论科学的概念统一性

马 雷

（东南大学哲学与科学系，江苏南京210096）

论科学的概念统一性

马 雷

（东南大学哲学与科学系，江苏南京210096）

科学理论的概念统一性是科学创新和科学进步的合理指标之一。概念统一性要求扩大理论的异质性概念范围。协调力模式给出了概念统一性的量化评估方法。统一场论的关键是把相对论和量子理论结合起来，迄今为止，弦理论是这一努力的最佳方案。在理论的概念统一性追求中，还原与整合不是互相排斥、互不相容的，是有可能协调发展的。

科学理论；概念统一性；指标

一、概念统一性的定义

科学进步具有诸多的内在判定指标，我们需要给每一个指标以明晰的定义，因为规范地描述科学史需要形式化的、实际可行的分析机制。我的定义方法是以解子为基本概念，通过科学理论之间的不对称性比较来凸现理论的高低、优劣。在给科学理论的概念统一性下定义之前，需要先解释一下“解子”、“冲突”、“协调”等相关概念。任何单一的指标都包括冲突和协调两个方面。在理论之间的不对称性比较之下，以任一单一指标为天平，则天平两端的理论可能表现出轻重或优劣的不同。这时，较差的理论表现了该指标的冲突方面；较优的理论表现了该指标的协调方面。协调力是理论的解决问题的效力，包括经验协调力、概念协调力和背景协调力。任何理论都由两部分构成，即问题部分和对问题的解答部分。解答部分由解子或解子的联结构成。解子是所有单一的内在策略和外在策略的通称。内在策略构成判断理论之间关系的内在理由，它表现为静态的观念形态，有定义、假设、定律、原理、规则、方法，等等。外在策略构成判断理论之间关系的外在理由，它表现为动态的非观念形态，如观测、实验的过程，技术客体的功能释放，科学共同体的确认，政策支持，等等。［1－3］科学的内在指标只能由内在策略来定义。

根据上述定义和理论比较的不对称性关系，可以给概念统一性定义如下：

在理论T和理论T′的τ时刻的比较中，T面临概念统一性冲突且理论T′呈现概念统一性协调，或者说，理论T的概念统一性协调力下降（记为uTτ↓）且理论T′的概念统一性协调力上升（记为uT′τ↑），当且仅当，在τ时刻，T的解子j导出的解子（记为j→j1）涉及m种不同的异质性概念范围（记为j1→Jm），T′的解子j导出的解子（记为j→j2）涉及n种不同的异质性概念范围（记为j2→Jn），且n＞m≥0。这里的“异质性”指实体、性质、结构或层次上的差异。

该定义以符号表示为：

该公式可以从逻辑上简化为：

该公式表明，概念统一性由理论所直接涉及的异质性概念范围决定。大致说来，这样表达也是可以的。但是，如果理论不能经过概念的逻辑推演而得出新的结论，概念的统一也只能停留在口头上，没有实际意义。所以，简化表达中的异质性概念范围应理解为是通过逻辑中介而确定的。

二、模仿拉普拉斯妖

在物理学中，对概念统一性的追求是科学创新和科学进步的不懈动力之一。17世纪，伽利略和牛顿的工作大大增强了人们建立统一的世界图景的信心。拉普拉斯在《概率的哲学导论》一书中设想了一个“一统天下”的精灵：

有一个精灵，在任一给定时刻，只要他把握了所有的自然力和所有物质的瞬时位置，并对一切相关数据进行分析，就能用同一组公式描述宇宙中最大物体和最小原子的运动。对他来说，没有不确定之物，未来和过去一样呈现在眼前。人类的心灵，迄今为止，只是稍稍展示了这个精灵的能力。

统一场论的发展表明，科学家总希望能像拉普拉斯妖一样，构造大一统的理论，把握不断扩大的异质性经验范围①异质性经验范围的扩大标志着科学的经验统一性协调力的上升。和异质性概念范围。牛顿用万有引力定律统一了天上的力和地上的力，但不包括原子间的力，所以牛顿理论不能把握原子通过的时间和空间。到19世纪下半叶，麦克斯韦用电磁理论补充了牛顿的力学和引力论。电磁理论把电、磁、光统一起来。例如，他认为光是电磁波的一种，是看得见的电磁波。他从波动方程中推出电磁波传播的速度正好等于光速。当时人们漠视原子的存在，误以为电磁力或引力已经能说明所有的自然力，统一的问题解决了，以下的工作只是追求精确性。开耳芬（Kelvi′n）勋爵在1900年英国科学进步的一次演讲中说：“物理中已经没有新的待发现的东西了，剩下的只是越来越精确的测量。”

