科学的统一性探究

摘要：“科学统一”问题可以追溯至古希腊，并一直是西方哲学的重要课题。到了20世纪，逻辑经验主义明确提出将科学统一作为研究纲领与哲学信条，然而，逻辑经验主义的还原主义的科学统一面临诸多困境，一些科学哲学家由此而宣称科学不统一。虽然科学无法通过还原获得统一，但是不能因此而否定科学可以获得一种非还原式的统一，奥托·纽拉特的“百科全书主义”的科学统一思想为此提供了思路。

关键词：科学统一；还原主义；百科全书主义；物理主义

中图分类号：B0 文献标识码：A 文章编号：1004-3160（2016）05-0144-06

纵观科学史，我们可以发现，人类的科学事业一方面致力于发现宇宙中尽可能多的事实，另一方面，又不断地探索着宇宙中纷繁复杂的事实之间的联系性与相关性，也就是说，在科学研究中，科学家们总是有意或无意地在追求着“科学统一（Unity of Science）”。例如，牛顿的伟大功绩就在于把亚里士多德眼中的天上“高贵的”星球运动与地上“低贱的”物体运动“统一”到了相同的运动定律之中。爱因斯坦的一生，可以说是为追求“科学统一”而奋斗的一生，统一相对论与量子力学也成为了爱因斯坦的未竟之志。

如果说科学家对科学统一的追求有可能并非有意而为之的话，那么在哲学史上，则有一大批哲学家明确地、不懈地思索着科学的统一性。接下来，本文将大致地梳理哲学史上主要的科学统一思想，并在评判与审视已有科学统一思想的基础上，提出一种可能的科学统一形式。

一、“科学统一”思想的历史沿革

“科学是否具有统一性”这样的智性探索可以追溯至古希腊的宇宙论，特别是“一与多”的问题——在何种意义上世界以及关于世界的知识是“一”？在这一问题的导向之下，出现了泰勒斯的“万物源于水”、恩培多克勒的“四元素说”、德谟克利特的“原子论”、毕达哥拉斯的“数论”、亚里士多德的“范畴论”等等，这些理论都体现了先哲们对世界以及关于世界的知识的统一性的思索与追求。

在中世纪，基督教一神论成为了西方社会的主流意识形态，在当时的一些神学家和哲学家看来，由于我们的知识是关于世界的反映，而被造的世界受唯一的一位上帝制定的法则统一支配，所以我们的知识也相应地具有统一性。

随着文艺复兴与宗教改革的发生，西方社会开始高扬人的理性，不再盲目地迷信于教会的权威，哲学也渐渐地摆脱了神学的“婢女”的角色，并重新以“求真”为目的。在回归求真精神之后，西方知识界首先在天文学上取得了突破——哥白尼的《天体运行论》的问世标志着近代科学的诞生。面对当时的一系列科学成就，经验主义哲学家弗朗西斯·培根提出，科学对感官经验与归纳法的依赖决定了科学知识有着统一性。理性主义哲学家笛卡尔认为，人类的“知识之树”由三个部分构成，其中，形而上学是“树根”，物理学是“树干”，其它科学是“树枝”，所以，人类的知识就像一棵树一样，构成了一个统一的体系。另一位著名的理性主义哲学家莱布尼兹则力求构造一种理想的具有普遍表征作用的“通用语言”，试图通过语言的统一来达成知识的统一，莱布尼兹认为，有了这样的“通用语言”之后，“所有的推理错误都只成为计算的错误，这样，当争论发生的时候，两位哲学家和两位计算家一样，用不着辩论，只要拿起手中的笔，坐在计算器面前，面对面地说，让我们来计算吧！”[1]P79作为经验主义与理性主义的调和者，康德没有在外部世界中寻求科学知识统一的本体论依据，而是认为人的先验理性决定了科学知识的统一性，康德说道：“根据理性的立法规则，决不能允许我们的各种知识的模式仅仅是一种大杂烩，而必须要形成体系。只有这样，它们才能追求理性的根本目的。据我理解，一种体系就是在一种理念指导下的多种知识模式的统一。”[2]61所以，在康德看来，科学统一的根据源自作为认识主体的人，是人在“为自然立法”。而且康德认为，哲学的一个重要功能就是确定科学统一的程度与范围。

