第五章 黑箱认识论

一种科学理论通常的命运是：开始它被当作异端邪说，后来又成为一种迷信。

赫胥黎

 

 

        我们研究了各种反馈耦合系统。但是，对于我们人类来说，有一种反馈耦合具有特殊的意义，这就是主体和客体之间的反馈。对这一反馈耦合系统的研究形成了控制论的认识论。

        任何一种方法论都对应着它的认识论，与控制论独特的方法对应，它有一种独特的认识论，人们通常称之为黑箱理论。

 

 

5.1 认识对象和黑箱

        控制论把人们认识和改造的对象看作黑箱。任何一个客体事物，它和我们人的关系总可以归结为两个部分：

        一部分是客体对主体的作用，包括主体所接收到的客体的信息及客体对主体的各种作用、影响。它们反映在客体的输出中，可以用一组变量来表示，被称为这个客体的可观察变量。

        另一部分是主体对客体的主制作用，包括主体传递给客体的信息及主体对客体的各种作用、影响。它们反映在客体的输入中，也可以用一组变量来表示，被称为这个客体的可控制变量（图5.1）。

         通过可观察变量，人们对客体进行观察，了解客体的存在及其变化，认识客体。

        通过可控制变量，人们对客体实行控制，创造使客体变化的条件，改造客体。

        此外，通过主体和客体的反馈耦合，在客体被认识和改造的同时，主体的精神活动也被认识和改造着。因此，人们的实践活动，从根本上来说都可以表示为主体和客体之间的反馈耦合，都可以用可观察变量和可控制变量来描述。

        对于一个客体，我们用一组可观察变量和可控制变量构成的系统来描述它。这个客体系统也就是一个黑箱。在这里，系统和黑箱是两个等价的概念。那么为什么要叫黑箱呢？黑，意味着一些未知的东西。关键也就在这个问题上。

        我们知道，客体事物是复杂的，在人们认识的一定阶段，任何客体总有许多情况是我们还不了解的，任何客体也总有许多变化是我们还不能控制的。也就是说，任何客体除了可观察变量和可控制变量之外，还有一大批尚不可观察和尚不可控制的变量。正是从这个意义上，控制论把一个客体称为黑箱。

 

控制论认为，认识客体黑箱有两种不同的方法：

        一种叫不打开黑箱的方法。不打开黑箱的方法就是不影响原有客体黑箱结构，通过黑箱外部的输入输出变量的研究得出关于黑箱内部情况的推理，探求黑箱的内部结构。

        一种叫打开黑箱的方法。打开黑箱的方法则要通过一定的手段来影响原有客体黑箱直接观察和控制黑箱的内部结构。

        例如一只手表，它的分针和时针的运动有着某种联系。所谓不打开黑箱，就是从外部观察长针和短针的运动，寻找它们运动的规律。或者去拨动柄轴，施加一定的输入，观察长针和短针运动的关系。通过这些观察，来寻找变量之间的约束，构想它们之间的联系机制。

        而打开黑箱呢？干脆把表壳打开，直接观察手表内部的齿轮转动，研究长针和短针之间的联系。显然，这是两种完全不同的方法。我们打开表壳，原来一些不可观察和不可控制的变量成为可观察和可控制的了。由于增加了新的可观察和可控制变量，原有黑箱就发生了变化。原有的系统增加了新的变量，就形成一个新的系统，也就是构成了一个新的黑箱。

        不打开黑箱和打开黑箱这两种方法都是人们经常要用到的方法。不但对于研究表针运动这样简单的问题，对于一些更复杂的问题也是如此。我们来分析一个遗传学方面的例子。

        19世纪60年代，奥地利神父孟德尔用豌豆做了一些实验。他把具有不同性状的豌豆进行杂交，然后观察杂交豌豆下一代的性状。孟德尔把他的实验结果仔细地统计记录后，提出了一种假说。他认为，豌豆的性状是由某些“因子”控制着的。例如，关于种子颜色的一种因子将使种子成为绿色，另一种因子则使种子成为黄色。这些“因子”，也就是后来生物学家所称呼的基因。

        孟德尔发现，每一棵豌豆植株的每一个特征都由一对因子来控制，其中从父本和母本各传来一个。基因有显性和隐性的区别，由基因控制着植株的性状。尽管孟德尔假设了关于基因的种种性质，但基因究竟是什么东西，孟德尔并不清楚。他一辈子也没见过基因，他所观察到的只是豌豆的性状，诸如种子和花的颜色、茎的高矮等等。

        显然，孟德尔所使用的是一种典型的不打开黑箱的方法。豌豆的遗传机制对孟德尔来说就是一个黑箱，这个黑箱的输入是父本和母本的性状，这些性状是可以控制的，也就是说可以由实验者选择的。这个黑箱的输出则是杂交后子代的性状，这些性状是可以观察到的。由输入输出性状变量就组成了一个系统。而基因对孟德尔来说是尚未观察到也尚未能加以控制的变量，它在遗传黑箱的内部。孟德尔只是通过对黑箱外部输入输出的分析研究假定了它的存在。这种根据黑箱外部的输入输出而提出的关于黑箱内部的情况的假定，在控制论中称为模型。

        通过建立模型，人们解释了黑箱的输入和输出之间为什么会具有这种或那种联系。模型只是一种假设，它不一定表示黑箱内部的实际结构。人们利用模型来研究黑箱，总结黑箱的变化规律，控制黑箱。这只是认识的一个阶段。

        随着人们观察手段和控制手段的进步，一个黑箱原来未能观察到的变量可能成为可观察变量了，原来不能控制的变量也可能可以被控制了，我们预先提出的模型被证实或部分证实了，这时候我们说原来的那个黑箱被我们打开了或部分打开了。例如关于遗传机制的研究，20世纪初，不少生物学家发现孟德尔的基因跟在显微镜下看到细胞的染色体有联系。生物细胞中的染色体和基因一样，是成对存在的，一个来自父本，一个来自母本。

        美国生物学家摩尔根和他的同事通过果蝇连锁的遗传性状的研究，成功地推断出控制遗传性状的基因在染色体上的相对位置，从而作出了果蝇的基因“坐落图”。一对果蝇染色体里至少有一万个基因，而一对人的染色体里可能含有2—9万个基因。正是由这些染色体上的“等位基因”决定了生物的性状。摩尔根由于对果蝇的遗传所进行的工作而获得了1933年的诺贝尔医学与生理学奖。如果我们把摩尔根的工作与孟德尔做一个对比，可以发现，孟德尔的黑箱被摩尔根打开了，摩尔根所观察和控制的不仅是生物的性状，他还观察了生物染色体上基因的位点。

        从认识的角度来看，一方面打开黑箱标志着人们认识的深化。人们在打开黑箱后，发现了新的变量。使不打开黑箱时所发现的变量之间的联系从黑箱内部得到了解释。新变量提供了原有变量之间联系的联系，使人们能够更精确地更本质地探讨黑箱的变化规律性。

