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第十八次 科学方法（第1页）

第十八次　科学方法

“在我们所居住的这个地球上，人类用种种方法来了解这个宇宙。”老教授沉思着，“有些人把这个宇宙看成一个有情的东西，有的把它看成一个有目的之体系，有的把它看成一个意志之实现……这些看法虽然不是毫无所据，却不足以接近这个宇宙的真相。比较能够接近这个宇宙之真相的看法，是科学。当然，比起那些看法来，科学的看法在‘年资’上浅短得多。科学的宇宙观之逐渐成立，严格说来，是近三四百年的事。科学的宇宙观是科学方法的产物。我们善用科学方法，便能比较正确地了解这个宇宙之间的事事物物。……”

“您可不可以把科学方法对我们讲讲呢？”周文璞问。

“你的胃口真大，听了这么多次的逻辑，还想听科学方法。……也好……不过这就出乎逻辑的本格了。充其量来，科学方法只是逻辑的应用。可是，科学方法既然很有用，谈谈也是很有益的。谈起科学方法来，真是浩繁。每一种科学有其特别的方法，从何谈起？我们现在即使要谈，也只能谈每一种经验科学的方法所共同的地方。可是，即使如此，还是谈不完。仅仅讨论科学方法的专书就不少。

我们现在只好简而又简地撮其大要的线索说说。各位循着这个线索，就好作更进一步的研究了。

“物理学、地质学、生物学、经济学等，我们叫作经验科学（empirice）。经验科学大部分依赖观察、试验和推广来建立。经验科学的许多结论并非严格地从前提推演出来的，而多半是些理论。从这些理论，我们又可以抽绎出一些推广（geions）。有许多理论，充其量来，只是高度盖然的，而不是必然的。就构成这些理论的语句来观察，这些理论不能是必然的。既然如此，从这些理论所抽绎出的推广，也就不能是必然的。请各位注意呀！”老教授提高嗓音道，“这就是经验科学与演绎科学不同之处。”

“科学理论或推广通常叫作假设（hypothesis）。假设无非也是一个语句，我们借着这个语句可以检验是否有事实与它所描写的相合。这种语句，依当前的证据而言，只有从大于0到小于1之间的盖然程度（probabilitydegree）。

“科学家从一个假设可以推出好几种结论。在这几种结论中，有的颇为新奇。新奇的结论在科学家看来颇属重要，为了检证假设之真妄，他们求助于直接的观察和试验。

“在早前的时候，许多部门的科学之工作是记述某些范围以内的现象，并且从事安排归类而已，这些工作只是研究科学的初步工作。关于这一点，我们在前面已经提到过了。不过，我们要能看出，归类之中包含着抽象作用。抽象作用一经使用，我们便可作种种推广。例如，‘水到摄氏零度便结冰’‘凡物体失去支持时便会下降’等都是。其实，牛顿定律也是这一类的推广，不过更精确和普遍而已。我们可以说推广是经验科学的中心。只有以推广为依据，我们才能解释自然现象，并且对自然现象之变化作种种预言。

“设有两种现象A和B。如果A出现则B也出现，而且，如果B出现则A也出现。于是，我们可以作一个推广，说A与B共变itantvariation）。从这个推广，我们又可以演绎，A之一例如出现时即有B之一例随之而起，反之亦然。如果水被加热至摄氏一百度的话，则在海平面会沸腾。这便是一种推演。

