因果關(guān)系中的范式與科學(xué)革命

摘要：因果關(guān)系主要是指近代牛頓經(jīng)典力學(xué)下的因果關(guān)系和量子力學(xué)發(fā)展實(shí)驗(yàn)中尤其是在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中的因果關(guān)系。在牛頓物理學(xué)范式下，因果關(guān)系表現(xiàn)為拉普拉斯式的決定論的形式，將必然性絕對化，完全忽視了偶然性作用的因果關(guān)系成為機(jī)械決定論。量子力學(xué)中的因果關(guān)系沖擊和顛覆了傳統(tǒng)的因果律。科學(xué)革命的本質(zhì)是范式的轉(zhuǎn)換，由宏觀世界進(jìn)入微觀世界，量子力學(xué)解釋高速的微觀世界，在不同于宏觀世界的微觀世界中，量子力學(xué)中不斷完善的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)了可以先有結(jié)果、后有原因的情況，使得人們開始重新思考原因和結(jié)果的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：庫恩;范式;因果關(guān)系;科學(xué)革命

中圖分類號：N02文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-6916（2021）23-0136-03

古希臘時(shí)期，哲學(xué)家赫拉克利特認(rèn)為世界上的一切事物都遵循著邏各斯，萬物發(fā)展都有其規(guī)律。著名思想家亞里士多德將原因分為形式因、質(zhì)料因、目的因和動力因四種。在經(jīng)典力學(xué)時(shí)期，牛頓將真正的原因等同于物理學(xué)中的力，并認(rèn)為只要嚴(yán)格地確定此種力的運(yùn)作，必然能推出彼力的結(jié)果。到量子力學(xué)時(shí)期，在微觀領(lǐng)域中粒子的性質(zhì)“測不準(zhǔn)”，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了由結(jié)果推出原因的現(xiàn)象。美國科學(xué)史家、科學(xué)哲學(xué)家?guī)於魈岢龅姆妒嚼碚撌侵冈诔Ｒ?guī)科學(xué)條件下，科學(xué)家們共同擁有的信念、價(jià)值、技術(shù)的總和，并按照這一信念對難題進(jìn)行解答。當(dāng)回答不了的問題逐漸增多時(shí)，科學(xué)的發(fā)展是通過科學(xué)革命、新范式取代舊范式來完成。

一、庫恩的范式理論

邏輯實(shí)證主義中無論個(gè)別事物如何歸納，都不能說明全部事物。證偽主義的代表波普爾以不斷證偽、不斷改變、發(fā)展的的模式作為科學(xué)發(fā)展的方法，但庫恩認(rèn)為此種方法并不能成為所有事物的發(fā)展準(zhǔn)則。哲學(xué)家維特根斯坦前期將語言作為一種“顯示”的符號，但符號間的邏輯難以將命題與意義之間的溝壑填平。受到后期維特根斯坦語言學(xué)的影響，共同體的言談確定性，決定了語義的確定性。現(xiàn)代心理學(xué)對庫恩產(chǎn)生了一定的影響，其中格式塔心理學(xué)是庫恩范式理論的最佳佐證。最為典型的是鴨兔圖，一個(gè)人在從來沒接受過兔子形狀的教育情況下，只會看出圖中鴨子的形狀。基于此背景，庫恩產(chǎn)生了動態(tài)的、歷史的、不同于以往的科學(xué)方法體系。庫恩首次將科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)相結(jié)合，被稱為歷史主義的創(chuàng)始人。對范式概念的全新賦予，是庫恩對科學(xué)哲學(xué)作出的最突出貢獻(xiàn)。

（一）范式

“范式”一詞最早的意思為“共同顯示”，來源于古希臘時(shí)期，其現(xiàn)代含義是由庫恩賦予的。關(guān)于“范式”理論，來自于庫恩的《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》（以下稱《結(jié)構(gòu)》）一書?，斔固芈J(rèn)為在《結(jié)構(gòu)》中，庫恩所說的“范式”至少具有21種不同的含義。庫恩在后來再版的《結(jié)構(gòu)》中補(bǔ)充說明了范式的兩種意義：一是某一特定共同體的成員共有的信念、價(jià)值、技術(shù)等的整體，二是這一整體的其中一種元素或?qū)唧w問題的解答。所以作為庫恩科學(xué)哲學(xué)思想中核心概念的范式，既可以看作是一種理論體系，又可以看作是一種信念，作為某一科學(xué)團(tuán)體解決問題的模型。