        另一方面，打开黑箱增强了人对黑箱的控制能力。人们获得了新的控制手段，能够从原有黑箱的内部来控制黑箱的变化。

        但是，打开黑箱是相对于原来那个黑箱而言的。一旦我们打开了一个黑箱，发现了一批新的变量，同时一个新的黑箱也就形成了。打开黑箱只意味着我们对黑箱的性质有了新的了解，我们认识和改造事物的能力增强了一些。但在我们人类认识的任何一个阶段，我们不可能通晓事物的一切内在联系。必定还有其他的许多变量是我们依然无法观察和控制的。

        更精确地说，打开黑箱在任何场合只是打开了黑箱的某一个层次。客观事物的黑箱总是一层套一层的，永远不会完结。摩尔根发现了性状和染色体上基因位点的联系，我们说打开了黑箱。但染色体又是一个黑箱。染色体的物质基础是什么？为什么染色体能够控制性状？这些问题摩尔根也不清楚。摩尔根以后的生物学家对此继续深入研究，发现了基因通过酶起作用，发现染色体中决定遗传的物质是脱氧核糖核酸（DNA），又发现DNA的分子结构和遗传密码。这样，黑箱一层又一层地被打开了。

        人们打开了一层黑箱，又得跟新的黑箱打交道。在人类认识的任何阶段，人们总得研究一些未被打开的黑箱。因此在任何时候，人们总得采用一些不打开黑箱的方法来研究问题，解决问题。

        有些人认为，研究问题只有打开了黑箱才算真正认识了黑箱，在打开黑箱之前，仅仅从黑箱的输入与输出来研究黑箱并根据输入输出之间的关系来建立黑箱内部结构的模型都不算对黑箱的认识。持这种观点的人没有看到，我们的主体认识与客体之间归根结底是通过输入输出相互联系的。从本质上来说，我们只能通过对黑箱的输入输出变量来认识黑箱、改造黑箱。因此，采用不打开黑箱的方法在人类认识的任何阶段都不失为一种重要的实践手段。

        与打开黑箱的方法相比，不打开黑箱的方法具有简单易行，不破坏黑箱原有结构等优点。因此，在以下几类系统的研究中这种方法就显得特别重要：

        （1）某些内部结构非常复杂的系统。

        这类系统被人们称为特大系统，又叫特大黑箱。它们的内部不但变量数目众多，而且相互关系也错综复杂，我们即使打开了黑箱，也往往只能从某一个局部来观察它们。采用不打开黑箱的方法反而有利于人们从整体的角度、从综合全局的角度来考察问题。

        （2）至今为止人们所拥有的手段尚不能打开的黑箱。

        例如我们要研究地球内部的构造，但迄今我们还不能直接观察地心深部的情况，我们用钻机打洞的办法，充其量只能取到几十公里处的岩层样品，这对于半径六千多公里的地球只不过触及了一点皮毛，地球是一个还未被打开的黑箱。那么人们是怎么知道地球深部有地幔地核等构造的呢？原来人们是通过地球表面的一些输入输出的变量来研究地球的，如地磁、地电、地变形、地球化学、超声波等方法。人们通过这些变量数据的观察和分析，而建立了关于地球深部情况的模型。这是一种典型的不打开黑箱的方法。

        （3）人类在某一阶段掌握的某一类打开黑箱会严重干扰本身结构的系统。例如生物体就是这样的系统，生物体是活生生的有机体，它的内部各部分有严密而复杂的组织。目前为止，我们打开这类黑箱的办法主要还是解剖。一旦我们采用解剖的方法把黑箱打开了，这个黑箱的结构就会受到严重的破坏，我们所观察到的内部结构与黑箱未被打开时可能大不相同。

        当然，我们不否认随着科学的进步，人类总有一天会找到打开生命系统、大脑等黑箱的新手段。但在没有新的打开手段之前，采用不打开黑箱的方法来研究显然会有它独特的长处。

        科学史上有一个非常生动的例子可以说明黑箱方法的意义。巴甫洛夫是怎样研究大脑的？比如研究狗的视觉问题，狗是通过区分不同的颜色（不同波长的光）还是通过区分光的亮度来辨别周围事物的呢？显然，到目前为止我们只能用不打开黑箱的办法对其进行研究，因为我们采用现有的打开手段就是打开了狗的大脑，也无法了解狗是怎样看见的。

        巴甫洛夫想了一个办法。他把给狗看不同颜色或同一颜色不同亮度的东西看作对狗大脑的输入，把狗的唾液分泌情况看作它大脑的输出，并通过一定的给食训练，用条件反射原理建立了输入与输出的联系。结果他发现，在不给狗食物的情况下，给它看不同颜色的东西时，它的唾液分泌紊乱，不能按照原先建立的条件反射来分泌一定量的唾液。这说明，狗不能区别不同的颜色。

        而给它看同一颜色不同亮度的东西时，唾液分泌量是有规则的，可以按原先建立的条件反射来分泌唾液，而且这种区分能力比人敏感得多，达到0.001烛光的精确度。可见狗是色盲的，它是通过区别外界事物的发光亮度来“看见”的。在狗的眼里外界事物只是一幅黑白相片，而在我们人的眼里外界事物是一幅五彩缤纷的图画。很明显，这里巴甫洛夫采用了不打开黑箱的研究方法（图5.2）。

 

 

5.2 认识论模式

        无论是不打开黑箱的方法，还是打开黑箱的方法，它们都是主客体耦合并互相作用的一种方式。它们互相依存，是人类认识自然黑箱中的不同环节，都是不可缺少的。一般说来，

        运用不打开黑箱的方法大致相应着人们根据黑箱已知的输入和输出建立模型，提出假设的阶段。

        而打开黑箱则更多地相应着证实模型、验证假设的阶段。

        这两个阶段是交替进行，缺一不可的。因此，我们可以用模型的提出，模型的检验，模型的修改、再检验等循环过程来概括人类认识黑箱时交替运用打开黑箱和不打开黑箱的方法，使主观认识不断逼近真理过程。如果我们把自然界整体地看作一个大黑箱，那么，广义来说，黑箱模型包括了我们人对客观事物的到目前为止的一切认识、一切理论、定律、假设、计划、方案、思想······

        那么，模型是如何建立起来的呢？它又是怎样深化、改变的呢？这个问题实际上与人们如何认识客观事物，如何认识客观真理这个问题完全等价，回答它也就等于回答了认识过程是如何进行的这个认识论的根本问题。本章，我们将运用控制论的一些基本概念来研究主体和客体耦合过程，来揭示人类认识黑箱的一般运动规律。

        关于认识过程，人们曾经提出过许多模式。20世纪30年代，毛泽东在《实践论》中提出了一个著名的认识过程模式，这就是“实践—理论—实践”的反复循环。他认为，人不可能一下子认识客观规律，只能通过不断实践来修改我们的主观认识，使我们的认识不断逼近真理。如果从主客体之间反馈耦合角度来分析一下毛泽东提出的认识模式，可以发现，“实践—理论—实践”的反复循环正好相当于控制论的负反馈调节原理。这一认识结构模式我们可以表示为图5.3。

