原子是否真的存在：谈谈科学实在论、反实在论与建构经验论

诸如原子、电子、夸克之类的科学概念，究竟如科学实在论者认为的那样，是指向客观世界真实存在的物理实体，还是像反实在论者所主张的，是科学家虚构出来，以便预测可观察的现象呢?包含不可观察实体的科学理论，能否按照字面意义来理解呢?

科学理论也是一种语言，而语言犹如一根手指，指向它的所指之物。那么，它的所指之物究竟是真正存在着的实体，还是镜花水月?科学理论中的术语、方程和定理，究竟是人们设下的比喻，是虚构的概念，还是忠实地反映了大自然的真实面貌?若不能眼见为实，理论的概念还有实际意义吗?这是科学哲学——哲学的重要分支——所关心的问题。

自1960年以来，在科学哲学的发展中最热烈、最持久、最引人注目的争论之一，发生在科学的实在论与反实在论之间[1]。概言之，实在论者认为科学的目的在于正确地描述世界，其描述对象既包括可观察的现象，也包括不可观察的对象。比如，虽然我们不能直接观察到电子、夸克的本貌，只能借助于其他现象来间接推测它们的存在，但这些术语和概念都真实地反映了亚原子世界。而反实在论者主张：那些描述了不可观察的实体的理论只是科学家的虚构，仅仅只是一种工具，用于预测我们将会观察到什么样的结果，并将各类实验结果联系起来，所以我们不应当根据字面意思来理解“电子”“夸克”这一类不可直接观察的实体。

科学实在论

如果有人提出了一种新的科学理论，我们如何判断这一理论是成功的呢?历史告诉我们，这样的理论往往会推断出某些从未被人们发现过或解释过的现象，而如果人们通过实验证实了它所预言的现象，就意味着理论的成功。而假如这些理论的手指并没有指向大自然的真实面貌，指向的不是真真切切存在于世界上的实体，那这么多预言所获得的成功岂不只能被解释为偶然的奇迹?这就是科学实在论的经典论断：无奇迹论证。

许多理论假设了不可观察的实体，如原子和电子的存在，而它们在经验上都是成功的。比如，原子论声称所有物质都是由原子构成的，原子是不可观察之物，但原子论能够解释大量的事实。又比如，激光技术所依赖的理论基础，与原子中的电子从高能级到低能级的跃迁过程有关，跃迁的电子不可观察，而激光的作用却实实在在。这些理论在经验上的成功有力地支持了无奇迹论证。除非原子和电子真的存在，否则这一类理论对于可观察世界的精准预测只能是出于巧合。

普特南(H. Putnam)认为，只有一种科学哲学能避免科学沦为奇迹，那就是科学实在论[2]。科学实在论的典型主张包括：最好的科学理论至少要做到“近似为真”，即逼近世界的真实面貌，这种似真性也充分地解释了某一理论为什么能成功预测出实验结果;一门成熟的理论在其发展过程中逐步接近对于世界的真实描述;科学理论的核心术语所指称的东西是真实存在于客观世界的实物，可根据字面意义来理解，等等。

列普林(J. Leplin)强调，所有科学实在论者的共识是：相信科学变革总的来说是进步的，科学使人们得以超越自己从经验中获取的表象，站在更加根本的层次上来了解这个世界[3]。

由此，塞洛斯(S. Psillos)总结出科学实在论的三个核心命题：

形而上学命题：世界的结构是确定的，不受人的心灵的影响。

语义学命题：可以根据字面意思来理解科学理论。理论中的词语，如术语，应具有实际的指称，也就是说这些词语的所指之物就是那些存在于客观世界的具体实物。所以，如果一种理论为真，包含在理论中的词语所指向的那些实体就应存在于世界之中。

认识论命题：成熟的、能够成功预言实验结果的科学理论，是得到了证实的对于世界的似真描述。

反实在论

反实在论者针对以上三个命题依次提出相反的主张。

首先，实在论的形而上学命题遭到了布里奇曼操作主义的批驳。操作主义发源于二十世纪初的物理学革命——相对论和量子力学的创立。狭义相对论打破了绝对时空观，时间和空间在一定程度上依赖于观察者本身的运动状态;量子力学则更强调观察者的作用，观察者对于微观世界的观察与测量必然会对其产生干扰，“我”不独立于物体，而是成为被观察之物的一部分。布里奇曼(P. Bridgman，他本人于1946年获诺贝尔物理学奖)由此进一步主张，科学本质上是一种活动，而且是“我”的活动，物理学中的实在是科学家自己的操作活动的总和，而不是某个存在于操作活动之外的物体，因而时间和空间、场、真空、光等等都不是独立的实体，只不过是某种仪器操作的表示而已。因此，我们不是在世界之外默默地观察世界，我们无可逃避地就在世界之中[4]。