在被誉为“科学的世纪”的19世纪，除了能量守恒定律、细胞学说、进化论这三大发现之外，物理学、化学、生物学、生理学、心理学等领域的重要科学成果层出不穷，然而，在这样的背景下，当时的理论界却出现大量的反启蒙主义观点，如泛灵论、神秘主义等，面对这一状况，恩斯特·马赫（Ernst Mach）一方面强调，应该将形而上学从科学中清除，另一方面则指出，“谁想把各门科学结合为一个整体，谁就必须寻找一种在科学领域内都能坚持的概念，如果我们将整个物质世界分解为一些要素，它们同时也是心理世界的要素，即一般称之为感觉的要素，而且更进一步将一切科学领域内同类要素的结合、联系和相互依存的关系当做科学的惟一的任务，那么，我们就有理由期待在这种概念的基础上形成一种统一的、一元的宇宙结构。”[3]P240作为一名卓越的科学家，马赫本人也是科学统一理想的积极践行者，他总是力图突破专业界限，促进各个学科和部门之间的密切合作。

进入20世纪之后，科学的发展呈现出下列趋势：科学的专业化不断增强，而这使得科学越来越难以被公众理解；在物理学、化学和生物学这样的相对成熟的科学领域，学科分化得越来越细，即便是同一科学门类的相邻学科之间的交流也变得越来越困难；19世纪末和20世纪初，社会科学（比如心理学、经济学、社会学等）与人文学科（比如历史学、语言学、人类学等）相继兴起，并取得了独立的学术地位，然而在本体论与方法论上，它们与自然科学之间似乎有着难以逾越的鸿沟。这样的科学发展状况引起了维也纳的一批聚集在逻辑经验主义旗号下的科学家与哲学家（这批人组成的学术团体被称为“维也纳学派”）的关注与思考。维也纳学派继承了马赫的科学统一理想（特别是马赫对形而上学的拒斥），吸收了弗雷格（Gottlob Frege）、羅素（Bertrand Russell）和维特根斯坦（Ludwig Wittgenstein）的现代逻辑与语言分析方法，并明确地将科学统一作为了自己的研究纲领和哲学信条，为了促进科学统一，他们甚至发起了一场统一科学运动。根据维也纳学派的观点——特别是他们的核心代表人物鲁道夫·卡尔纳普（Rudolf Carnap），科学的统一即科学语言的统一，而科学语言的统一性就在于，如果一个概念是科学概念，那么其必须能够被还原为观察语言（如“硬”、“薄”、“大”、“小”等）的逻辑构造。[4]P399在卡尔纳普看来，观察语言是意义精确的，中立于理论的，而且有着主体间性，所以，观察语言构成了科学的坚实基础。因此，卡尔纳普提倡的科学统一实际上是关于科学的先验规范。至于科学定律的统一，卡尔纳普并未给出明确的论述，但认为科学语言的统一为科学定律的统一提供了必要的逻辑基础。

受维也纳学派的深刻影响，欧内斯特·内格尔（Ernest Nagel）作为逻辑经验主义的后期重要代表人物在《科学的结构》一书中提出了科学定律的还原模型，根据这一模型，一条定律被还原为另一条定律即前者可从后者逻辑地导出。例如，在内格尔看来，在特定的条件下，牛顿力学是可以从爱因斯坦相对论逻辑地导出的，所以二者之间是还原关系。内格尔还提出，如果两条定律中包含着不同的语词，那么则需要引入“桥接律（Bridge Law）”将两条定律中不同的语词连接起来。比如，内格尔认为，当引入了“桥接律”——“‘温度’就是‘分子平均动能’”——之后，波义尔-查尔斯定律就能够从统计力学定律逻辑地导出，所以二者之间也是还原关系。内格尔的科学定律还原模型既是他所提倡的科学解释模型，也是他眼中的科学发展模式和方向——所有的非基础性科学定律在桥接律的帮助下将能够由一组基础性的微观物理学定律逻辑地导出，而科学也由此而获得统一。可以看出，和卡尔纳普的科学统一一样，内格尔的科学统一也可以被定调为还原主义的、基础主义的。

