客觀知識視域下科學問題發現路徑研究

陶迎春

（滁州學院 馬克思主義學院，安徽 滁州 239000）

愛因斯坦曾指出提出科學問題比解決問題更重要.那么，科學問題發現有無機制可循？在科學哲學領域一直有不同的觀點.科學實踐哲學主張機會造就問題發現，“機會給出問題，機會挑選問題，機會磨礪問題”[1]100.信息加工論主張問題發現過程就是基于問題情境，找出起始狀態與目標狀態之間的“動態差距”的過程.[2]23本文主張從客觀知識的角度來說，科學問題發現是有邏輯通道的，以繼續推進這方面的研究.

1 科學問題發現有其邏輯路徑

在科學哲學史上，邏輯經驗主義主張發現和證明有區別，發現與主體的主觀性相關聯度大，證明有邏輯依據，主張科學問題的發現沒有邏輯通道.雖然，在真實的科學研究中，科學問題的提出離不開提出者如科學問題提出者的心理品質以及社會因素、文化因素等.對于科學問題的提出者所應具備的品質，國內學者林定夷在《問題與科學研究》一書指出“科學需要懷疑精神”和科學家的“好奇心”是科學問題發現者必備的心理品質.科學實踐哲學強調社會因素中的機會的作用.從這個角度來說，科學問題提出沒有固定不變的、機械的方法或邏輯.但是，不能由此就否認科學問題發現有邏輯依據的可能性.

歷史主義和解題主義主張科學問題發現有邏輯依據的可能性.歷史主義代表庫恩指出科學問題的提出和選擇由“范式”[4]決定，范式決定著問題的提出.一個疑難或疑問是不是科學問題，受范式所支配，如夜晚的天空為什么是暗的？對于一個七八歲的小姑娘來說，也許只是隨口一問，而科學家在物理學或光學知識背景下提出這個疑問時，成為科學共同體共同認可的一個客觀存在的問題，需要在物理學范式指導下給出解答.解題主義代表勞丹認為科學問題的提出和選擇由“研究傳統”[5]決定，研究傳統承認問題的存在.當研究傳統不認可時，不作為一個真實的或真正的問題，因而不能進入科學家的研究解決的范圍.可見，歷史主義和解題主義雖然觀點有差異，一個強調范式，一個強調研究傳統，但從這個角度來說，二者都主張科學問題發現有依據，或是范式或是研究傳統.但是范式或研究傳統也是隨科學進步而變化的，說服力不太強.證偽主義者從客觀知識的角度明確科學問題發現的邏輯依據.

波普爾在《客觀知識》一書中指出科學問題存在于世界3，解答與問題的相互關系是一種邏輯關系，“問題連同其背景（甚或連同其他第三世界客體）組成我們所說的問題境況.我們所運用的另外一些第三世界客體可以是（各理論之間、各問題之間、猜測的各方面之間、各解釋之間以及各哲學觀點之間的）競爭和沖突；可以是比較、對比和類推.必須指出答案與問題的相互關系是一種邏輯關系，因而也就是一種客觀的第三世界關系.”[3]175-176也就是說，在世界3中，科學理論就是對科學問題的解答，科學理論與科學問題的邏輯關系是科學問題發現的邏輯路徑.

因此，從客觀知識的角度來說，問題與理論都存在世界3，解答與問題的相互關系是一種邏輯關系，各種邏輯規則、方法在其中起著重要作用.持這種觀點的美國科學家西蒙提出信息加工論，促進人工智能中的問題解決研究.從客觀知識的角度來說，科學問題發現有邏輯路徑.分析科學理論與科學問題的邏輯關系是總結或揭示科學問題發現邏輯路徑較佳選擇，可以促進科學進步.正如德國科學哲學家波塞爾指出：“科學的特點是系統性地、按照一定的方法提出問題.”[6]239

2 科學問題發現的主要路徑

（1）某種新的事實和現象在自然中被觀察到而產生科學問題.如準晶體問題的提出.在發現準晶體之前，當時科學界對固態物質的認識僅限于晶體與非晶體，得出晶體內原子呈現周期性對稱有序排列而非晶體內原子呈無序排列的結論.進而依據固態物質構成原子的排列規律的不同提出具有這種原子其他排列方式的固體是不可能存在的.但到了1982年4月8日，以色列科學家達尼埃爾·謝赫特曼在鋁錳合金冷凍固化實驗中首次在電子顯微鏡中觀察到一種“反常理”的現象—合金中的原子以一種不重復的非周期性的對稱有序排列方式組合.這一發現違背當時科學界關于固體只有晶體和非晶體的分類理論，正是謝赫特曼這一新發現，晶體與非晶體之間的固體物質成為科學家新的研究對象，其研究結果，深化了對物質結構的認識.發現準晶體的謝赫特曼也獲得了2011年諾貝爾化學獎.如同“倫琴射線”的發現一樣，某種新的事實和現象在自然中被觀察，原有理論卻說明不了這種事實或現象，從而產生科學問題并做出重大科學發現.