其次，对于实在论的语义学命题，逻辑实证主义和工具主义也提出了异议。卡尔纳普(R. Carnap)指出，当我们问：“世界上真有电子存在吗?”，我们实际上是在问的不是“电子”的形而上学意义，而是“电子”这个概念是否适用，是否应该用另外一个更适用的概念来表征那些观察到的实验现象。换言之，我们所关心的是“电子”的语言框架是否适用的问题[5]。科学理论只是一种有价值的工具，好比图书馆的目录，其作用只在于它能否有效地帮助读者找出图书，这是工具主义的态度。卡尔纳普进一步说明，一种全新的语言表述方式并不能断定其对象的实在性，也无须证明其实在性为真，而只能被当作一种便于使用的、成果丰富的、有助于达到语言所预期的目标的工具[6]。所以，术语所指的对象是否为客观存在着的实物，是一个无关紧要的问题。

再次，劳丹(L. Laudan)以科学史为例，反驳了科学实在论的认识论命题和无奇迹论证。他说实在论者会赞同如下命题：(1)如果一个理论的核心术语指向的是真实存在的实物，那么这个理论就是成功的;(2)如果一个理论是成功的，我们就能合理地推断其核心术语指向的是真实存在的实物。他如是批驳这两条命题：就命题(1)而言，即使其核心术语指向实物，这样的理论有时也会失败，例如原子理论虽然在今天广受欢迎，但在18世纪并不成功，以至于被当时的大多数化学家们弃而不顾;对命题(2)来说，历史上有许多相对成功的理论，如以太说和燃素说，它们曾经是成功的，有的获得了各种实验的证实与支持，有的则可以解释多种现象。但我们今天已经知道，这些理论的核心术语——以太与燃素——显然只是一些空洞的概念，并不能指向真实存在的实物。[7]那我们又凭什么断言，而今这些被实验成功证实的理论和它们的术语，一定是对世界的似真描述呢?难道不存在被证伪和推翻的可能吗?

建构经验论及其局限性

1980年，弗拉森(B. Fraassen)提出建构经验论，在美国科学哲学界引起了热烈的讨论。这一理论虽然也属于反实在论，但要温和得多。首先，弗拉森赞同世界具有确定的、客观的、不依赖于人的认识的存在，他认为即使今人的概念框架与古人的不同，真实世界也是同一个世界。对于语义学命题，弗拉森也认为理论术语应根据字面意义来理解。他坚持对科学语言作本义上的解释，拒绝将理论解释为隐喻或明喻[8]。

弗拉森与科学实在论的真正分歧在于认识论命题。对于科学理论为什么会成功，他以物竞天择为类比：不要问老鼠为什么会躲开它的敌人，因为不能应付其天敌的族类就不会存在。同样，任何科学理论都会面临残酷的竞争，只有成功的理论才能幸存。

弗拉森的理论将可观察物与不可观察物区分开来。飞机、月球这些物体都是可观察物，因为我们可以直接看到它们自身的本来面目;而微观粒子，如电子和中子，就是不可观察物，因为只有通过粒子在云室中留下的雾迹，我们才能检测到它们，至于它们本身是什么样的，我们就看不见了，这些不可观察物的存在需要别的现象来为之作证。

由此，弗拉森重新定义了科学的目的。与科学实在论相同，他承认理论的内容是对世界面目的表述，而这种表述非真即假，但他认为科学的目标并不是找到绝对的真理，而仅仅在于提供那些与我们的经验相契合的理论，也就是只与可观察的现象有关的真理。如果我们相信这种理论适用于经验并与经验相符，可以真实地描述可观察物，即“理论拯救现象”，我们就会接受这一理论。

马斯格雷夫(A. Musgrave)称赞建构经验论“要比早期的反实在论更加可行”。但是，它依然面临着一些难题和挑战。

首先，针对弗拉森的“物竞天择说”，利普顿(P. Lipton)打了一个通俗易懂的比方：如果一个俱乐部只接收红头发的成员，我们就能明白为什么俱乐部的所有成员都是红头发，但这并不能解释某个成员的头发为什么是红的——只有遗传因素能解释这一点。同样，弗拉森的“物竞天择说”可以解释现在被我们接受的所有理论为什么对于可观察到的现象来说都是成功的，但它并不能解释某一个具体的理论为什么是成功的[9]。