         图中A表示客观存在，即黑箱。B表示人的主观认识，即模型。一开始，人们的主观认识不一定符合客观实际，甚至可能相差很远。人们不断地去实践，不断地把从理论得出的预期结果（B的输出）跟人们实践的结果（A的输出）加以比较。如果理论结果和实践结果有差距，那么就需要我们修改自己的主观认识，使理论结果和实践结果之间的差距变小。这样只要我们不断实践，不断地比较，不断地修改主观认识，不断地使理论结果和实践结果之间的差距缩小，我们就能保证自己的主观认识不断地逼近客观真理。

        显然，“实践—理论—实践”的循环模式反映了人们用负反馈调节原理认识真理的过程。只要有这种调节机制存在，无论一开始理论是多么粗糙，和实际相差多么远，它都可以通过不断修正自已而逼近真理。读者可以发现图5.3实际上是图5.1的精确表达。图5.3中D、B、C都是属于图5.1的主体部分。图5.3相当于把认识主体分解成为能动精神、知识系统和鉴别系统三个子部分。

        从20世纪40年代开始、反馈调节的一般性原理被科学家逐步揭示出来。今天，科学家对反馈调节的研究已经很透彻了。因此，运用控制论的成果，为我们进一步深入揭示认识过程的规律提供了工具。

        我们在第一、第三章已谈到过反馈调节规律。其中最重要的成果之一，是指出任何反馈调节系统要顺利地逼近目标都是有条件的。如果反馈结构中存在着某些问题，可能出现两种新的情况：

        一种是系统长期停留在远离目标的错误稳态中，不论怎样调节，系统离不开稳态，不能逼近目标。

        另一种可能是，系统不但不能逼近目标，而且还可能在目标值附近左右摇摆，形成振荡。

        这一成果对认识论极为重要，因为它指出只有具备了一定条件，人们的认识才能通过“实践—理论—实践”的过程逼近真理。这也是为什么在实际工作中，有时候看起来我们在不断地实践，并且不断地修改我们的主观认识，但结果还是停留在一个错误的圈子里，或者忽左忽右，从一种错误跳向另一种错误，不能正确地认识客观对象。

下面我们试图从5个方面来分析“实践—理论—实践”模式成立的具体条件：

        可观察变量和可控制变量的限制；

        理论缺乏清晰性；

        认识速度跟不上客体变化速度；

        反馈过度；

        可判定条件不成立。

 

 

5.3 可观察变量和可控制变量的限制

        为了保证我们的认识能够不断地逼近客观真理。首先当然是我们必须要具备一定的实践手段。反映在认识结构图中，也就是人必须能够通过某种方式对客体A施加输入变革，进行控制；同时也要能够对客体A的输出进行观察，了解客体的变化结果。如前所述，它们可以用客体黑箱的可观察变量和可控制变量来表示。

        可观察变量和可控制变量反映了人类实践活动的深度和广度。无论采用不打开黑箱的方法还是打开黑箱的方法，人们掌握的可观察变量越多，表示人们对自然界了解越多。掌握的可控制变量越多，表示人们改造世界的能力越大。显然，人类认识真理首先跟掌握这两类变量的程度有关。

        科学史表明，人类对自然界认识的每一个划时代进展都跟开拓一批新的可观察变量和可控制变量有关。伽利略把当时刚发明的望远镜指向夜空，天文学就在16世纪开始了革命性的发展。19世纪光谱分析出现以前，绝大多数人认为别的星球上的物质组成是我们不可能知道的。光谱分析技术的发明，使天体物质的组成成为可观察的变量，从而开始了天体物理和天体化学的发展。高能加速器使人类在微观世界的控制范围增大，有了它，人们才能建立并验证各种各样的基本粒子理论。

        随着科学技术的进步、生产力的发展，客体可观察变量和可控制变量的数目越来越多，范围越来越大。但在一定的条件下，在一定的历史时期内，客体的可观察变量和可控制变量受到人们生产水平和实践手段的限制。这种限制也必然会影响到人们对客观真理的认识。

        科学史上有许多事实证明，在客体的可观察变量和可控制变量被限制的某一水平之内，无论人们怎样进行“实践—理论—实践”的反复循环，都不能使认识进一步逼近真理。在一定的实验手段范围和精度内，尽管人们反复实验，反复修改理论，充其量也只能使理论跟所做的实验结果相符合。但这种反复并不构成理论向客观真理的逐步逼近。

        16世纪时，范·赫耳蒙特做了一个实验，他在称量过的土中种了一株柳树，每天浇一些称量过的水。5年之后，这株柳树的重量增加了164磅，而土质的损失仅仅为2盎司。他因此得出结论，认为柳树的新物质差不多全是由水组成的。显然，这个理论是错的。当时空气的成分没有发现，也没有用于发现植物通过光合作用吸收空气中的技术手段。从今天的角度来看，建立模型所必需的一些基本变量，如果只有柳树、水和土壤重量是可观察变量和可控制变量，其余都不在观察和控制的范围之内，那么，即使范·赫耳蒙特把实验做得再精确，把实验的次数重复得再多，也不能得出正确的结论。

        1821年，爱沙尼亚的物理学家塞贝克用两个不同导体组成闭合电路。他发现，当两个导体的接头处存在温度差时，导体附近的磁针会发生偏转。塞贝克认为，这是温差引起了磁化现象。他并据此来解释地磁现象，认为地磁是由于赤道和两极的温差造成的。现在我们知道，塞贝克错了。两个不同导体接头处的温差使导体产生了电流，电流产生的磁场才是引起磁针偏转的原因，磁场和温度差之间没有直接的联系。

        在塞贝克所做的实验条件下，电流是一个不可观察和不可控制的变量。因此在塞贝克实验的限度之内，无论怎样重复实验，无论怎样修改理论，都不会找到磁场产生的直接原因。在这个限度之内，人们也无法判断“地磁由赤道和两极温差引起”这一理论的真伪。丹麦物理学家奥斯特证明，在导体中有电流通过时，导体附近的磁针会偏转，电流是产生磁场的原因。这一突破使电流在磁场形成的过程中成为可观察和可控制的变量，并使温差和磁场之间的关系得到了解释。

        宇称守恒定律的发现更进一步说明人类的实践手段跟理论检验之间的关系。50年代初，杨振宁、李政道提出宇称在弱作用条件下不守恒。如果这一学说早提出三十年，也许它不会被接受，因为它不能用实验证明。吴健雄为了证实宇称在弱作用下不守恒，要把钴60原子整齐排列起来，使它们的自旋平行。这需要高超的控制技术，把原子完全“冻住”，几乎没有热运动。这依赖于超低温技术。如果人们不具备这种控制和观察钴60原子自旋平行的技术，新的理论就不能有效地被实践鉴别。

        如果客体的可观察变量和可控制变量总是停留在一个水平上，那么理论就只能在原有的一批可观察和可控制量范围之内得到检验。在人类社会发展的一定阶段，人们掌握的可观察变量与可控制变量在总体上取决于那个时代的生产力水平，包括科学技术水平。所以人们对世界认识总和一定时期的生产力发展水平相适应。