逻辑经验主义的科学哲学思想是科学哲学中公认的正统观点，其后的科学哲学流派几乎都可被视作对其思想的反思与批判。同样的，当代关于科学统一的讨论也绕不开逻辑经验主义的科学统一思想。在接下来的一节里，本文将指出逻辑经验主义的科學统一思想面临的困境，并介绍一些代表性的“科学不统一（Disunity of Science）”思想。

二、“科学统一”的困境与“科学不统一”

科学统一是逻辑经验主义者的研究纲领与哲学信条，为了促进科学的统一，他们甚至在欧洲部分国家和美国发起了一场统一科学运动——主要包括一系列世界统一科学大会的召开和出版物（主要是《国际统一科学百科全书》）的发行。随着冷战的加剧，政治势力开始侵入和压迫知识界、学术界，到了20世纪50年代后期，统一科学运动最终消亡。

也是从20世纪50年代开始，逻辑经验主义的科学统一思想开始遭遇理论上的质疑。汉森（N.R.Hansen）提出的“观察渗透理论（Theory-Ladenness of Observation）”表明，任何观察命题都渗透着理论内容，所以，中立于理论的、意义精确的基础性观察命题并不存在，所以卡尔纳普所宣扬的语言层面的科学统一并不可行。此外，奎因（Willard Van Orman Quine）对经验论的“两个教条（分析命题与综合命题的二分、还原主义）”的批判，以及迪昂（P.Duhem）提出的“理论整体论”也对卡尔纳普的科学统一给予了沉重打击。

内格尔的科学定律的还原模型同样面临重重困难。首先，托马斯·库恩（Thomas Kuhn）提出的“不可通约性（Incommensurability）”使得同一层次的定律还原（不需要“桥接律”的还原）难以实现。例如，根据库恩的观点，牛顿力学中的“质量”是物体的内在属性，与物体的速度无关，而爱因斯坦相对论中的“质量”则是与物体的运动速度相关的，所以牛顿力学中的“质量”与爱因斯坦相对论中的“质量”实际上是两个不同的概念，二者是不可通约性的，从而，牛顿力学与爱因斯坦相对论并不能形成还原关系。

再者，不同层次之间的定律的还原所需的“桥接律”难以获得。比如，亚历山大·罗森伯格（Alexander Rosenberg）认为，自然选择选出来的是“功能”，而不是“结构”，所以，孟德尔遗传学中的有着特定功能的“基因”与分子遗传学中的“分子结构之间”的对应关系往往极度复杂，而这样的对应关系构不成内格尔还原模型所需的“桥接律”。[5]P395，另外，希拉里·普特南（Hilary Putnam）和杰里·福多（Jerry Fodor）提出的高层次性质的“多重可实现性（Multiple Realizability）”也使得“桥接律”的存在存疑。例如，心理性质“痛”在不同的生物中是由不同的神经状态来实现的，甚至有可能不一定需要神经状态来实现，所以并没有“桥接律”将心理性质“痛”与某一类“神经状态”连接起来，从而，普特南和福多认为，心理学无法被还原为神经科学。[5]P396

此外，生物学、社会科学等领域中科学定律的缺乏；生命现象中的整体性、反馈作用、目的性、组织性、等级结构、动态相互作用等；社会科学理论的价值负荷；科学解释的语用学径路的提出；下行因果作用（Downward Causation）的存在，都成为了内格尔的还原模型的理论困境。