就概念统一性而言，假设两种基本的作用力——引力和电磁力，是不能令人满意的。特别是，引力理论和电磁理论对时间和空间有不同的描述方式，它们之间存在着根本性的矛盾。电磁理论必然要求时间和距离有奇异的扭曲，麦克斯韦方程预言时钟在某些情况下会变慢。但是，对于牛顿引力理论来说，时间在宇宙中有均匀的节奏，地球上的时钟与月亮上的时钟运转速度相同。1905年，肇始于对麦克斯韦电磁方程的深刻理解，爱因斯坦提出狭义相对论。这一理论以相对时空观颠覆了牛顿的绝对时空观，它预言，对于高速运动的物体，时间会变慢而距离会缩短。这样，时间和空间不过是同一实体的不同表现形式。爱因斯坦不仅统一了时间和空间，还统一了物质和能量。他看到物质和能量之间的相互转换，在一定条件下，一块石头（铀）能变成一束光（一次核爆炸），原子的裂变会释放原子核中的巨大能量。虽然狭义相对论取得了巨大的成功，但爱因斯坦认为它还不够完备，因为它没有涉及引力。牛顿的引力理论似乎违反狭义相对论的基本原理。按照牛顿理论，如果太阳突然消失，地球会立刻从它的轨道上逃走，因为在太阳和地球之间的“力”突然消失了。但是，在爱因斯坦看来，这是不可能的，因为引力不可能比光跑得更快，光速是宇宙的终极速度。爱因斯坦于1915年提出广义相对论，把引力解释为时－空和质－能的结合。引力不再是一种力，而是由质－能（太阳）的存在而引起的时空弯曲。按照这一理论，地球的路径是由太阳引起的弯曲时空决定的；如果太阳突然消失，以光速传播的引力波要花8分钟的时间才到达地球。广义相对论预言，光束的路径在通过太阳时会弯曲。1915年5月29日，这一预言在一次发生在非洲和巴西的日全食时得到戏剧性的验证。这也表明，异质性概念范围的扩大很可能导致异质性经验范围的扩大。

时空理论和引力理论的成功鼓舞着爱因斯坦去追求一个更伟大的目标：将关于引力的几何理论与麦克斯韦的电磁场理论统一起来。爱因斯坦在他生命的最后30年孤军奋战，未能成功。大多数人专注于原子物理和原子核物理的研究，无暇顾及光与引力的统一。他们暂时放弃了统一性追求，探询协调力的其他方面。在20世纪30到40年代，物理学家主要致力于量子力学，用数学语言描述原子和原子核现象。爱因斯坦虽然最终接受了量子力学，但认为它不完备。他相信量子力学的特征将成为他的统一场论的副产品，亚原子粒子和原子将作为统一场论的众多的解出现。爱因斯坦未能在有生之年完成统一场论，但他对统一性的追求并没有错。爱因斯坦可能在两个方面出现错误。一是缺乏新的物理原理和物理图像，为单纯的数学概念和数学结构所困扰。没有数学的物理是模糊的，没有物理的数学是空洞的。科学上的成功往往是各种协调力协同上升的结果，过分依赖一种协调力是危险的。二是选择将引力与电磁力（光）进行统一，忽视了核力（包括强力和弱力）。这当然也有客观的原因，在四种力中，人们当时对核力的理解最弱。

量子力学是用数学语言描述核力的理论，成功地将除引力之外的其他三种力统一起来。量子理论始于普朗克对“黑体辐射”问题或“紫外灾难”（紫外即高频辐射）的一个解决办法。如果光是纯粹的波，并能以任何频率振动，则辐射会有无限的高频能量，但这是不可能的。1900年，普朗克不仅用数学技巧推出一个符合鲁本斯黑体辐射实验数据的方程，还提出能量的颗粒本质，即辐射不完全是一种波，能量的传递是通过一些确定的不连续的小包完成的，每一个包的“尺寸”由“普朗克常数”（h＝6.5 ×10－34焦耳·秒）决定。按照这一逻辑，光可以分割为颗粒状的“光量子”。1905年，爱因斯坦在普朗克光量子理论的基础上提出光电效应理论。根据这一理论，当光粒子撞击金属时，能够从金属原子里打出电子并产生电，打出的电子的能量可以利用普朗克常数计算出来。

