第8章　工具主义和现实主义

本章的目的是介绍看待科学理论的两种常见态度。它们通常被称为工具主义（或实用主义）和现实主义。首先，我们将讨论与科学理论相关的两个命题，也就是预言和解释。

｜预言和解释｜

设想一下，我们提出这样一个问题，“我们想从科学理论中得到什么？”当然，进行准确预言的能力是其中一点。就像我们在第4章中讨论过的，20世纪初爱因斯坦提出相对论时，这个理论得到认可的一个原因就是它做出了准确的而别的理论没能做出的预言。1919年日全食的观测结果验证了这一点。可以确定的是，像这样做出准确预言的能力就是我们希望从科学理论中得到的。

除此之外，存在一个普遍共识，那就是我们认为理论的另一个特性就是解释相关数据的能力。然而，尽管解释的重要性已毋庸置疑，但人们对“什么样的解释才算是充分的解释”并没有达成一致意见。举例来说，对某个事件，是不是可能有不止一个正确解释？或者是不是每个事件都只有一个正确的解释？一个合适的解释，是不是必须详细说明某些数据背后具体的一系列事件？如果某个理论明确指出某些数据应该被观测到，这样是不是就已经足够了？还是说一个合适的解释需要更进一步，指出相关事件如何以及为什么会发生？这些以及其他与解释的性质相关的问题都很难回答而且充满争议。

为了澄清这些命题，科学哲学家有时要对“解释”（有时被称为“正式解释”）和“理解”进行区分。相比之下，“解释”的含义最窄。更具体地说，如果你根据某个理论预测了某个数据或观察结果，那么你就可以说这个理论解释了这个数据或观察结果。在这种情况下，解释是某种追溯预言。

下面这个例子可能有助于理解“解释”这个概念。在20世纪早期，科学家发现，在过去几十年间，水星的运行轨道有一些奇怪。此时爱因斯坦还没有发表相对论。如果这个理论在关于水星轨道的观察结果出现之前就出现，那么这个理论应该就可以用来预测水星轨道的奇特情况。换句话说，20世纪初爱因斯坦的理论出现的时候，它可以用来解释（在这里我们用的是“解释”这个概念最窄的、相当于追溯预言的含义）水星轨道的奇怪现象。而这自然又成了支持爱因斯坦相对论的一个点，因为相对论可以解释这些特殊的数据。

相比之下，同时更宽泛地说，“理解”是指从某种意义上说更全面地领会数据和观察结果。举个例子，考虑一下“物体下落时速度大约增加10米每二次方秒”的观察结果。你可以用牛顿关于重力的理论和公式表明物体下落时应该具有这样的加速度。也就是说，牛顿物理学可以用来解释（这里还是上面所说的“解释”这个概念最窄的、相当于追溯预言的含义）这些数据。现在，如果你确实把重力当作一种会对物体产生影响的实际存在的力（也就是说，对牛顿的重力概念，你所秉持的是现实主义态度，关于现实主义态度，我们会在后面更详细地说明），那么你可能会说你不仅知道这个物体的加速度是大约10米每二次方秒，还知道为什么会这样（因为它们受到引力影响）。也就是说，你不仅有对数据的解释，还有对数据的理解。

解释这个概念（这里仍然是上面提到的最窄的含义）是一个相当直接明确且没有争议的概念，而围绕理解的命题就非常复杂和有争议了。造成这种复杂性的许多原因会随着本书的展开而逐渐显现出来。但是，现在，为了让我们的讨论保持相对直接明确，我们将使用上面所描述的最狭义的“解释”概念。也就是说，如果某个理论可以被用于预测某个已有数据或观察结果，我们就会说这个理论解释了这些数据或观察结果。

正如前面提到过的，有一个普遍的共识是，对任何一个适当的理论，预言和解释是非常重要的要求。尽管解释和预言是理论最重要的特点，但仍然值得注意的是，这并不是我们唯一希望从理论中得到的特点。举个例子，当人们为支持或反对某个理论进行争论时，常常会提到简明、优雅和美等特点。在接下来的讨论中，我关注的重点基本都会是预言和解释，因为这些是公认的最重要的特点，但是其他特点你也应该记在脑中。

总结一下，人们有一个广泛的共识，那就是我们希望从科学理论中得到准确的预言和解释。但是，只有这些特点是不是就足够了？或者就像爱因斯坦认为现实世界归根结底就是物理学（至少老年爱因斯坦是这么认为的，而年轻时的爱因斯坦对此观点立场并没有那么坚定），是不是这么回事（或者，当然也可以是，现实世界是不是归根结底就是其他某个学科）？也就是说，“某个理论反映或模拟了现实世界”是不是很重要的一点？

我们是否需要理论反映现实事物的情况，这是个很有争议的命题，也正是这个命题把工具主义和现实主义区分了开来。对工具主义者来说，一个适当的理论可以给出预言和解释，至于这个理论是否反映或模拟现实世界，并不是一个重要的考量。而对现实主义者来说，事情恰恰相反，一个合理的理论必须不仅可以给出预言和解释，而且要反映现实事物的真实情况。