        在一定时期内，不管认识者的才能多高以及“实践—认识—实践”多少次，他们都不能越出这个时代所决定的可观察变量与可控制变量的局限。那种忽视实践所采用的方法，是十分有害的。这种限制的条件下，尽管主客体之间的反馈依然不断进行，但整个认识系统仍停留在旧有的稳态结构当中。

        由此可见，人们的认识要不断地逼近真理，理论要在实践的检验中不断发展，要求人们的实践手段不断更新，使可观察变量和可控制变量的数目和范围不断增大。

 

 

5.4 理论的清晰性

        要使我们的主观认识能够通过“实践—理论—实践”的负反馈调节不断逼近真理，对模型有一个最基本的要求，即模型本身要具有清晰性。一个模型，或者说一种理论，不论是否正确，只有具备了清晰性，才能在“实践—理论—实践”的反馈中不断得到修正而逼近客观真理。也就是说，一种理论只有具备了清晰性，才是可以被检验的。

        那么什么叫模型或理论的清晰性呢？从反馈实践结构图可以看出，我们用一定的实践手段对客体施加影响，观察客体的变化结果，同时，我们也对理论（主体模型）提出相应的判断性输入，根据理论得出某种预期结果。

        所谓检验，就是用理论的预期结果与客体的实际变化结果相互比较，找出它们之间的差距。根据这一差距来修改理论。

        因此所谓理论的清晰性，用现代科学的话来讲，就是理论要给出一定的信息量。预期结果只有具备一定的信息量，才能与客体变化的实际结果相比较，才是可检验的，否则就无法检验。

        例如天气预报，根据某种预报理论，我们得出“明天要下雨”的预期结果，这一预期结果就具有一定的信息量。如果明天天气的实际情况是下雨了就证明预报正确，没下雨就证明预报错误。如果天气预报说“明天可能下雨，也可能不下雨”，那么预报不预报一个样。根据信息量计算法则，这个预报的信息量为零，人们并没有从这种预报理论中获得任何信息量，无论明天下雨还是不下雨，都无法检验这一理论是否正确。这个理论就不具备清晰性。

        清晰性也包含了理论所规定的条件和某些统计的结果。客观事物的变化是有条件的，不同的条件下会有不同的变化结果，有的事物变化结果具有概率性，体现出统计的规律。这都不妨碍理论的清晰性。理论只要明确指出在什么条件下事物这样变化，什么条件下那样变化，指出事物变化的各种可能性是多大，理论就给出了一定的信息量，这些信息量都是可计算的。

        科学上最犯忌的是那些不具备清晰性的理论，那些浑浑噩噩、似是而非、模棱两可的理论，那些看起来包罗万象、面面俱到，而实际上不着边际，什么问题也说明不了的理论。总用一套让人摸不着头脑的规范性语言去套用。什么“既是好事又是坏事”，“既变又不变”，“既存在又不存在”，“既同一又不同一”······弄得人晕头转向。这类理论不提供任何信息量。如果用实践去检验，不管实践的结果是什么，它们都不会错，也不会不错。无法判定真伪，也就是不具备可检验性。因而也就不能通过“实践—理论—实践”的模式得到修正。以这种形式出现的理论，甚至还不如虽然完全不对但表述清晰的观点，因为后者无论如何是可以得到实践的检验的，是可以修正而不断发展的。

        实际上，泛泛地谈论理论要用实践来检验是不够的，重要的是首先理论要具备清晰性，要能够为实践所鉴别。对比古代中国的科学理论和西方的科学理论，我们可以发现一个明显的差别，这就是西方科学理论不管正确还是谬误，它们的观点和结论相当清晰。比如托勒密的地心说，就地球是字宙中心这一点十分明确。盖伦的血液运动潮汐说，明确认为血液自肝脏产生，通过心脏和动脉静脉流到全身被吸收。燃素说明确指出燃烧是物质失去燃素的过程。这些理论虽然错误，但都十分清晰，因而它们都是可检验的，也是可以修正的，为日后正确理论的产生提供了基础。

        哥白尼可以从大量天文观测的事实来证明地心说的错误，提出日心说。哈维可以通过一套实验和计算来证明盖伦学说的错误而提出血液循环理论。而拉瓦锡则可以用天平来称一下燃烧后物体的重量，证明燃素说的错误。我们可以设想，如果亚里士多德没有明确提出重的东西落得快，轻的东西落得慢，伽利略也许不会发现这种说法的自相矛盾。正因为亚里士多德和伽利略的落体理论都具有清晰性，因而它们能够通过实验来加以检验。

        模棱两可，不明确，是中国古代科学理论的一个大弱点。浑天说虽然有大地是球形的思想，许多学者深信浑天说，一行等天文学家还测量过子午线的长度，但他们从来没有想明确说明大地是一个球体。虽然不少人有地动的思想，但这些思想从来没有表述成哥白尼日心说那样清晰的理论。

        这种风格甚至表现在数学领域中。数学是一切科学中要求最严格最清晰的一种。中国古代数学虽然发达，但从来没有发明过记录公式和符号的方法，数学主要是用文字陈述的，而中国的文言文字不易也不能表达明确的数学概念。解方程是中国古代数学在世界上遥遥领先的学科，但中国数学家在方程中连等号都没有引用，并且计算只写最后结果，没有中间步骤。大约中国数学家认为把一个深奥的思想用简单的符号清晰地表述出来都是对思想本身的伤害。

        在这方面，奥地利哲学家波普尔于上世纪中叶提出的证伪主义科学观中有许多东西是值得我们借鉴的。

        波普尔提出一种理论科学性的标准是可证伪性。他认为科学是一组旨在精确陈述或解释宇宙某方面行为的推测性假说。但不是任何假说都是科学。如果假说要成为科学的一个部分，就必须首先满足可证伪性这个基本条件。

        那么什么是可证伪性呢？波普尔认为，如果一个假说存在着一个或一组在逻辑上可能的与该假说相抵触的观察陈述，那么这个假说是可证伪的。比如“所有的物质遇热膨胀”这一假说就满足可证伪性。与这一假说在逻辑上可能抵触的观察陈述是存在的，如“某物质遇热不膨胀”。

        又比如“所有行星以椭圆轨道绕日运动”这一假说也满足可证伪性，相应的在逻辑上可能与之抵触的观察陈述是：“某行星不以椭圆轨道绕日运动”，可证伪性是一个先决条件，只有满足了这个条件，理论才能够在实践中得到检验。一旦与之抵触的观察陈述在实践中被证明为真，那么就可证明那个理论为假，而被实践否定。如果与之抵触的观察陈述在实践中未被证明为真，那么那个理论就应当受到更严格的检验。

        也许有人会认为可证伪性是一个很简单的条件，是任何假说都可以满足的。其实不见得。有的假说就不满足可证伪性。比如“明天下雨，或者不下雨”，这个假说就不具备可证伪性。因为没有一个逻辑上可能的观察陈述能与之抵触。不管我们说一句什么话都不能否定这个假说。