1909年，爱因斯坦在一次学术会议上预言：理论物理学发展的下一阶段，将会出现关于光的新理论，它将把光的波动说与光的微粒说统一起来。这一工作后来由法国物理学家路易·德布罗意（L.V.de Broglie）完成。1924年德布罗意在向巴黎大学提交的博士论文《关于量子理论的研究》中，提出一个大胆的假设：包括电子在内的一切实物粒子也都具有波动性。他认为，在一般宏观条件下，实物粒子的波长实际上很短，所以其波动性不会明显显示出来，因而可以用经典力学处理；但是，在微观领域，由于微观粒子的质量很小，因而动量也很小，这时它的波长就可能被观察到，它的波动性就可能明显地显示出来。德布罗意给出“物质－波”所服从的基本关系，表述了电子的确定频率和波长。这样，德布罗意把过去认为是对立的两个概念统一起来，综合在波粒二象性之中，成功地将爱因斯坦最先提出的波粒二象性推广到一切物质粒子。1926年，欧文·薛定谔写出这种波所遵从的基本方程（薛定谔波动方程）。薛定谔波动方程原则上可以对分子和原子进行复杂的计算，推导出所有化学制品的性质。1927年，沃纳·海森堡提出不确定性原理，对一个原子系统的测量会改变系统的状态，所以，我们永远不能同时知道单个电子的位置和速度。这一原理也是薛定谔波动方程的一个直接推论，它表明我们永远不能准确地预言单个原子的行为，更不能准确地预言宇宙的行为。这当然不是说量子理论没有精确性协调力，实际上，它能够准确预言大量原子以某种方式运动的概率，能够以惊人的准确度计算在亿万个铀原子中将要衰变的原子的比例。

相对论和量子理论似乎是对立的，前者关心星系和宇宙的宏观运动，后者关注亚原子世界的微观运动。相对论的力场连续地充满整个空间，而量子世界的力场则是不连续的单位，被量子化了。相对论和量子理论都有成功之处，但都不适合作为统一场论的基础。相对论不能计算原子的行为，量子理论不能描述星系的运动。现在，物理学家们认识到，统一场论的关键是把相对论和量子理论结合起来。在过去半个多世纪里，理论物理学家们为这一理想付出了巨大的努力，迄今为止，弦理论可以说是这一努力的最佳方案。有些物理学家将引力理论和量子理论糅合起来，得到量子引力的表达式，但从数学的观点看这样的表达式没有意义，因为其中总包含无穷大。例如，把电子当做点粒子计算它的电场和引力场时，就会发现在电场和引力场中均存在无穷大能量。但是，在弦理论中，电子不再是点粒子，而是一根只有10－33厘米大小的振动的小弦。振动的弦这一额外自由度使得我们能够解释它的引力场。实际上，弦理论能够很好地处理所有基本粒子和相互作用的无穷大问题。如同提琴的不同泛音是同一根琴弦的不同谐音一样，电子、引力子、光子、中微子以及所有其他粒子都是同一根基本弦的不同振动方式。物理学家希望为弦理论找到一个更为基本的框架，得到一组方程，它们的近似解就是我们目前所拥有的不同理论。这样，我们就得到统一自然界中基本相互作用的理论，它把行星绕日旋转的引力、电子绕原子核旋转的电磁力、保持原子核完整的强相互作用或核力、与许多辐射衰变相关的弱相互作用都统一起来。目前，这一目标已经部分实现。

