科學(xué)哲學(xué)中的兩種理論還原進(jìn)路探析

智廣元

(廣州中醫(yī)藥大學(xué) 人文社科學(xué)院，廣東 廣州510006)

科學(xué)哲學(xué)研究的一個重要對象是科學(xué)理論及其關(guān)系，理論還原是科學(xué)哲學(xué)的一個重要論題。句法觀與結(jié)構(gòu)主義是科學(xué)哲學(xué)中的兩大理論觀:前者是以句法觀為依托的理論還原進(jìn)路，追求形式化與邏輯演繹，從美國科學(xué)哲學(xué)家歐內(nèi)斯特·內(nèi)格爾的經(jīng)典還原模型到生物哲學(xué)家肯尼斯·斯蓋夫奈爾的一般還原模型、一般還原取代模型，演繹精神逐漸弱化直至失敗;后者是以結(jié)構(gòu)主義為依托的理論還原進(jìn)路，把科學(xué)理論看做由集合論謂詞表達(dá)的公理化的、數(shù)學(xué)化的概念框架，所謂“理論還原”就是兩個理論的數(shù)學(xué)框架同構(gòu)。目前，后者是國際上探究理論還原問題的一條主要進(jìn)路，而國內(nèi)在該方面的研究相對較少。探析這兩大理論觀中的還原進(jìn)路，將有助于理解科學(xué)理論及其結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系等問題。

一、句法觀及其理論還原進(jìn)路

按照邏輯經(jīng)驗主義的理解，科學(xué)理論是可以采用一階語言表達(dá)的、部分在經(jīng)驗上得到解釋的公理化演算系統(tǒng)。這樣，理論就是語言學(xué)實體，由一階語言的句法關(guān)系所決定，故而被稱為理論的句法觀或陳述觀。從形式上看，一個演算就是一個三元組T= ＜L，→，A ＞。這里，L 是形式語言(語句的集合)，A 是L 的遞歸子集(演算的公理)，→是聯(lián)系L語句的有限集合的遞歸演繹謂詞。T 的定理是依據(jù)→從公理A 中推導(dǎo)出的L 語句。形式語言L 的理解I 是從L 到{0，1}的函數(shù)，這樣，如果對于S 中的所有B，I(B)=1，并且S→T，那么對于T 中的所有B，I(B)=1。部分理解是I 的理解，I 是一個部分函數(shù)，即僅依賴L 的子集Dom(I)來定義。這樣，科學(xué)理論的主體應(yīng)該被看做部分得到理解的演算T = ＜L，→，A，I ＞。在這個意義上，公理相當(dāng)于理論命題，部分演算與這些命題的經(jīng)驗基礎(chǔ)或檢驗結(jié)果相關(guān)。

在理論的句法觀理解中，關(guān)于還原論思想的最早論述見于美國邏輯實證主義的代表魯?shù)婪颉た柤{普。1938 年，卡爾納普在《統(tǒng)一科學(xué)的基礎(chǔ)》中發(fā)展了“定律統(tǒng)一”的概念。所謂“定律統(tǒng)一”就是建構(gòu)定律的同質(zhì)系統(tǒng)?？柤{普認(rèn)為，對于整個科學(xué)，一個學(xué)科的定律能夠從另一個學(xué)科的定律中推導(dǎo)出來。20 年后，哲學(xué)家鮑爾·奧本海默與希拉里·普特南詳細(xì)說明了這個概念，明確提出“把科學(xué)統(tǒng)一作為一個工作假說”，從4 個方面概括了還原論綱領(lǐng)的基本內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)理論的可推導(dǎo)性關(guān)系。內(nèi)格爾意圖彌補(bǔ)可推導(dǎo)性所存在的鴻溝，補(bǔ)充了可連接條件，并給出了這兩個條件的形式化和“理論還原說”的最早、最清晰的定義，被稱為“理論還原說”的經(jīng)典模型——“還原是以一個(通常但不總是)對某個其他領(lǐng)域表述的理論來說明在一個研究領(lǐng)域中已經(jīng)確立起來的一個理論或一組實驗定律”［1］。該模型的形式化表達(dá)為:TB∧B∧A→TR，其中TB、TR分別表示還原理論與被還原理論，B 表示橋接原理，A 表示輔助假設(shè)(可有可無)，→表示邏輯推導(dǎo)。