“在了解现象时，我们常用到一项观念，就是因果观念。在我们日常言谈之间，有意或无意免不了对许多事象作一种解释。我们常常说，某一事件B系由A因所产生。如果有人问我们‘为什么……呢？’，我们就说‘因为……’。我们看见街头围着一大堆人，出了事件，便常常禁不住要问：‘为什么原因出了这件事呢？’这就是在用因果观念。当然，‘因果观念’在世界各地并不一样。有的地方把因果观念赋予轮回观念中。某人生来像一只猪，有人就解释说，这是‘因为’他前世是一只猪，所以，今世变成人还有点像猪。又有的人把因果观念赋予道德果报的观念中。有人发了一笔财，许多人就说这是‘因为’他行善事所致。有人被雷打死了，许多人就说这是‘因为’他对父母不孝的‘报应’。这类的因果观念也可以看作联系宇宙事象的方式。这类方式是否充满了原始要素，我们不在这里讨论。我们现在所要讨论的是，西方世界的因果观念是了解事物之事理的因果观念。这种因果观念，几乎是在一般有科学兴趣的人中最具支配作用的观念。依照这种因果观念来解释，某人为什么被雷打死，并不是‘因为’他前世作恶，也不是‘因为’他今生不行孝，而是因为他在雷雨中立乎导电体之下。……有许多弄科学的人抱持一项设臆‘每个事件有一个原因’，他们认为这一设臆是经验科学研究中的基本设臆。不过，有些科学家和科学的哲学家，日渐不喜把因果观念当作科学研究中基本重要的观念。自量子物理学出世以后，这种趋势尤为明显。英国哲学家休谟（Hume）对因果观念曾提出严格的批评，他的这种思想给予后世很大的影响。近来的趋势是，拿函数观念代替因果观念。虽然如此，在我们日常生活中，因果观念是不可少的，否则，势必引起极大的不便。在科学的研究中，因果观念虽然日渐为函数观念所替代，可是，至少在初步的研究中，因果观念仍然是很有用的。‘他因溜冰，所以把腿折断了’，‘面包之所以烤焦了，因为炉火太旺’，‘因为实行暴政，所以叛乱发生’……在这些话中，都含有因果观念。如果我们完全取消因果观念，那么像这一类的话便都不能说。我们时常想探究个别情形或事件的原因。例如，法国革命、一九三〇年美国之不景气、泰坦尼克号之沉没、法鲁克之失去政权、苏珊·海沃德之受人欢迎，等等。有人好追究人是什么原因要死，我们可以说，因为‘年岁老了’，或者因为‘动脉硬化’。医学发达到什么地步，我们对于这问题的答案就可以精细到什么地步。……从这些事例可见，因果观念是我们借以解释现象所常用的思想方式。正因如此，有几点我们必须弄清楚的。”吴先生搔搔头发，想了一想，继续说道：

“第一，科学的基本兴趣是求因果律，而不是一个一个的特殊因果事件。即使科学家在着手研究时，所研究的对象是特殊的因果事件，而科学家的目标仍在把所研究的推广及于一类的事件，及其所可能表征的普遍法则。

“第二，虽然A类事件普遍地与B类事件关联着，而且A的每一例子发生，则B的每一例子也发生，可是这是单程方向的联系。所谓‘单程’，我在这里是借用交通规则上的名词。有些街道只准车辆来，有些街道只准车辆往，而不准车辆对着开驶，这叫作‘单行道’。同样，如果只是由A到B，而未由B到A，我们叫作‘单程方向的联系’。单程方向的联系不足以支持我们确定地说，A与B之间有因果关联。如果可以的话，那么我们就可以说白天是黑夜的原因，黑夜是白天的结果。因为，黑夜老是跟着白天之后来临，而且从来没有例外。但是，对于常年过惯夜生活的人而言，未尝不可倒过来说黑夜是白天的原因，白天是黑夜的结果。因为，当他过完漫漫长夜的生活以后，东方才渐渐微白，而且也是从来没有例外的。同样，如果我们以为A与B之有规律的前后相承便是有因果关系的话，我们也可说日落乃晚霞之因，也可以说早霞是日出之因。诚然，A与B如有规律的相联，我们可以假定A与B有因果关系，但是，我们不能说二者前后相联必有因果关系。我们尤其不可肯定二者有因果关系。‘假定’与‘肯定’之间的距离是很大的。

“第三，因果律只是科学推广之一种而已。因果关系只能使我们说，在时间过程中，A与B相承，但是，我们不能说这种相承的情形可以复返。依据因果论，我们只能从A推B，不能从B推A。可是，对于科学上的许多推广而言，时间顺序根本无关紧要。依波义耳定律（Boyle’sLaw），压力乘容积等于常数乘绝对温度。换句话说，在一定温度之下，一定容积的气体以及压力之积保持不变。在这定律中，三个变量P、V或T之任一变量的变动可以引起其余变量之中至少一个之变动。因而，哪一个变量在先根本无关紧要。民间流传一个问题：究竟是鸡生蛋，还是蛋生鸡？这个问题虽然有趣，可是，从因果观点来看，却是一个傻问题。因为，如果我们说鸡生蛋’，那么还有生那‘生蛋的鸡’的蛋；如果我们说‘蛋生鸡’，那么还有生那‘生鸡的蛋’之鸡。”