弦理论的科学价值不容忽视。弦理论追求直接的概念统一性，不仅有明显的成效，还带动了该理论的其他协调力的上升。由于消除了当代物理学的两大基石相对论与量子论的相反解子①相反解子指构成逻辑上的反对关系或矛盾关系的概念或判断。具有反对关系的概念或判断在逻辑上不能同真，但可以同假，例如，在“黑”与“白”之间，在“所有S是P”和“所有S不是P”之间，在“有S是P”和“有S不是P”之间，就具有反对关系。具有矛盾关系的概念或判断在逻辑上不能同真，也不能同假，例如，在“黑”与“非黑”之间，在“所有S是P”和“有S不是P”之间，在“所有S不是P”和“有S是P”之间就具有矛盾关系。，弦理论的概念明晰性增强。仅仅从作为一种优势解悖方案的角度，也可以确立弦理论作为一种科学假说的地位。从历史上看，减少顽固的相反解子，调和那些不协调的物理理论很可能导致理论探索的重大进展。20世纪物理学的某些进展正是这样取得的。狭义相对论源于对麦克斯韦和牛顿力学的调和，广义相对论源于对狭义相对论和牛顿引力理论的调和，量子场论是对非相对论量子力学与狭义相对论的调和。弦理论可以给出一种逻辑上自恰的框架以容纳引力和量子力学，也即弦理论可以同时推出相对论与量子论，具有直接的概念一致性协调力②我将概念一致性定义为：在理论T与T′的τ时刻的比较中，T面临概念一致性冲突且T′呈现概念一致性协调，或者说，T的概念一致性协调力下降（记为iTτ↓）且T′的概念一致性协调力上升（记为iT′τ↑），当且仅当，在τ时刻，T的解子j能导出m种不同的解子（记为Tτ（j→j m），T′的解子j能导出n种不同的解子（记为T′τ（j→j n），且n＞m≥0。该定义以符号表示为：iTτ↓∧iT′τ↑←→Tτ（j→j m）∧T′τ（j→j n）∧（n＞m≥0），因而也具有间接的背景实验协调力和某些间接的经验协调力，因为凡是对相对论与量子论的实验支持，从逻辑上说也是对弦理论本身的支持。［4］357－358弦理论试图最终给出一种关于自然界所有粒子以及相互作用的定量描述，这是对理论的和谐性和精确性追求，并取得了积极的进展。弦理论也具有一定的概念新奇性协调力③我将概念新奇性定义为：在理论T和理论T′的τ时刻的比较中，T面临概念新奇性冲突，T′呈现概念新奇性协调，或者说，T的概念新奇性协调力下降（记为eTτ↓）且T′的概念新奇性协调力上升（记为eT′τ↑），当且仅当，在τ时刻，T的解子j能导出m种不同的新奇（“新奇”记为Ⓒ）解子（记为Tτ（j→Ⓒj m），T′的解子j能导出n种不同的新奇解子（记为T′τ（j→Ⓒj n），且n＞m≥0。该定义以符号表示为：eTτ↓∧eT′τ↑←→Tτ（j→Ⓒj m）∧T′τ（j→Ⓒj n）∧（n＞m≥0），许多弦理论模型都预言存在具有分数电荷的非囚禁粒子，它们的质量几乎落在普朗克能区，有可能在宇宙射线中发现它们。弦理论的概念确定性④确定性包括概念确定性和经验确定性。我将概念确定性定义为：在理论T和理论T′的τ时刻的比较中，T面临概念确定性冲突且T′呈现概念确定性协调，或者说，T的概念确定性协调力下降（记为fTτ↓）且T′的概念确定性协调力上升（记为fT′τ↑），当且仅当，在τ时刻，在T试图解决某概念问子j之后，仍有其他u种不同理论试图解决它（记为Tτ（Yu→j）），且在T′试图解决某概念问子j之后，仍有其他v种不同理论试图解决它（记为T′τ（Yv→j）），且u＞v≥0。该定义可用符号记为：fTτ↓fT′τ↑←→Tτ（Yu→j）∧T′τ（Yv→j）∧（u＞v≥0）关于经验确定性的探讨，参见马雷《论理论创新的经验确定性标准》，《自然辩证法研究》2005年第8期，第38－40页、第65页。也让一些科学家感到振奋。在传统的量子场论中有无穷多种可能的理论，相比之下，目前弦理论的情况要好得多。按照某种特定的算法，科学家已经把无穷多弦理论裁减到目前的4种或5种或6种弦理论。在确定性方面，这不能不说是一个重大进展。

当然，弦理论目前没有完全被接受，甚至遭到强烈的批评，这是由该理论的另一些协调力状况造成的。弦理论的强项在概念协调力方面，但在经验协调力和背景协调力方面很弱。弦理论所预言的新奇结论无法直接观察，也很难通过实验验证。虽然原则上我们可以发明一种足够先进的仪器，直接探测由弦构成的小环，但是，实际上做到这点是极其困难的。要真正看到粒子内部的环状结构，必须用实验探测普朗克能量（1019Gev）以下的能区，这大约是现在的粒子加速器所能达到的能量的一亿亿倍。建造这样一个高速加速器，不仅在费用上难以想像，也不具备必须的时间和技术条件。有的科学家认为，要设计和建造这样的加速器，至少需要10光年的时间！所以，直接检验任何比如107Gev以上的弦理论是无法实现的奢望。固然，从逻辑上说，对相对论与量子论的实验支持，也是对弦理论本身的支持，但是，迄今为止，弦理论毕竟没有增加新的经验证据，因此不能体现经验上的进步。弦理论无法与经验建立直接的联系，这导致它在背景协调力方面难以上升。弦理论在实验上无法直接验证，在技术上更谈不上应用。对弦理论的理解更多地靠数学上的自恰性，对于它的10维或26维图像在人类直觉上还难以把握，在心理上难以接受。弦理论也不能带来直接的经济效益，对它的经费投入相当有限。在今天看来，弦理论的综合协调力尚不足以使大多数人接受，但它毕竟具有某些较强的局部协调力，因而是可以追求的理论。

三、还原与整合

中国魔术师的箱子层层相套，小箱外面套大箱，大箱外面还有箱。人们用中国套箱比喻累积式的科学发展观。小理论被较大的理论完全吸收，较大的理论又被更大的理论完全吸收，理论的箱子也是层层相套，越来越大。所谓“T1吸收T2”或“T2被T1吸收”也可以表达为“T2被化归为T1”或“T2被还原为T1”。例如，说统计力学吸收了热力学，牛顿力学吸收了伽利略定律和开普勒定律，与说热力学被化归为或被还原为统计力学，伽利略定律和开普勒定律被化归为或被还原为牛顿力学是一样的。理论的中国套箱式的还原如果可能的话，它就意味着科学理论的异质性概念范围的扩大，意味着科学的概念统一性理想的实现。然而，中国套箱式的还原是否可能？在多大程度上是可能的？它是纯粹的概念问题吗？尤其是，它是纯粹的概念统一性问题吗？另外，概念统一性非得通过中国套箱式的还原才能实现吗？