理論還原模型提出后，受到了諸多哲學(xué)家的批判。例如:美國科學(xué)哲學(xué)家費(fèi)耶阿本德著重指出內(nèi)格爾模型中的兩個預(yù)設(shè)“邏輯演繹性”與“意義不變性”都不能滿足，美國哲學(xué)家尼克斯認(rèn)為內(nèi)格爾還原模型太狹隘，英國科學(xué)哲學(xué)家菲利普·凱切爾以經(jīng)典遺傳學(xué)與分子遺傳學(xué)的具體案例否認(rèn)還原的可能性。為了解決這些困難，斯蓋夫奈爾重新定義了還原，提出了理論的一般還原模型(GR)。［2］“斯蓋夫奈爾提出的理論還原模型在討論還原的文獻(xiàn)中起到了重要作用。”［3］一般還原模型容許還原理論與被還原理論的修正，提出了“強(qiáng)類似”的非形式條件。如果與分別為TB、TR的修正版本，那么∧B∧A→，且TR與、TB與之間具有“強(qiáng)類似”關(guān)系?！八股w夫奈爾修正了內(nèi)格爾模型而保持了它的靈魂?！保?］斯蓋夫奈爾的分析是一個“精致的內(nèi)格爾式的框架”［3］。該模型被廣泛采用，尤其是在生物學(xué)領(lǐng)域，聲稱抓住了孟德爾遺傳學(xué)到分子遺傳學(xué)的還原的本質(zhì)。但是，當(dāng)代生物學(xué)哲學(xué)的奠基人之一霍爾等人注意到孟德爾遺傳學(xué)與分子遺傳學(xué)之間存在著“多—多對應(yīng)”關(guān)系以及“強(qiáng)類似”條件難以實現(xiàn)等問題。為了應(yīng)對這些質(zhì)疑，斯蓋夫奈爾提出了更精致化的還原模型:一般“還原——取代”模型(GRR)。該模型形成一個連續(xù)統(tǒng)，完全還原與完全取代分別是這個連續(xù)統(tǒng)的兩端。這樣，該模型把保留了共同經(jīng)驗領(lǐng)域的理論取代也看做了理論還原，模糊了理論還原與理論取代的界限。這已與反還原論者的觀點趨于一致，從而與內(nèi)格爾建立理論還原模型的初衷相去甚遠(yuǎn)。例如，依照這種模型，氧化理論被還原為燃素理論。在化學(xué)史上，燃素理論流行100 多年，最后被證明燃素是不存在的，取而代之的氧化理論才是解釋燃燒問題的正確理論。至此，這種理論還原進(jìn)路已經(jīng)走進(jìn)了死胡同。

