科学能证明科学吗？科学一定是可测试的吗

利维坦按：波普尔当年提出的“证伪”概念，主要针对的是弗洛伊德和马克思主义的理论，在波普尔看来，弗洛伊德和马克思主义的理论主张类似占星学，都是些不入流的伪科学。那么，如何认定它们是伪科学呢？于是，波普尔提出，可证伪性（Falsifiability），即一切从经验得来的假说、命题和理论必须逻辑上容许反例的存在，才是科学的。

最著名的当属“黑天鹅效应”——当我们说“所有的天鹅都是白色”的时候，这个表述等于否定了黑天鹅的存在，但由于理论上可能存在“观测到黑色天鹅”这个反例，所以，“所有的天鹅全都是白色的”这个主张就是可证伪的（当然，我们后来的确观测到了黑天鹅的存在，但可证伪并不依赖现实中观测到的实际结果，也就是说，可证伪意味着“允许这个主张之外反例的存在”，而非“我们发现了黑天鹅，所以这个主张是可以证伪的”）。

回到文中，今天的科学家，尤其是物理学家，真的有很多对于哲学嗤之以鼻吗？按照作者的看法，是。而作者的观点也很明确，哲学非但没有过时，而且，在针对当代物理学界一些著名纷争的时候，还具有极其重要的作用。

文/Massimo Pigliucci

译/托娅

校对/托娅、图灵4.0

原文/aeon.co/essays/the-string-theory-wars-show-us-how-science-needs-philosophy

物理学家之间的弦论大战突显出科学是多么需要哲学，并且不是那些业余哲学。

卡尔·波普尔（1902-1994）

广义相对论是实实在在的科学；精神分析理论以及马克思主义对历史进程的解释则是伪科学——这是最具影响力的科学哲学家之一的卡尔·波普尔（Karl Popper），在几十年前得出的结论。波普尔对他自己称为“界定问题”（demarcation problem）的论题深感兴趣，该讨论主要围绕着应该如何理解科学与非科学，尤其是科学与伪科学之间的区别展开。冥思苦想之后，他提出了一个简单的判断依据：可证伪性。这是指如果一个概念想要被认为具有科学性，我们需要证明，至少是在原则上，这个概念是可以被证伪的，并且我们需要去检验这个概念在事实上是否确实是错误的。

1919年的全日蚀

波普尔之所以对爱因斯坦的理论刮目相看，是因为它被当时1919年的全日蚀完美验证了。波普尔更因此将广义相对论看作一个优秀科学理论的范式性例子。在1963年的《猜想与反驳：科学知识的增长》中，波普尔把爱因斯坦划为一个阵营，而弗洛伊德、阿德勒和马克思则被划为另一个阵营：

爱因斯坦关于重力的理论显然符合可证伪性这一标准。就算那时我们的测量工具不足以允许我们以百分百确信的态度去宣布实验的结果。推翻其理论的可能性显然是存在的。

马克思的历史理论，不论它的发起者和跟随者做出的努力是多么认真严肃，其方法最终还是沦为卜卦算命之流。在一些早期的表述中，他们的预言是可以被证伪，且已经被证伪的。但对于这些反驳，马克思的追随者不是接受而是对理论和证据进行了重新解读，好使它们一致。他们就这样给理论来了一个“约定主义的扭曲”（译者注：conventionalism，是一种把科学定律和科学理论视为科学家们描述客体的一种约定的理论，该理论因而否定科学理论的客观真理性的论点）；这个诡计使马克思主义理论失去了它原本声称具有的科学性。

那两个精神分析理论则完全属于另外一个层次。他们完全不可测试，不可能被反驳。不存在任何想象的到的人类行为能够与之相悖……我个人并不怀疑他们所说的意义非凡，并且可能今后会在一些可测试的心理科学中发挥作用。然而，这种不可反驳性，的确意味着那些分析师天真地认为可以用于验证他们理论的“临床观察”，并不比占星师在他们日常工作中找到所谓“验证”更加可靠。