内格尔（E.Nagel，1901－1985）对理论还原条件的研究部分地回答了这些问题［5］403－438。让我们先看看内格尔提出的理论还原的非形式条件。首先，从基本科学（还原理论或大理论）中推出的实验定律越多越好，这些实验定律之间的关系越密切越好，其经验证据越多越好。如果气体运动理论仅仅推出波义耳－查尔斯定律，那么该实验定律对气体运动理论的支持的分量是不够的。但是，如果气体运动理论还推出从属科学（被还原理论或小理论）的其他定律，如范德瓦尔斯定律，那么气体运动理论就得到真正强有力的支持。另外，如果从气体运动理论中推出的几个定律之间不是互不相干，而是包含某个共同的不变成分，这个成分由一个理论参量来表达，这个参量与几种实验资料相联系，那么，热力学向气体运动理论的还原就不仅为热力学定律提供了统一的说明，还使得这些定律之间互为证据，并共同支持气体运动理论。气体运动理论的一个公设是：在标准温度和压强条件下，同等体积的气体含有相等数目的分子。因此，在标准条件下，一升气体的分子的数目对一切气体都相同，这就是阿伏加德罗常数。可以表明，几个气体定律（如，波义耳－查尔斯定律和比热定律）中出现的某一常数是阿伏加德罗常数和其他理论参量的函数。而阿伏加德罗常数也可以从热现象、布朗运动或晶体结构等不同类型的实验资料中测算出来。这一分析表明，内格尔把基本科学的概念一致性、从属科学的概念贯通性①我将概念贯通性定义为：在理论T和理论T′的τ时刻的比较中，T面临概念贯通性冲突，T′呈现概念贯通性协调，或者说，T的概念贯通性协调力下降（记为pTτ↓）且T′的概念贯通性协调力上升（记为pT′τ↑），当且仅当，在τ时刻，T中的贯通解子在m种理论中出现（记为Tτjm），而T′中的贯通解子在n种理论中出现（记为T′τjn），且n＞m≥0。该定义可以记为pTτ↓∧pT′τ↑←→（Tτjm）∧（T′τjn）∧（n＞m≥0）当m＝0时，表明理论T中没有贯通解子。和经验多样性②我将经验多样性定义为：在理论T与T′的τ时刻的比较中，T面临经验多样性冲突，且T′呈现经验多样性协调，或者说，T的经验多样性协调力下降（记为VTτ↓）且T′的经验多样性协调力上升（记为VT′τ↑），当且仅当，在τ时刻，理论T有m种不同的经验解子（记为j m，m＞0）并获得u种不同的观测型经验问子（“观测型经验问子”记为w′）的归纳支持（记为w′u，u≥0），且理论T′有n种不同的经验解子（记为j n，n＞0）并获得v种不同的观测型经验问子的归纳支持（记为w′v，v≥0），并且u与m的比值小于v与n的比值。该定义可用符号记为VTτ↓∧VT′τ↑←→Tτ（w′u→j m）∧T′τ（w′v→j n）∧（u／m＜v／n）看成理论有意义的还原的部分非形式条件。基本科学的概念一致性要求推出更多的实验定律，扩大知识的范围，从而使得概念统一性的上升增加了可能性；从属科学的概念贯通性使得不同的实验定律由集合理论变成复合理论，导致知识的系统化程度上升；从属科学的经验多样性不仅直接地提高了它本身的经验协调力，也间接地提高了基本科学的经验协调力。总之，基本科学以及它推出的从属科学的协调力越强，理论的还原就越有意义。

其次，有意义地谈论一门科学的可还原或不可还原必须考虑时间因素，考虑科学在不同发展阶段上的成熟程度。热力学无疑可以还原到1866年之后的统计力学，这一年，玻尔兹曼借助于某些统计假说，成功地给出热力学第二定律的统计解释，但是，热力学显然还原不到1700年的力学。19世纪的化学的某些成分（或许整个化学）可以还原到1925年之后的物理学，但不能还原到1861年之前的物理学。还原论者主张，在目前物理学的框架内处理生物学问题，显然比借助于单纯的生物学理论来处理这些问题更有效。反还原论者相信，在物理理论和生物理论的目前状态下，强调生物科学的“自主性”，按照独具特色的生物学范畴进行研究，可能比放弃这些范畴而采用现代物理学典型的分析方式更为有益。正确的态度是，置身于这一争论之外，历史地、具体地看待一门科学的可还原或不可还原的问题。内格尔正确地看到理论还原的时机问题，即一门科学并不是在任何情况下都可以还原为另一门较为成熟的科学，其本身的自主发展阶段是很重要的。在从属科学发展的初期，要把它还原为某一成熟科学可能是不现实的。如前所述，还原不仅对基本科学的成熟程度或协调力水平提出要求，也对从属科学的自主发展提出要求。但是，内格尔的这一观点与他的另一观点并不矛盾，即通过一个基本学科的某个具有包容性的理论来获得一个统一的说明体系是一个最终可能实现的知识理想。实际的情形是，在科学发展的一定阶段上，其首要任务往往只是对某个或某些单一协调力的重点追求。理论各单一协调力的增强并不是齐头并进的，在科学发展的某一时刻或时段，对某一或某些单一协调力的追求可能因为偶然的原因具备了主观或客观的条件，而另外的单一协调力则暂时不具备必要的条件，但这并不意味着这些暂时不能超常增强的单一协调力丧失了追求的价值。