以某个理论作为实例进行研究将有助于理解工具主义者和现实主义者的区别。在这里，让我们研究一下托勒密天文学体系的某些方面。

托勒密体系由克罗狄斯·托勒密在公元150年左右提出。托勒密体系是一个以地球作为宇宙中心的体系，太阳、其他行星和恒星都围绕地球运转。托勒密对这些相关天体，比如月亮、太阳和其他行星，都分别进行了思考，提出了一套数学算法，用于预测和解释人们所观察到的这些天体的位置。

托勒密体系更有趣的一点是对周转圆的使用。托勒密并不是周转圆算法的发明者，但与前人相比，他拓展了这个算法的使用范围。要理解周转圆的概念，图8-1可能会有所帮助。需要注意的是这幅图是一个高度简化的托勒密体系，关于这个体系的细节，我们将在后续章节中具体讨论。不过，这幅图已经足以说明我们在本章中所关注的重点。粗略地说，像火星这样的行星围绕一个点（也就是图中的点A）沿圆形轨道运行，而这一点则围绕地球沿圆形轨道运行。火星围绕点A运行的圆形轨道就称为周转圆。简言之，周转圆就是行星运行轨道所形成的一个小圆圈，其中心围绕另一点运行（这一点虽然并不一定就是这个系统的中心，但通常情况下都是）。

图8-1　托勒密体系中火星的运动

在以地球为中心的宇宙中，周转圆，或者至少像周转圆一样复杂和奇怪的东西（至少在我们看来如此），对要预测或解释相关数据的理论来说是必需的。在这个例子里，相关数据主要包括人们所观察到的行星在夜空中的位置（以及其他天体的位置）。举个例子，思考一下我们称为火星的那个亮点。人们所观察到的是，每天晚上、每个星期、每一年里，这个亮点在夜空中的位置都不尽相同。像托勒密体系这样的理论需要准确预言并解释这样的数据，要做到这一点，托勒密的理论（或者其他任意一个以地球为中心的理论）都需要周转圆，或者至少像周转圆一样复杂的东西。为什么一个以地球为中心的体系需要这样复杂的东西，关于这一点，我们将在后面讨论。现在，相信我：一个以地球为中心的宇宙模型，如果没有周转圆（或类似的东西），就无法准确预言和解释行星的运动。

所以，一方面，如果没有周转圆，托勒密体系（或者其他任意一个以地球为中心的理论）就无法得到认可，因为它无法给出适当的解释和预言。而另一方面，有了周转圆后，托勒密体系在预言和解释方面又表现得相当出色。事实上，托勒密体系是个了不起的数学模型，可以解释和预言所有可见行星和恒星的运动，而且准确度很高。虽然这个体系在预言和解释方面并不完美（几乎没有理论是完美的），但仍然是个很好的理论，而且远远优于当时已有的其他任何理论。

因此，从解释和预言方面来看，托勒密体系由于运用了看起来很奇怪的周转圆而表现得非常出色。不过，周转圆是不是真实的存在？或者周转圆在理论中被使用会不会只是因为它是对行星运动进行预言和解释所必需的？

假设我们身处2世纪，思考一下火星是不是真的沿一个以点A为中心的小圆圈运行。再假设我们所秉持的观点是唯一的重点是托勒密体系使用了周转圆，因而在预言和解释方面表现出色，而“火星是否真的沿周转圆运行”这个问题一点也不重要。这个观点在托勒密的时代并不是什么不寻常的观点，就算放在今天也并非与众不同。很大一部分科学家和科学哲学家都认为一个科学理论的主要任务是解释和预言相关数据，而这个理论本身是否反映事物的真实情况，一点都不重要。正如前面提到过的，这种看待科学理论的态度通常被称为工具主义，而秉持这种态度的人就被称为工具主义者。

相比之下，现实主义者也认为科学理论应该解释和预言相关数据，但同时认为一个好的科学理论必须是真的，也就是这个理论必须反映事物的真实情况。

对一个生活在公元150年的工具主义者来说，“周转圆是真实存在的吗”这个问题并不重要。托勒密的理论准确地预言和解释了相关数据，这才是唯一的重点。但与之相反，对一个现实主义者来说，这个问题却是至关重要的。尽管托勒密的理论做出了准确预言和解释，但现实主义者仍然要求这个理论能反映事物的真实情况。所以，如果火星没有沿周转圆运行，也就是说，如果周转圆并不是真实存在的，那么托勒密的理论就不能被接受。

顺带提一下，关于“周转圆是真实存在的吗”这个问题，托勒密本人会如何回答不得而知。在近期一些关于托勒密体系的文献中，托勒密都被描绘成一位工具主义者。但这并不非常准确。确实，托勒密所关心的大都是解释和预言，关于自己的理论是否反映了事物的真实情况，托勒密几乎没有讨论。当托勒密这样做时（大多数情况下，托勒密确实是这样做的），他看起来像一位工具主义者。然而，托勒密在一些段落中讨论了一些相关命题，比如行星在周转圆上的运行机制。这些讨论只有对现实主义者才有意义，所以如果托勒密所秉持的是完全的工具主义态度，那就很难解释他为什么会做这样的讨论。我认为最准确的观点应该是，托勒密跟我们大多数人一样，所秉持的态度中既有工具主义成分，又有现实主义成分。