與范式理論聯(lián)系最為密切的是科學(xué)共同體，范式是科學(xué)共同體成員們所共同具有的東西?？茖W(xué)共同體“指的是在科學(xué)發(fā)展的某一歷史時(shí)期該學(xué)科領(lǐng)域中持有共同的基本觀點(diǎn)、基本理論和基本方法的科學(xué)家集團(tuán)”[1]。庫恩認(rèn)為：“一種范式是，而且也僅僅是一個(gè)科學(xué)共同體成員所共有的東西。反過來說，也正是由于他們掌握了共有的范式才組成了這個(gè)科學(xué)共同體?！盵2]157一個(gè)科學(xué)共同體中的成員，有著相似的文化背景，從事著相同的工種，接受過相同的教育，有著共同的語言。在共同體內(nèi)部，成員之間互相交流較為充分，從而可以得出較為一致的結(jié)論?？茖W(xué)共同體內(nèi)的成員應(yīng)該像信仰宗教一樣，去信仰他們的范式，并且將他們信仰的范式作為解決難題的范例，將自然界的一切事物囊括其中。

（二）科學(xué)的發(fā)展模式

庫恩批判繼承了哲學(xué)家波普爾的科學(xué)動態(tài)發(fā)展模式，認(rèn)為科學(xué)的發(fā)展不只是知識的簡單堆積，而是通過革命的方式實(shí)現(xiàn)。他將科學(xué)史與科學(xué)發(fā)展結(jié)合起來，提出科學(xué)的動態(tài)發(fā)展模式是：前科學(xué)—常規(guī)科學(xué)—反常與危機(jī)—科學(xué)革命—新常規(guī)科學(xué)……庫恩認(rèn)為科學(xué)革命的本質(zhì)是范式的轉(zhuǎn)換。

前科學(xué)時(shí)期，各個(gè)學(xué)派沒有統(tǒng)一的對問題的解答方式，眾說紛紜，相互爭論，相互指責(zé)。要使這種局面停止，必須出現(xiàn)一種理論，該理論可以解決別的理論所不能解決的難題。這種理論的提出表現(xiàn)為范式的建立，即進(jìn)入了常規(guī)科學(xué)時(shí)期。在常規(guī)科學(xué)時(shí)期，范式成為科學(xué)家解答難題的基礎(chǔ)。科學(xué)家竭盡所能地將所遇到的問題納入自己的范式之中，但遇到越來越多解決不了的難題時(shí)，范式的危機(jī)出現(xiàn)了，科學(xué)家群體迫切地需要一個(gè)新的范式來解決當(dāng)下的難題。新范式需要滿足：一是可以解決舊范式普遍的難以解決的問題;二是新范式要保留一些舊范式中科學(xué)家們已經(jīng)獲得的解題能力。庫恩認(rèn)為，科學(xué)就是這樣不斷出現(xiàn)問題—建立范式—再出現(xiàn)問題—再建立范式的過程，從而不斷發(fā)展。

任何一種理論都不可能永遠(yuǎn)正確。當(dāng)范式遇到危機(jī)無法解決時(shí)，正是新的概念、理論體系和框架得以建立的時(shí)機(jī)，新的范式由此產(chǎn)生?？茖W(xué)便是如此通過革命的方式不斷發(fā)展向前。

（三）范式的不可通約性

古希臘時(shí)期，不可通約性是一個(gè)數(shù)學(xué)概念，意指無共同量度。在近代，庫恩將不可通約性一詞引入到科學(xué)哲學(xué)領(lǐng)域，意為新舊范式之間無法進(jìn)行溝通和交流，它們在本質(zhì)上存在著顯著的不同。不可通約性是庫恩被別的科學(xué)哲學(xué)家指責(zé)和詬病得最為嚴(yán)重的地方。

