请回答，科学哲学（I）：团灭《三体》科学家的“农场主假说”究竟可怕在哪儿？
（特别感谢Rancho对视频文稿的整理。）
电视剧版《三体》的第一季在最近完结了，我也一集不落地看完了，出乎意料地，这次的呈现比想象中好得多，你能够从这部电视剧中看到所有主创人员的认真，以及对原著和观众的尊重。本期视频的基础分析文本正是电视剧版《三体》，不是原著，也不是动画，所以接下来在这个视频中提到的所有“《三体》”均指电视剧版本的《三体》。《三体》以极其浓厚的悬疑气息开篇，科学家们的相继自杀引出一个神秘的组织——“科学边界”，该组织的核心共识是“农场主假说”。似乎正是这个假说团灭了中外所有物理学家。这个假说的威力究竟在哪里？
让我们一起先来回顾一下什么是“农场主假说”。
以下内容取材自电视剧版《三体》：一个农场里有一群火鸡，农场主每天上午 11 点来给它们喂食，火鸡中的一名科学家观察这个现象，一直观察了近一年都没有出现例外，于是它也宣布了自己宇宙中的伟大定律。每天早上 11 点就有食物降临。到了11 点，农场主又来了，但是，今天是感恩节，食物没有降临。农场主进来，把它们都捉去杀了。我们有可能是那个靶子上的二维科学家，也有可能是农场里的火鸡科学家。如果在这个世界中确实存在一种超自然能力：射手，那么射手所掌握的规律就是真相。牛顿的经典力学在微观世界完全没用，而爱因斯坦的相对论放到量子世界又遇到更多问题。如果科学有边界，那么我们很可能快要触碰到的就是那个边界。
以上就是农场主假说。问题来了，人类真的是火鸡吗？科学家真的是像“火鸡科学家”一样在进行科学实践吗？他们真的是像刚才的片段里那位酷似民科的朋友所说，是探索科学到达一个程度才发现或怀疑科学有边界吗？“农场主假说”究竟可怕在哪里？《三体》所呈现的这个假说本身，科学家们对农场主假说的反应，以及该假说和这一切反应背后所体现的科学观念，非常值得我们仔细剖析。这些问题精准地落入了科学哲学的范围。所以本期视频邀请大家和我共同进入科学哲学的世界，打破对科学的想象，真正的走进科学（狗头）。
“农场主假说”中的常识科学观
“农场主假说”并不新颖，它直接来自于“罗素的火鸡”（Russel's Turkey）伯兰特·罗素在 1912 年出版的《哲学问题》中首先提出：“每天喂小鸡喂了它一辈子的那个人，临了却可以绞断这只小鸡的脖子。某一事物已发生过若干次，只凭这一点就使得动物和人预料它还会发生。这样，我们的本能当然使我们相信太阳明天还会出来，但是我们所处的地位并不比脖子出乎意料地被绞断的小鸡更好些。”
罗素在《哲学问题》的第六章《论归纳法》中，以这段内容讽刺了归纳主义者的归纳科学观。《三体》里的农场主假说就是归纳科学观的产物。无论是接受了这个基本假说的“科学边界”的成员，或是对该假说表示愤怒、拒绝甚至绝望自杀的科学家们，他们其实有最大的共识，因为他们分享着同样的对于科学的信念，这也就是归纳主义者对于科学的核心信念——科学是对稳定发生的现象进行归纳，科学是从事实中推导出来的，这是一种朴素的常识科学观。有两个非常著名的学派曾试图使这种观点形式化。一个是经验主义学派，他的代表人物是英国著名的经验主义者们，大卫·休谟（David Hume）、约翰·洛克(John Locke)、乔治·贝克莱(George Berkeley)。他们都认为人类所有知识都是经验知识，我们通过感官知觉在头脑中产生观念，而一切知识都是从这些观念中推导出来的。
另外一个拥护常识科学观的学派是逻辑实证主义，这是 20 世纪 20 年代发源于维也纳的一个学派，所以逻辑实证主义学派也叫做维也纳学派。逻辑实证主义者们继承了孔德（Auguste Comte）的实证主义观念，并且他们同样认为知识应当从经验事实中推导出来。逻辑实证主义更关注科学知识和事实二者关系的逻辑形式。我们可以看出，常识科学观或者说归纳科学观的基本假设是：事实是科学的基础。我们可以把这个基本立场再仔细区分为三个主张：第一，事实是细心和无偏见的观察者通过感官直接获得的。第二，事实先于理论并独立于理论。第三，科学知识牢固的可靠的基础正是经验事实。然而，这三个主张中的每一个都面临着巨大的困难，以至于如果你是一个真正持有常识科学观的科学家，那么你只有在高度受限的情况之下才能真正践行这种科学观，以至于这种科学观对科学实践来说根本不适当。
