说得好,“科学的解释”不是单解释个别的事实,还要同时解释新的事实。新的事实哪儿来呢?预言。所以拉卡的“解释力”也叫“启发力”,特点就在于预言新的事实。很多民间科学家的宏大理论囊括一切,“解释”一切,唯独没有一个半个预言,实际上只不过是用一套自编自导的语言和情节来重新陈述常识而已。可怜的是,编导自己进入了角色,以为真发现了破天荒的理论。

    理论的系统与任何系统一样,有着自发的“生命力”。因为这个,现代科学理论才有很多东西是从理论“自然生长”或“变异”来的,而不是直接从经验来的。它们超越了传统的实验,不需要靠实验来判决。康德说,数学构造方法使我们成了“自然的主人”,主人当然能为自己做主。如果将数学和思想实验也作为实验,那么也可以说实验是理论的判决者。当然,实验也有同样的“生命力”。哈金在《表示与干预》中就说,实验自有其生命,而且独立于把它理论化的东西。

    这样看来,“判决实验”的判决,是理论与实验相互“博弈”和“生长”的过程。“可证伪性”体现了科学理论应有的“宽容”和“包容”的品德。一个好的理论当然应该怀有自行下课的雅量;它也许不服个别实验的判决,但甘愿让位给一个更好的理论。

    [中科网-科技日报] 

 

 

 

 

 

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