科学方法论的方向都有哪些？

任定成 大家好。坐在后面的同学能不能听见？（能听见）好的。这个教室刚开始使用的时候，我在这里讲完了一节课，没有一个人说话，然后我问大家要不要休息，也没有人说话。前排有两个同学说休息一下吧。休息完了，我问大家有什么意见，大家说都听不见你讲的什么。（笑）于是发现，整个教室回音，就是谁都不知道我在说什么，但是大家却非常安静地听了一节课。我非常感动，也非常惭愧。（笑）大家认真听讲，还是应当听到内容而不只是听见声音。发给大家的教学计划里面，周雁翎博士给我的命题作文是“人工智能与科学发现”。我想我们的博士生是来自不同的学校，来自北京大学的只有一部分，所以我把题目延伸一点。今天所讲的题目叫做“科学方法论的三个方向”，人工智能与科学发现只作为其中的一个问题来讲，不过多说几句罢了。希望大家能够听到声音也能够听到内容。 为了说明三个方向，我们先从介绍主要的科学方法论理论开始。 一科学方法论的主要理论 “科学方法论”这个词儿是从国外翻译过来的。“方法论”这个词儿在汉语里面是一个意思，但在英文里面对应于两个东西：一个是theory of Scientific Method，就是关于科学方法的理论；另外一个就是scientific methodology，科学方法学。它们是不一样的。我们把“scientific methodology”翻译成“科学方法论”，而不是“科学方法学”，实际上它就是一门学科，有一些人专门以这个为饭碗，有职位和工资，还可以去申请经费去做事什么的。就像我们现在的物理学、数学、化学都有一个饭碗，大家就是奔这个饭碗来的，是不是？这是一回事。另一方面，关于科学方法的理论，可能是有人以此为饭碗，也可能不是，比如一位科学家，一位人文学者，他对科学方法提出自己的一些想法、一些理论，而这一些科学方法可能根本不能进入科学方法论的主流。就像我们现在的一些“气功大师”，讲“场”，“气场”。这种东西我们看不见也摸不着，不能观察也不能测量，咱们不知道它是什么东西，在国际主流科学里面没有这个东西，但是你不能说他没有研究。 最早的科学方法论的研究可以追溯到古希腊的亚里士多德。亚里士多德在他的很多著作中都谈到科学研究的基本程序，而且这样的基本程序到现在还影响着我们的科学家。我们现在的很多科学家，你一问他科学从什么时候开始，他说从观察开始；科学理论怎么得出来的，从观察和实验里面归纳得到的；科学理论有什么用呢，它可以对新的事实作出预言和解释。其实这些科学家的科学观实际上还停留在两千多年前亚里士多德的时代。我们看到亚里士多德的影响至今，是多么的深远。 真正的科学方法论的研究，作为一门学科兴起而且发展很快，是20世纪的事情。第二次世界大战前后，受到一些物理学家，特别是马赫等人的影响，后来到奥地利的维也纳，逐步形成一个圈子，circle。这个学圈呢，就是专门研究科学方法论的，后来被人们称为“维也纳学圈”。这些人受过良好的数学和自然科学的训练，但是他们不满于现状，开始对科学本身进行反思。他们提出三个方面的想法：第一是科学是什么，我们应该把它搞清楚。他们认为科学是什么呢？科学就是可以证实的东西，不能证实的东西不是科学。比如说李洪志所说的几重天，每一重天是什么样子，他也不能给出一个大小和范围来埃一会儿又把光年当成时间等等。弄得你都不知道他在说什么，不可检验、不可证实。不可证实的东西不是科学，只有可证实的东西才是科学。什么叫可证实的东西？就是在经验上可以找出证据。所以我们科学家相信要么做出一个东西，要么算出一个东西，这才是实实在在的。第二，所谓的科学方法必须经过严密的科学论证，维也纳学圈里的论文不少是用数理逻辑来论证的，所以你看他们的科学方法论的论文是由一些符号公式组成的。而且他们认为所谓的科学方法并不一定是科学家们取得成功的方法。有很多科学家成功了，但是他所用的方法是非科学的，所以是不对的。什么是科学方法呢？科学方法只有经过他们论证了的，才叫科学方法。在他们看来，科学家不一定懂科学方法。第三，他们强调科学的统一，认为所有的自然科学都应该有一个规范，在一个范式下面。大家都讲类似的语言，都遵循共同的规则。就像有人呼吁我们要跑到奥运会去，人家要拳击比赛，我们要打太极拳，这样跟人家比本事。这不行。不是一个规则，玩儿的不是一个游戏，玩儿不成。维也纳学圈的人要统一科学，就类似于所有的体育竞技都要变成一种规则一样，我们现在看起来不可能，但是当时他们是信心十足。而且他们和当时一流的科学家，像爱因斯坦和玻尔等人保持非常密切的联系，他们所关注的问题也是爱因斯坦和玻尔他们所关注的问题，他们之间进行频繁的学术交流。咱们北京大学也有一位维也纳学圈里面的正式成员，那就是洪谦教授。这个学圈的影响非常大。 在维也纳学圈之后，是批判理性主义——波普尔的证伪主义。在波普尔看来，科学不是可证实的东西，而是可证实为错的东西，可证伪的东西，可谬的东西。可错的意思也是可检验的意思。