二、結(jié)構(gòu)主義及其理論還原進(jìn)路

“結(jié)構(gòu)主義科學(xué)理論是在邏輯經(jīng)驗論的公認(rèn)觀點的困難無法解決的情況下興起的?！保?］科學(xué)哲學(xué)中的結(jié)構(gòu)主義學(xué)派是由威爾考克斯·阿當(dāng)斯和帕特里克·蘇佩斯開創(chuàng)，由約恝夫·史尼德、斯泰格繆勒、巴爾澤爾、穆林斯等人繼承和發(fā)展的。依照結(jié)構(gòu)主義的理解，理論具有集合論謂詞表達(dá)的數(shù)學(xué)化結(jié)構(gòu)，理論還原實質(zhì)上就是使兩個理論的結(jié)構(gòu)同構(gòu)?！巴瑯?gòu)定義只依賴于一個理論模型的集合論特征?！保?］(P81)這種結(jié)構(gòu)概念源于布爾巴基學(xué)派的“種結(jié)構(gòu)”概念。如果A、A′都是非空集合，R、R′ 分別是A 與A′上的二元關(guān)系，稱結(jié)構(gòu)＜A，R ＞與結(jié)構(gòu)＜A′，R′＞同構(gòu)，當(dāng)且僅當(dāng)，存在滿足下述條件的函數(shù)f:(1)f 的定義域是A，f 的值域是A′;(2)f:A→A′ 是一一對應(yīng)的函數(shù);(3)對于A 中的任意x 與y，稱xRy當(dāng)且僅當(dāng)f(x)R′f(y)。1950 年代，阿當(dāng)斯把理論看做集合論實體，認(rèn)為科學(xué)理論可以用一個對集來表示:T= ＜C，I ＞，其中C、I 均為有序n 元組，前者由所有滿足集合論謂詞的實體組成，稱為理論的“特征集合”;后者由這些理論所應(yīng)用的所有實體組成，稱為理論的“預(yù)期理解”的集合。［7］這樣，科學(xué)理論就失去了句法屬性，等同于集合論謂詞刻畫的結(jié)構(gòu)，所以，這種理論觀被稱為理論的“非陳述觀”或“結(jié)構(gòu)主義觀”。“我將涉及……作為語句集合的理論概念，稱之為理論的非陳述觀”。［8］隨后，蘇佩斯建議在科學(xué)哲學(xué)中放棄使用形式語言。史尼德采納了蘇佩斯的建議，發(fā)展了阿當(dāng)斯的定義集合論謂詞的公理化方法，發(fā)展了這個理論的核心經(jīng)驗斷言，于1971 年出版了《數(shù)學(xué)物理學(xué)的邏輯結(jié)構(gòu)》一書，這標(biāo)志著科學(xué)哲學(xué)中結(jié)構(gòu)主義流派的出現(xiàn)。斯泰格繆勒進(jìn)一步發(fā)展了史尼德的觀點，著重發(fā)展了理論的動力學(xué)觀點。1987 年，史尼德、巴爾澤爾、穆林斯三人合作出版了《科學(xué)的構(gòu)造設(shè)計——經(jīng)驗知識局部和綜合的結(jié)構(gòu)》一書，“這本書被稱為‘結(jié)構(gòu)主義的綱要’”［9］，標(biāo)志著結(jié)構(gòu)主義已經(jīng)成為科學(xué)哲學(xué)中一個有極強(qiáng)競爭力的研究綱領(lǐng);1996 年和2000 年，三人又合作出版了《科學(xué)的結(jié)構(gòu)主義理論:核心問題與新的成果》和《結(jié)構(gòu)知識的再現(xiàn):范例》，發(fā)表了關(guān)于結(jié)構(gòu)主義的一系列論文，此后結(jié)構(gòu)主義日益豐富并不斷發(fā)展。

從方法論上講，庫恩、拉卡托斯與勞丹一樣，結(jié)構(gòu)主義者的考慮對象不僅是單個理論，還包含理論演化以及由此形成的整個理論序列。最初，阿當(dāng)斯用還原表達(dá)理論之間的關(guān)系，史尼德采用這個概念處理庫恩的常規(guī)科學(xué)與科學(xué)革命的概念以及理論之間的關(guān)系。斯泰格繆勒沿用了這個提議，重點處理了發(fā)生科學(xué)革命的理論之間的關(guān)系。后來，巴爾澤爾、穆林斯與史尼德等人進(jìn)一步闡述了理論還原問題。

