论客观知识视域下科学问题的演化形态

陶迎春

（滁州学院 思想政治理论教学研究部，安徽 滁州239000）

科学问题是“在已知科学知识基础上对未知科学知识的探求导向”[1]98。波普尔曾指出，如果对人类知识，“只取它的客观意义或非私人的意义”[2]297，即取其能被主体间相互检验这一层次的含义，那么“客观意义上的知识或思想，它包括问题、理论和论据等”[2]117，也就是说，科学问题是“世界3”中的客体，“在我的‘第三世界’的各成员中，……同样重要的成员还有问题……”[2]115。这表明，在寻求或获得知识的事业中，认识是以主体、客体和中介为基本框架，通过信息（知识）的自我反馈和自我调控的自组织过程，问题的产生虽然离不开主体，但一旦其产生出来，用（信息）符号表达出来以后，将成为“世界3”中的客体，因而这样的问题——作为客观知识的科学问题，可作为研究考察的对象。而波普尔对这样的作为客观知识的科学问题已经作了一些较为深入地探讨，如著名的四段式P1→TT→EE→P2（P表示问题，TT表示试探性理论，EE表示排除错误）等。按照波普尔四段式P1→TT→EE→P2的观点，即…Pi→Ti→Pi+1…，从而科学发展呈现为“问题→问题”即…Pi→Pi+1…的过程，即科学问题存在演化过程，演化的机制在波普尔看来就是猜想与反驳，进而使得“科学问题的演进与科学进步相互促进”[3]19。

那么科学问题演化的形态是什么呢？对此波普尔没有回答，依据科学史对此进行分析：由低层次的科学问题向高层次的科学问题的演化过程中，演化的宏观形态有线状、树状和网状，演化的微观形态有链式、辐射式和收敛式。科学问题演化从一维、单学科式向多维、多学科式再向多维、立体、多领域演化，表现出线状式、树状式和网状式的动态的“历时”形态，这种演化的结果在当代科学中呈现出新形态，表现为以线状群、树状群和网状群这样的以整体形态、“共时”存在的“科学问题簇”。

一、低层次和高层次科学问题

1.层次与问题

从纵向看，科学问题的层次表现为“是什么——怎么样——为什么”，这一过程递进上升的展开,可以说是认识的逻辑展开过程。[4]66在人类寻求知识的过程中，科学问题的这种层次展开，使得整个寻求知识的过程呈现出一个“个别认知事实——特殊经验定律——一般理论原理”的渐次螺旋式上升发展过程。这在科学史中有一个典型案例：从哥白尼对宇宙结构体系的质疑，到开普勒对行星运动规律的总结，再到牛顿对天体运行原因的揭示，体现为科学认识中问题从 “是什么——怎么样——为什么”层次的逐渐上升。正是在寻求知识的过程中，按这样的科学问题层次的不断深入，才有日心说的提出，才有行星运动的三大定律的揭示，才有万有引力定律的创立。科学问题的这种递进上升的层次性，决定和制约着认识发展过程的阶段性、连续性和不断进步的方向性，循着这一科学问题层次的进展，揭开自然界一个个“神秘面纱”。但这只是科学问题层次的一个方面。

图1 层次：量子阶梯

从横向看，自然界的存在具有层次性，这一点已由科学史所证明，奥本海姆和普特南给出相应的经验领域的层次清单，即有基本粒子、原子、分子、活细胞、多细胞生物体和社会群体六个层次。对于这些层次，奥本海姆和普特南指出可由如下几点得出：“第一，必须有不同的层次；第二，这些层次的数量是有限的；第三，必须有一个独一无二的最低层次；第四，除了最低层之处，任何层次内的事物都可以分解为同它相邻的下层内的诸多事物；第五，任何层次的事物不可能在它相邻的高层存在一个部分；第六，层次的选择按照目前的经验科学应该是自然的和合理的。”[5]32依此原理，结合科技史，科学家把自然界存在的这种层次命名为“量子阶梯”，如图1，在自然界中有夸克层次、质子、中子、电子层次、分子层次等，自然界是具有层次结构的大系统。由于自然界存在“层次”的特点，相应地，就有不同层次的科学问题，如有低层次的科学问题和高层次的科学问题，那么这样的科学问题有什么特征，低层次的科学问题如何演化为高层次的科学问题。下面对此进行尝试性的探讨。

