科学方法……和我们的生存之道
全国学者协会是一个学术组织，主要因共同忠实于探索客观真理的传统学术观点而联合在一起。该协会的第五次全国大会的题目是“自然科学、社会科学和人文学科中的客观性和真理”，会议于1994年11月在马萨诸塞州的剑桥举行。我为此致了开幕词，下面这篇文章就是我当时的讲稿。我认为它就是对唱诗班的说教，可是讲过之后却遇到一些不同意见，在本文集的下一篇文章中我将阐述此事。
我也收到了对已发表了的我的讲话的有趣的评论。我曾提到过，我的猫没能认出鱼的照片，有人就写信告诉我，如果我的猫那么不聪明，那它肯定是只暹罗猫。我认为这是个无聊的议论，除非实际上我的猫真的是只暹罗猫。
10年前，在哈佛广场的一家书店里，我注意到一本由我的一位朋友写的关于科学哲学的书。我打开书发现该书很有意思，我的朋友讨论的是我从没想到过要去过问的一些关于科学知识的问题。可是，虽然我买下了这本书，但我知道要过很长时间我才有可能坐下来去读它，因为我正忙于我的研究，而且我心里也很清楚，这本书对于我作为一名科学家的工作不会有什么帮助。
我认为很少有科学哲学家把帮助科学家进行研究工作作为他们自己的工作阐述的一部分。当然，这并不是个伟大的发现。维特根斯坦（Ludwig Wittgenstein）和其他人就曾明确地否认任何这样的目标。可当时，站在书店里，我不禁地想到要问，为什么应该这样呢？为什么科学哲学不应该对科学家有更多的帮助呢？在此处我提出这个问题并不是为了攻击科学哲学，而是因为我认为这是个有趣的问题，也许甚至是个在哲学上很有趣的问题。
仔细考虑之后，我认识到一种相当好的解释是，科学是个运动着的标的，成功的科学理论的标准是随着时间而改变的。改变的不仅仅是我们的宇宙观，而且还包括对我们应该有或者能够有何种观点的看法。我们怎么能期望哲学家（或其他任何人）对宇宙和人的想法了解得足够多，并能提前预见到这些改变呢？又怎么能希望亚里士多德能在他的关于抛射体的著作中去想像那些在一代人之后才在亚历山大开始的对抛射体的运动的定量研究呢？对于亚里士多德，虽然他知道诸如算术和天文学这种定量的科学，可是能适合自然的大部分的学科也不过是分类学。我们是通过从事科学而了解科学哲学，而不是通过其他方式。
我最喜欢的一个例子，也是贴近得多的一个，是由爱因斯坦于1905年建立的狭义相对论引出的。在1905年之前的几年中，许多物理学家担心，为什么看起来不可能通过以太来检测地球的运动对光速的影响。恰好在1897年发现了电子，那时电子是唯一已知的基本粒子，而且人们普遍猜测所有物质都是由电子构成的。因此，像亚伯拉罕、洛伦兹还有庞加莱等许多为以太而担忧的物理学家力图发展一种电子结构的理论，能够以一种能使光速看起来不依赖于观察者速度的方式，描述测量棒的长度和自由电子做成的钟的速率在穿过以太时是如何改变的。
爱因斯坦并没沿这条路线继续做下去。他把相对性原理看作一个基本假设，相对性原理是说，不可能检测到匀速运动对光速或其他任何东西的影响。在此基础上，他构建了一种全新的力学理论。在这项工作中，爱因斯坦把对称性原理（或称为不变性，对称性原理是说，就观察点而言的一些变化是不能被检测到的），作为科学知识的一个基本部分，这是科学上非常根本的一个假设，而不是满足于能从某个动力学理论推导出来的某种东西，这为20世纪确定了基调。换句话说，爱因斯坦改变了我们评价理论的方式。
不仅仅是科学成功的标准随时间而改变这一事实使得科学哲学有困难，而且在公众对科学的理解上也出现了问题。我们没有确定的科学方法去召集一群人并进行辩护。我还记得几年前与一位中学教师的谈话，她自豪地说，在她的学校里教师们都尽量避免只讲授科学事实，而是希望代之以传授给学生们一种思想，让他们了解科学方法是什么。我回答说，我没有科学方法是什么的思想，我认为她应该给她的学生们教科学事实。她认为我只不过是傲慢。可这是真的，许多科学家很少有科学方法是什么的概念，这就好像大多数骑自行车的人对自行车是如何保持直立的概念知之甚少一样。在这两种情况里，如果想得过多，往往可能会摔跟头。