接下来，我将对以上 3 个主张所面临的困难作出具体说明。
对常识科学观基本主张的反驳
首先，第一个主张，“事实是细心和无偏见的观察者通过感官直接获得的”，真的是这样吗？如果按照常识科学，观察对象是被观察物本身的性质决定的，不由观察者决定。这样一来，每一个观察者在面对同一个观察物时，必定会获得相同的观察经验。然而，这根本就不是真实情况，两个观察者不一定会观察到同样的东西。
最典型的案例是维特根斯坦在《哲学研究》中使用的“兔鸭头”模型。
图是同一张图，观察物是同一个“兔鸭头”。这张图在不同观察者视网膜上的映象是一样的。然而有的人看到了兔子，有的人却看到了鸭头。但是一旦你已经知道了“兔鸭头”，你就会比第一次更轻易地看到兔子和丫头。所以，在某种意义上，观察者能看到的东西，受他或她过去的经验影响。
科学实践也是一样。当观察者注视某一观察对象时，他们所看到的东西，他们所经历的主观体验并不仅仅被视网膜上的映象或其他感官的生理机制决定。观察经验也依赖观察者的经验、知识和期望。这就是为什么人必须通过学习才能成为一名合格的观察者。在毫无任何知识和概念的情况下，用显微镜看细胞结构的人，他什么也看不见，而只有带着“自己要观察的是什么”的意识进行观察的人，才能真正观察到一些东西。这种意识由后天的科学训练、科学知识和概念系统赋予。因此，我们可以看到，事实并非通过感官“直接”提供给观察者，这个过程不是那么简单直接的。
观察不仅依赖于一个客观的生理过程，更依赖于观察者的概念图式、经验和期望。这就意味着，不同的观察者面对相同的观察物时，极有可能产生不同的观察经验，而观察者能够处理的只是【自己的观察经验】，而非【观察物】本身。更何况，我们需要注意，构成科学的是【事实命题】，而不是【知觉经验】。举个例子，达尔文坐着他的小猎犬号（我也想坐小猎犬号）在航行中见到了许多新的植物和动物物种，这是知觉经验。如果就到这里为止，它对生物学就没有做出任何贡献。只有当他系统地阐述了【描述新物种的命题】，并使这些命题能够在科学共同体之内被使用之后，这才是生物学贡献。也就是说，构成科学基础的事实必须以【命题】的形式呈现。
那么，在一个观察者系统阐述一个【观察命题】之前，它必须拥有恰当的【概念框架】以及运用概念框架的知识。感官刺激不能直接产生事实命题。观察命题必须以知识为先决条件。因此，科学就绝不可能像常识科学观假设的那样是观察者通过感官直接获得的。所以，常识科学观的第一个主张是有问题的。
第二个主张，“事实先于理论并独立于理论”。人们会想当然地认为得先确定事实再建立与之相符的理论。就像在“农场主假说”里那样，火鸡科学家先确定了“第一天有食物在中午从天而降，第二天有食物在中午从天而降，一直到第 n 天仍然有食物在中午从天而降”这些事实。他才建立和宣布了一个理论是：“每天中午都有食物从天而降。” 经过我们刚才对第一个主张的讨论，我们知道一方面知觉经验在一定程度上依赖我们先前的经验、知识和期望。另一方面，适当的概念框架是建立观察命题的先决条件。这两方面使得“事实先于理论并独立于理论”，这个主张不可能实现。经过我们上面的讨论，我们不难发现这是一个相当含糊和愚蠢的观念。没有一定的知识和概念进行引导，不可能纯粹地观察到任何重要事实。我们在科学实践中到底要搜集什么经验事实是被我们当前的知识状况所指导的。
对于前两个主张的分析已经使常识科学观的第三个主张：“科学知识牢固的、可靠的基础是经验事实”岌岌可危了。不同的观察者在观察同一景象时不一定有相同的知觉经验，那就使人们对“可观察事物的状况究竟是什么”会产生巨大分歧。
在科学史上，有大量史实说明了这一困难，比如 M.J. Nye在 1980 年发表的论文中描述了科学家们关于 n 射线效应是否可观察的讨论。Edge & Mulkay 在 1976 年的论文里面，也描述了天文学家们关于射电天文学初期到底“哪些事实应该被观察，哪些事实具有可观察性"的争议。所以这个问题就留给大家进一步思考，到底怎样才能为科学建立一个真正可靠的观察基础呢？”观察事实是可错的“，这对科学会产生怎样的影响？
什么是推导：演绎vs归纳