科学家们总是在找反例来批驳自己，而伪科学家们老是在找正面的例证试图证实自己。所以这是科学家和伪科学家的一个区别。这是他的一个观点。第二个观点就是提出科学始于问题并且借助试错法进步。科学不是开始于观察也不是开始于理论。不能构成问题的东西，不值得去研究；只有能构成了问题，才值得去研究。有了问题并不是马上去做观察去做实验，而是提出试探性的解决方案。按照试探性的猜想再去设计观察和实验方案，然后证伪它。证伪不了就得到一次确证。确证具有暂时性，不具有最终的意义。所以他提出来科学经常出错，而一些非科学有时却是真理，但是为什么我们还是相信科学呢？因为科学有它的一套自我纠错机制。波普尔成为20世纪的著名思想家。他在英国被封为贵族。他去世的时候，许多国家的元首都要发唁电。 根据批判理性主义，一个理论要是遇到反例就会被证伪，就会被抛弃。但是科学史上大量的事例表明，很多科学理论遇到反例的时候没有被抛弃。这说明科学理论有韧性，不是很脆弱的。在这个基础之上，另外一个著名的学者叫做托马斯·库恩（台湾学界翻译成“孔恩”）就提出了他的科学革命结构的理论。他有几个观点。一个观点是区分科学与非科学就在于有没有范型（paradigm），有的翻译成“范式”（台湾学者翻译成“典范”）。多数社会科学不是科学，为什么呢？因为它们没有形成范型。自然科学基本上都是科学，为什么呢？因为它们都有范型。什么叫范型呢？在一个相同的研究领域里面针对相同的问题，人们可以提出各种各样不同的理论。这些理论互不相让，那么这个时候这个领域里的活动就是五花八门的活动，没有科学共同体，没有scientific community，这种研究就是一种无方向的事业。但是，这些理论通过斗争，可能就有某一个理论取得优势，比如吸收了其他一些理论的长处，把自己变成一个很重要的基本理论，在这个领域里面一统天下。就像牛顿力学在非生命领域中一样，取得了统治地位。这个理论有一系列科学上的事实、规律和假说组成，但其内部隐含着一些形而上学的预设。比如讲牛顿力学，它其中就有一个预设，就是世界上的所有规律都是决定论的。后来我们发现它有些问题，就是当我们观察一颗行星，它的运行轨道和我们用牛顿力学计算出来的不一致。多数人不怀疑牛顿力学，想办法按照牛顿力学去解决这个问题。科学有了范型，进入常规科学阶段，Normal Science。常态科学不要你提出新的理论，而是你根据已有的理论去解难题。你要是解不出难题就说明你笨，不能说这个理论糟。所以你们考上北大的都很牛气，没有考上的都说糟，不说我们老师出的题不好，不说我们科学家发明的理论不好。没有这么一说，因为你们受的是常规科学的训练。那么在常规科学时期，我们就会说，你这颗行星运行不规则不是牛顿力学出了问题，而是你出了问题。有的学者就说，这个天体运行的轨道根据我们牛顿力学计算出来不一致关键在于什么呢？关键原因就在于还有一颗行星我们没有观测到，是那颗行星的存在影响了这颗行星。那么我们就可以通过牛顿力学预见到并且计算到那个未观察到的行星的体积、质量和运行轨道，而且还可以告诉人们在什么样的条件下我们可以观测到它。果真人们观测到它了。这样就把这个反常给消化掉了。但是也有些反常消化不了。在微观领域里面，玻尔就运用经典力学理论设想出电子围着原子核运转就像地球围着太阳运转一样。但那是一个加速过程，而加速过程是要消耗能量的，这样电子就会沿着螺旋形轨道最后落到原子核上，和质子碰到一起。也就是说，整个原子是不稳定的状态，但我们知道原子是稳定的系统，这就说明了牛顿力学运用到微观领域是有毛病的，同样运用到高速领域也是有毛病的。这就出现了五花八门的解决方案。在微观领域就出现了两个最有影响的理论：一个是矩阵力学，人们用代数的办法，作为工具去解决它；另外一个是波动力学，主要依据物理学的一种图像，去构造一种图像去解决它。后来人们发现波动力学和矩阵力学在理论上是等价的，那么我们现在把它们统称为量子力学。在高速领域里面我们就遇到了相对论。按照库恩的说法就是遇到了反常之后，逐步把反常消化掉，但是有些反常消化不了，积累到足够多的时候，这个理论就受到挑战、遇到危机。危机导致的就是有人改变信仰——改宗，就相当于宗教徒改变宗教信仰一样，放弃对它的信任。库恩引用一位著名物理学家普朗克说过的话，叫做普朗克原理，就是相信新理论的通常是年轻人，那些坚信旧理论的人往往是年老的，带着旧理论去见上帝的。但是人们经过统计发现，普朗克原理并不正确，旧的理论的被抛弃往往是来自于老的科学家，并不是年轻的科学家。所以我们在座的各位，不要骄傲得不得了，觉得我们都是接受新理论的，不一定。库恩提出，不同的范型，能不能比较哪个是进步的呢？他说不能比较。相信不同范型的人就相当于生活在不同世界的人。不同范型之间是不可通约的、不可公度（不可共量）的。他这样一个观点就导致了科学哲学、科学方法论里面的非理性主义、相对主义走向极端。