“这里面还含有语意学的问题。”王蕴理说。

“对了！”老教授面露喜色，“……不过，这个问题，我们只好留待别的机会去讨论。在许多情形之下，因果关系不是直接的，例如，巴西咖啡歉收，美国咖啡便涨价。人口繁殖与战乱有因果关系。因为，人口繁殖则食物不足，食物不足则引起争夺，争夺发生则战乱随之。所以，人口繁殖，则战乱随之。在这类情形之下，因果连锁虽然并不是直接的，但是我们仍可借着确定的知识把许多迹象联系起来，而织成一个因果连锁（exus）。可是，做这件事时，我们得特别当心。

“求因果关系的方法中，穆勒方法是近若干年来弄科学方法论者所不可忽略的。穆勒（J。S。Mill）是英国哲学家兼逻辑家，他的重要著作有《逻辑体系》（ASystemofLogic）。在穆勒以前，有培根（F。Ba）、赫歇尔（J。Herschel）等人讲科学方法。穆勒把这些人的科学方法加以扩充和说明。在他的方法之中，最著名的有穆勒五则（Mill’sFives）。我们现在要简单地介绍一下，各位有兴趣吗？”

“有兴趣。”周文璞说。

“我们想多知道一点。”王蕴理说。

“好！第一种方法叫作合同法（TheMethodofAgreement）。如果我们所研究的现象有两个或两个以上的例子，这些例子只有一种情境是共同的，则此一切例子所同有的情境，不是我们所研究的现象的原因，便是它的结果。例如，金属生锈、动物呼吸、木材燃烧，这些事件彼此之间除了氧化，没有其他共同之点。于是，我们可以说，氧化为这些现象之共有的原因。

“第二，别异法（TheMethodofDifference）。如果我们所研究的现象在一事例中出现，在另一事例中不出现，而且此二事例除了一个情境，其余一切情境皆无不同之处，那么，此二事例唯一不同的那个情境，不是我们所研究的现象之因，便是其果，或与之有因果关系。在做音学实验时，在一玻璃罩内，如果放一个闹钟，我们可以听到闹钟的声音；但是，当我们把罩内空气抽去时，钟声就听不到。于是，我们就可以判断，空气与音响之传播有因果关系。

“这种方法显然是很有用的。不过，也有它的限制。碰到不能付诸实验的情况，它便英雄无用武之地了。我们常常听到有人说，希特勒这个人之所以能够在德国攫取权力，是因为《凡尔赛条约》太苛刻之故。这种说法，严格地说，是一种‘想当然耳’的假设。因为，我们不能用人为的方法制造一种与第一次世界大战结束以后极其类似的情境——除了一点，就是和约对德国宽大些。在社会现象中，常常有这样的情形。因此，我们对于有关社会现象的某些包含因果联系的说法，尤其是遥远而间接的因果联系说，要格外小心。

“第三，同异联用法（TheJoihodofAgreementandDifference）。如果我们研究的现象出现于两个或两个以上的事例之中，而这两个或两个以上的事例只有一个情境相同。可是另有两个或两个以上的事例，其中并没有我们所研究的现象出现，而这些事例除了都没有该情境，再没有其他共同之点，那么，这两组事例唯一不同的情境，不是我们所研究的现象之因，便是其果，或为其果之不可少的部分。

