按照本文的观点,这两种理论在由哥白尼和托勒密天文学的关系所说明的那种意义上是根本上互不相容的:只有承认牛顿的理论是错误的,爱因斯坦的理论才能被接受。今天,这仍然是少数人的观点。①因而,我们必须考察最流行的反对它的意见。
① 例如,见 P·P·维纳(Wiener)的意见,载《科学哲学》第XXV卷(1958年)第298页。
这些反对意见的要点如下:相对论力学不能证明牛顿力学是错误的,因为牛顿力学仍然被大多数工程师极为成功地运用着并且被许多物理学家有选择地应用着。而且,运用这种旧理论的适当理由已经代替它的理论本身在其他应用中证明。爱因斯坦的理论能用来证明,来自牛顿方程的预言,同我们满足于少数限制性条件中应用的测量工具一样好。例如,牛顿理论要提供一个良好的近似解,被考察的物体的相对速度同光速比较必须是小的。在受这种条件和其他少数条件支配下,牛顿理论好象是可以从爱因斯坦理论中推导出来的,因而,它是爱因斯坦理论的一个特殊情况。
但是,反对意见继续指出,没有一种理论有可能同它的特殊情况冲突。如果爱因斯坦的科学似乎使牛顿力学错了,那只是因为有些牛顿主义者是如此不小心,以致要求牛顿产生完全精确的结果,或者要求它在很高的相对速度上也有效。既然他们不可能有任何证据支持这样的要求,当他们提出这样的要求时,就背叛了科学的标准。就牛顿理论曾经是受到有效证据支持的真正的科学理论而论,它仍然是真正科学的理论。只是对这理论的过高要求——那种要求决不是科学的正确部分——才能被爱因斯坦证明是错误的。清除了这些人为的过高要求,牛顿理论从来没有而且也不可能受到挑战。
这种论据的某些变种,完全可以使被一个著名的有能力的科学家集团运用过的任何理论免受攻击。例如,很有害的燃素说,使大量物理现象和化学现象有了秩序。它说明了为什么物质燃烧,是因为他们的燃素丰富,以及为什么金属和它们的矿石有这么多共同的性质。因为金属全部是由各种元素同燃素化合而成的,全部金属共有的燃素产生了共同的性质。另外,燃素说明了许多反应的原因,在这些反应中,酸是由象碳和硫那样的物质燃烧形成的。它也说明了,当燃烧在一份体积有限的空气中发生时体积的减少,因为空气吸收了由燃烧释放的燃素,“损坏了”空气的弹性,正如火“损坏了”钢制弹簧的弹性一样。①如果这些是燃素理论家对他们的理论所要求的仅有的现象,那种理论就决不可能受到挑战。同样的论据将满足曾经完全成功地应用于任何现象范围的任何理论。
但是,要用这种方法来拯救各种理论,它们的应用范围必然受到那些现象和观察的精确性的限制,手头的实验证据已经讨论了这个问题。②只要再前进一步(一旦迈出了第一步,就很难避免这一步),这样一种限制就会禁止科学要求“科学地”谈论任何不是已经观察到的现象。这种限制即使在它的现代形式中也禁止科学家在自己的研究中依靠一种理论,再当研究进入一个领域,或者追求某种程度的精确时,过去的实践和理论都没有为这种研究提供先例。这种禁令在逻辑上是不能排除的。但是,接受这些禁令的结果便会是研究的终结,通过这种研究,科学可以进一步发展。
①詹姆斯· B·柯南:《推翻燃素说》(剑桥,1950年,第13~16页);以及J.R.巴丁:《化学简史》(第2版;伦敦,1951年,第85~88页),H.迈兹热:《牛顿、斯塔尔、波尔哈夫和化学学说》(巴黎,1930年)第II部分中,对燃素说的成就作了最充分的和最有好感的说明。
②比较由 R.B.勃雷斯韦(Braithewaite):《科学说明》,(剑桥;1953年),第50~87页;特别是第76页,通过一种很不相同的分析所达到的结论。
事实上那问题此刻已经是一种同义反复。不信奉某一种范围就不可能有常规科学。而且那种信奉必须延伸到没有先例的领域和精确程度。如果它不延伸,这规范就不能提供还没有解决的谜。而且,不只是常规科学依赖于信奉一种规范。如果现有的理论只是使科学家受现有的应用约束,那就不可能有意外事件、反常现象或危机。但是,这些只不过是指出通向非常科学之路的路标。如果对一种理论的合法应用范围照字义采纳实证主义者的限制,告诉科学界什么问题可以导致根本改变的机理必须停止起作用。当这种情况发生时,科学界不可避免地会回到某种很象它的前规范状态,在这种条件下,所有成员都讲究科学,但是在这种条件下,他们的总产品简直不象科学。是否真有人对重大科学进展的代价是赞成冒风险犯错误呢?