2.低层次科学问题

在自然界中，“低层次物质是高层次物质的基础与载体，低层次物质的相互作用产生高层次物质，并从一个方面说明高层次物质的属性或功能”[6]107。类似地，在“世界3”中，低层次的科学问题是高层次科学问题的基础，低层次科学问题的相互作用产生高层次科学问题，并从这一个方面说明高层次科学问题的特点。如物理学中的“黑体问题”，依据托马斯·尼克斯的观点，就是物体被加热到更高温度时其颜色如何变化以及为什么那样变化的问题（问题1，笔者注）。这一问题由三个低层次的科学问题构成：“第一个是一个经验问题(问题2，笔者注)，也就是如何去获得数据或者获得更精确的数据，其中着重是那些黑体辐射能量同辐射频率v、辐射温度T以及高和低v/T领域的关系数据的问题；第二个依然还是经验问题（问题3，笔者注），即去寻找一个符合这些关于能量随频率和温度分配数据的简单公式的问题；第三个问题是部分经验但更多概念性的问题（问题4，笔者注），那就是如何去获得一个对最可行的分配公式站得住脚的理论推演的问题。”[7]141

3.高层次科学问题

在自然界中，“高层次物质包含低层次物质，出现低层次物质所没有的功能（涌现），并对低层次物质起制约、选择作用”[6]107。 类似地，在”世界 3”中，高层次的科学问题包含低层次的科学问题，出现低层次科学问题所没有的特性，并对低层次科学问题有制约、选择作用。如上例，关于物理学中的“黑体问题”，处于高层次的“问题1”包含“问题2、问题3和问题 4”，“问题 2、问题 3和问题 4”相互作用，结合在一起构成“问题1”，而“问题1”不同于各自独立存在的“问题 2”、“问题 3”和“问题 4”，前者对后三者选择，从而构成前者。类似地，关于处于自然界的“原子”层次的科学问题内在包含着或“制约”着关于处于自然界的“核和电子”层次的科学问题，而处于后者层次的科学问题却不包含着处于前者层次的科学问题。

当然，这种低层次的科学问题和高层次的科学问题的划分不是绝对的，这种区分是相对的。处于自然界的“原子”层次的科学问题对处于自然界的“核和电子”层次的科学问题是高层次的科学问题，而它对处于自然界的“分子”层次的科学问题则是低层次的科学问题。如上面提到的“问题1、问题2、问题3和问题4”中，像这样的“问题1”是高层次的科学问题，像这样的“问题 2”、“问题 3”和“问题4”是低层次的科学问题。也就是在波普尔的四段式即P1→TT→EE→P2中，P1为低层次问题，P2为高层次问题。那么，在科学发过程中，低层次问题如何向高层次问题演化呢？在波普尔看来演化的机制就是猜想与反驳。那么科学问题演化的形态是什么呢，下面对此进行考察。

二、科学问题演化的宏观形态

恩格斯在《自然辩证法》一书的导言中，把自然科学的发展概括为三个阶段：古代直观综合阶段、近代自然科学发展的分析阶段、在分析基础上的综合阶段[8]5。现在自然科学正在第三阶段的基础上发展，一方面高度分化、深入，新的学科不断涌现，另一方面又高度综合、边缘学科发展迅速，并呈现出整体性。从“量子阶梯”来看,现代科学“正沿着三个方向前进，其一，沿着量子阶梯下行和时间之矢回溯，在小尺度上研究夸克及比夸克更低的层次，在大尺度上探索极早期宇宙及其起源。其二，沿着量子阶梯上行和时间之矢顺行，在小尺度上探索生命起源、人体和意识，在大尺度上探索生态及其演变。其三，研究不确定性，如混沌、分形、分岔等”[9]26。