但是库恩有一个特点，就是强调一个好的科学方法论的理论应该是和科学史实相吻合的理论，而不是你数学上的论证，所以人们也把这些理论叫做历史主义的理论。在此基础之上又出现了拉卡托斯的科学研究纲领方法论、劳丹的形而上学蓝图，等等，我就不多说了。 二科学方法论受到的挑战 下面我们看看科学方法论遇到的麻烦。 但是到了20世纪70年代，这些理论相互竞争，最后出现了一个怪人奇人叫做费耶阿本德。他提出无政府主义知识论。他说我们没有必要每个人都学科学、受科学的训练。他说人类的第一次进步是宗教和政权的分离，这在西方世界；人类的第二个进步将是科学与教育的分离。他非常的大胆。他有很多论证，他论证不存在什么方法论准则，如果你一定要说有一个方法论准则的话，那么就只有一条，那就是Anything goes——怎么都行。他并且引用列宁的一句话，就是为了达到革命的目的我们可以采取一切手段，来说明我们科学家的任务是解决问题，只要能解决问题可以不择手段，由此提出无政府主义知识论。他认为他的师兄弟拉卡托斯的科学研究纲领方法论实际上也是无政府主义知识论，要和拉卡托斯进行论战，两人共同写一本书，他写书的前半部分，把他的观点一二三四一条条罗列出来，很明确地摆出来，然后让拉卡托斯逐条去批判。结果拉卡托斯死了，他只好把前半部分拿出来出版，这本书叫做《反对方法》，他是反对任何方法的。这本书已经译成中文，你们可以去读一读。 在这个时候，另外杀出一拨人，以爱丁堡大学的一些研究科学知识的学者为代表，从讨论知识社会学开始，也注意到马克思主义。他们认为马克思主义关于知识的理论不彻底。马克思主义认为社会科学知识有阶级性，而自然科学没有阶级性，是人类共有的知识。他们觉得马克思主义的这个观点贯彻得不彻底，应该是自然科学知识也渗透着人的利益，所以他们对自然科学的知识本身进行社会学的分析，open the black box——打开自然科学知识的黑箱。我们知道黑箱是不能打开的。我们现在研究人的脑袋瓜子，就不能随便打开。脑袋打开了是另一种状况。脑袋没有打开里面是什么样的，我们不知道。所以我们输进去一些信息再输出一些信息，以此来推测脑袋里面怎么想的。就像我们考试一样，我们考试的目的是为了检验你们的脑袋瓜子。我们不能把你们的脑袋瓜子打开来检查，就是打开了我们也不知道哪个符合我们的入学要求。怎么办？就弄一些试题，刺激你们的视觉神经让你去想，想完了你们就在试卷上写下一些东西输出信息。我们就根据这输入和输出的信息来比较，觉得这个脑袋瓜子好像符合我们的要求，我们北大就给他发一张上面印着“一塌糊涂”（博雅塔、未名湖、北大图书馆）图片背景的录取通知书，把你们收了。这是黑箱的意思。以前的科学社会学家就把科学知识当黑箱来研究，不打开。爱丁堡大学的那些学者说不对，我们就是要打开黑箱研究科学知识本身。 科学知识社会学家中，有人像科学家考察原始部落一样去考察科学家们的研究机构。就有一个法国学者跑到美国去，他跑到美国一个实验室，去考察这个实验室的科学家。他做出一个外行人假设，就是我好像不懂这个实验室研究的任何内容，我懂但要装不懂，不像我们有些报考北大研究生的同学不懂装懂，有的题要靠蒙是不是？那叫不懂装懂。这些科学社会学家要怎么样？他们要懂装不懂！就像人类学家考察原始部落开始时不懂得部落的习俗、语言一样。你看他们怎样描述呢？就是在一个地方有几个建筑物，这建筑物里面有几种人：一种人，他们的桌子上放着几摞纸，一摞纸人们把它叫做paper，而且上面印着Nature或者Science这样的字眼的书眉——那就是在Nature和Science上发表的论文；另外一摞上面画的圈圈点点的——这表明他们在看校样，还有一摞是预印本。这种人是Boss，就相当于你们的老板坐在那儿指挥你们。另一类人是实验人员和研究生，就像你们各位一样，在一个叫做Laboratory的地方把瓶瓶罐罐倒去倒来，折腾来折腾去，就干这个事。他们折腾的结果就是从电脑里面印几行数字出来，然后把这个拿给那些他们称为Boss的那些人看。那么还有一些人跟外面打电话，有一种线和外面连着，他们拿着这个东西就可以跟外面取得联系。一会儿让别人来修房子，一会儿让别人送一种称为试剂的东西等等。就是这样的三种人。他们干什么呢？经过考察发现，他们生产一种东西，只有生产出东西才能活下去。生产什么呢？生产论文。实验室是生产论文的工厂。再经过一些重要环节，包括圈子里的社会协商等等，就有了事实。这种facts是一种产品，而且和别的facts不一样，他们称之为scientific facts。所以他们得出结论说科学知识不是发现的，而是生产出来的。然后他们提出来科学知识不是公共的，是地方性的。对于同一类现象在不同的地方的人他们拿出来的知识是不一样的，知识不可能完全一样，这些知识渗透着人的利益。他们举了很多例子，做了很多个案分析。 爱丁堡学派声称科学不是客观的，但是又说他们的理论是科学的，是客观的。