庫恩吸收了現(xiàn)代心理學(xué)，尤其是格式塔心理學(xué)的一些理念因素，認(rèn)為語詞的意義是由發(fā)生在理論的背景之上的理論所決定的。不可通約性是指不同范式之間的不相容，大致分為解決問題的標(biāo)準(zhǔn)不同、理論基礎(chǔ)的概念不同以及世界觀的不同三個(gè)層次。庫恩在《結(jié)構(gòu)》中認(rèn)為：“這些派別之間的差別，不在于方法的這個(gè)或那個(gè)失效——這些學(xué)派都是‘科學(xué)的’——差別在于我們將稱之為看待世界和在其中實(shí)踐科學(xué)的不可通約的方式?！盵2]3同樣是春天各種樹開花的場景，當(dāng)一位畫家看到的話，會想到花與葉子的顏色搭配，葉子和樹的枝干的結(jié)構(gòu)、構(gòu)圖、色彩等，但當(dāng)一位生物學(xué)家看到這個(gè)場景的話，會想到樹的種、屬，樹木之間的嫁接，不同的花基因。這就是由于畫家和生物學(xué)家所接受的范式不同，牛頓物理學(xué)與愛因斯坦物理學(xué)范式不同，托勒密天文學(xué)與哥白尼天文學(xué)范式不同，對待事物的世界觀與方法不同，也就不會有出發(fā)點(diǎn)的一致。

二、因果關(guān)系的范式視角

“物理學(xué)中的因果關(guān)系（causality in physics）是指物質(zhì)世界中各現(xiàn)象之間存在著客觀聯(lián)系。一個(gè)現(xiàn)象由另外一個(gè)或一些現(xiàn)象引起，導(dǎo)致一個(gè)或一些新現(xiàn)象出現(xiàn)。引起一定現(xiàn)象的現(xiàn)象是原因，產(chǎn)生的現(xiàn)象是結(jié)果。因果關(guān)系客觀地存在于物質(zhì)世界的運(yùn)動和變化之中。”[3]本文所說的因果關(guān)系主要是指近代牛頓經(jīng)典力學(xué)條件下的因果關(guān)系和量子力學(xué)發(fā)展實(shí)驗(yàn)中尤其是在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中的因果關(guān)系，我們主要對這兩種因果關(guān)系的范式的改變進(jìn)行分析討論。

（一）牛頓經(jīng)典力學(xué)中的因果關(guān)系

英國科學(xué)家艾薩克·牛頓（ISAAC NEWTON）在他的《自然定律》論文中，描述了萬有引力和三大運(yùn)動定律，建立了一套嚴(yán)密的物體運(yùn)動的力學(xué)體系，奠定了此后三個(gè)世紀(jì)里物理學(xué)的科學(xué)體系，這個(gè)時(shí)期為牛頓范式時(shí)期。在經(jīng)典力學(xué)體系中我們可以得出一個(gè)“嚴(yán)格的、用數(shù)量表示的力學(xué)因果性的表述，使人們在原則上有可能用嚴(yán)格的力學(xué)規(guī)律對物體的運(yùn)動做出完善的解釋和預(yù)言”[4]。伽利略認(rèn)為，當(dāng)其出現(xiàn)必然會導(dǎo)致一種結(jié)果出現(xiàn)，其消失此結(jié)果也隨之消失的東西，在合適的意義上可以稱之為原因。

在嚴(yán)格精確的體系中，只要確定一個(gè)點(diǎn)的位置，確定背后的力的大小，就可以分毫不差地推測出這個(gè)點(diǎn)之前的位置和之后的位置。牛頓以其理性主義制定了因果關(guān)系的框架，根據(jù)物體的相互作用和機(jī)械運(yùn)動的規(guī)律，尋找第一推動的“力”，也就是原因。知道了原因，便可以嚴(yán)格地推出結(jié)果。牛頓力學(xué)認(rèn)為，在宏觀世界普遍有效的情況下，因?yàn)橐蚬P(guān)系的確定性，不管情況怎樣復(fù)雜，確定了已知條件之后，之前的點(diǎn)便可以推出現(xiàn)在的點(diǎn)的位置，現(xiàn)在的點(diǎn)的位置也可以推出之后的點(diǎn)的位置。同時(shí)期的德國哲學(xué)家萊布尼茨認(rèn)為世界是預(yù)定的和諧，世界如何發(fā)展早已被上帝安排好了。在牛頓物理學(xué)范式下，因果關(guān)系表現(xiàn)為拉普拉斯式的決定論的形式，將必然性絕對化，完全忽視了偶然性作用的因果關(guān)系成為機(jī)械決定論。