（2）在理論指導下的實驗得出新的事實或現象而產生科學問題.如“以太”問題的產生.根據“以太”理論，“以太”無處不在.“以太（aether）”一詞來源于古希臘，原意為高空.笛卡爾最早把它用在科學上，有以表示一種充滿宇宙的、能傳遞相互作用的無質量的物質.19世紀下半葉，麥克斯韋電磁理論建立以后，當時物理學家就用經典力學理論解釋麥克斯韋方程，認為光和電磁波的傳播都必須有媒介的物質，這種物質就是“以太”.從而，太陽光之所以能傳到地球，就是因為太陽到地球的空間充滿著“以太”.1725年英國天文學家布拉德雷發現的光行差現象.根據“以太”理論，根據“以太”理論，其預言讓光線在平行和垂直于地球運動的方向運動時，若往返運動距離一樣，則平行于地球運動方向所用的時間將大于垂直于地球運動方向所用的時間.而根據此理論原理美國科學家邁克爾遜和美國化學家莫雷合作合作設計的實驗得出的事實是“零結果”，從而導致“以太”問題的提出.這一理論預言與觀察事實的沖突，成為引導愛因斯坦“走上狹義相對論的第一條路徑.”[7]27

（3）科學理論內部沖突而產生科學問題.如質量問題，在牛頓力學理論初創時期的質量是一個不確定的概念.牛頓在總結和分析了前人的研究資料，指出物質的量是它的密度和體積的乘積.[8]正如馬赫指出在力學理論中密度并不是一個獨立于質量的概念，[3]2而按牛頓的觀點，質量包含于密度，密度包含于慣性，慣性包含于質量[3]718.馬赫指出牛頓的在《原理》中的質量概念的不確定性，其對牛頓給出的質量概念的懷疑和批判，導致了質量概念問題的再發現，促使后人對質量概念問題的再研究，如動質量與靜質量，慣性質量和引力質量等.如從鐳輻射測量β射線在電場和磁場中的偏轉時，W·考夫曼在1901年發現電子的速度增大到接近光速時，它的質量急劇增加，從而打破了質量不變的結論.隨后科學家們開始從理論上導出動質量m與靜質量m0的關系，并從實驗上設法去證實理論的正確性的研究方向.愛因斯坦在亞伯拉罕、布雪萊和洛侖茲等人研究的基礎上，得出一般物體質量隨速度變化關系.可見，這些問題發現的邏輯路徑主要表現為科學理論內部沖突所產生的科學問題，表現為科學中的悖論和循環定義或論證的分析而導致的問題發現，這類問題類似于美國科學家勞丹所謂的內部概念問題，這類問題的解決，促進認識的深化，是問題發現邏輯路徑之一.

（4）不同理論體系間基本假設沖突導致問題發現.例如，對于宇宙未來的描述，熱力第二定律和進化論沖突導致新問題提出.在經典物理學中，熱力學第二定律即熵增原理表達了分子無序性的增加.在熱力學中，時間不再是可逆的，而是不可逆的.宇宙因熵不斷增大而終歸于“熱寂”，“第二定律指向一個逐漸均勻的未來，從人的觀點來看，這是一個悲觀的未來”.[9]16而在進化論中，進化意味著組織性和多樣性的增多，意味從底級向更高級別的復雜性的轉化.“從人的觀點來說，所有這一切都是十分樂觀的.宇宙隨著其年齡的增長而組織得越來越‘好’，隨著時間的逝去，不斷地向著更高水平的發展”.[9]17可見，對于宇宙未來的描述，熱力第二定律和進化論給出的相反的結論.從而導致這樣的問題發現：“容許在過去與未來間做出區別的動力學系統的特殊結構是什么？所包含的最低復雜性是什么？”[9]17普里戈金和斯唐熱提出上面的問題，對此問題的研究，給出新的認識：“僅當一個系統的行為具有足夠的隨機性時，該系統的描述中才可能有過去和未來的區別，因此才可能有不可逆性.”[9]18時間是隨機地出現的.

綜上所述，從客觀知識的角度來說，科學問題發現有邏輯通道.科學問題發現的邏輯路徑主要有某種新的事實和現象在自然界中被觀察到而產生科學問題，在理論指導下的實驗得出新的事實或現象而產生科學問題，科學理論內部沖突而產生科學問題，不同理論體系間基本假設沖突導致科學問題發現.

〔1〕 吳彤.科學始于機會，還是始于問題或觀察[J].哲學研究，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〕 波普爾.客觀知識[M].舒煒光等譯.上海譯文出版社,1987.

〔4〕 托馬斯·S·庫恩.科學革命的結構[M].金吾倫，胡新和譯.北京大學出版社,2003.

〔5〕 L·勞丹.進步及其問題[M].劉新民譯.華夏出版社,1998.

〔6〕 漢斯·波塞爾.科學：什么是科學[M].上海三聯書店,2002

〔7〕 愛因斯坦.我是怎樣創立相對論的[J].百科知識,1983(6).

〔8〕 牛頓.自然哲學之數學原理[M].商務印書館,1957.

〔9〕 伊·普里戈金.從混沌到有序[M].上海譯文出版社,1987.