我们判断我们的理论的方式的改变困扰着哲学家和科学史学家。库恩（Thomas Kuhn）早期的《科学革命的结构》（The Structure of Scientific Revolutions）这本书强调了我们的科学标准改变的过程。库恩的结论是，在现在的标准和过去的标准之间完全无从比较，我认为他走了极端。可是，在科学史的各个不同时代，在我们想要发展的科学理论的类型上已经发生了质变，他的这一点是正确的。然而，库恩接着就走向了谬误——在他最近写的东西中非常清楚——他认为在科学上，我们实际上并不是朝着客观真理前进。我之所以称它为谬误，是因为在我看来它只不过是一个错误的推论。实际上，我们正在发现的不仅仅是自然规律的细节，还包括哪种类型的规律值得去发现，我不明白为什么这样的事实会意味着我们并不是在取得真实的进步。
当然，很难证明我们正在取得真实的进步。休谟（David Hume）早就指出，不可能用理性的证明来判断科学方法，因为理性的证明是借助于经验，它是科学方法的一部分。可这种怀疑论会使人一事无成。同样也可以怀疑我们有关普通事物的知识，因为，除了程度不同之外，科学方法与我们谋生所用的方法没什么差别。可实际上我们并不太担心我们关于像椅子这样的日常物体的知识是客观的或是社会建构的。
像相对性原理这样的对称性原理或是像夸克、量子场论或者超弦这些更神秘的构造，对于与它们打交道的物理学家来说，对它们的熟悉就如同他或她对自己所坐的椅子的熟悉一样。物理学家发现，就像椅子一样，这些构造不会自然形成，看起来就好像它们自己就存在那样。关于这些如果你说错了什么，一旦实验或是数学证明表明你做错了，你很快就会发现。
关于物理学原理，我对它的经验是与我对椅子的经验一样没有什么差别。即使是对椅子，人们也会提出不同知识水平的问题。我们大都知道坐在椅子上或是猛然碰到椅子的感觉，可是了解椅子还有其他的方式。比如，你可以看椅子的照片。实际上这是了解椅子的一种相当巧妙的方法。虽然没有把握，可我相信有一些原始人并不认为物体的照片能代表物体。我知道我的猫就不认为照片能代表物体。我的猫即使是对像鱼这样的它喜欢的东西，它也不会将其与实际物体联系起来。可是我们却能够做到这一点，我们有足够的经验通过这种更高级的方式来了解像椅子这样的物体。从上述事情到现代科学方法，我并没有发现哲学上有关的不连续性。
我认为，对科学家来说自称科学方法有种明确的预见，这对我们没有好处。可是，在我们的科学工作进程中，每当我们向真理迈进时，我们应该力图说一些对我们所做的事情的有关看法。我发现有条哲学原则可以用在此处。有位作家的译意为，“如果没有活力就没有意义。”一旦取得真正的科学进步，就会有一种活力，这是我所能想到的最恰当的词。
这里举一个我曾亲自看到的例子，因为当时我并不是当事人。那是20世纪50年代中期，当时我还是一名研究生，当时粒子物理学家们都为某些被称为K介子的粒子的性质所涉及的一系列问题所困扰。1956年，两名年轻的理论家李政道（Tsung Dao Lee）和杨振宁（Chen Ning Yang）指出，如果把以前所有的分析所基于的假设中的一个去掉，那所有问题就会迎刃而解，这个假设就是学术上所谓的宇称守恒，其实质就是左和右之间的对称性。这种对称性原理是讲，在你的坐标系中的x轴、y轴和z轴，就像你的右手或者左手的拇指、食指和中指一样，不论怎样放置，自然规律的形式都是一样的。到那时为止的30年中，这一直被视为理所当然。这被看作是不证自明的。从作为一名研究生的判断力来看，我认为挑战这个原理绝对是荒唐可笑的，特别是这个原理已经广泛而成功地用于原子物理学与核物理学的许多方面。可是当时李政道和杨振宁却提出，为了理解K介子就必须放弃这个对称性原理！