更重要的是,在实证主义者的论据中展现了逻辑上的空隙,这种空隙会立刻把我们重新引向革命变革的本质。牛顿力学真能从相对论力学推导出来吗?这样一种推导看来象什么?设想有一组陈述, E 1 ,E 2 ,…,E n ,他们体现相对论的定律。这些陈述包含各种变量和参数,表示空间位置、时间、静止质量等等。从这些陈述出发,同逻辑装置和数学一起,可以推导出一整套进一步的陈述,包括某些可以由观察检验的陈述在内。为了证明牛顿力学作为一种特殊情况是适当的,我们必须给从增添附加的陈述,如(v/e) 2 <<1,以限制参数和变量的范围。然后,这套扩大了的陈述被巧妙地加以处理,以产生一套新的陈述,N 1 ,N 2 ,……,N m ,这些陈述在形式上同牛顿的运动定律,引力定律等等是相等的。显然牛顿力学已经从受到少数条件限制的爱因斯坦力学中推导出来了。
然而这种推导至少在这一点上是不合逻辑的。尽管见是相对论力学定律的特殊情况,他们并不是牛顿的定律。或者,除非那些定律在某种程度上重新解释,他们就不是,而在爱因斯坦的工作以后,这已经不可能了。爱因斯坦学说 E 1 中的变量和参数,代表空间位置、时间、质量等等,在见中仍然出现;而且它们在那里仍然代表爱因斯坦的空间、时间和质量。但是这些爱因斯坦学说的概念的物理参照系同那些牛顿学说的有同样名称的概念决不是相等的。(牛顿学说的质量是守恒的;爱因斯坦学说的质量同能量是可以转化的。只有在相对速度较低时,两者才能以同样的方式去测量,而且即使那时他们也一定不能被没想为相同的。)除非我们改变从中的变量的定义,我们导出的陈述就不是牛顿学说的。如果我们真的改变它们,我们就不能严格地说,至少不是现在普遍公认的“导出”的意义上说导出了牛顿定律。当然,我们的论据已经说明了为什么牛顿定律好象在任何时候都是起作用的。它也证明了比如说一个行动中的汽车司机这样做是正确的,他仿佛生活在牛顿学说的宇宙里。同样类型的论据常常用来证明向测量员讲授地心说天文学是正确的。但是这论据仍然没有完成它想要做的事。那就是说,它还没有证明牛顿定律是爱因斯坦定律的一种极限情况。因为在向极限过渡时,不只是这定律的形式改变了。同时我们还必须改变基本的结构单元,这宇宙就是由这些基本结构单元组成的,那些定律是适用于这个宇宙的。
改变确立了的和熟悉的概念的意义这种需要对爱因斯坦理论的革命影响来说是主要的。尽管比从地心说到日心说,从燃素说到氧,或者从粒子到波的变化更巧妙,这最终的概念变化仍旧是以前确立的规范的决定性的破坏。我们甚至可以把它看成是科学中革命性的重新定方向的原型。正因为它并不包含引进补充的对象或概念,从牛顿力学过渡到爱因斯坦力学特别清楚地说明了科学革命是概念的变位,科学家就是通过这种概念来观察这世界的。
这些意见是以证明在另一种哲学观念中什么可以被认为是当然的。至少对于科学家来说,一个被抛弃的科学理论和它的后继者之间大多数明显的差别是真实的。尽管过时的理论始终能被看成是它的最新的后继者的一种特殊情况,它必须为此目的而被改造。同时这种改造只有在事后认识到有益时才能被接受,它是最新理论的明确的指南。而且,即使那种改造是在解释比较古老的理论时使用的一种合法工具,应用的结果全是一种受限制的理论,以致它只能重新说明已知的东西。因为它经济,那种重新说明总是有效的,但是它不足以成为研究的指南。
因此,现在让我们承认,前后相继的规范之间的差别是必要的和不可调和的。那末我们能不能更清楚地说明那些差别是什么吗?我们已经反复地说明了最明显的类型。相继的规范告诉我们有关这个宇宙的成员和那些成员的行为的各种不同的事情。那就是说,对于象亚原子粒子的存在,光的物质性和热或能量的守恒等这样一些问题,他们意见不同。这些是前后相继规范之间的实质性差别,而且他们不需要进一步的说明。但是,各种规范不止在实质上不同,因为它们不仅受自然界指导,而且也支持产生它们的科学。
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