客观知识视域下科学问题发现路径研究

陶迎春

（滁州学院 马克思主义学院，安徽 滁州 239000）

爱因斯坦曾指出提出科学问题比解决问题更重要.那么，科学问题发现有无机制可循？在科学哲学领域一直有不同的观点.科学实践哲学主张机会造就问题发现，“机会给出问题，机会挑选问题，机会磨砺问题”[1]100.信息加工论主张问题发现过程就是基于问题情境，找出起始状态与目标状态之间的“动态差距”的过程.[2]23本文主张从客观知识的角度来说，科学问题发现是有逻辑通道的，以继续推进这方面的研究.

1 科学问题发现有其逻辑路径

在科学哲学史上，逻辑经验主义主张发现和证明有区别，发现与主体的主观性相关联度大，证明有逻辑依据，主张科学问题的发现没有逻辑通道.虽然，在真实的科学研究中，科学问题的提出离不开提出者如科学问题提出者的心理品质以及社会因素、文化因素等.对于科学问题的提出者所应具备的品质，国内学者林定夷在《问题与科学研究》一书指出“科学需要怀疑精神”和科学家的“好奇心”是科学问题发现者必备的心理品质.科学实践哲学强调社会因素中的机会的作用.从这个角度来说，科学问题提出没有固定不变的、机械的方法或逻辑.但是，不能由此就否认科学问题发现有逻辑依据的可能性.

历史主义和解题主义主张科学问题发现有逻辑依据的可能性.历史主义代表库恩指出科学问题的提出和选择由“范式”[4]决定，范式决定着问题的提出.一个疑难或疑问是不是科学问题，受范式所支配，如夜晚的天空为什么是暗的？对于一个七八岁的小姑娘来说，也许只是随口一问，而科学家在物理学或光学知识背景下提出这个疑问时，成为科学共同体共同认可的一个客观存在的问题，需要在物理学范式指导下给出解答.解题主义代表劳丹认为科学问题的提出和选择由“研究传统”[5]决定，研究传统承认问题的存在.当研究传统不认可时，不作为一个真实的或真正的问题，因而不能进入科学家的研究解决的范围.可见，历史主义和解题主义虽然观点有差异，一个强调范式，一个强调研究传统，但从这个角度来说，二者都主张科学问题发现有依据，或是范式或是研究传统.但是范式或研究传统也是随科学进步而变化的，说服力不太强.证伪主义者从客观知识的角度明确科学问题发现的逻辑依据.

波普尔在《客观知识》一书中指出科学问题存在于世界3，解答与问题的相互关系是一种逻辑关系，“问题连同其背景（甚或连同其他第三世界客体）组成我们所说的问题境况.我们所运用的另外一些第三世界客体可以是（各理论之间、各问题之间、猜测的各方面之间、各解释之间以及各哲学观点之间的）竞争和冲突；可以是比较、对比和类推.必须指出答案与问题的相互关系是一种逻辑关系，因而也就是一种客观的第三世界关系.”[3]175-176也就是说，在世界3中，科学理论就是对科学问题的解答，科学理论与科学问题的逻辑关系是科学问题发现的逻辑路径.

因此，从客观知识的角度来说，问题与理论都存在世界3，解答与问题的相互关系是一种逻辑关系，各种逻辑规则、方法在其中起着重要作用.持这种观点的美国科学家西蒙提出信息加工论，促进人工智能中的问题解决研究.从客观知识的角度来说，科学问题发现有逻辑路径.分析科学理论与科学问题的逻辑关系是总结或揭示科学问题发现逻辑路径较佳选择，可以促进科学进步.正如德国科学哲学家波塞尔指出：“科学的特点是系统性地、按照一定的方法提出问题.”[6]239

2 科学问题发现的主要路径

（1）某种新的事实和现象在自然中被观察到而产生科学问题.如准晶体问题的提出.在发现准晶体之前，当时科学界对固态物质的认识仅限于晶体与非晶体，得出晶体内原子呈现周期性对称有序排列而非晶体内原子呈无序排列的结论.进而依据固态物质构成原子的排列规律的不同提出具有这种原子其他排列方式的固体是不可能存在的.但到了1982年4月8日，以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼在铝锰合金冷冻固化实验中首次在电子显微镜中观察到一种“反常理”的现象—合金中的原子以一种不重复的非周期性的对称有序排列方式组合.这一发现违背当时科学界关于固体只有晶体和非晶体的分类理论，正是谢赫特曼这一新发现，晶体与非晶体之间的固体物质成为科学家新的研究对象，其研究结果，深化了对物质结构的认识.发现准晶体的谢赫特曼也获得了2011年诺贝尔化学奖.如同“伦琴射线”的发现一样，某种新的事实和现象在自然中被观察，原有理论却说明不了这种事实或现象，从而产生科学问题并做出重大科学发现.