他们还提出了能验证他们这一想法的实验，而且在几个月之内他们的这种想法就得到了证实。在不到一年的时间里整个物理学界都确信，李政道和杨振宁是正确的，这个有30年之久、我们都视之为理所当然的原理并不是普遍适用的。在随后的两三年里，这个发现超出了左右对称性这个问题本身，使得我们大大澄清了对弱核力的理解。为了证明一个对称性原理的正确与否这样的问题的正确性，必须要进行实验验证，李政道和杨振宁扭转了这种始于爱因斯坦的、将对称性看作给定的、甚至几乎就是不证自明的原理的倾向。这种兴奋感、取得重大突破的感觉和成就感，简而言之，就是“活力”，这对每个人来说都是显而易见的。
另一个例子更接近我本人的工作。20世纪60年代我们目睹了弱核力与电磁力统一理论的发展。当时，虽然萨拉姆（Abdus Salam）和我提出了这个理论在数学上的可靠性，可是这一点还不是很明确。后来在1971年，乌德勒支大学的一名并不为人所知的研究生特霍夫特（Gerard't Hooft），证明了这种类型的理论在数学上实际上是可靠的。顿时，理论界马上开始认真对待这个理论，还写了许多与此有关的文章。可是，它还没能成为科学共识的一部分。这次在舆论上的改变经历的时间比李政道和杨振宁的发现引起的改变所经历的要长一些。1973年，也就是在特霍夫特最初工作的两年之后、在我本人更早一些的工作的6年之后，能证明这个理论有效的实验证据才开始出现。即便如此，虽然此时已普遍相信这一理论的正确性，可是仍存在一些相当大的怀疑，1976年当一些其他实验有另外的结果时，更加深了这种怀疑。最终，于1978年，在斯坦福直线加速器中心所做的实验坚决地支持电弱统一理论，直到那时才普遍认为这一理论是正确的。从最初到结束，普遍接受的这个过程用了大约11年，其中有5年是紧张的实验阶段。
实验总是要为科学共识的形成做点什么，可是却是以某些相当复杂的方式。在这件事情上，在特霍夫特1971年的工作之后，在有最微不足道的新实验证据之前理论家们对这种理论的总体思想就相当信服。物理学界的其他人在经历了更长一段时间之后，由于实验证据变得确凿无疑才开始信服。直到20世纪70年代末，对这一理论的正确性才基本上形成了普遍的共识。
这个例子说明了以下几点。第一点是，理论与实验之间的相互作用是复杂的。并不是首先出现理论然后再由实验家对其进行验证，或是实验家做出了发现然后再由理论家来解释。理论和实验常常是同时进行，并强烈地相互影响着。
另一点是，几乎总是被新闻工作者和科学史学家所忽略的，那就是理论通常是在两个层次上存在。一方面，存在着总体思想，它不是具体的理论，却是具体理论的框架。这种总体思想的一个例子就是自然选择的进化论，它并未解决遗传机制的问题。在弱力和电磁力统一理论这件事上，基本的总体思想是因所谓的“自发对称性破缺”现象引起的这些力之间的明显的差异，“自发对称性破缺”是指，在这些力之间的理论方程有一种对称性，可是在方程的解中却失去了这种对称性，这个解就是我们所观察的实际粒子和力。这些总体思想是很难去验证的，因为由它们自身并不能做出具体的预言。令人痛心的是，这竟然令波普尔（Karl Popper）得出了这样的结论：由于这样的总体思想不能被证明是错误的，因而它们不能被看做是真正的科学。
还有一个层次就是这种思想的确切的、具体的实现。这些理论是能用实验来验证的，也能证明它们是错误的。正如事情的经过那样，弱电统一理论这种对称性形式最初是作为对称性破缺这种总体思想［在格拉肖（Sheldon Glashow）、萨拉姆和沃德（John Ward）的工作中也能找到这方面的内容，不过没有将这种思想具体化］的具体实现而提出的，借助这种理论，证明这种对称性形式是正确的。在20世纪70年代那段时间里，理论家们基本上信服的是这种总体思想，而不是总体思想的具体实现。当然，在一些具体理论成为科学共识的一部分之前，实验家还必须去证明它们。