第三，还原不是题材的“性质”或“本质”之间的推演，而是在经验上可确认的陈述之间的推演。事物的“本质”不能从简单的观察中得到，“本质”实际上是由理论陈述决定的。电的“本质”通常是由麦克斯韦方程来陈述的，分子和原子的“本质”必须由关于它们的结构的理论陈述来表达，而且还随着这些理论的变化而变化。还原必须先构造以这些元素的确定特征为假设的理论，然后把从这些理论的推论与合适实验的结果相比较。如果按照经典统计力学的理论基元来规定分子的“本质”，那么，只有引入把温度和动能联系起来的附加假设，热力学的还原才有可能，正是这个附加假设填补了力学和热力学之间的本体论脱节。因此，还原是一个实在的逻辑问题和经验问题，而不是没有解决希望的思辨问题。内格尔的这一分析批驳了一些反还原论者，认为他们是从对还原的错误理解出发而得出还原不可能的结论。因为还原是一个逻辑问题和经验问题，所以还原与理论的概念协调力和经验协调力直接相关。这一相关性从内格尔对理论还原的形式条件的分析中更为清楚地表达出来。

在内格尔看来，当从属科学的定律的确含有基本科学的理论假定所缺乏的词项A时，前者到后者的还原就需要两个必要的形式条件，即“可连接性条件”和“可推导性条件”。可连接性条件要求引入附加假定，在从属科学的特有词项A和基本科学的词项之间建立起恰当的关系。可推导性条件要求基本科学的理论前提与这些附加假定和与之相联系的协调定义一道推出从属科学，包括含有特有词项A的定律。这些附加假定所设定的联系似乎有三种可能性：逻辑的联系，约定的联系和事实的联系。逻辑的联系就是按照基本科学的理论基元的既定意义来阐明从属科学中的A的意义，使A与基本科学中的一个理论表达式B相联系；约定的联系形成协调定义，它们构成A与基本科学的某一理论基元（或从理论基元中形成的某个构造）之间的一个对应；事实的联系形成物理假说，断言基本科学中的某一理论表达式B所指示的事态的发生是“A”所指示的事态的充分（或必要且充分）条件。在第三种情况下，A的意义与B的意义不是分析地联系的。要完成理论的还原，单靠逻辑的和约定的联系是不行的，事实的联系不可缺少。考察一下波义耳－查尔斯定律是如何从气体运动理论中推导出来的。假定“温度”一词是这个定律的不出现在气体运动理论中的惟一词项，推导要求引入一个附加公设：一个气体的温度正比于其他分子的平均动能。这一附加公设既可以理解为不能受实验检验的协调定义，也可以理解为可以受实验检验的物理假说。因为通过实验概念在温度与动能之间建立起间接的联系是可能的。但是，除了某些特殊情形，一般地判定一个公设是协调定义还是物理假说是不可能的。不论哪种理解，这种附加的假定都不能通过简单地说明它所包含的表达式的意义而得到保证，经验证据的支持是必要的。这就是说，即便从还原的形式条件来看，中国套箱式的还原也不是纯粹的概念问题，在每一次还原中都介入了经验研究。林定夷的工作进一步强化了这一结论。他给“理论还原”以一般意义上的精确表达：