        又比如“在欧氏几何的圆周上任何一点与圆心等距”，这个假说也不具备可证伪性。因为欧氏几何的圆的定义就是与圆心等距的点的轨迹，这个假说是同义反复，也不存在与之抵触的观察陈述。不具备可证伪性的假说或者不能在实践中得到检验，或者不具有任何价值。无论实践的结果是什么，它们都不会错，也不会不错。它们对于世界有什么样的性质、以什么方式行动，没有告诉我们什么，没有提供任何信息，因此也就不能算是科学。

        理论的清晰性和波普尔提出理论的可证伪性是一致的。理论只有具备了清晰性才能够被证伪。从本质上来说，清晰性和可证伪性都要求理论给出信息量。

        在图5.3的认识结构模式图中，如果一个主体模型是可证伪的，那么当我们对这个模型施加一个判断性输入时，这个模型就可以给出一个清晰的结论，也就是给出有信息量的输出。这个清晰的结论可以与实践的结果相比较而得到目标差。人们正是根据理论结果与实践结果的目标差来修改模型的，修改以后的模型将使目标差变小，使理论结果更接近实践的结果。这意味着人们认识的进步。

         如果一个模型、一个理论不具备可证伪性，那么模型就不能给出有信息的输出。这意味着不管实践的结果是什么，理论结果与实践结果都无法进行比较，也无法找到目标差。没有目标差也就等于失去了进一步修改模型的依据，人们的认识就成了一个僵死的东西，永远也不会进步。因此波普尔认为一个不具备可证伪性的假说不能成为科学，是完全有道理的。

 

 

5.5 模型逼近客观真理的速度

        客观事物是在不断变化着的，人们的主观认识也得跟着推移转变，使之适合于新的情况变化。但在很多情况下，人们的思想跟不上客观事物的变化，其原因并不是人们轻视实践，没有用“实践—理论—实践”模式使自己的主观认识逼近客观真理，而是由于反馈调节速度跟不上客体变化速度造成的。

        要知道梨子的滋味，就得亲口尝一尝。不过这有一个条件，就是梨子的滋味必须有一定的稳定性，不会轻易变化，如果我们拿了梨子，还没有削好皮梨子的滋味就变质了，那么不管我们怎么尝，还是无法知道梨子的滋味。当然，对于梨子，这样的事不会发生，因为梨子的滋味不会变得这么快。但在别的场合，就不一定了。例如在炼钢生产中，钢水成分的变化速度很快，要准确地控制钢的成分，必须迅速地取得炉内钢水成分的数据。因此炼钢厂搞炉前分析的化验员是十分紧张的，一勺样品取出，常常在一两分钟之内就要报出数据。炉前技术员则要迅速采取相应的控制措施。时间一长，炉前分析就毫无意义了。

        随着科学技术和大工业生产的发展，人们越来越多地跟变化速度很快的控制对象打交道。现代轧钢机的速度很迅速，火车运行每小时超过两百公里。因此如何尽快取得客体的观察数据，尽快修改模型，尽快实行控制的问题就显得突出了，在这方面人们进行了许多研究工作。

        科学家指出，要使一个反馈调节有效，反馈调节的速度必须大于客体变化的速度，否则就会在调节中发生振荡现象，从一种极端走向另一种极端，不能达到有效控制的目的。显然，这一原理对于我们研究“实践—理论—实践”反馈模式十分重要。它说明要正确地认识客观事物，不但要求我们不断地进行“实践—理论—实践”的循环，而且规定这一循环要有一定的进行速度，这个速度至少不得小于客体的变化速度。

        《吕氏春秋》中有一个故事，说有一次楚国去进攻宋国，军队必须渡过澭水。楚国先派人去测了一下澭水的深度。探子说澭水很浅，军队完全可以涉水过去。探子刚刚调查完毕，山洪暴发，澭水猛涨，结果军队涉水过河时，淹死数千人，造成了军事行动的失败。从认识论上总结一下，这个故事的教训是很深刻的。它告诉我们，在实践中必须注意“实践—认识—实践”的速度。楚人之所以失败，就是因为未能及时获知客观情况的变化，并根据这种变化来改变自己的决策。

        那么为什么说反馈调节速度小于客体变化速度就会发生认识过程中的振荡现象，造成从一种极端走向另一种极端呢？我们来举一个经济学方面的例子。

        在计划经济中，计划部门是通过生产部门、商业部门的报表来制定生产计划的。但由于统计机构与计划机构的效率所限，作出计划的速度往往跟不上市场上需求变化的速度，这就会出现经济行为的振荡现象。

        例如某个阶段市场上短缺电风扇，由于市场短缺情况反映到生产计划系统，再由计划系统搞综合平衡，常常需要相当长的时间。结果生产部门未能及时作出反应，这种短缺情况长期得不到解决。等到生产部门大量增产转产电风扇时，市场的需求可能变了，电风扇已不需要那么多，造成积压现象。这一信息又不能及时由商业部门传递到生产部门，致使积压越来越多。等积压的信息再转化为生产部门的调节措施，市场可能又发生了新的变化。这样，尽管人们的计划是从实践中来，并且回到实践中去的，但由于认识和控制的反馈速度太慢，反应迟钝，总是落后于客观实际的变化，就往往由一个极端跳到另一个极端，不能与实际很好地符合。

        对于现代科学的某些研究和大工业生产，认识客体的变化速度在不断加快。据统计，20世纪以来，通讯的速度增加了一千万倍，记录信息的速度增加了一百万倍，运输速度增加了一百倍，在这样一个高速度的世界面前，单凭人们加快自己的认识速度已经无法达到要求。

        电子计算机的出现为人类认识自然和改造自然带来了新的革命，其中一个很主要的原因是电子计算机有极快的运算能力。电子计算机可以在很短的时间里根据所获得的信息建立起客体的模型，并且不断地把从模型推出的结果和实际情况加以比较，根据比较结果又迅速修改模型。所以运用电子计算可以准确地认识自然界那些迅速变化而且变化过程相当复杂的事物。在这方面，人类对天气变化规律的认识是一个明显的例子。

        古人云，天有不测之风云，风云之所以不可测，常常是因为气象学家从获得观察数据、建立模型到作出预报，并根据预报和事实符合程度修改模型，需要相当长的时间。在预报作出之前，天气情况可能早就变了。认识速度跟不上天气变化速度，是长期以来天气预报不准确的重要原因。

        1910年里查德森通过大量计算对伦敦天气作了6小时预报，但结果与预报严重不符。事后他总结时认为，并不是计算方法有问题，而是运算速度太慢。半个世纪后的今天，由于大型电子计算机的出现，预报只需要几分钟时间就可作出，气象预报准确程度大大提高。

        增加“实践—理论—实践”这一循环的速度，可以大大提高实践活动的效率。很多时候，即使认识对象比较稳定，变化速度不快，反馈逼近速度也是十分重要的，尤其是对于那些复杂的认识对象。因为一个认识过程拖得越久，在实践过程中碰到的干扰也就越大。