还有，在我说物理学界对某些事变得普遍信服的时候，我说得有些随意，普遍信服这种话永远也不会是完全正确的。如果有一宗关于电弱统一理论的合法性的诉讼，那你很可能会找到一位有很好的学术职位的博士物理学家作专家证人，他会证明他并不相信这个理论。在科学的边缘总有一些人，他们并不是怪人而是有很好文凭的人，这些人不相信共识。这使得让局外人相信业已形成的共识就更为困难，可是这不会改变共识这一事实。李政道和杨振宁关于在左和右之间的对称性方面的思想，以及弱相互作用和电磁相互作用统一的理论，这两种共识一经形成，就不会错。
我还要指出，至少在我最为了解的物理学领域之内，在20世纪中的一些事情，一旦形成了某种共识，就从没有过完全错误的。当然，有时结果是，真理比我们所思想的更加复杂。例如，在1956年之前，有种共识认为，在右和左之间有种精确的对称性，而后来我们认识到，这种对称性不是精确的。可是在某些重要的场合这是一种很好的近似。依靠那种对称性来理解原子核问题和原子问题的30年理论物理学研究并没有错，只不过存在一些物理学家不知道的小的修正而已。你可能会说，在前几个世纪有一些被认可的理论是错的，比如热质理论或者燃素学说，可是在物理学界从没有哪种共识会像这样是完全错误的。
当然，所有这些只是一种社会现象。这种共识的形成是在遍及全球的物理学家中发生的。这一事实又引起了第二个谬误：由于这个过程是一个社会性的过程，因而最终产品总体上或部分上是一种社会建构。
即使物理学研究的社会环境是像后现代主义时事评论家们所描绘的那样，物理学研究的结果也不会是一种社会建构。其实远没有许多人所想像的那么压抑和被控制。在很多情况下，重大的突破都是由像特霍夫特这种名不见经传的年轻人做出的，而那些在名流大学拥有高级职位的知名老人则往往落在后面。海森伯和（程度稍轻一些）狄拉克在1945年以后就落在物理学界后面，而爱因斯坦和德布罗意（Louis de Broglie）则在1925年之后便落伍了。海森伯和德布罗意曾相当不光彩地想把他们的观点强加于德国和法国物理学界。爱因斯坦和狄拉克则温和一些，他们只是自行其是。不过，即使是海森伯和德布罗意，也不可能对德国或法国物理学危害很久。精密科学对任何种类的霸权影响表现出了非凡的弹性和反抗能力，在这点上也许超过所有其他人类事业。
许多科学家的实用哲学是，存在一种客观实在，在科学史上那些置许多社会影响而不顾、有重大影响的东西是能接近那种客观实在的。看起来似乎是，为坚持我们所做事情的客观有效性，科学家们只是力图保护他们自己的地位。回答这种批评并不容易。我可以说：“我不是个骗子。”可这种辩解也只能仅此而已。也许最好的回答就是：“你也不例外。”在我看来，社会建构论者和后现代主义者对科学所做的许多评论，都源自于他们渴望强化他们的时事评论家的地位的动机。也就是说，他们不希望被看做是科学的依附者或者附属物，而希望被看成是独立的审查者，而且也许还是个高级审查者，因为那样有更多的独立性。我认为这对那些追随科学社会学中的“强纲领”的人特别正确。
这种动机接近于1991年《伊希斯》中的一篇由福曼（Paul Forman）写的文章的表面意思。他把科学史学家描述为一心想着他们相对于科学的独立性的人。他要求更高程度的独立性，因为这对于史学家们的工作是重要的。迄今为止已经不错了，可是他还希望史学家们去进行独立的判断，不仅仅是去判断进步是如何取得的，这当然是他们份内之事，还要去判断是否取得了进步。他对这种判断应该具有的智力有效性没有给出证明，当然，做那些作为史学家们所必须要做的这类事情则另当别论。
我认为我们科学家不需要做什么辩解。在我看来，我们的科学是智力活动的一种好模式。我们信仰能够被认识的客观真理，而且同时我们永远都愿意对我们原来所接受的东西做再思考，就像我们可以强迫自己去做那样。对所有种类的智慧生命来说，这想必不是个坏主意。