我们来回顾一下常识科学观。科学是对稳定发生的现象进行归纳，科学是从事实中推导出来的。在前面的内容里，我们仔细探讨了构成科学基础的【事实】究竟是什么，并发现了常识科学观对于【事实】的看法是极为糊涂的。这一部分我们来集中探讨一下到底什么是【推导】？理论能否合理地从事实中推导出来？当我们在说”合理“的时候，我们起码是指“符合逻辑”，也就是逻辑上有效。
先让我们来看一个逻辑上有效的推理：
1、所有英国留学生都是愚蠢的。2、这个人是留学生。结论：这个人是愚蠢的。在这个推理论证里， 1 和 2 是前提， 3 是结论。如果 1、2 为真，则 3必为真。已知 1、2 为真时， 3 不可能为假。如果你断定 1、2 但否定3，那就是自相矛盾。从这个例子我们可以看出，如果在这样一个推理之中，前提为真，则结论必定为真。逻辑具有保真性，但是逻辑上有效并不意味着这个事实命题为真。也就是说，前提本身是否为真，是无法通过逻辑是否有效来判定的。在这个例子里，所有英国留学生都是愚蠢的这个前提我们没办法判断是否为真。尽管这个推理在逻辑上完全有效，但它不一定为真。
在这里，我们通过一个简单的【演绎推理】的例子，其实试图在明确：单凭逻辑是不能获得新知识的，因为“这个人是愚蠢的”，已经蕴含在“所有英国留学生都是愚蠢的”，以及“这个人是英国留学生”这两个前提之中，也就是说结论已经蕴含在前提之中了。所以对于这部分最初提出的问题：什么是推导？科学理论能否从事实中合理地推导出来？我们可以说，如果这个“推导”指的是演绎推理，那科学事实不可能从演绎推理中得出，因为演绎推理无法提供新知识，演绎推理的逻辑只能揭示从现有的命题之中将推导出什么，现有的命题之中已经包含了什么，这就是逻辑的局限。但与此同时，我们能够看到逻辑的巨大力量就在于它的保真性。因为在演绎逻辑中，结论是从前提中推导出来的，结论蕴含于前提之中，只要我们能够确定前提为真，那么结论就必定为真。而这样的保真性是归纳推理不具备的。
我们直接来看一个归纳推理的例子：
前提：1、金属 M1 在时刻 T1 受热时膨胀。2、金属 M2 在时刻 T2 受热时膨胀。3、金属 Mn 在时刻 Tn 受热时膨胀。结论：所有金属受热时都膨胀。这个论证就不是一个逻辑上有效的论证，因为它不符合“前提为真，结论必为真”的情况。不管你观察了多少金属，这个 n 有多大，你都无法从逻辑上保证某个金属样本在某个时刻受热时，它一定膨胀而不是收缩。也就是说，你的样本数量不管它有多大，哪怕跟宇宙一样大，你都无法保证不会出现反例。
归纳论证正是这样一种论证，它从有限数量的特殊事实推出普遍结论。这样的推导逻辑不同于演绎逻辑，归纳论证试图把关于某一特定种类的某些事情的命题推广到有关该类事情的所有事情的命题。所以归纳论证的结论一定超出了前提所蕴含的内容。归纳论证不具备演绎论证的保真性，但归纳论证有可能为我们提供新知识，所以“科学理论是从事实中推导出来的”，这个“推导”只能被理解为归纳论证。但是我们已经知道归纳论证不具有保真性，不是所有从事实中做出的归纳都是可靠的。比如，我们经常会因为【某一个山东人】不让女性上桌吃饭，就认为【所有山东人】都不让女性上桌吃饭，这显然就不是科学态度，而是偏见。这样得出的结论显然就不可靠。
人不能纵容自己的思维如此懒惰，所以我们需要思考一个完善的归纳论证需要具备的特征有哪些？在什么样的情况下，我们才可能说某个科学定律已经被从有限的观察证据或实验证据中推导出来了？
完善的归纳论证存在吗？
有观点认为，为了使从【可观察事实】到【科学定理】这个归纳推理的过程尽可能完善，我们可以满足以下条件：第一，构成归纳基础的数量必须很大，也就是样本量要够大。比如从“一个山东人不让女性上桌吃饭”这个单称命题，推出“所有山东人不让女性上桌吃饭”这个普遍命题，这就太草率了。我们可以尽可能收集不同年龄、山东不同地区、不同性别的样本，让样本量足够大，推导就更完善。第二，观察必须在许多不同的条件下可重复。第三，任何公认的观察命题都不应当与推导出的定律冲突。我们可以用以下这个关于“归纳原理”的命题来概括上面这些内容。如果在很多不同条件下都观察到大量的A，而这些被观察到的 A 无一例外的具有属性B，那么我们可以得出结论说所有 A都具有属性B。以上对完善的归纳推理作出要求的努力看似很有可行性，但还是存在极其多严重的问题。首先，条件1：“样本量足够大”这就是个极其模糊的要求。多大的样本量算大？ 100 次观察足够还是 500 次观察足够？谁来决定多少样本量算大？这个数字怎么确定？条件 2： 观察必须在许多不同条件下可重复，这个要求也非常模糊。哪些条件的改变对于得出结论来说是有意义的？比如，当我研究金属受热膨胀时，什么变量需要改变，而什么变量是无关变量。我需要考虑金属的类型变化吗？我需要考虑做实验时所穿的衣服的颜色变化吗？为什么考虑a，而又为什么不考虑 b 呢？很显然，判断什么变量与研究的问题有关，而这需要诉诸已有的知识。