其次，保守性和稳妥性是建构经验论的特点。如马斯格雷夫所言，要相信一个描述了不可观察物的理论为真，比相信它与经验相符更加冒险。而弗拉森牢牢守住可观察事物，不越雷池半步，他认为一个经验主义者不该承认那些不可观察物的存在，必须拒绝使用那种超越实际、不可观察的真理来解释可观察的过程，这种要求在科学研究事业中不起任何作用。

诚然，拒绝承认不可观察物的存在是谨慎之举，但是，相信不可观察物存在着的信念，对于科学事业真的毫无作用吗?笔者认为，弗拉森的观点有待商榷。从科学史来看，这一信念曾发挥过积极的启发作用，促使科学家建立起符合经验的理论。爱因斯坦本人就是一位科学实在论者。1900年，为了解释黑体辐射，普朗克(M. Planck)对辐射能量进行离散化处理，但只将其视为一种数学上的手段，并没有将电磁辐射本身当作分立的量子。爱因斯坦则不然，他认为一份份光子就是实在之物，主张光的微粒性是光本身的一种属性，由此成功解释了光电效应;随着量子力学的发展，光子的实在性已成为物理学的基本内容。

爱因斯坦是睿智而又幸运的。弗拉森所言不假：科学实在论者假设理论为真，是在进行赌博。说一个东西是真的，这很容易;但要确信一个理论给出的所有东西都是真的，这却不大可能。[10]一个彻底的科学实在论者不得不假定理论中的所有实体都是真实存在的，因而肯定会遭遇很多失败。但是，如果为了避免做出任何错误的承诺，而退守到已知的、熟悉的经验现象里，不敢在未知的抽象领域中大胆推测，那就会错失许多创新的良机。科学活动本身并非一项墨守成规的事业，如波普尔(K. Popper)所说，小心谨慎不是一种好的认知策略，理论应当大胆[10]。

更重要的是，弗拉森对于可观察物与不可观察物的区分，实际上也并非一成不变。19世纪的孔德(A. Comte)等人反对原子-分子论，认为这些实体永远无法被认识，而20世纪的物理学家用显微镜证明了布朗运动符合分子运动假说，从而证实了原子和分子的物理实在性。从历史上看，随着科学的不断发展，尤其是实验设备、测量仪器的不断改进，我们可认识的范围逐渐扩大，因此不必抱着悲观的态度把当前抽象的理论术语视为遥不可及的对象，而应努力创造条件，使它们的字面意义有朝一日能够获得证实。

2013年的诺贝尔物理学奖宣告了实在论的一大胜利。1964年由希格斯(P. Higgs)等人所预言的希格斯粒子在近半个世纪之后，于2012年在欧洲核子中心的大型强子对撞机里被发现。我们相信，在发展标准模型、完善大统一理论的历程中，实在论思想会继续指引现代科学家的脚步。

培根(F. Bacon)曾说：科学进步的一大妨碍在于聪明严肃的人常常采取不信任的态度，总认为自然是隐晦的，生命是短促的，感官是骗人的，判断是无力的，实验是困难的等。所以，科学家应避免陷入怀疑论和不可知论的悲观主义，不满足于可观察的现象，而是胸怀热情，追寻关乎不可观察之物的真理。这正是科学实在论者眼中最为鼓舞人心的科学目的与科学意义。

参考文献

[1]郭贵春, 成素梅. 当代科学实在论的困境与出路. 中国社会科学, 2002, 2: 87-97.

[2]塞洛斯. 科学实在论争论的现状//张志林主编. 当代哲学经典·科学哲学卷. 北京: 北京师范大学出版社, 2014.

[3]Leplin J. Introduction//Leplin J(ed.) Scientific Realism. Berkeley, Los Angeles, London: University of California Press, 1984.

[4]涂纪亮. 实用主义: 实在论与反实在论之争. 云南大学学报(社会科学版), 2006, 5(2): 3-9.

[5]刘闯. 现代反实在论新解(一). 科学文化评论, 2010, 7(3): 21-37.

[6]卡尔纳普. 经验论、语意学和本体论//洪谦主编. 逻辑经验主义. 北京: 商务印书馆, 1989.

[7](美)劳丹著. 科学与价值. 殷正坤, 张丽萍 译.福州: 福建人民出版社, 1989.

[8](美)弗拉森. 科学的形象. 郑祥福 译. 上海: 上海译文出版社, 2002.

[9]Lipton P. Inference to the Best Explanation. London: Routledge, 2004.

[10]郑祥福. 范·弗拉森——一个辩证的反实在论者. 自然辩证法通讯, 1996, 18(3): 16-22.

来源：科学杂志1915

编辑：潇潇雨歇

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