他们不像波普、库恩、拉卡托斯、费阿本德，认为他们的研究对象是科学，但是他们提出来的东西不是科学，因为他们没有对具体的经验证据进行评价。这些人（爱丁堡学派）说他们的东西就是科学。 科学知识社会学从20世纪80年代开始影响很大。学知识是社会建构的已经成为人们的共识。在这种情况下就有人说，科学方法论已经“玩儿完了”，不需要去干了。有人说这是“the end of scientific methodology”——科学方法论走到尽头了。是这样吗？我们可以看到在20世纪的最后30年，科学方法论朝着五个方向发展，有很强劲的势头。我今天只讲其中的三个方向。一个方向就是把原来专门关注科学家方法的科学方法论转向关注社会生活中的科学方法论。 三社会生活中的科学方法论 今天的社会是高度科学化的社会。大家口袋里面装着手机，在实验室里操纵着电脑，出门坐着汽车。这是一个非常科学化的社会，整个社会渗透着科学。科学已经成为大众生活的一部分，而不仅仅是专家们的事情。所以有人说，有科学家的科学和大众的科学两种科学之分。 20世纪70和80年代，美国有两个大的与大众科学有关也与科学家的科学有关的事件吸引了全世界的关注。这两个事件到现在还没有完结。 一个事件是占星术的兴起。在座的相信占星术的人一定不少，是不是？是哪个星座的啊？老板是哪个星座的啊？歌星是哪个星座的啊？问这样的问题就是相信占星术。占星术是什么呢？就是根据你出生的时候天空出现的星象来预测你的命运、职业等等。占星术在西方本来在古代就有，到文艺复兴时期得到大的发展。像开普勒这样的科学家也要搞占星术，一方面是他要做研究，另一方面当时还没有科学家这个职业，要是光是搞研究别的事情不干就没有饭吃。看电视、看电影不是一种职业，没有人说“你给我看电视，我给你发工资”。不过也有，那些电视台审片子的也是在看电视，所以这也是一种职业。科学研究没有饭碗，“科学家”这个名词最早出现在1834年，只有不到200年的历史。你们说科学家多厉害，现在国家养多少科学家。你们在这里学习，国家给你们掏钱，又管吃管住，还想办法给你们发钱。你们进实验室的时候老板还给你们发钱埃那时候没有办法，只能给人家算命，才能赚点钱进行科学研究。启蒙运动之后，占星术“灭”下去了，没有人再相信占星术了。不知道怎么回事，从20世纪30年代开始，西方有许多人又开始相信占星术了。于是美国一些科学家、社会学家、一部分公众很着急。为什么着急？虽然原子弹、氢弹是他们先爆炸的，但是人造地球卫星是苏联最先成功发射的。科技落后啊，整个社会充斥着迷信，这个社会就完了。特别是愚昧的迷信必须压下去。于是在1975年就由186位科学家联名发表了“声明”，说占星术不是科学，签名的人当中有19位诺贝尔奖金得主。声明发表在《人文主义者》这个人文刊物上，写了三条占星术不是科学的证据，叫大家不要去信它。 占星术讲人的星座。星座是什么呢？就是人在出生的时候，月亮、太阳、行星、地平线所处在的位置。占星术把整个宇宙分成12个区域，黄道十二宫，就是12个星座。你出生的时候东方地平线所在的位置叫做你的“命宫”，太阳所在的位置叫做你的“日宫”，月亮所在的位置叫做你的“月宫”。算命的时候就根据你的“命宫”算你的命运。要是算不准没关系，就再加上你的日宫。要是还算不准，我们就要进一步校正，加上校正项，比如火星的位置、土星的位置、金星的位置等等。反正一直往上加，加到总有一条是成立的。这个就是瞎试的、瞎蒙的。911飞机撞坏的楼——世贸大楼，里面死的人我相信他们的星座都是不一样的，但是他们命运是一样的。一个反例就可以推翻占星术，但是他们说他们的东西是有统计意义的，他们有统计的结果：古代某某预测了某某东西今天就应验了。在书摊上就有很多像“某某大预测”的书不是吗？他预测的东西是怎么预测的，是不是用的模棱两可的语言我们也不知道。就像算命的，怎么说都是对的。算命的事是模棱两可的，这样说也行，那样说也可以。占星术就会举例子，伪科学就这样老举例子，我们要对这些例子做出统计。于是，法国有一个心理学家叫做高奎林的，对25000个法国人出生的时间和他们的职业做统计分析，发现这些人的职业与他们的什么命宫、日宫、月宫之间都没有关系，只与他们出生时行星的位置有些相关性。但这只是说明在这样的有限数据中发现这两者有相关关系，并没有说明具有因果关系。我们知道相关关系和因果关系完全不一样。讨论占星术是科学不是科学，对占星术得出结论的方法进行研究，涉及到它用的是不是科学方法。什么是科学方法，什么不是？这一场讨论就到了Nature和Science等重要学术刊物上去了。其他一些研究科学哲学、科学社会学的专业刊物也充分关注这个事件，发表了不少文章。这些讨论跟书斋里面的讨论完全不一样。 另外一场讨论就是对创世学的讨论，就是对上帝创造万物包括创造人是不是科学进行的讨论。在美国这么发达的国家，也存在着反科学现象。在1920年代，美国南部有五个州制定了禁止在公立学校讲授进化论的法律，因为进化论和圣经不一致。