（二）量子力學(xué)中的因果關(guān)系

在上個(gè)世紀(jì)三十年代，科學(xué)研究從宏觀領(lǐng)域延伸到微觀領(lǐng)域，突破了機(jī)械決定論傳統(tǒng)的思維模式，更具體、深入地揭示了因果關(guān)系的新的表現(xiàn)形式，使傳統(tǒng)的因果關(guān)系在人們的思想中發(fā)生了翻天覆地的變化。為了驗(yàn)證光是粒子還是波，托馬斯·楊（THOMAS YOUNG）在1807年開展了著名的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。簡單來說，實(shí)驗(yàn)裝置需要一個(gè)燈泡，一個(gè)刻有兩條縫的紙板，一個(gè)接受投影的屏幕。如果光是粒子的話，光穿過雙縫會出現(xiàn)兩條明亮的線;如果光是波的話，屏幕上會出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示屏幕出現(xiàn)了條紋，說明光是一種波。后來愛因斯坦證明光確實(shí)也是一種粒子。在1924年，德布羅意提出波粒二象性理論，認(rèn)為微觀粒子包括光子、電子、質(zhì)子等都同時(shí)具備粒子和波的特性。1909年，英國物理學(xué)家杰弗里·泰勒對托馬斯·楊的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了第一次改變，改變了發(fā)射光源的強(qiáng)度，確保每次只有一個(gè)光子通過雙縫，但是屏幕上還是出現(xiàn)了干涉條紋。二十世紀(jì)七十年代后期，條件成熟之后，有人做出了物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼在1965年提出的延遲選擇思想實(shí)驗(yàn)：在光子通過雙縫之前裝一個(gè)探測器，打開探測儀，屏幕上出現(xiàn)兩條條紋;不打開探測儀，屏幕上出現(xiàn)干涉條紋。之后1979年物理學(xué)家惠勒提出思想實(shí)驗(yàn)，用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)類比的話，相當(dāng)于在屏幕和雙縫中間放一個(gè)探測儀器，在光子發(fā)出之后，隨機(jī)選擇探測儀器是否打開。結(jié)果，只要探測器打開，屏幕上一定是兩個(gè)條紋;只要探測器關(guān)閉，屏幕上就一定是干涉條紋。

這次實(shí)驗(yàn)開始挑戰(zhàn)人們對因果律的理解，按照人們的認(rèn)識，出現(xiàn)這種現(xiàn)象只能有兩種解釋：一是粒子能夠預(yù)知未來，它能猜到科學(xué)家下一步的打算，從而知道自己應(yīng)該表現(xiàn)得像波還是像粒子;二是粒子能改變過去，開關(guān)儀器的瞬間，它能修正之前的行為，粒子變波，波變粒子。在之后的量子擦除實(shí)驗(yàn)中，在光子通過雙縫之后，把光子的自旋方向改成一樣的，那么屏幕上出現(xiàn)的一定是干涉條紋。在1999年，科學(xué)家們又做了一個(gè)延遲選擇的量子擦除實(shí)驗(yàn)。在一個(gè)光子通過雙縫之后，將光子一分為二，變成兩個(gè)相互糾纏的降頻光子。光子a射向屏幕，光子b射向探測器，只觀測光子b的狀態(tài)，就可以推出光子a的狀態(tài)。之后科學(xué)家們又把光子b拆分成光子b1和光子b2，并給它們建造了一個(gè)迷宮，使得光子b1和b2出迷宮的時(shí)間晚于光子a到達(dá)屏幕的時(shí)間。只要科學(xué)家們能推測出粒子的軌跡信息，那么屏幕上出現(xiàn)的一定不是干涉條紋;只要沒辦法100%出測出粒子的軌跡，那么屏幕上出現(xiàn)的一定是干涉條紋。奇怪的現(xiàn)象又出現(xiàn)了，好像光子b知道哪里有探測，知道科學(xué)家們是否可以推出光子a的狀態(tài)，然后告訴光子a顯示波性質(zhì)還是粒子性質(zhì)。這沖擊了人們的認(rèn)知，顛覆了傳統(tǒng)的因果律。在微觀世界，粒子的波粒二象性使科學(xué)家們不可能測出粒子的瞬間狀態(tài)，原因和結(jié)果的時(shí)間先后可能是不存在的，可以存在先有果、后有因的現(xiàn)象。

