香港人文哲學會網頁 http://www.arts.cuhk.edu.hk/~hkshp 思考方法第十一講 梁光耀 目前很多學科,甚至是占卜星相都會強調本身的學問很科學,可是究竟我們憑甚麼標 準去判斷一們學問是否科學呢[1]?我以為「科學方法」就是其中一個很重要的標準。簡 單來說,科學方法的核心可以說是「假設演繹法」。 科學的研究不是漫無目的,首先源於問題的提出而確定了研究的題材和方向。例如牛 頓看見蘋果落地而提出問題。接著我們要作一初步的假設,然後著手收集相干的資料[2] ,經過分析之後正式提出假設去說明這種現象。由假設可以演繹出一些可觀察現象的命題 ,我們憑著這些可觀察的現象去印證或否證這個假設,如果經驗證據是反例的話,假設被 推翻,我們要再提出新的假設。依靠試錯法(Trial and error),直至找到一個妥當的假 設去說明這種現象為止,但當有新的經驗證據(作為反例)出現的時候,這個假設仍有被推 翻的可能。 科學研究的步驟可以簡化如下: 問題 ↓ 提出初步假設 ↓ 收集相干的資料 ↓ 正式假設 ↓ 演繹出可觀察現象的命題 ↓ 反例 驗證 要進一步了解科學方法,我們可要繼續探究何謂「科學說明」。 上一講主要介紹歸納推論,今講會嘗試解述一個科學說明的模式,稱之為演繹律則說 明模式(D-N model)[3]如下: 普遍定律──L1, L2, ……Ln }說明項 先行條件──C1, C2, ……Cn ──────────────────── ∴ 事件──E }被說明項 簡單來說,一個科學說明模式包括兩部份,第一部份是說明項,第二部份是被說明項 。被說明項是由說明項演繹推論出來。如果那個事件(被說明項)已經發生了,就叫說明了 那個事件,如果那個事件還未發生,我們就說預測了那個事件。換言之,科學說明和科學 的結構根本是相同。 我們可以一個簡單的類比來解釋這個說明模式。 例一: 所有人會死。 }說明項 孔子是人。 ─────────────── ∴ 孔子會死。 }被說明項 「所有人會死」類似普遍定律,而「孔子是人」則充當先行條行,兩個前提合在一起 就構成說明項,說明了「孔子會死」這個事件。 現在我們嘗試用一個科學理論的例子來解釋。就用伽里略的自由落體定律[4]。根據 伽里略的自由落體定律,一個物體從高處掉下來所需的時間是可以表述如下列的公式[5] : S=1/2at2 t代表所需的時間 S代表物體離地面的距離 a是一常數9.8ms-2 假設這件物體距離地面有20m,我們就可根據這條公式計算出物體到達地面所需的時 間。 S=1/2at2 ───普遍定律 }說明項 S=20m ───先行條件 ─────────────────── ∴ t=2sec ───事件 }被說明項 我們可用普遍定律S=1/2at2,加上先行條件S=20m,來說明這件物體到達地面所需 2sec這個事件。 一個科學定律只能夠稱為假設,即使這個科學定律得到經驗上充分的印證。現在就讓 我們再詳細解釋這點: 普遍定律──L1, L2, ……Ln }說明項──P 先行條件──C1, C2, ……Cn ──────────────────── ∴ 事件──E }被說明項─Q 我們可用P代表說明項,Q代表被說明項。由說明項推出被說明項就可寫成P→Q。假使 Q所代表的事件真的發生了,我們只能說Q印證了P,卻不能說Q檢證了P,意思是不能確定P 一定為真,因為以下的推論顯然是無效的,不能成立[6]: P→Q Q ─────── ∴ P 但如果Q所代表的事件並沒有發生,即是∼Q,我們就可根據∼Q來否定P,這個推論是 有效的: P→Q ∼Q ─────── ∴ ∼P 就因為科學理論有被否證的可能,所以我們說科學定律只是假設──假設為真,當經 驗證據能充分推翻原有的科學定律的時候,就有機會讓新的科學理論出來,說明舊有理論 所不能說明的東西,而我們知識的增進的其中一個途徑就是依靠不斷否證舊有的科學理論 ,例如牛頓物理學被相對論推翻之後[7],我們的知識又增長了一大步。 這樣說來,一個反例就可以推翻一個科學理論。