这样的混合态度并不少见。对某个理论的特定部分秉持现实主义态度而对其他部分秉持工具主义态度，这当然有可能，而且一点也不自相矛盾。举个例子，17世纪以前，很多人对托勒密体系中地球为宇宙中心的观点持现实主义态度而对周转圆相关部分秉持工具主义态度。也就是说，在17世纪以前，人们普遍认为地球是宇宙的中心，而且认为这个观点非常合理。因此，人们通常会认为托勒密理论中地球为宇宙中心的观点反映了事物的真实情况。而这些人中有很多（可能是大多数），都对托勒密体系的周转圆部分秉持工具主义态度。

一个人对某个科学领域的理论秉持现实主义态度，而对其他领域的理论秉持工具主义态度，这也是非常常见的。举个例子，几乎我认识的每个人都对我们现在这个以太阳为中心的太阳系模型秉持现实主义态度。然而，他们中有很多人则对现代量子理论秉持工具主义态度。

也有人可能分别用工具主义态度和现实主义态度来同时接受两个相互竞争的理论。举个例子，哥白尼体系（一种日心说理论）于1550年代发布，到了16世纪末期，在欧洲的大学里，同时教授托勒密体系和哥白尼体系的情况一点都不少见。在望远镜发明（大约在1600年）之前，人们有很好的理由来相信地球确实是宇宙的中心。因此，人们通常对托勒密体系（或者至少是这一体系中地球为宇宙中心的部分）秉持现实主义态度。同时，在某些方面，哥白尼体系多少更易于应用，所以人们对这个体系秉持工具主义态度。也就是说，哥白尼体系并没有被认为是反映了事物的真实情况，但却被当作一个便于预言和解释的理论而被接受和广泛应用。总之，在1550年到1600年间，托勒密体系和哥白尼体系和平共存。人们通常都对前者秉持现实主义态度，而对后者秉持工具主义态度。然而，随着望远镜的发明，以及表明地球为宇宙中心的观点是错误的证据被发现以后，这个相对和平的共存状态发生了巨大改变。但这些都将是后续章节中的故事了。

总结一下，工具主义和现实主义是人们对待理论的态度。工具主义者和现实主义者一致认为一个适当的理论必须准确预言和解释相关数据。但是，现实主义者同时认为一个适当的理论必须描绘或塑造事物的真实情况。最后，混合了工具主义态度和现实主义态度的情况，或者对某个理论秉持现实主义态度而对其他理论秉持工具主义态度的情况，并不矛盾，也并不少见。

｜结语｜

在结束之前，我将快速讨论两点。与前一章讨论的可证伪性概念情况相同，文献中常常把工具主义和现实主义描绘成科学理论本身的特点。然而，把工具主义和现实主义看作是人们对待科学理论的态度，而不是理论本身的一个特性，有助于更好地理解这两个概念。也就是说，正如我们不能说某个理论本身固有可证伪性或不可证伪性，我们也不能说某个理论本身固有的是工具主义角度或现实主义角度。事实上，对工具主义角度和现实主义角度更好的归类方法就是把它们当作人们对待某个理论的态度。

我们在第2章讨论过真理符合论和真理融贯论。回忆一下，真理符合论的支持者认为真理是符合现实的观点，而真理融贯论的支持者则认为当一个观点可以与一个整体的观点体系相融合，或者说是拼合在一起时，那么这个观点就是真理。因此，接下来的疑问就会是真理的符合论和融贯论是否与工具主义和现实主义紧密相连。

需要注意的是，真理理论与工具主义和现实主义之间，并没有必然联系。举个例子，如果你是真理融贯论的支持者，同时对理论持有现实主义态度，这其中并没有逻辑上的矛盾。同样地，真理符合论的支持者同时是工具主义者也没有矛盾。

然而，工具主义和现实主义态度与真理符合论和融贯论之间确实有某种关联，这一点也并不应该让人感到惊讶。回忆一下在第2章中，我们讨论过真理融贯论的支持者之所以秉持这样的立场，通常是基于对现实所抱有的疑惑，或者更确切地说，是基于我们关于现实的知识。如果从真理理论的角度出发，你对现实心存疑惑，而从工具主义和现实主义的角度出发，你又坚持认为理论模仿或反映了事物的真实情况，那么，这就有些奇怪了（尽管严格来说，这并不矛盾）。所以，真理融贯论的支持者更倾向于秉持工具主义态度，这就一点也不让人感到惊讶了。

同样地，真理符合论的支持者对理论更倾向于秉持现实主义态度，这也一点都不让人感到惊讶。原因实际上是相同的，也就是说，如果你认为真理是与事物的真实情况相一致的，那你自然就会认为科学理论同样模仿或反映了事物的真实情况。

那么至此，我们对科学史和科学哲学所涉及的基础命题所进行的研究就将告一段落了。理解了这些命题，我们就可以更好地探讨本书下一部分中提出的命题，具体来说，在下一部分中我们将研究从亚里士多德世界观向牛顿世界观的转变。