（2）在理论指导下的实验得出新的事实或现象而产生科学问题.如“以太”问题的产生.根据“以太”理论，“以太”无处不在.“以太（aether）”一词来源于古希腊，原意为高空.笛卡尔最早把它用在科学上，有以表示一种充满宇宙的、能传递相互作用的无质量的物质.19世纪下半叶，麦克斯韦电磁理论建立以后，当时物理学家就用经典力学理论解释麦克斯韦方程，认为光和电磁波的传播都必须有媒介的物质，这种物质就是“以太”.从而，太阳光之所以能传到地球，就是因为太阳到地球的空间充满着“以太”.1725年英国天文学家布拉德雷发现的光行差现象.根据“以太”理论，根据“以太”理论，其预言让光线在平行和垂直于地球运动的方向运动时，若往返运动距离一样，则平行于地球运动方向所用的时间将大于垂直于地球运动方向所用的时间.而根据此理论原理美国科学家迈克尔逊和美国化学家莫雷合作合作设计的实验得出的事实是“零结果”，从而导致“以太”问题的提出.这一理论预言与观察事实的冲突，成为引导爱因斯坦“走上狭义相对论的第一条路径.”[7]27

（3）科学理论内部冲突而产生科学问题.如质量问题，在牛顿力学理论初创时期的质量是一个不确定的概念.牛顿在总结和分析了前人的研究资料，指出物质的量是它的密度和体积的乘积.[8]正如马赫指出在力学理论中密度并不是一个独立于质量的概念，[3]2而按牛顿的观点，质量包含于密度，密度包含于惯性，惯性包含于质量[3]718.马赫指出牛顿的在《原理》中的质量概念的不确定性，其对牛顿给出的质量概念的怀疑和批判，导致了质量概念问题的再发现，促使后人对质量概念问题的再研究，如动质量与静质量，惯性质量和引力质量等.如从镭辐射测量β射线在电场和磁场中的偏转时，W·考夫曼在1901年发现电子的速度增大到接近光速时，它的质量急剧增加，从而打破了质量不变的结论.随后科学家们开始从理论上导出动质量m与静质量m0的关系，并从实验上设法去证实理论的正确性的研究方向.爱因斯坦在亚伯拉罕、布雪莱和洛仑兹等人研究的基础上，得出一般物体质量随速度变化关系.可见，这些问题发现的逻辑路径主要表现为科学理论内部冲突所产生的科学问题，表现为科学中的悖论和循环定义或论证的分析而导致的问题发现，这类问题类似于美国科学家劳丹所谓的内部概念问题，这类问题的解决，促进认识的深化，是问题发现逻辑路径之一.

（4）不同理论体系间基本假设冲突导致问题发现.例如，对于宇宙未来的描述，热力第二定律和进化论冲突导致新问题提出.在经典物理学中，热力学第二定律即熵增原理表达了分子无序性的增加.在热力学中，时间不再是可逆的，而是不可逆的.宇宙因熵不断增大而终归于“热寂”，“第二定律指向一个逐渐均匀的未来，从人的观点来看，这是一个悲观的未来”.[9]16而在进化论中，进化意味着组织性和多样性的增多，意味从底级向更高级别的复杂性的转化.“从人的观点来说，所有这一切都是十分乐观的.宇宙随着其年龄的增长而组织得越来越‘好’，随着时间的逝去，不断地向着更高水平的发展”.[9]17可见，对于宇宙未来的描述，热力第二定律和进化论给出的相反的结论.从而导致这样的问题发现：“容许在过去与未来间做出区别的动力学系统的特殊结构是什么？所包含的最低复杂性是什么？”[9]17普里戈金和斯唐热提出上面的问题，对此问题的研究，给出新的认识：“仅当一个系统的行为具有足够的随机性时，该系统的描述中才可能有过去和未来的区别，因此才可能有不可逆性.”[9]18时间是随机地出现的.

综上所述，从客观知识的角度来说，科学问题发现有逻辑通道.科学问题发现的逻辑路径主要有某种新的事实和现象在自然界中被观察到而产生科学问题，在理论指导下的实验得出新的事实或现象而产生科学问题，科学理论内部冲突而产生科学问题，不同理论体系间基本假设冲突导致科学问题发现.

〔1〕 吴彤.科学始于机会，还是始于问题或观察[J].哲学研究，2007(01).

〔2〕 Brown RT.Creativity:What are We to Measure？ In Glover J A,Ronning R R,Reynolds C R,Handbook of Creativity.NY:Plenum Press.1989.

〔3〕 波普尔.客观知识[M].舒炜光等译.上海译文出版社,1987.

〔4〕 托马斯·S·库恩.科学革命的结构[M].金吾伦，胡新和译.北京大学出版社,2003.

〔5〕 L·劳丹.进步及其问题[M].刘新民译.华夏出版社,1998.

〔6〕 汉斯·波塞尔.科学：什么是科学[M].上海三联书店,2002

〔7〕 爱因斯坦.我是怎样创立相对论的[J].百科知识,1983(6).

〔8〕 牛顿.自然哲学之数学原理[M].商务印书馆,1957.

〔9〕 伊·普里戈金.从混沌到有序[M].上海译文出版社,1987.