我們首先來看阿當(dāng)斯的理論還原模型。阿當(dāng)斯在《剛體力學(xué)的公理化基礎(chǔ)》(1955 年)和《剛體力學(xué)的基礎(chǔ)與從粒子力學(xué)的定律中推演剛體力學(xué)的定律》(1959 年)兩篇論文中討論了理論還原問題。在分析熱力學(xué)到統(tǒng)計力學(xué)的還原案例時，阿當(dāng)斯依據(jù)他的理論觀，提出了理論還原的形式條件，并認(rèn)為這些條件適用于任何還原。如果T = ＜C，I ＞，T*= ＜C*，I*＞，T 被還原到T*，用ρ 表示兩者的還原關(guān)系，當(dāng)且僅當(dāng):(1)如果i∈I，那么存在i*∈I*，使得iρi*;(2)如果c*∈C*且cρc*，那么iρi*。條件(1)被稱為可連接性條件，如果基于關(guān)系ρ，T被還原到T*，那么對于T 中i 的任一預(yù)期理解，一定存在T*中i*的相應(yīng)預(yù)期理解，使得i 與i*具有關(guān)系ρ;條件(2)被稱為可推導(dǎo)性條件，如果實體c*滿足與T*相關(guān)的集合論實體，并且c 與c*具有關(guān)系ρ，那么c 將滿足與T 相關(guān)的集合論謂詞。大致地，如果一個對象滿足“理論T*的定律”，并且其他對象與這個對象具有關(guān)系ρ，那么其他對象也將滿足“理論T 的定律”。(1)與(2)結(jié)合表明，所謂“理論還原”就是實現(xiàn)兩個理論的同構(gòu)，都具有＜C，I ＞的結(jié)構(gòu)形式;并且，如果T 被還原到T*，那么，若T*是正確的，則T 也是正確的。阿當(dāng)斯把這個結(jié)論稱為“正確性結(jié)果”，并把它看做“這是我們對還原的直覺要求”［10］。阿當(dāng)斯的這些還原論述主要存在三個問題:一是許多還原的傳統(tǒng)案例不滿足阿當(dāng)斯的還原分析，二是沒有詳細(xì)地考慮還原關(guān)系的“語義本質(zhì)”，三是沒有考慮不同的還原類型。第一個方面批評了阿當(dāng)斯還原分析的核心，后兩個方面批評了阿當(dāng)斯還原分析的不完備性。例如:阿當(dāng)斯的“正確性結(jié)論”難以成立，因為可推導(dǎo)性的要求太強(qiáng)。

1970 年代，史尼德與斯泰格繆勒發(fā)展了阿當(dāng)斯的理論觀，認(rèn)為經(jīng)驗科學(xué)的最基本單位是理論元素，即T= ＜K，I ＞。其中，K 被稱為“理論核心”，是一個純粹形式化的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，K= ＜Mp，Mpp，r，M，C ＞，這里Mp是T 的可能模型集;Mpp是T 的部分可能模型集;r 是一個“剔除”Mp中的理論內(nèi)容得到Mpp的“限制函數(shù)”，即Mpp= r［Mp］;M 是T 的模型集(M?Mp)，C 是對于可能模型集Mp的約束;I 是理論的預(yù)期應(yīng)用域，是不能完全形式化的部分。理論元素之間形成了復(fù)雜的理論網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而構(gòu)成整個科學(xué)理論體系。他們接受阿當(dāng)斯的還原論述，并用來處理歷時態(tài)的理論還原關(guān)系，包括庫恩所稱的“科學(xué)革命”?！?史尼德)從結(jié)構(gòu)主義角度對科學(xué)理論重新進(jìn)行形式化的研究，而且以此來處理歷史學(xué)派的理論發(fā)展觀。他試圖將邏輯和歷史，形式化和非形式化有機(jī)地結(jié)合起來?！保?1］他們認(rèn)為理論的發(fā)展就是舊理論不斷發(fā)展，最終成為新理論的一部分。如果兩個理論的理論元素之間存在著還原關(guān)系，當(dāng)且僅當(dāng)Mpp與M*pp存在著一與多的關(guān)系，使得T 的預(yù)期應(yīng)用同T*的預(yù)期應(yīng)用相關(guān)聯(lián)，并且T 的預(yù)期應(yīng)用包含在T*相關(guān)的預(yù)期應(yīng)用之中?！八固└窨娎盏倪€原概念源于阿當(dāng)斯與史尼德的工作。依據(jù)這條進(jìn)路，還原關(guān)系能夠被看做匹配關(guān)系，通過它們的潛在模型之間的關(guān)系，聯(lián)系兩個理論的概念結(jié)構(gòu)?！保?2］但這種還原論述仍然存在著很多缺陷。艾耶爾批判了史尼德和斯泰格繆勒對還原的闡述，并對他們的這些定義作出了一些修改;而斯泰格繆勒和一些人斷言:史尼德的論述應(yīng)該被拓展，納入較弱的近似還原的概念。這些批判意見都被考慮進(jìn)了1980 年代的還原理論中。