當然,實際的情況並沒有這樣簡單。 試想想我讀中學的時候所做的實驗,實驗結果跟理論所預測的通常都不同,但老師總會說 是我們做錯了實驗,而不是理論有錯,因為這些實驗已被科學家重複並卻證了很多次。即 使我們真的確定這個實驗結果是反例的時候,但科學家通常都不會立刻去修改這個科學理 論,因為未必是普遍定律有問題,也有可能是先行條件本身有錯,或有些未知的因素影響 了結論。 P→Q ∼Q ─────── ∴ ∼P 由∼Q當然可以推論∼P,但P其實包括了兩部份,就是普遍定律和先行條件。 ∼P=∼(L1•L2•……Ln•C1•C2•……Cn) =∼L1v∼L2v……v∼Lnv∼C1v∼C2v……v∼Cn 所以錯的未必是定律本身,或者是先行條件有問題。 舉個例,最初科學家只知道太陽系有七大行星存在,並不知道有海皇星和冥皇星存在 。但在計算天皇星的軌道時出現偏差,意思是根據牛頓物理學計算出來的天皇星軌道是跟 實際觀察的結果有出入,科學家並不願意這個反例動搖說明能力極良好的牛頓物理學,在 這種情況下,他們加入了一個輔助假設──有海皇星存在,使計算出來的結果跟實際觀察 的相一致。當然,是否有海皇星這個星體存在還要訴諸實際的觀察,而海皇星正是因此而 被發現。 經驗證據可以用來印證一個科學假設,換言之,要評估一個科學假設的可接受性, 經驗證據是一個很重要的根據。經驗上的充分印證可以說是科學假設得到歸納上的支持。 He E1 E2 E3 E4 E5 E6 He=地球的自由落體定律 E=經驗證據 除了歸納上的支持之外,要評估一個科學假設的可接受性還有另外兩個標準,分別是 演繹上的支持和簡單性原則。甚麼是演繹上的支持呢?試以月球上的自由落體定律為例, 雖然我們從未在月球上做過自由落體的實驗,沒有任何歸納上的支持,但月球上的自由落 體定律卻能夠由牛頓物理學的普遍定律推論出來,換句話說,得到良好的演繹上支持,因 為牛頓物理學本身有極佳的說明能力,如果牛頓物理學是可接受的,則月球上的自由落體 定律也是可接受的。 HN=牛頓物理學 He=地球的自由落體定律 Hm=月球的自由落體定律 E=經驗證據 至於簡單性原則就是說當有兩個科學理論的說明能力都大致相同的時候,接受何者是 訴諸何者較為簡單。例如:日心說和地心說,當時科學界之所以接受日心說的理論是它較 地心說簡單得多。 註 釋 [1]在這裡我使用「科學」這個概念的時候,並沒有任何評價上的意義。當我說某門學問 不是科學時,並不是要貶低這門學問,因為這些學問要處理的對象根本就不是科學方法所 能為。 [2]例如我有一個初步假設,就是患傷風的人跟他的衣著顏色有密切關係,根據這個假設 ,我就去收集相干的資料,即是看看患傷的人衣著是甚麼顏色,有時分析過資料之後就可 馬上推翻原來的初步假設。 [3]除了D-N model之外,還有P-N model(概然性律則說明模式): 概然性定律───P1, P2, P3,……Pn }說明項 先行條件────C1, C2, C3,……Cn ───────────────────────── ∴ 事件────E }被說明項 例如吸煙有七成機會生肺癌就是一概然性定律。 [4]伽里略提出的自由落體定律是用來反對亞里士多德的自由落體定律。根據亞氏的講法 ,一個物體跌下地面所需的時間是跟這件物體的重量有關,越重的物體所需的時間就越少 ,但伽里略就認為,一件物體的重量跟它到達地面所需的時間根本不相干。 [5]嚴格的講法是在真空的環境下進行,並且物體最初的速度等於零。 S=ut+1/2at2, u=o, ∴ S=1/2at2 [6]我們可用真值表去證明這個論證不是對確的。 P Q (P→Q)•Q→P ───────────── T T T T T T F F T T F T T F F F F F T F [7]正確的說法是,相對論能夠說明的東西比牛頓物理學為多。  Copyright (c) Hong Kong Society of Humanistic Philosophy. All Rights Reserved.