如果像归纳主义者认为的那样，所有知识都是通过归纳获得的，事实先于理论并独立于理论，那么我们用来判断当前研究的一切知识，也都必定是通过归纳获得的。情况就会变成以下这样：每一个归纳论证都需要诉诸以前的知识，这些知识又需要用一种归纳论证加以证明，而这种证明又需要诉诸更早先获得的知识，那就形成了一个永无尽头的链条。因此，“所有知识都需要归纳证明”这一要求是一个无法满足的要求。条件3 也很成问题，在科学实践中，根本没有多少科学知识能达到那种不应有已知例外的要求。
认为“科学知识是从观察事实中通过归纳推理推导出来的人”被称为归纳主义者（inductivists），这样的信念被称为归纳主义(inductivism)。除了以上我们对于归纳主义提出的问题之外，随着当代科学进一步的发展，归纳主义遭遇了更多问题。首先，随着我们科学研究尺度越来越微观，很多知识中涉及不可观察的事物，这类知识涉及基因、DNA、量子等等。对于不可观察的世界的科学知识肯定无法用归纳推理来证实。归纳主义者在这里陷入一种极其尴尬的境地：要么你在相当程度上拒绝当代科学，因为当代科学包含的内容已经远远超过了对可观察现象的归纳概括的范围，要么你就放弃归纳主义的信念和立场。其次是证据的不精确和定律的精确，这二者之间的矛盾。许多科学规律都是以精确的数学形式被系统阐述出来的，然而，构成这些定律的可观察证据的测量都是有误差的、不精确的。如果科学规律像归纳主义者认为的那样，是从可观察的事实中归纳出来的，很难理解为什么证据如此不精确，但定律却很精确。最后，归纳主义者遇到的是老掉牙的哲学问题，也就是归纳问题。这个问题是说，我们怎么证明归纳原理呢？其实我们只有两种方式，用逻辑或者用经验，用演绎逻辑证明归纳是不可能的，因为归纳不服从演绎逻辑，那我们只有一条路了，就是诉诸经验来证明归纳。事情就会变成以下这样，我们已经观察到一个现象，那就是：“归纳在众多案例中都发挥了作用，取得了令人满意的成功。”比如说在这些案例中发挥了作用，在那些案例中也发挥了作用。所以我们可以说：归纳法被经验证明是合理的。问题来了，这个证明根本是不可能的，因为以上证明的形式是这样：
1、归纳原理在情况 1 成功地发挥了作用。2、归纳原理在情况 2 成功地发挥了作用。结论：归纳原理总能成功地发挥作用。
我们在之前已经讨论过，这个论证本身就是归纳论证，通过使用归纳论证来证明归纳论证，这是个循环论证，完全不能令人满意。由于归纳主义实在面临着极大的困难，著名的科学哲学家卡尔·波普（Karl Popper）试图提出一种不包含归纳的科学观，也就是提出一种证伪主义或否证主义（falsificationism）来绕过有关归纳的问题，以此解决归纳问题。而归纳主义者还在锲而不舍地进行挽救归纳主义的尝试，他们的方案是贝叶斯主义(Bayesianism)，感兴趣的朋友们可以自行先去搜索，这里不再展开，以后有机会的话我们再展开。
结论：“农场主假说”可怕就可怕在...
回到视频一开始提出的问题，“农场主假说”可怕在哪里？
“农场主假说”可怕就可怕在它不行（狗头）。“农场主假说”的可怕之处在于它太简单、太朴素、太粗糙、太脆弱，所以经不起反驳和推敲。对这样脆弱的，经不起质疑的假说或科学观念产生信念，它顶多是一种盲信甚至迷信。如果一个科学家真的是因为这个假说而绝望和自杀的，哪怕TA是科学从业者，TA也一样活在对于科学的想象之中。而当这个虚幻的想象破灭的时候，付出生命的代价是极其令人遗憾的。如果我们真的对任何事情产生了思考，无论是科学也好，政治也好，宗教也好，我们就应当锲而不舍地思考到底，不是放弃思考，更不是放弃生命。