人是上帝造的，怎么可能是由“猴子”变过来的？那不行！进入1980年代，情况有了改善，美国有两个州通过“平衡对待创世学与进化学的法案”——平衡法案。但是，这对科学来说还是不利的。后来就有人频频状告这项地方法律违背了联邦宪法。闹得最大的一件事情是所谓阿肯色审判。 1981年，阿肯色州州议会通过了一个法案，到1982年9月开始生效。这个法案好像是帮进化论说话的，因为它要求在公立学校里同等对待创世学和进化论，理由是二者都是关于物种起源的科学理论。这个法案看起来似乎比在公立学校里只准讲上帝造人的规定进了一步，但实际上还是要求公立学校必须讲上帝造人，而且还把鼓吹上帝造人的学说当作科学学说。在这个法案生效之前，有一个叫做“美国公民自由联盟”的人权组织向联邦地区法院递交诉状，说这个法案违宪。在法院审理这个案件的时候，这个人权组织认识到，必须要论证创世学不是科学。作为“美国公民自由联盟”专家证人出庭作证的都是大名鼎鼎的人物，其中有五位科学家、两位神学家、一位社会学家、一位历史学家和一位科学哲学家。怎么论证？科学家辩护说进化论是科学，但是他们他们论证不了创世学不是科学。神学家、社会学家和历史学家批评创世学是宗教，不过他们论证不了创世学是宗教。只有那位科学哲学家能够从方法论的角度给出了科学与非科学之间的五个判据，以此论证创世学不是科学，是宗教。负责审理这一案件的奥弗顿法官就是根据这位哲学家的证词，宣判这项“平衡法案”非法的。奥弗顿的判决书后来发表在Science上。后来，更多的科学哲学家们出来说话，说打官司打赢了是个好事情，但是论证非常荒唐。于是，围绕着许多与之相关的科学方法论问题展开了争论。这既是科学方法论的研究，也是科学方法论普及化，和人们的社会生活密切联系起来的过程。 这两场争论到现在为止都没有停止，出了好多本书了。社会生活中的方法论问题是很多的，而且也很复杂。比如，前几年，我们国内关于“法轮大法”还有伪气功的问题有过许多讨论，但是关于方法论部分的讨论很不系统深入。还有，近几十年，在一些国家进行公众科学素养调查，其中一个重要内容就是公众对于科学探究过程的了解，公众用基本的科学方法看待和处理事务的能力等等，就是科学方法论的内容。科学方法论的研究要从单纯对科学家的研究方法的考察走向与社会生活密切相关的现象的研究。也有人把我们今天的社会叫做正在发生第二次现代化的社会，这个社会的特征之一，就是普通公众也必须具有基本的科学素养。 这是科学方法论发展的第一个方向。 四面对人文挑战的科学方法论 第二个方向是积极迎应人文的挑战。 科学研究自然界是怎么回事、世界是怎么回事的问题。人文研究人是怎么回事，怎么关注人的生活、价值、道德、精神等等。西方中世纪，科学是人文教育的部分。后来，科学与人文都有了各自相对独立的分工。其实，研究科学是人的精神生活的一部分，科学研究的成果可以用来改善人的生活，这是科学的人文一面；有些人文现象，比如一个时期人的价值取向，可以用统计和分析的方法进行研究，而且人文因素对科学思维的影响、社会风尚和人的个性对科学研究风格的影响等等都是人们不能否定的。所以，科学与人文是不可以截然分开的两种现象。 但是，就像社会有冲突一样，科学与人文两种文化之间也发生了冲突。20世纪，军事大战有两次，两次世界大战；但两种文化之间的学术大战却有三次。第一次学术大战1923年发生在中国，由于北大的一位教授张君劢在清华的一场演讲引起，叫做“科学与人生观论战”，论战的核心问题是科学能不能解决人生观问题。第二次学术大战是1950年代在剑桥爆发的两种文化即科学文化与人文文化之间的鸿沟问题的讨论。第三次学术论战是1990年代在美国爆发的“科学战”，这场论战主要是检讨两种文化的游戏规则，现在已经波及世界许多国家。 过去的两次学术大战我就不介绍了，现在只简单介绍一下第三次学术大战，也就是科学战。 近几十年，兴起了一个研究领域，叫做科学的社会研究和文化批判。这个领域里有一些积极的成果，但也有站在对立面对科学的批评。当然，科学欢迎批评，无论是来自内部还是来自外部的批评。1994年，生命科学家格罗斯和数学家莱维特合写了一本书，书名是《高级迷信》，对后现代主义的科学批评进行了驳斥。于是，有一份人文学者办的刊物叫做Social Text，《社会文本》，便组织一些人文学者撰写论文，以“科学战”专辑的形式对《高级迷信》进行反驳。这个专辑不小心刊载了他们不熟悉的一位物理学家索卡尔投交的一篇文章。文章的标题是“侵越边界：通向量子引力变换诠释学”。文章说科学不客观，反映的是文化主流意识形态和权力关系，所以作者是要论证量子引力学蕴涵的文化政治意义。文章明显是批判现有的科学都是现代科学，所以要进入后现代科学。很搞笑的是，这篇文章发表了没过多久，索卡尔又在另外一个叫做《弗兰卡语》的刊物上发表了一篇捉弄文章，说他在Social Text上发表的那篇文章纯粹是胡说八道。