        摩尔根之所以能发现染色体是基因的携带者，和他注重“实践—认识—实践”的速度是分不开的。我们知道，利用生物杂交繁殖来研究遗传规律时，“实践—理论—实践”的速度直接和生物的繁殖周期长短有关。孟德尔用豌豆作试验，他至少要一年后才能观察到杂交的结果。摩尔根为了提高实践的效率，曾经试过多种生物。他要寻找一种繁殖周期短，在实验室中便于控制和观察的生物。他试过白鼠、老鼠、鸽子甚至蚜虫，最后才找到果蝇。果蝇生命周期只有10天，一年中可以传30代，而且性状便于观察，干扰少。这样，摩尔根大大提高了“实践—认识—实践”的速度，开创了遗传学研究的新纪元。

        20世纪30年代，遗传学家比德尔和塔图姆曾学习摩尔根用果蝇做实验，最初他们的结果没有超出摩尔根。后来，他们改用红色面包霉作实验。红色面包霉生命周期更短，实践—认识—实践速度又一次大大加快，并且取得了新的可观察量和可控制量，他终于发现了基因和酶之间的联系，使遗传学有了生物化学的根据。

 

 

5.6 反馈过度

        使人们的认识常在错误中振荡的另一个原因是反馈过度。

        我们知道，导弹打飞机是依靠负反馈调节实现的。虽然飞机为了使自己不被击中，总是不断地改变自己的飞行方向，但导弹中有一个调节装置，可以不断地把飞机每一时刻的实际位置和导弹的实际位置进行比较，当两者有差距时，调节装置就根据这个差距改变导弹的飞行方向，使差距不断缩小，直到击落飞机为止。这一负反馈调节如果搞得不好，就会出现故障，发生振荡现象。

        例如某一时刻导弹的寻的装置发现自己的飞行位置在飞机的左边，导弹的调节装置根据这一信息调整飞行方向，使导弹向右飞行。但如果调得不够精确，一下子偏过了头，就会跑到飞机的右边去。寻的装置发现导弹的位置在飞机的右边，调节装置会根据这一偏差重新调整导弹航向，使它向左飞行。如果这时调得不够精确，偏过了头，导弹又会跑到飞机左边去······

        就这样，导弹虽然运用了负反馈调节原理，不断把自己的位置跟飞机的位置进行比较，不断地修改自己的航向，但每次不是偏左就是偏右，总在目标左右摇摆，不能顺利地逼近目标。显然，这样的导弹是打不下飞机的。负反馈调节出现的这种振荡现象是什么造成的呢？如果我们检查一下导弹，它的寻的装置和飞行装置都没有什么毛病，问题出在控制装置中，控制装置接到寻的装置发现的位置信息后，每次都作出了过头的调节，从而形成振荡。这被称为反馈过度现象。

        现代科学指出，任何负反馈调节系统如果出现反馈过度，都会从一个逐步逼近目标的稳定过程转化为振荡过程。

        神经生理学指出，人肌肉的有目的运动都是靠一系列反馈来进行的。比如用手去拿一件东西，人的手靠眼—目的物—手—大脑之间的反馈调节使手不断逼近目的物。如果人的神经系统受到损伤，使得每一次调节作出过头的反应，就会形成振荡，手在目的物周围摆来摆去，拿不到东西。这种振荡在医学上称为目的性震颤，是小脑受到伤害而出现的一种疾病。

        在第三章我们曾经研究过不稳定和周期性振荡现象，我们曾经指出，那些相互作用过分强烈的系统往往会发生振荡。

        类似的现象不仅发生在无生命和有生命的自然界，也发生在人们的认识过程中。导弹、人体运动和人们的认识过程虽然属于不同的运动层次，它们运动规律的复杂程度大不相同，但作为负反馈调节系统，它们具有一些共同的规律性。在导弹的例子中需要逼近的目标是飞机，在手的运动中逼近的目标可能是一只杯子，在认识过程中逼近的目标则是客观真理。如果在逼近过程中出现了反馈过度的现象，不管系统的运动属于哪一层次的，都会发生振荡。这对于“实践—理论—实践”模式也不例外。

        我们在用实践检验理论的过程中，发现了理论不符合实践结果的偏差。自然必须通过修改理论以使之符合客观实际。但如果在修改理论时作出反馈过度的反应，也就是说对理论作出过头的修改就会发生认识过程的振荡现象，使我们的认识从一种极端走向另一种极端，从一种片面性走向另一种片面性。

        科学史上一个著名的例子是物理学中对光的本性的认识。17世纪，物理学家根据光的直线传播、折射、反射等实验提出微粒说，认为光是一种粒子。随着实践的发展，物理学家发现粒子说不能解释光的衍射、干涉等现象，于是物理学家修改了理论，放弃粒子说，提出了波动说。特别是电磁波发现后，光的波动说得到肯定。到19世纪，粒子说几乎完全被抛弃，物理学家都确信光是一种电磁波了。20世纪初，光压以及光电效应被发现，这是波动说无论如何不能解释的，科学家不得不重新考虑光的粒子说。

        三个世纪以来，虽然对光的本性的认识在发展，但走过了一段曲折的道路。人们要么抛弃波动说，全盘肯定粒子说，要么抛弃粒子说，全盘肯定波动说。光学在粒子说—波动说—粒子说之间振荡。这一振荡直到量子场论对光的本性作出正确的解释才结束。

        如果说，在历史上人们认识过程虽然发生了振荡，但还总是在振荡中逼近真理的话，那么对于个人的认识过程，反馈过度作为一种思想方法可能使振荡根本稳定不下来。研究者无论怎样修改自己的理论，都不能使它和实践符合。人们常常因为振荡在错误中徘徊。尽管有的人一直在实践，一直在修改自己的理论，但从来也没有提出过正确的理论。

        当然，在人类认识真理的长河中，我们用“实践—理论—实践”逼近客观真理，出现反馈过度是难免的。而且，大多数事物的认识过程都是先经过在错误中振荡，在波浪式的前进中慢慢接近真理的。但是，分析出现波浪式振荡的原因，使以后的认识过程少走弯路，是当代科学家和哲学家的重要任务。在这方面，现代科学研究反馈过度产生的原因以及用以消除振荡的方法，对认识论研究是很有意义的。

        非常有趣，科学研究指出，认识过程之所以反馈过度或不够准确，跟一种叫“可判定条件不成立”的现象有关。下面我们来研究这个问题。

 

 

5.7 可判定条件

        在运用“实践—认识—实践”这一模式时，我们是根据实践结果和理论结果之间的误差来修改理论，使理论不断完善而逼近客观真理的。显然，这里有一个大前提：实践结果和理论结果之间的误差必须要能够反映理论跟客观真理的接近程度。也就是说误差越大，反映理论越不正确，误差变小，反映理论在逼近真理。这个大前提我们称之为“可判定条件”。