除了上述学理上的困境之外，内格尔的还原模型在科学实践中也鲜有成功的运用，科学似乎并未朝着他所设想的方式发展，反倒是特殊科学（物理学之外的科学）发展得如火如荼，成为科学的重要组成部分。其实，就连内格尔本人提出的经典还原事例——“波义尔-查尔斯定律”被还原为“统计力学定律”——也是成问题的。在分析这两条定律之间的还原关系的时候，内格尔认为，“该还原要成功，另一个辅助假设必须被引入，即每一个气体分子占据容器中的某一位置或任何一个位置的概率是一样的，并且每一个分子占据某一位置的概率独立于其它分子对该位置的占据。”[6]P344然而，内格尔引入的这条辅助假设显然是不合理的，艾伦·加芬克尔（Alan Garfinkel）就严厉地指出，内格尔的这一辅助假设的是错误的，因为其与“能量守恒定律”与“速率分布理论”不相容，加芬克尔说道：“这些独立假设的失败告诉我们，我们并无真正的从独立个体的简单集合得出整体性性质的情况。根据牛顿力学，气体确实是由本质上是微小刚性微粒的气体分子构成，但是，波义耳-查尔斯定律所赋予气体的性质并不能简单地从单个气体分子的这种本质产生。我们必须强加给气体分子系统一种集体性的可能性，而这种可能性不可能从单个的气体分子所具有的本质产生。”[7]P456-457如果就连“波义尔-查尔斯定律”被还原为“统计力学定律”这样的经典还原都是成问题的，那么其它的所谓还原的有效性与可靠性将更加值得怀疑。

由于内格尔的还原模型在科学实践中并不够成功，再加上科学的实际发展日益多元化，斯坦福学派（The Stanford School）的南希·卡特赖特（Nancy Cartwright）和约翰·杜普雷（John Dupre）两人各自对科学的发展现状做出了形而上学解释，并反驳了内格尔的还原主义。

卡特赖特认为，我们不能因为科学定律已经取得的成功而忽视科学定律的失效——存在很多科学定律预测不了或预测不准的现象。例如，虽然牛顿力学定律取得了巨大的成功，但是却难以帮助我们准确地预测一块形状不规则的物体的高空下落轨迹，在卡特赖特看来，我们之所以难以通过牛顿力学定律准确地预测某形状不规则物体的高空下落轨迹，并不是因为我们没有获取充足的关于初始条件的数据，也不是因为我们的计算能力有限，而是因为牛顿力学定律的“适用对象”与“形状不规则物体的运动”在本质上是不同的。所以，我们不应该认为牛顿力学定律在原则上一定可以运用于一些它目前尚不适用的领域。卡特赖特提出，科学定律是科学家构造出来的适用于世界中特定领域的模型，并不具有普遍有效性。[5]P401-402既然科学定律并无普遍性，所以科学无法按照内格尔的还原模型获得全局性的统一，卡特赖特说道：“所有描述世界的定律构成的是拼图而不是金字塔。它们不能构成简单的、优美并抽象的公理和定理系统。”[8]P1

杜普雷则在重点考察了生物学之后认为，“分子遗传学家根据分子结构所描述的基因与群体遗传学模型中提到的基因甚至经典遗传学中的基因并不是同一个东西”，[9]P122“我们可以通过多种不同的同等合法的方式将世界划分为不同的类；另外，不同于还原主义，多元主义坚持宏观的事物和微觀的事物在实在性和因果有效性上是平等的。”[9]P6-7杜普雷支持三种主义，分别是：第一、反本质主义——对实在的分类方式是多元的，而不是单一的；第二、反还原主义——不同层次理论描述的对象的实在性与因果效力是等同的，微观物理领域不是因果完备的；第三、反认识论一元主义——不存在关于科学知识的唯一的认识论标准。于是，杜普雷提出，在理解“科学”这一概念的时候，我们应该参考后期维特根斯坦的“家族相似”概念。[10]P846在杜普雷看来，既然关于世界的分类是如此的复杂，那么内格尔的还原模型所需要的关于世界的从高到低的层次划分就不存在，所以内格尔的还原式的科学统一无法实现。

卡特赖特声称世界是一个“斑杂（Dappled）”的世界，杜普雷则将自己的本体论称作“混杂实在论（Promiscuous Realism）”，二者的多元主义形而上学共同驳斥了还原主义的科学统一，于是两人公然地宣称科学是不统一的。

三、结论

当前，逻辑经验主义的还原主义的科学统一因为理论与实践上的诸多困难已不再是主流，卡特赖特和杜普雷则根据科学现状得出了反还原主义的形而上学结论，并断言科学不统一。然而，卡特赖特和杜普雷的理论能够反驳的只不过是还原主义的科学统一，科学之间的关系究竟如何，科学是否能够获得一种非还原主义的统一，仍然是一个不确定的问题，正如保罗·费耶阿本德（Paul Feyerabend）所认为的，我们想探索的世界在很大程度上是个未知的实体，因此，我们必须保留自己的选择权，切不可预先作茧自缚。[11]P31