怎么叫做胡说八道呢？第一，他说，他所用的科学概念都是曲解了的，搞错了。他后来说他写这篇文章最难的就是如何巧妙地用了这些概念，而没有让人家发现他用错了，所以他费了很大的劲儿做这件事。第二，他的逻辑推理全是混乱的，胡扯。第三，他的论点和论据都是含糊不清的。他说，由此可见，自然科学有真正的学术规范，人文没有。言下之意，你人文学者讲什么后现代，没有学术规矩，还有什么资格对科学指手画脚？自己的地种不好，却要跑到别人的地里种庄稼。于是《社会文本》的编辑说，我们当时忘了找一位物理学家来看他的稿子，我们发表他的文章并不是说他已经达到了如何的人文水准，而是因为他这样一个物理学家，对这个领域感兴趣，我们应该鼓励他。所以他们还是没有错。 这样就开始了论战叫做“Science Wars”，大大小小的很多论战。在Nature、Science等刊物上也发表这方面的文章。一些著名科学家，像诺贝尔奖金得主温伯格等，也积极参与讨论。讨论里面，除了涉及科学的本质以外，很多内容是讨论科学方法、人文研究的学术规则、人文与科学论战的规则的，涉及的面很大。实际上，科学战所涉及的已经不仅仅是科学方法论问题，而是包括人文在内的学术研究的方法论和规则问题。这方面的书已经出版了不少。 五机器发现与科学方法论 第三个方向是机器发现，machine discovery。如果我们说传统的科学方法论是一种纯“软”东西，soft discipline，那么可以说机器发现就是计算机科学、人工智能、认知科学和科学方法论的结合，甚至在某种程度上说是它们与科学史、科学社会学的结合，是比较硬的意义上的一个领域了。一年前我在这里讲过100分钟，全是独立的个案，人工智能如何来研究科学。今天我想简略勾勒一下这个领域的状况。 我们知道我国第一届国家最高科学技术成就奖奖励了两位学者，其中的一位就是数学家吴文俊（另一位是杂交水稻之父袁隆平）。吴文俊教授在几何定理的机器证明方面做出了贡献。实际上，与吴教授的这个工作领域相应的还有一个机器发现领域。机器证明主要是数学领域，而在自然科学领域则是机器发现。机器发现也就是计算机发现。是不是说机器发现就是让计算机去做科学发现，而完全用不着人呢？不是。是人设计计算机程序，再把相关的经验数据（比如观察实验结果）输入计算机，由计算机按照人设计的程序进行运算，运算的一些重要阶段的结果由人来做出诠释，整个过程是人-机相互作用的过程。最后的结果出来了，计算机不懂其内容，还是要人根据有关知识对这个最终的结果做诠释，这样才算是一个机器发现。这么说，机器发现过程中，计算机不过是人进行研究的工具。既然如此，为什么我们不把用射电望远镜做出的天文学发现叫做机器发现呢？那是因为，除了计算机之外，我们采用的任何仪器都只是帮助我们“看”和“听”，帮助我们观察，只有采用计算机这样做才是用机器代替了我们的部分思维，所以把它叫做机器发现。那我们借助计算机计算和处理数据，寻找某些统计规律是不是机器发现呢？也不是，因为它没有代替我们的部分思维。 机器发现中较早的系统工作大约是在1987年，有一位博士生叫做兰利，在他的导师，著名经济学家、科学哲学家、管理学专家、人工智能专家、诺贝尔奖金得主赫伯特·西蒙（他给自己取了个中文名字叫做司马贺）的指导下，设计了一个程序就称作Bacon1。Bacon就是培根，归纳主义者。以此命名他的程序，就是要表明这个程序是遵循归纳主义的方法论的。这个程序做了一件这样的事情，就是把科学史学家们考证出来的在17世纪中叶，大概是1660年左右一个叫波义耳的学者做出的关于常温常压下温度不变时空气的体积与压力的关系的发现。我们高中就学过，这是波义耳定律。波义耳定律讲的是PV = c，气体的压力和体积的乘积等于一个常数。波义耳当时作出了19组数据，就是保持温度不变，改变气体的压力，看它体积的变化。比如讲体积等于1的时候压力是29.750；体积是1.5的时候，压力是19.125；体积是32的时候，压力是1.250，等等。把数据输入到Bacon1里面，Bacon1就给出PV = c的结论。这不是一个新的发现，所以把它叫做rediscovery，再发现。Bacon共有6个版本。运用这个程序兰利还再发现了开普勒行星运动第三定律以及其他一些定律。 有些学者提出问题，这个不是机器发现，是人的发现。因为机器并没有想去做体积和压力这样关系的实验，是人去做了，想到这个问题不是机器做到的。另外，这也不是用的归纳法，而是用的波普尔的猜想-反驳的方法。他们电脑里面设计的关系都是积性函数关系。把体积和压力之间的各种关系尽可能多地罗列出来，当然认为这种关系是无限多的，想出来了再让电脑去搜索。电脑和人脑有一个区别，就是电脑可以做大量的、简单的、重复的劳动。发现体积和压力之间不是相减也不是相加的关系，也不是相除的关系，最后在第6次发现他们是相乘的关系。所以实际上是一种试错法。就相当于我们要解决一个问题，就是究竟体积和压力有什么样的关系？