        在一般情况下，认识过程中可判定条件是成立的。我们举一个人们认识苯的分子结构的例子来说明可判定条件。早在1825年法拉第就发现苯了，化学分析表明苯有6个碳原子和6个氢原子。那么这些原子组成的苯分子结构是怎样的呢？19世纪的化学家凯库勒曾经设想苯的结构是，根据这一结构，苯应当具备与三键有关的化学性质，而实际上苯的性质并不活泼，理论结果与实践结果差距较大。于是凯库勒修改了他的理论，又提出了一个新的结构（图5.4）：

         这个环状结构没有三键，跟实验比较符合。凯库勒就得到了初步正确的模型。但是这个模型也不是一点问题没有。模型中有了个双键，但是实际上苯并不具备双键的活泼性质。理论结果与实践结果仍然有些误差，模型必须进一步修改。今天，人们认为苯的结构应是：苯分子的6个碳原子不仅形成环，而且形成大键，6个碳原子都是等价的（图5.5）。这更符合实验结果。对比这三种苯结构的模型，人们的认识过程是朝着实践结果与理论结果的误差逐步减小的方向发展的。误差最小的理论被认为是最正确的理论。

        那么可判定条件是不是永远成立呢？不一定。

        在某些情况下，人们的某一具体认识过程或认识过程的某些阶段也会出现可判定条件不成立的现象。也就是虽然有时候实践证明某一理论有误差，但它可能是正确的。有时候实践证明某一理论误差很小，但它可能是错误的。原因很简单，人们认识自然规律都是在一定生产力、一定科学技术条件下进行的，可判定条件也只能根据当时人们所掌握的可观察量和可控制量完全可能有不同的判定结果，因此认识过程的某些阶段出现可判定条件不成立的现象是完全可能的。

        我们举一个例子，20世纪20年代，薛定锷试图用波动方程来建立氢原子中电子运动的模型。他先考虑了相对论效应，得出一个方程。经过实验验证，这一方程跟实验结果误差很大，这使他很失望。过了一个多月，他修改了模型，不考虑相对论效应，得到一个新的方程。这就是今天著名的薛定锷方程。根据这一方程算出的结果与实验符合得很好。但是，后来人们才发现，并不是薛定锷的前一个方程不对，而是电子的自旋当时没有被发现，所以实验结果和第一个方程有较大的差距。以后这个方程由别人重新发现，它就是克莱因—高登方程。描述基本粒子的行为，它比薛定锷方程更正确。

        这个例子说明，在一个具体的认识过程中，跟实验不符合的模型并不一定不正确。科学史上有不少这种令人遗憾的例子。科学家常常因为理论与实验结果暂时不符而放弃了许多先进的思想。地球自转的观点之所以长期不能被人接受，因为在惯性定律和万有引力发现之前，人们怎么也无法解释地球运动不构成地球上人运动障碍的问题。牛顿发现的万有引力定律，也差一点被他放弃掉。因为根据当时测量的子午线算出的引力大小跟他的理论不符合。以后有了更精确的数据，他才开始坚定起来。

        可判定条件不成立给认识过程带来了极大的难题。因为任何科学家在建立理论的时候，都不可能一下子就提出正确的模型。他要经历一个艰难的摸索过程，要先提出许多假说，将这些假说跟实验结果相比较来修改假说。可判定条件不成立，那就等于使科学家失去了修改的标准，他将不知道模型应当朝什么方向修改。这种困难在科学研究中，尤其在那些艰苦的开创性工作中大量存在。科学家经常像瞎子摸象一样来寻找真理。这在反馈调节中等于把鹰的眼睛蒙起来去抓兔子，反馈调节变成了一个随机控制，只有抓到兔子，才能停止探索。

        科学史上，不少有远见卓识的大科学家能甩开可判定条件不成立设下的障碍，即使实验结果并不支持他的新理论，他也不会鼠目寸光地轻易抛弃自己的观点，这往往使他们能远远地超越他们同时代的科学家，取得突破性的进展。19世纪罗巴切夫斯基和黎曼的非欧几何建立的时候，在现实世界找不到一点它们的物理意义。直到20世纪相对论建立的时候，非欧几何才找到了用武之地。

        那么究竟是什么力量在发生作用，是什么标准指导着这些科学家绕过层层暗礁而不迷失方向呢？

        在以实践作为检验真理的最终标准的同时，人们还运用着一些中间标准。这些中间标准和“范式”有关，科学的范式思想由美国科学家库恩提出后，近年来受到国际学术界的广泛重视。

        为了说明中间标准怎样在可判定条件不成立时帮助科学家找到使自己理论逼近真理的方向，我们举几个例子。

        爱因斯坦为了解释光的二重性，曾提出了“导场”的理论。这种理论和现在的量子场论图像有很大的类似性，成功地解释了光行为的波粒两重性。但是，这种理论和能量守恒原理矛盾，它导出动量与能量仅仅在统计上成立。而爱因斯坦是相信能量守恒定理是自然界普遍适用的真理，是真理统一性的表现，因此，爱因斯坦虽然很喜欢自己的“导场”理论，但从未发表它，并且没有认真地把“导场”理论当作一回事。后来这个问题被薛定锷理论解决。在这里，爱因斯坦对真理统一性和能量守恒定律的信仰，就是一种中间标准，它帮助爱因斯坦在认识真理过程中少走弯路。

        20世纪20年代，物理学家在研究β衰变时发现，原子核放出电子的能量不等于原子核失去的能量。为了解释这一实验事实，科学家提出三种可能的假说：

        （1）能量守恒定律在这里不成立；

        （2）能量守恒定律仅仅在统计意义下成立；

        （3）有一种尚未发现的新粒子，带走了一部分能量，这种新粒子不带电荷，穿透力极强，不易发现。

        这三个假说在当时实验条件下均不能被检验。当时著名物理学家泡利提出并支持第三个假说，这就是中微子假说。结果30年代中微子发现了，泡利的预见是对的。泡利之所以敢作这种预见，也是因为他掌握正确的中间标准。

        这类事在科学史上很多，大家知道，1900年普朗克提出了能量子学说，认为能量是不连续的。现在我们知道，这是物理学上一个意义重大的革命。但在当时，能量子学说是与经典力学根本对立的，这种对立使新的理论看起来与许多经典的事实不符合，从而显得错误百出。因此新理论并没有给普朗克带来信心。到了1911年普朗克终于顶不住内心的压力而部分修改了他1900年的理论。到1914年，他又进一步修改了能量子理论，认为不论能量发射还是吸收都是连续的。普朗克的倒退说明了什么？说明一个科学家如果只根据眼前的实验事实来修改自己的理论，就可能放弃许多超越同时代人的先进思想。

        从哥白尼日心说的确立过程更可以说明正确的中间标准对认识论的意义。前几年，一位科学家用一台大型电子计算机对托勒密的本轮说进行研究，得出一个惊人的结论。他发现，运用本轮体系来预测星的方位，只要运用为数不多的本轮，计算并不像人们传说那样错误百出。哥白尼日心说算出的结果本质上并不比托勒密学说来得准确。日心说的算法反而更复杂一些。如果从和实验观察符合程度来讲，两个模型是一样的。那么为什么哥白尼的日心说会引起近代自然科学的一场革命呢？有很多人曾坚持说，这是因为哥白尼的日心说解释了地心说无法解释的现象，如行星的逆行等。