“自从达尔文发表‘动物用颜色保护其安全’的学理以后，华莱士（Wallace）就应用这个理论去解释北冰洋动物的颜色。北冰洋有终年积雪的地带。在这种地带，有终年颜色皆白的动物，例如北极熊、美洲的北极兔、雪鸮，以及格陵兰鹫。北冰洋又有夏季无雪而冬季有雪的地带。这种地带，有冬季变白、夏季变其他颜色的动物，例如北冰狐、北冰狸、北冰兔等。依照达尔文的学理，这些颜色之变换是保护安全的因素。肉食动物借其颜色之与环境混同，易于攫食；被食的动物借其保护色，易于避祸。可是，也有人说北极动物的颜色之所以白，是因雪的白色发生化学反应，或因白色可以减少辐射的失热，以便保持体温。这种说法似乎也言之成理。然而，华莱士又发现在终年积雪的地方，有颜色反而不白的动物。例如，冰貉终年色褐，貉羊也是终年色褐，而乌鸦的颜色则是黑的。华莱士细心考察，发现冰貉生活在树上，它的颜色恰和树皮的颜色相同。貉羊的生命安全，则靠在雪地中迅速认出同伴而归群，所以它需要与自然环境不同而易于辨识的颜色。乌鸦系以死肉做食料。它有翅能飞，不需避祸，所以不必随自然环境而变色。这样看来，正面的一组实例表明，随环境而变色的动物是利用身体之变色与自然环境相同以保护自己；反面的一组实例表明，不随环境而变色的动物，则利用颜色与自然环境之不同以保护自己。可见化学反应说不能成立，而达尔文的保护说成立。

“第四，剩余法（TheMethodofResidues）。我们从所研究的现象减去从前借着归纳法而知其为某些前提的部分，则此现象所剩余的部分乃其余前项之结果。社会上常存有无谓的礼俗。例如，祭神和其他许多风俗。这并非生活之所绝对必需。但是，这些东西依然存在，久久不能改掉。这是由于传习力所致。可见传习力乃是这些剩余现象存在的原因。

“第五，共变法（TheMethodofitantVariation）。任何现象如以任何方式变化，另一现象则以某种特殊方式变化，则此现象如非另一现象的原因，便是它的结果，或者与它有某种因果关联。水银柱之升降与气温之高低，乃日常最显著的共变现象。适宜于拿共变法来研究的，是商业循环现象。我们应用这种方法，必须知道现象变化的程度。这也就是说，我们必须借测量而知道变化的程度。

“以上所说的五种方法，我们在应用的时候，必须判断相干或不相干。我们必须把相干的因素予以研究，不相干的因素撇开不管，再看相干的事的事例或性质是否同一、别异，或共变。”

“不过，”老教授凝神道，“相干是一个很难界定的概念。我们要决定某一因素与某现象是否相干，这与我们的知识和经验极其有关。在我们所研究的现象间，我们不能普遍地指出一个确定的标记来表示哪些因素相干、哪些不相干。事实上，在每一种研究中，我们的常识、我们对于类似现象之原有知识、我们的原创力、我们的思想上的冒险精神，以及想象能力，在决定相干或不相干时，都是不能缺少的条件。当然，我们对于所要决定的某因素与现象相干与否所在的范围以内的知识，尤为不可缺少。例如，我们要决定癌症与吸烟是否相干，必须具有高度的医学、生理学等范围的知识。我们对于相干之知识，亦如人的其他知识，只有借着更多的知识来发展，来印证。直觉有时也有帮助，但这要看什么人的直觉。在解决物理学中困难的问题时，爱因斯坦的直觉碰对的机会比一般人多。原因之一是，他有在物理学范围里工作五十年的经验累积，以及此类理知的发展。这些因素深入下意识，遇机涌现出来，自然常有价值。而我们一般人在物理学方面没有这类心理累积，所以，我们的直觉碰对的机会比爱因斯坦少。

“相干之决定，到现在为止，本无普遍原则可循。不过，为了研究工作之便，我们不妨制定一个形式的方式（formulation）：如果有X则有Y，如果无X则无Y，那么X与Y相干。夜梦不祥，白天遭凶手殴击，无论如何不相干，我们只说两件事碰巧先后出现罢了。夏夜看见流星急驰，与第二天拾着银币，一定毫不相干。珍珠壳上放光泽，从前有人以为系由于珍珠壳的化学成分所致。后来有一位研究者在无意之间把松脂印在珍珠壳上，结果松脂印面上也有与珍珠一样的光泽。随后他又将珍珠壳印在黄蜡和铅等东西上面，结果都有珍珠光泽，而这些东西的化学成分各不相同。可见珍珠壳的化学成分与它的光泽不相干。