我们就设想是相加的关系，结果我们用电脑去试，不是这样。就把这个想法给排除掉，或者说是证伪了。然后设想是一种相减关系，让电脑去试，也不对。这样一条一条地排除掉。用机器再发现开普勒第三定律也是用这样的方法。所以人们就说你这个不是电脑发现，而是人为地设定了搜索的范围，让它在这个范围去找，其他的都让你的人脑给排除掉了。后来人们很清楚说，机器发现指的是机器起着一个非常关键的作用，是做一种自动的推理，并不是我们想好了用计算机去算一遍。另外并不是说机器发现完全不能有人的参与。所以现在我们没有人争论说机器不能做出发现。很有趣的是，卡尔波普尔指出来“科学发现过程没有机械程序”。发现过程不可能机械化，要是机械化了就没有创造性了。结果人们运用他的“猜想-反驳”模式在一定的范围之内、一定角度帮助人们做出了科学发现。但是人们说你做出的这个“再发现”是定量的而不是定性的。定性的东西能做吗？兰利等人就做出了另一个机器再发现程序，叫做STAHL。Stahl是一位德国化学家，我们翻译为“施塔尔”，他在历史上提出燃素说。燃素说是近现代化学史上第一个科学的学说。人们把施塔尔当时知道的现象输进计算机里面，这些现象都是定性的不是定量的，结果机器提出了燃素说。 这是机器发现研究的第一个方面，就是rediscovery，用机器用电脑去做这样一种再发现。 第二个方面，人们设想我们能不能用电脑去做出一个新的发现，不要老做rediscovery，能不能把这个“re”去掉，就做discovery。结果也有些人做了出来：MYCIN系统可以根据一些知识和数据判断是什么病菌引起血液细菌感染，然后开出抗菌素药方。PROSPECTOR系统曾发现了美国华盛顿的一处钼矿，据说该矿的开采价值超过了一亿美元。在粒子物理学里面有人用机器发现了新的守恒定律。 我这里讲一个化学方面的例子。我们都知道，化学反应机理是化学家们必须搞清楚的，但是又搞不清楚。为什么呢？分子与分子之间的碰撞时间在10-16秒里面完成，现在的仪器根本不可观测。简单地说反应机理又是化学变化的全部细节和过程。同一个反应有可能有好几个反应机理，这都是有可能的。这是一个充满计算量的研究过程。简单的链状有机化合物分子就是乙烷。乙烷可以加氢裂解成两个甲烷分子。它是一个最简单的烷烃加氢裂解反应的例子。卡内基-梅隆大学的瓦尔德斯-佩雷兹，就设计了一个系统MECHEM，结果提出了一个新的反应机理。这个发现不是发表在人工智能的学报上，而是发表在纯化学的刊物《催化通讯》上。《催化通讯》在所有化学刊物中的影响因子排第七位，说明还是一个不错的刊物。这说明他的工作得到化学家们的认可。 他是如何做的呢？首先分析人们已经提出的乙烷反应机理，大概有几十个。这些反应机理虽然不同，但都包含8个相同的过程，所以可以归结为一大类反应机理。瓦尔德斯-佩雷兹提出来的反应机理和原来的反应机理完全不一样。其实他就是利用了计算机的算法，在计算机里面按照机械的操作，不用懂得其中的过程，来完成人在很有限的时间里无法完成的工作量巨大的推理，就能够得到结果。算法就像在马戏表演里头，那只狗见到一个气球叫一声，见到三个气球叫三声，驯兽员就说这些狗就能从一数到十。其实那是用条件反射把狗训练出来的。这样说来，狗就是在执行一种算法，当然它不知道那是数目。没关系，它能够执行算法就行了。我们也要电脑执行算法，也不要它懂得“革命的道理”，实践这种算法就行了。你只要给它定义算法就行了，所以首先是算法，你给他定义算法让它去执行。比如说C－C键断裂后H是怎么加上去的，可以做各种可能性，你就设计出各种可能性让计算机去执行。第二种叫启发法，限定它搜索的范围然后排除掉一些东西，比如说C和C之间的断裂方式有太多的可能性了，计算机会做出很多乱七八糟的推测，只有少量是对的，因为大多数是一些随机的排列组合，没有化学意义。所以你要限定它的范围，让他通人性，你得限制它。你比如讲化合物，在过程中不能出现不符合化合价规则的化合物，把碳原子弄成6价、10价甚至1亿价那就麻烦了。另外还有化学中空间的因素，我们学过的轨道对称性规则，对称要素是不是守恒等等，把这些附加条件告诉它，然后把各种不符合的可能机制排除掉，剩下一些符合我们要求的这样一些机制。做出来的结果还有大量的是我们不需要的，是读不明白的胡说八道的，这就人与机器相互作用，删掉一些东西。然后给他设计新的算法和新的启发法，让它再次运行得出一些新的结论。 大体上就是这样，这是第二种类型，叫做机器发现，真正的发现。 第三个方面做的是科学革命的机制。做的比较系统的是萨伽德。他是加拿大滑铁卢大学哲学系教授兼心理学系教授。他认为科学革命的过程是一个概念革命的过程，它靠的是内部的理性的知识的变化，靠它的解释力、预见力来赢得科学地位，而不是像一些科学知识社会学所说的靠社会利益或其他的东西。这个学者做了一个工作，在我和王骏、高勘两位先生合编的《科学前沿与现时代》中有一篇文章评析他的工作。 