理论T2在理论T1上得到还原，当且仅当：（1）T2上的术语能通过T1上的术语来定义，而且，（2）T2上的规律可以从T1上的规律导出。［6］350

这一刻画似乎一般地表达了人们对中国套箱的理解。似乎中国套箱是一个与经验无关的概念问题，通过纯粹逻辑的研究就可以达到扩展知识的异质性范围的目的。但是，林定夷的分析与内格尔一样破除了关于中国套箱的神话。条件（1）中的定义不是严格的描述性定义（真实定义），也不是规定性定义（语词定义），而是外延性定义。例如，生物化学试图把生物学术语还原为某种化学术语，用化学分子结构式从外延上“定义”青霉素、睾丸素、黄体酮、胆固醇等生物学术语，而不顾及这些术语的生物学含义。“青霉素”的生物学含义是由一种叫青霉菌的真菌所产生的抗菌物质；“睾丸素”的生物学含义是由睾丸所产生的雄性激素。现在，这些术语都对应于特殊的化学分子结构式，它们本来的内涵和外延多少都会有一些变化。人工合成的某种特殊的化学分子结构式也叫“青霉素”或“睾丸素”。外延性定义不能仅仅通过思考术语的意义或其他非经验的程序来解决，它的建立是具体科学研究即经验发现的结果。条件（2）中所说的“导出”必须引入适当附加条件。如果这些附加条件是桥接原理的集合，则由此实现的还原是强还原；如果这些附加条件不仅包括桥接原理集，还包括另外的与还原理论联合作为内在原理的附加原理集，那么，由此实现的还原是弱还原。科学史上大多数还原的例子是弱还原。例如，在气体分子运动论中，还原推导的作为内在原理的附加条件不只是牛顿力学中的既有原理，还包括这样一些用力学术语表达的假说或原理：“气体均由分子所构成，每一分子可以看作体积可以忽略不计的弹性小球”，“同类气体的分子质量均相等”，“气体分子沿着各个方向运动的机会均等，没有任何方向上气体分子的运动会比其他方向上更为显著”，等等。这些内在原理加上适当的桥接原理集（这些桥接原理把力学量与热力学参量连接起来）就能导出气体定律和热力学定律。不论是强还原还是弱还原，这些附加条件本身都不存在于理论T1中，是需要通过经验发现的。

因此，林定夷所理解的理论还原的一般形式实际上是这样的：

理论T2在理论T1上得到还原，当且仅当：（1）T2上的术语能通过T1上的术语获得外延性定义，而且，（2）T2上的规律只能从T1上的规律和引入的附加条件共同导出。

外延性定义和附加条件都必须通过经验研究获得，所以理论还原不仅是逻辑推导的问题，还是经验研究的问题。这样，把表现为纯粹概念推演的中国套箱称为“中国抽屉”更为恰当。还原理论或大理论是一个大框架，被还原理论或小理论是这个框架里的抽屉。抽屉不完全为框架所包容，可以进出自由，有很大的“自主性”，它不仅与框架中的逻辑和经验因素相关联，也与框架外面的逻辑和经验因素相关联。外延性定义和附加条件就是框架外面的因素，没有这样的因素，理论还原就不能实现。

历来有还原论和反还原论之争。过于严格的还原论不但不能实现，还为反还原论者提供一个死靶子。牛顿的机械还原论要求把力学作为大箱子，吸收物理学、化学和生物学的全部理论，这是不现实的；贝尔纳（C.Bernard，1813－1878）的非严格的还原论要求把物理化学理论作为大箱子，部分吸收关于生命的理论，这是可能的。还原论的合理性在于，弱小的理论可以通过还原到一个综合协调力很强的理论而得到保护和发展，同时避免一个与强大理论不同的发展路径所可能带来的时间和精力上的损失；强大的理论通过吸收来自不同异质性范围的小理论增强了它的统一性；还原的非形式条件还会在其他方面提高理论的综合协调力。但是，反还原论也不是毫无道理。17、18世纪的生物学家用活力论对抗机械还原论。19世纪的弥勒（Johanne Peter Müller，1801－1858）用非严格的活力论反对非严格的还原论，为生物体保留特有的物理化学所不能解释的东西。反还原论的一般观念是，存在着从低级到高级的不同的运动形式，它们各有其特殊本质，不能相互化归或还原。在下述意义上，我们给反还原论者以必要的同情：不存在一个包罗万象的大一统的理论，对于任何单一协调力的追求都不可能走向极端；我们追求理论的统一性，但这是有条件的，在科学发展的一定阶段上，在不具备条件的情况下，我们应当暂时转移我们的直接目标，选择最容易实现的单一协调力作为首要的任务，以实现理论发展上的突破。当然，我们说不存在一个包罗万象的大一统的理论，并不意味着我们不能追求这样的理论，因为宏大的目标虽然难以实现，但在这样的追求过程中，我们可能获得意外的收益。只要我们把提升理论的综合协调力作为最后的目标，而把提升理论的单一的或局部的协调力作为实现这最后目标的策略或步骤，我们就不会在具体的研究中过深地陷入对某个具体的单一协调力的追求中而不能自拔，从而失去在协调力的其他方面可能大有作为的良机。