从这个角度来说，在这样的自然科学发展过程中，科学问题特别是低层次问题向高层次问题演化的过程中，形成线状、树状和网状等不同形态，如图2所示。

图2 科学问题演化的宏观形态

在这线状、树状和网状中，线状群是一维的、单学科的，树状群是多维的、多学科的，网状群是多维的、立体的、多领域的。树状群处于网状群和线状群的中间状态，线状群是树状群、网状群的基础，网状群是树状群进一步演化的结果。如现代环境科学所面临的科学问题是一个网状问题群，它研究人口问题、能源问题、粮食问题、资源问题和环境保护问题以及它们的关系，这些问题相互联系、相互影响，构成了统一的整体。又如迅速发展的四大科技领域的协同与融合“会聚技术”（NBIC）问题，即纳米科学与技术、生物技术（包括生物制药及基因工程）、信息技术（包括先进计算与通信）、认知科学（包括认知神经科学）等领域的问题。

在当代自然科学发展的过程中，科学问题出现了一种新的特征，就是这种线状、树状和网状的问题形态是以“共时性”、整体状出现，也就是以科学问题簇的形态出现。这样的科学问题簇是指相互联系的有限个数的科学问题组成的一个有机整体。科学问题簇不同于以往的单个科学问题。由于科学问题之间的相互影响，其中某一科学问题的变化，如产生或被解答，进而又影响到这个问题本身。因此，要求把这些相互影响相互制约的科学问题作为一个整体来加以考察，并寻求解决的方法。科学问题簇具有整体性，如对环境问题来说，与人口问题、能源问题等互相影响，这个问题簇体现为多学科、多领域的统一整体性；同时，科学问题簇又具有层次性，如环境问题由能源问题等组成，而能源问题又由降低能耗等一系问题所组成，体现为多维、立体的层次性。因此，科学问题的演化从一维的、单学科式向多维、多学科式再向多维、立体的、多领域演化，表现出线状式、树状式和网状式的动态的“历时”形态，这种演化的结果在当代科学又表现为以线状群、树状群和网状群这种以整体形态的、“共时”存在的“科学问题簇”。如何把握这些复杂的情况，可以从科学问题演化的微观形态中找到线索。

三、科学问题演化的微观形态

科学问题演化的微观形态主要有链式（L1）、辐射式L2和收敛式L3，如下图所示。

图3 科学问题演化的微观形态

对于科学问题演化的微观形态，学者刘冠军在《试论科学问题的演化的方式》一文中有详细的论述，这里不在一一论证，不过需要指出的是这里认为他提出的“问题连锁式、层进式和跃迁式”[10]100-104演化方式实质就是链式L1，它们都是在某一科学研究领域内由探究的深入引起的问题演变。下面仅仅举收敛式这一种情况进行进一步说明：如下图，问题4由问题1、问题2和问题3“收敛”形成。

图4 收敛式一

又如物理学量子力学中，全谱问题由低频辐射问题和高频辐射问题[11]87所“收敛”形成。

图5 收敛式二

综上所述，按照波普尔客观知识的观点，P1→TT→EE→P2， 即…Pi→Ti→Pi+1…， 科学发展呈现为“问题→问题”即…Pi→Pi+1…的过程，即科学问题存在演化过程，演化的机制在波普尔看来为猜想与反驳。科学问题演化的形态表现为，在科学发展过程中，是由低层次的科学问题向高层次的科学问题的演化，演化的宏观形态呈现为线状、树状和网状，演化的微观形态呈现为链式、辐射式和收敛式。科学问题演化从一维、单学科式向多维、多学科式再向多维、立体、多领域演化，表现出线状式、树状式和网状式的动态的“历时”形态，这种演化的结果在当代科学中显现出新形态，表现为以线状群、树状群和网状群这样的以整体形态、“共时”存在的“科学问题簇”。如何把握这些复杂的情况，可以从科学问题演化的微观形态中找到线索。

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