萨伽德用一个点代表一个命题，一个陈述句吧。这样，对应于一场科学革命，就可以在一张图上标出三组点，三组陈述或者命题，每一组点占一行。一组是证据，比如说物体燃烧需要空气，这是一个实验结果，不管你是相信燃素说还是相信氧化说的人，都要承认它。再比如纸燃烧以后的灰烬比燃烧前的纸要轻，铁经过煅烧过后它的质量增加等等，都是证据。每一个证据作一个点。把证据这一组点画在中间一行。另两组代表两个相反的理论陈述系统，比如燃素说和氧化说。燃素说的命题，比如燃烧时燃素从燃烧物体中跑掉了，就用一个点代表。代表燃素说命题的点在图的上方占一行。氧化说的命题，比如，燃烧时氧与某种元素结合了，也用一个点代表。代表氧化说命题的点在图的下方占一行。这样就有了三行点，自上而下分别代表燃素说、证据和氧化说的命题系统。然后，寻找三个命题系统之间的关系。如果某个或者某几个理论命题可以解释某个证据，就把代表相应理论命题的点与代表被解释证据的点之间作一条实线。比如说物体燃烧是因为燃素跑掉了，这个命题就可以解释为什么物体燃烧会变轻，就把命题和证据连起来。氧化说也有自己的说法，铁在空气中燃烧变重就是因为和氧化合了，所以变重，这样就可以把氧化说的这个命题与相应证据连起来。不能解释的证据与相应的理论命题之间用虚线连起来。于是，就构成了一个网络，输入到电脑里面就可以进行运算，就可以得出哪个理论的解释力强，就会战胜另外一个理论。 萨伽德用这个办法研究了很多场科学革命的机制：哥白尼学说，拉瓦锡学说，达尔文学说，相对论，量子力学，大陆漂移说，行为科学，等等。他通过计算，说明了不需要引入社会学因素就可以解释为什么一个理论可以代替另外一个理论。他还根据这一套理论得出科学革命的判据。拿他的判据来看，分子生物学的出现就不是一场科学革命。他写了一本书，叫做《概念革命》。 刚才说的是冷认知，现在有人开始研究热认知。冷认知就是我们的认知没有人类的情感、利益进去的认知过程。热认知就是你的情感、利益渗透到认知当中，渗透到你所产生的知识当中的过程。萨伽德还用计算机去研究科学共同体，还在向前做，这就牵涉到科学社会学。现在国际上有一套著名的书叫做《科学社会学年鉴》，每年出一卷，每年一个主题，找一些著名的学者就这个主题写论文，再开一次会，出一本书。其中专门有一本叫做《科学社会学的认知转向》。这个领域里面用计算机研究科学方法论，用科学方法论和计算机结合在一起认识科学本身，或者做出科学上新的发现，已经出现了强势的势头，有很多的文章、会议、文集都是这个方面的。有个学者叫做韦格曼，他把著名的工作节选出来会集成13本书，专门讲计算机和人工智能结合起来的工作，很多是机器发现方面的。需要指出的是，目前的机器发现做出的成果在科学上都还不是有重大意义的。但是机器发现在科学方法论研究，甚至在科学研究方面是会很有前途的。 我刚才讲的，只是一些故事，还没有深入到具体的学术内容里面去。我只想给大家一些感觉：第一，科学方法论的研究，就像科学研究本身一样，是很严肃也值得做的事情，而且别人已经做了很多事情。研究科学方法论，不是用某种哲学常识去说套话、大话、空话，而是有真正的问题，悠久的学术传统，实实在在内容，不容易做的事情。第二，科学方法论的研究，已经不只是对书斋和实验室里的工作进行考察了，它已经波及到公众的社会生活、科学与人文研究的规则、借助机器代替部分人的思维等领域。第三，科学方法论的研究，有广阔的前景，它并没有终结。 我还想提两句相关的话。第一，实际上，我今天没有讲，20世纪科学方法论的许多思想，如波普尔的思想，已经对社会学、法学、经济学等社会科学领域的方法论思考产生了深刻影响。也许，我以后还会专门讲一讲这个题目，现在我就不多讲了，提一下，大家知道就行了，因为我们在座的都是搞理工的，没有搞社会科学的。第二，有许多杰出的科学家同时也是思想家，他们也对科学方法论做出了贡献。比如诺贝尔奖金得主中的布里奇曼和梅达沃，前者提出了操作主义，后者撰写了好几部科学方法论著作。他们说的话很实在，也有影响力，因为他们本身就以科学为业。我们学自然科学和技术科学的，读一读他们的著作不是什么坏事。我的意思是，科学方法论向社会科学领域里的拓展，以及熟悉科学哲学家的工作并且有自己独特思想的职业科学家的科学方法论，也是科学方法论的两个发展方向。这两个方向加上我前面到讲的三个方向，算起来共有五个方向是值得研究和学习科学方法论的人关注的。 最后，我要特别说明的是，我在这里讲科学方法论的方向，并不是我比别人高明，可以自命不凡地给人家指出什么方向，我没有那个本事。我也不是说科学方法论的方向应当是什么，应当的事情我一般不敢去谈。我只是通过近几十年人们的科学方法论研究，来谈谈这些研究实际上反映出的发展方向。 谢谢大家！ （整理：黄彦瑜）

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