這樣，“還原關(guān)系本身實質(zhì)上是從被還原理論T的部分可能模型的集合Mpp的子集到還原理論T*的部分可能模型的一多對應(yīng)(即函數(shù)變換)”［13］。與阿當(dāng)斯的還原模型相比，這個還原模型中的理論元素M 與阿當(dāng)斯定義中的C，公式(1)(4)分別與阿當(dāng)斯模型中的(1)(2)大致相對應(yīng)——雖然這一模型遠(yuǎn)比阿當(dāng)斯的模型復(fù)雜。這個模型不僅考慮了理論的預(yù)期應(yīng)用、理論的理想化因素，還考慮了理論的整體約束和整體聯(lián)系等。

三、兩種還原進(jìn)路的對比

按句法觀，科學(xué)理論的最基本特征是概念或陳述之間的邏輯關(guān)系——句法關(guān)系。按結(jié)構(gòu)主義，科學(xué)理論最基本的特征是集合論謂詞闡述的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系?！皬男问降挠^點來看，這條進(jìn)路的本質(zhì)是把集合論的公理增加到初等邏輯的框架內(nèi)，然后，在這種集合論的框架內(nèi)使科學(xué)理論公理化?！保?］(P44)對比句法觀與結(jié)構(gòu)主義的理論還原進(jìn)路，可以發(fā)現(xiàn):

其一，理論觀決定了理論還原觀，理論的結(jié)構(gòu)主義優(yōu)于句法觀。理論的句法觀蘊(yùn)含了兩個預(yù)設(shè):一是理論命題是通過假設(shè)——演繹方法來證明的，二是演繹推理具有形式化的特征。從卡爾納普的“定律統(tǒng)一性”到內(nèi)格爾理論還原模型以至斯蓋夫奈爾的GR、GRR 模型，都追求邏輯演繹關(guān)系。“所有的理論，都能以一階語言表述——有個很大的障礙。即使不是不可能，也存在著極大的困難。由此形成的綱領(lǐng)……誤導(dǎo)了科學(xué)哲學(xué)很多年?！保?4］結(jié)構(gòu)主義的理論觀或稱非陳述觀能夠更精確地表達(dá)更多的理論——從數(shù)量上講，它的使用范圍非常廣泛，適用于從所有的經(jīng)驗學(xué)科如物理學(xué)、化學(xué)經(jīng)由生物學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)與心理學(xué)到社會學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和行政學(xué)科等;從根本上講，結(jié)構(gòu)主義具有的非常明晰的概念框架，能夠很精確地進(jìn)行科學(xué)結(jié)構(gòu)的表達(dá)?！斑@樣精確化的表達(dá)方式，適用于這么廣泛的范圍，沒有任何其他類似的方法可以與之相比擬。”［15］兩者相比，結(jié)構(gòu)主義理論觀具有三個優(yōu)點:首先，結(jié)構(gòu)主義理論觀采用集合論謂詞表達(dá)理論及其關(guān)系，既能自然地排除庫恩“常規(guī)科學(xué)”概念中的非理性因素，又能有效地刻畫庫恩的“科學(xué)革命”概念及其理論關(guān)系。“這實質(zhì)上是下面的兩個斷言:(a)在陳述觀中庫恩被看成非理性的，而斯泰格繆勒的方法則沒有這種含義;(b)陳述觀中出現(xiàn)的問題(理論術(shù)語問題、先驗因素問題與不可通約性問題等)，在非陳述觀中沒有出現(xiàn)?！保?6］其次，結(jié)構(gòu)主義還原進(jìn)路強(qiáng)調(diào)理論的結(jié)構(gòu)不變性，能夠?qū)碚撝g的關(guān)系作出更恰當(dāng)?shù)奶幚?。所謂“理論同構(gòu)”只是不同理論具有相同的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)即集合論謂詞結(jié)構(gòu)，而抽象的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)具有普適性，能夠在理論轉(zhuǎn)換時仍然保留下來。所以，結(jié)構(gòu)主義還原進(jìn)路避免了堅持拉卡托斯科學(xué)研究綱領(lǐng)理論的困難，而保留了它的思想精髓。再次，結(jié)構(gòu)主義進(jìn)路融合了理性因素和非理性因素，這就排除了陷入理性一元論與理性傳統(tǒng)假定——只有單一的科學(xué)理性的源泉——的危險?！敖Y(jié)構(gòu)主義在當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)的研究中確立了形式化與非形式化、邏輯與歷史相結(jié)合的方式，確實成為一個令人注目的研究綱領(lǐng)?！保?7］