值得注意的是，反还原论未必与科学的统一性理想相冲突，因为还原不是实现理论统一的惟一方式，实现理论统一的另一方式是整合。整合与还原不同。还原是通过小理论在实体上的概念贯通性和经验发现的辅助假定达到统一的大理论，大理论则通过推演出小理论而增强其概念一致性，小理论由于归附于大理论而采用与大理论相同的解决问题的方式或思路。整合是通过发现小理论在关系上的概念贯通性来重构一个大理论，小理论之间的那些似乎不相关的现象和问题在大理论中相关起来，大理论以不同于小理论的方式或思路分析小理论涉及的现象，解决小理论希望解决的问题。还原是众多小理论归向一个已经成熟的大理论，使其扩大了异质性经验范围或概念范围而获得统一性；整合是在众多小理论基础上产生一个全新的综合性大理论，使之扩大了异质性经验范围或概念范围而获得统一性。整合的结果，往往是产生理论的融合、合并乃至产生综合性的新学科。［7］如果说还原导致的统一像“中国抽屉”的话，那么，整合导致的统一就像“中国拼板”。中国儿童玩的图画拼板游戏把不同的拼板拼合起来，正好组成一幅完整的图画。整合也是在许多看起来孤立的事实中发现非实体的贯通性解子，在此基础上构造统一的理论。在达尔文进化论问世之前，比较解剖学、胚胎学、古生物学、生物地理学、分类学都遵循各自的解题思路和方法，其中的许多现象和问题都是互不相关的。但是，达尔文发现了其中的相关性，即贯通性的关系解子，从而建立了以自然选择理论为核心的进化论理论，使得那些本来不相干的问题在新的层面上得到统一的理解和解决。物理学、化学、生物学、社会学和经济学等不同学科领域内的不相干现象在协同论的基础上被整合起来。协同论研究事物的有序的、自组织的集体行为，探寻其普遍规律。协同论发现，从混沌创建有序的必然性与所发生反应的物质本身无关，结构的形成过程遵循某种内在的自动机制和统一的规律。在物质领域，激光的性态、云雾的形成和细胞的聚合如出一辙；在非物质领域，生命的演化、物种的延续、群体行为的突然转向都遵循支配原理。

在理论的统一性追求中，还原与整合不是互相排斥、互不相容的，是有可能协调发展的。分子生物学从一些角度看是整合，从另一些角度看却是还原。将生物学还原为物理学和化学是一种可能的方向，而发现新的综合性术语同时说明生物学、物理学和化学现象也是一种可能的方向。两者具有相同的作用，没有逻辑上的理由表明哪一种方法具有先验的优先性或可行性。还原需要经验发现，整合同样需要经验发现。［6］364还原和整合都是依靠贯通解子来实现统一的，而贯通解子的发现，不论是实体还是性质、关系、结构，都离不开经验发现。这也表明，概念统一性与经验协调力有着不可分割的关系。没有经验发现，就没有经验协调力；没有经验协调力的上升，概念协调力的上升也难以为继。还原和整合各有优缺点。还原对局部的实体做充分的研究，但忽视了事物的整体，事物之间的一般性质、关系和结构；整合重视事物的整体和系统的特征，但对事物局部的特殊层面难以把握。还原和整合都试图最大限度地统一科学，但都不可能实现完全的大一统的科学。它们以统一性为目标，以经验发现的贯通性为手段，带动了理论的一致性、深刻性等协调力的上升，在科学创新中起着同样重要的意义。它们所得出的具体科学的结论可能是矛盾的，但从协调力的增强的角度看不是相互冲突的，可以相互补充，相互渗透，相互交叉。从科学哲学或科学逻辑的角度看，我们对还原的讨论是比较充分的，但对整合的研究尚处在起步阶段。整合的一般逻辑结构和逻辑程序是什么？整合与还原有什么相同或不同之处？整合的哲学意蕴何在？这些都是需要继续深入研究的。

［1］ 马雷.进步、合理性与真理［M］.北京：人民出版社，2005.

［2］ 马雷.冲突与协调——科学合理性新论［M］.北京：商务印书馆，2006.

［3］ 马雷.理论创新的经验统一性标准探讨［J］.东南大学学报：哲学社会科学版，2005（4）：22－25.

［4］ 张建军.逻辑悖论研究引论［M］.南京：南京大学出版社，2002.

［5］ 内格尔.科学的结构——科学说明的逻辑问题［M］.徐向东 译.上海：上海译文出版社，2002.

［6］ 林定夷.科学逻辑与科学方法论［M］.成都：电子科技大学出版社，2003.

［7］ 张华夏.解释·还原·整合［J］.自然辩证法研究，1987（2）.

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1671－511X（2012）02－0011－07

2011－12－10

东南大学重大科技基金引导项目“高科技前沿的哲学问题和哲学理论研究”（3213000101），2010年江苏省青蓝工程中青年学术带头人基金项目成果之一。

马雷（1965－），男，安徽舒城市人，博士，东南大学哲学与科学系教授，博士生导师。研究方向：科学哲学。