（三）因果關(guān)系的范式轉(zhuǎn)換

從牛頓的經(jīng)典力學(xué)到愛因斯坦的相對論，是庫恩認(rèn)為科學(xué)史上三次偉大的范式革命之一。機(jī)械決定論是基于牛頓力學(xué)框架下發(fā)展形成的，有其原因必然產(chǎn)生結(jié)果，并且結(jié)果是可以推算出來的。在十九世紀(jì)后半期，統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)入了物理學(xué)，人們認(rèn)為因果關(guān)系中存在或然性，但或然性依舊沒有走出經(jīng)典力學(xué)的范圍，不足以撼動機(jī)械決定論的地位。牛頓力學(xué)適用于低速的宏觀世界，相對論解釋高速的宏觀世界。由宏觀世界進(jìn)入微觀世界，量子力學(xué)解釋高速的微觀世界，在不同于宏觀世界的微觀世界中，量子力學(xué)中不斷完善的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)了可以先有結(jié)果、后有原因的情況，使得人們重新思考原因和結(jié)果的關(guān)系。

三、對于因果關(guān)系變化的思考

在物理學(xué)家和科學(xué)哲學(xué)家中，對于微觀世界的因果性和決定論所持的觀點(diǎn)大致可以分為兩種：一種觀點(diǎn)認(rèn)為，世界在根本上是非決定論的，微觀世界在原則上是具有統(tǒng)計(jì)性的，統(tǒng)計(jì)的規(guī)律性是自然界最為基本的客觀特性，即幾率因果性;另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，因果性是世界上所有的客觀事物都具有的根本特性，在變化萬千的客觀現(xiàn)象中，在統(tǒng)計(jì)性規(guī)律的背后，有一條最基本的因果規(guī)律，世界從來就沒有喪失過這種規(guī)律性，嚴(yán)格的決定論才是世界上亙古不變的道理。辯證唯物主義者認(rèn)為，因果性是客觀世界的一對事物之間相互聯(lián)系、相互作用的范疇，有其客觀性和普遍性，不僅表現(xiàn)為一因一果，也表現(xiàn)為一因多果或者多因一果?！拔覀?nèi)匀豢梢詧?jiān)持因果關(guān)系普遍有效的信念。但這并不等同于支持一個(gè)決定論的世界?！盵5]維之通過對現(xiàn)代科學(xué)（量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)科和系統(tǒng)科學(xué)等）進(jìn)行分析，認(rèn)為現(xiàn)代科學(xué)并沒有真正地否定了嚴(yán)格的因果關(guān)系。但是嚴(yán)格的因果關(guān)系需要一個(gè)孤立的、封閉的環(huán)境，由于科學(xué)的進(jìn)步，不斷探測出未知的領(lǐng)域，環(huán)境無法完全孤立。由此，嚴(yán)格的決定論的世界失去了前提。

四、結(jié)語

當(dāng)前的大數(shù)據(jù)時(shí)代，越來越多的有用或無用的信息不斷涌出，充斥了人們的生活，傳統(tǒng)的因果關(guān)系思考已經(jīng)發(fā)生了變化。從部分到全部，從一推出結(jié)果到多推出結(jié)果，相關(guān)關(guān)系開始滲入人們的思想。大數(shù)據(jù)中存在各種各樣龐大雜亂的信息，對事物進(jìn)行分析是通過相關(guān)關(guān)系而不是因果關(guān)系。相關(guān)關(guān)系比因果關(guān)系更加寬泛，事物之間相關(guān)但不一定具有因果性，但是具有因果性則一定相關(guān)。有人認(rèn)為相關(guān)關(guān)系不僅沒有代替因果關(guān)系，反而為因果關(guān)系提供了一個(gè)基礎(chǔ)，提供了更加廣泛的發(fā)展空間。人們不在一個(gè)結(jié)果中尋求簡單的一個(gè)原因，而是從多個(gè)角度、多個(gè)層次出發(fā)來還原結(jié)果產(chǎn)生的原因，從而對事物的認(rèn)識更加立體化、多元化。

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作者簡介：霍靜（1996—），女，漢族，山西永和人，單位為太原科技大學(xué)，研究方向?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)與社會。

（責(zé)任編輯：馮小衛(wèi)）