        当然，用哥白尼学说可解释的自然现象比用托勒密学说解释的现象来得多，所以哥白尼学说比托勒密学说更接近真理。但这只是历史的结论，在哥白尼时代，甚至直到牛顿力学奠定之前，是不能这样讲的。当时，由于惯性定律和万有引力均没有发现，哥白尼学说甚至和人们的常识矛盾。实际上，托勒密在提出地心说时，是知道日心说的，但他因觉得如果地球在转动，那么人由东向西行走都不可能，因此地球动是不可思议的。

        在哥白尼时代，托勒密对日心说提出的问题仍然存在，因为惯性定律和万有引力均没有发现。所以，哥白尼时代先进的科学家是很难从哪一种学说和实验更符合事实来判定谁是真理的。也就是说可判定条件不成立。那么是什么因素促使在哥白尼及其以后的时代日心学说被越来越多的科学家接受呢？

        国外很多科学史家认为，这和范式转变有关。哥白尼学说对托勒密学说在科学上是进步，是代表思想解放潮流的。而托勒密学说当时却为愚昧反动的教会所拥护。现代科学史家把范式看作一个时代一群科学家所共同遵守的一些准则。认为范式对科学理论影响极大。

        我们认为，所谓范式，实际上就是当在鉴别真理时，由于可判定条件不成立，人们在运用实践是鉴别真理最终标准时，同时使用的一些中间标准。它们不是鉴别真理的最终标准，但是一些中间路标，对把认识过程引向正确的道路，减少错误是有意义的。

        也必须指出，目前科学哲学界关于范式的研究是很不成熟的。我们认为，通过科学家和哲学家的共同努力搞清楚范式究竟是什么以及它在认识论中的意义是很重要的。

 

 

5.8 科学和人

        最后，我们从黑箱认识论角度来谈谈什么是自然规律以及它们和人的关系。

        哲学家把规律定义为现象间的本质联系，黑箱理论则将规律看作变量间的约束。实际上这些说法是等价的。为什么可以把规律看作黑箱输入和输出或者输出之间的联系？就拿牛顿第二定律为例，它无非是说当变量F、m、a三个之中任意两个的值确定之后，第三个变量的值就不是任意的了。

        有规律可循，就是变量联系可能性空间存在着缩小的可能。尽管变量的形式可以各式各样，规律总可以表示或联系可能性空间的缩小（即约束）。发现规律就是确定变量之间的联系。

        规律可以分为一般规律和特殊规律。某一规律成立所依赖的条件越少，这一规律越普遍。水在100℃沸腾；三角形两直角边平方之和等于斜边的平方、熵增加、能量守恒等等都是规律，但它们的普遍性不同：

        水在100℃沸腾依赖的条件是压力为一个大气压、水的纯度一定、没有外场存在等。

        三角形勾股定理只有在欧氏空间成立。

        熵增加成立的条件是孤立体系。

        而能量守恒则是最普遍的规律。

        黑箱认识论指出，人类对规律普遍程度的认识取决于其变革世界的能力，随着人控制自然的能力的增加，其认识规律的普遍性越大。因为人是在改造和控制世界的过程中认识规律的，只有改造世界的能力大到一定程度，才能发现自然界更深层次的不变量。古人不知道水在100℃沸腾是特殊规律，因为他们不能控制气压，因此也不可能找出这一特殊规律所依存的条件。如果人不是先认识了机械能，控制了热能、电能等，则能量守恒定律就不会被发现。

        人类认识规律是一个逐步展开的过程。随着人类观察和改造客观世界的能力增强，变量及变量之间的约束关系也越来越多地被发现。人们原来所发现的变量之间的约束关系随着科学的发展往往被发现是处于更多变量的约束之中。也就是说，随着科学的发展，人们将发现更多的规律所依存的条件。这实际上就意味着一个普通规律将越来越下降成为一个特殊规律。

        这种现象在科学史上是极为明显的。到目前为止，19世纪人们公认的那些自然界的最普遍的规律，几乎没有是无条件成立的。

        19世纪能量守恒定理被认为是最普遍的规律，相对论出现后，它变为低速运动中的特殊规律，而代替它成为规律的则是质能转化规律。

        19世纪化学元素被认为是不变的，随着放射性的发现和人对放射性控制的加强，元素的变化实现了，继而质子和中子被认为是不变的。

        20世纪50年代前，宇称守恒被认为是自然界的普遍规律，随着弱作用的研究和发现，证明这一规律只是对强作用适用的特殊规律，而一个新的规律被提出来了：如果系统实行镜映射，同时把物质变为反物质，那么新的守恒是存在的。

        这种规律的普遍性下降现象说明人类的认识过程是有方向性的，这种方向使科学按照由低级向高级的顺序展开。它也说明人所认识的自然规律都是以人为中心向纵深延伸的。

        黑箱认识论还指出，人从不把完全可控的客体当作科学研究的对象。一条船在海里航行，航向受风、海浪、机械误差等很多因素的影响，船长并不是把一切因素都作为研究对象的，实际上船长想到的是增强对舵的控制能力，用反馈控制来排除这些干扰，只有当这些影响不可控制的时候，它们才会成为科学研究的对象。

        所以说当人类对自然谋求更大的控制权时才会产生科学。而那些人类一时无法控制但又企图去控制的事物便会成为科学研究的第一批对象。人类一旦认识了那些不可控制的变量与我们可以控制的变量之间的联系，其控制权就扩大到那些原先不可控制的事物中去了。认识到的这种联系被称为自然规律。这些规律使人的控制范围扩大，这扩大了的范围又成为科学的新起点······

        因此，科学有一个中心，有一个出发点，这个中心就是人本身，而出发点则是他最初所具有的控制能力及其可能控制的那一批变量。原始人只有一双手和一身力气，他最初的控制变量是其力所能及的物体的位置，他可以把木柴堆到一起，可以钻木取火。人一旦控制了火，就有可能控制简单的化学反应，可以炼铁。铁使人对自然界的控制权进一步扩大了，······科学技术就这样开始发展起来。

        人作为科学的中心，他的四肢能控制的变量和五官能感到的变量就是科学技术的出发点。人类所使用的工具和仪器都是围绕着这个出发点而发明的，从这个出发点开始，一圈一圈扩展开来，伸向无穷远处。科学的光辉照亮了黑暗的宇宙，而这光辉的源泉就是人。

        理解到这一点，给我们什么启示呢？它告诉我们，一个时代人所认识的真理都是相对的，它直接依赖于人在自然界的位置和人控制自然的能力。它告诉人们，就科学本身来说，它永远是围绕着人为核心展开的。深入理解这一点，对于认识自然界和认识我们自己，都是重要的。它也是控制论、科学方法论得出的最重要的结论。