作为维也纳学派成员中最积极的科学统一倡导者，奥托·纽拉特（Otto Neurath）虽然也拒斥形而上学，但是却反对卡尔纳普提倡的还原主义、基础主义的科学统一。纽拉特认为，所有的科学命题，即使是用来进行确证的观察命题也是以约定为基础而进行选择的，因此，任何科学命题在原则上都可以进行变更，[12]P21就算是“观察命题也无法摆脱被抛弃的命运，没有任何命题可以享有卡尔纳普赋予观察命题的不可错性。”[13]P123在纽拉特看来，卡尔纳普所说的能够成为科学的基础的有着确定性的中立观察命题并不存在，因为观察命题总是源于历史的、自然的语言，而且它们的意义并不一定是精确的。此外，由于我们面对的现象是如此的错综复杂，以致于我们无法用“一维”的命题来描述它们。[12]P21-22于是，纽拉特提出，“所有的命题都处在同一平面上”。[12]P22

由于拒斥形而上学，所以纽拉特认为我们无法从科学之外的某一哲学立场来先验地分析科学，纽拉特说道：“在对科学进行分析时，如果从预测和控制出发，那么我们将能避免各式各样的伪问题，关于科学界限的界定也因此而变得不那么容易。在做预测时，我们不可能仅仅依赖于某一门科学，例如关于星球或是石头、植物、动物的学科，将不同出处的陈述结合在一起总是必要的。”[14]P132因此，在纽拉特眼中，我们面临的实际问题的解决往往需要科学的统一，而且科学统一的形式也应该在解决具体实际问题的过程中确定，所以，我们“不是以先验的和独立的哲学为基础来将不同的科学综合在一起，而是科学自身提供它们的粘合剂。”[15]P265既然如此，我们也就无法预测科学统一的具体形式，因此，纽拉特对科学统一的论述总是显得非常模糊，例如，纽拉特认为统一科学包括“让科学契合”，“建立科学之间的桥梁”，“填充科学之间的鸿沟”，等等。[12]P23纽拉特用“金字塔主义”（Pyramidism）指代还原主义、基础主义的科学统一，并将自己的科学统一模式称为“百科全书主义”（Encyclopedism）。[12]P22

我们应该在预测和控制中实现科学的统一，这是纽拉特的“百科全书主义”的科学统一思想带来的启示。和其他的逻辑经验主义者一样，纽拉特也对形而上学持严格的拒斥态度，并认为清除形而上学是科学统一的前提条件，然而，科学与形而上学始终是“纠缠”在一起的。正如爱因斯坦所言：“每一个真正的理论家都是温和的形而上学者，尽管他可以把自己想象成一个多么纯粹的‘实证论者’。[16]496库恩也告诉我们，科学家总是在一定的范式下进行科学研究的，而范式就包括特定的形而上学信念，例如，绝对时空观就是牛顿力学范式包含的形而上学内容。

20世纪中叶以来，物理主义（作为唯物主义的当代发展）逐渐成为当今最为盛行的哲学本体论，在该本体论框架下，任何实体都被认为由物理实体构成，任何性质都被认为可以通过物理性质实现，这样的本体论视角确实帮助科学取得了丰硕的成果，因此，物理主义也被视为与科学最为契合的世界观。[17]P1除了物理主义之外，另一个形而上学假设也是科学家普遍会接受的，那就是世界的“齐一性”，否则，科学所追求的普遍必然性难以找到基础。纽拉特的“百科全书主义”认为科学自身提供它们的粘合剂，然而，“物理主义”与世界的“齐一性”可以共同成为科学统一的另一种粘合剂。

关于科学，纽拉特有一个著名的、生动的比喻：“科学家就像不得不在辽阔的大海上重建他们船只的水手一样，永远不可能将它停在码头上进行拆卸并用最好的材料来对之进行重建。”[18]P89现在，飘荡在大海上的“科学之船”上的“水手”們多了一个用来指明大致方向的“罗盘”。

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