其二，兩種理論還原進(jìn)路經(jīng)歷了相似的發(fā)展過程。最初，兩種理論還原模型的兩個形式條件是相似的，都包括可連接性條件和可推導(dǎo)性條件，都強(qiáng)調(diào)可推導(dǎo)性，要求被還原理論與由還原理論導(dǎo)出的理論完全一致?！斑@是一個內(nèi)格爾、阿當(dāng)斯與史尼德所支持的基本的觀念:被還原理論的定律能夠從還原理論中推導(dǎo)出來。”［18］后來隨著模型的發(fā)展，都容納了還原理論與被還原理論的修正和近似。不同的是，句法觀中的理論還原仍堅持追求共時態(tài)的邏輯演繹性，而結(jié)構(gòu)主義理論觀中的理論還原追求理論結(jié)構(gòu)的不變性。

其三，結(jié)構(gòu)主義還原進(jìn)路包含了句法理論還原觀的邏輯演繹性的優(yōu)點，又容納了它所不能包含的歷時態(tài)的理論變化過程，具有更好的發(fā)展前景?！敖Y(jié)構(gòu)主義對當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)的重要貢獻(xiàn)也許在于提出了用靜態(tài)的形式化結(jié)構(gòu)處理科學(xué)理論動態(tài)發(fā)展的思想?！保?7］“結(jié)構(gòu)主義者表達(dá)了還原在直覺上的必要條件(desiderata)，在精神上它很接近于凱梅尼與奧本海默(1956)，內(nèi)格爾(1961)與亨普爾(1969)的經(jīng)典還原論述?！保?9］邏輯經(jīng)驗主義的還原進(jìn)路包含了理論的修正、近似等而走向死胡同，而結(jié)構(gòu)主義還原進(jìn)路包含了上述內(nèi)容且不斷煥發(fā)出新的生機(jī)。穆林斯在1996 年提出了新的結(jié)構(gòu)主義理論［9］，把科學(xué)理論理解為7 元組，T= ＜Mp，M，Mpp，C，L，A，I ＞，其中Mp，M，Mpp的含義不變，C 表示約束的集合(聯(lián)系同一個理論的不同模型的條件)，L 表示聯(lián)系的集合(聯(lián)系不同理論的模型的條件)，A 表示可容許的模糊的集合(不同模型之間能夠接受的近似程度)。這樣，科學(xué)理論模型就可能包含表達(dá)理論的模糊集合的模型之間的近似度。不僅如此，結(jié)構(gòu)主義理論觀還提出了科學(xué)理論的三層結(jié)構(gòu):理論元素、理論網(wǎng)絡(luò)、理論整體子。理論網(wǎng)絡(luò)表示由理論元素及其關(guān)系構(gòu)成的整體，理論整體子表示由“本質(zhì)性”關(guān)系使復(fù)雜的理論網(wǎng)絡(luò)緊密結(jié)合在一起而形成的整體。這表明結(jié)構(gòu)主義理論還原觀還有很大的發(fā)展空間。

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