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路，把科學(xué)理論看做由集合論謂詞表達的公理化的、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，強調(diào)理論的可推導(dǎo)性關(guān)系。內(nèi)格爾意圖彌補可推導(dǎo)性所存在的鴻溝，補充了可連接條件，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中起到了重要作用?！保?］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。”［4］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。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，這種理論還原進路已經(jīng)走進了死胡同。

二、結(jié)構(gòu)主義及其理論還原進路

“結(jié)構(gòu)主義科學(xué)理論是在邏輯經(jīng)驗論的公認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)。“同構(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)，當且僅當，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當且僅當f(x)R′f(y)。1950 年代，阿當斯把理論看做集合論實體，認為科學(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，阿當斯用還原表達理論之間的關(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一步闡述了理論還原問題。

我們首先來看阿當斯的理論還原模型。阿當斯在《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，阿當斯依據(jù)他的理論觀，提出了理論還原的形式條件，并認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，當且僅當:(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)案例不滿足阿當斯的還原分析，二是沒有詳細地考慮還原關(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斯還原分析的核心，后兩個方面批評了阿當斯還原分析的不完備性。例如:阿當斯的“正確性結(jié)論”難以成立，因為可推導(dǎo)性的要求太強。

1970 年代，史尼德與斯泰格繆勒發(fā)展了阿當斯的理論觀，認為經(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)進而構(gòu)成整個科學(xué)理論體系。他們接受阿當斯的還原論述，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地結(jié)合起來?！保?1］他們認為理論的發(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，當且僅當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€原概念源于阿當斯與史尼德的工作。依據(jù)這條進路，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］。與阿當斯的還原模型相比，這個還原模型中的理論元素M 與阿當斯定義中的C，公式(1)(4)分別與阿當斯模型中的(1)(2)大致相對應(yīng)——雖然這一模型遠比阿當斯的模型復(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?！八械睦碚?，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，能夠很精確地進行科學(xué)結(jié)構(gòu)的表達?！斑@樣精確化的表達方式，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?！保?5］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?！斑@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)主義還原進路強調(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?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。“結(jié)構(gòu)主義在當代科學(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。“這是一個內(nèi)格爾、阿當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?！保?8］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。“結(jié)構(gòu)主義對當代科學(xué)哲學(xué)的重要貢獻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)主義還原進路包含了上述內(nèi)容且不斷煥發(fā)出新的生機。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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