后来人们发现，波普尔对1919年那个至关重要的实验所给出的高度评价有可能太乐观了一些：我们去仔细翻阅历史细节时就会发现，爱因斯坦理论的早期表述中存在一个数学错误；由这个错误出发去推导，得出的由太阳一般大的引力质量引起的光偏折会是正确值的两倍那么大——这个值正是这个日蚀实验中的需要观测的关键数据。也就是说，假如实验观测发生在1914年（像原先计划的），那么爱因斯坦的理论就会（看上去像是）被证明是错误的。更甚的是，1919年的观察数据存在一些严重的错误，亚瑟·爱丁顿（Arthur Eddington）作为当时进行测试的领衔天文学家，或许曾为了让数据看起来更贴合，对它们进行了有倾向性的挑选。生活，还有科学，就是这么错综复杂。

很好，不过我们到底有什么理由应该对上世纪初一个哲学家说的东西感兴趣呢，无论他多么著名？嗯，或许你听说过弦论。近几十年基础物理学家们在不断寻找一个能够统一物理学的理论，诺奖物理学得主史蒂芬·温伯格（Steven Weinberg）称其为“万有理论”，弦论是在这个过程中一直被关注的一个理论。事实上，弦论还不是“万有理论”，它甚至很难在严格意义上称得上是一个理论，如果理论是指成熟的概念建构——例如进化论或大陆漂移论的话。事实上，对弦论更准确的描述应该是，一个拥有迄今为止最精巧数学的，用来解决现代物理最基本问题的大体框架：广义相对论和量子力学都是极其成功的科学理论，然而当它们被运用到一些问题上，例如黑洞物理，或者是运用在作为宇宙起源的奇点上时，它们给出的预言是截然不同的。

弦论还不是“万有理论”，它甚至很难在严格意义上称得上是一个理论，如果理论是指成熟的概念建构——例如进化论或大陆漂移论的话。

物理学家们一致认为，推导出不同的预言意味着其中一个理论，抑或两者皆是错误和不完整的。弦论是一个通过把广义相对论与量子力学放置于一个更加宏大的理论框架之中来使两者融合的尝试。只有一个问题：在一部分基础物理社区对弦论信心满满，认为弦论不但是一个非常有前景的理论而且基本上是唯一有竞争力的理论的同时，其他成员鄙夷地回应说，弦论连科学都不能算是，原因是弦论根本不接触可观测的客观事实。振动的超弦，多维度的，折叠的时空，以及弦论的其他一些特征是不可能从实验中观测到的，它们像是数学版的形而上推论。而形而上学在科学家的词典里很难说是赞美的词语。令人吃惊的是，这场旷日持久的，越来越公开、尖刻的互相指责主要围绕着波普尔的一个概念展开。到底在发生些什么？

去年，我有幸在这样一场“开诚布公”的讨论中坐到了前排座位，我那时是应邀去慕尼黑参加这场有关基础物理现状，特别是有关那场被称为“弦论战争”争端的研讨会。组织者，斯德哥尔摩大学的理查德·戴威德（Richard Dawid）是一位具有很强理论物理背景的哲学家。他是一种仍处于高度猜测状态、且极具开创性的新型认知论的支持者。这种认知论旨在支持弦理论学家的努力，致力于使弦理论学家免于参与弦论是否属于不切实际的数学幻想的争吵。我在其中的角色是确保其他参与者——一群五花八门的科学家和哲学家的混合体，还有几个诺奖得主混迹其中，能够清楚地理解我在科学哲学入门课程中所讲授的：波普尔到底说了什么？为什么那么说？因为这群物理学家中的一些已经开始痛斥持批评态度的同行，大声的支持将可证伪性的概念从科学研究中剔除。

在研讨会过后的几个月中，一些学界的大牛无所不用其极，利用各种手段，从推特到在《自然》这样的高阶刊物上发宣言式文章，想要通过一场百无禁忌的公关大战，来角逐甚至保持对当代基础物理灵魂的控制权。让我来带你们感受一下气氛：“可怕的是，以后可能会很难区分‘科学’与新时代思潮，抑或是科幻，”乔治·艾丽丝在鞭笞弦论支持者时说；萨宾·霍森菲尔德对此发表意见说：“后经验科学是一个自相矛盾的概念。”彼得·嘉里森直言不讳，认为科学已经濒临险境：“这是一场事关科学本质的争论。”另一个阵营的肖恩·卡罗则发表推特说：“我认为可证伪性条款真正的问题在于：我们不应该提前对什么样的理论能够正确描述世界提出要求。”他还写道，“‘（可证伪性）是那些没有受过哲学教育的科学家抓住的天真箴言。 ”最后（但是除此之外还存在非常非常非常多的争论），莱昂纳德·萨斯坎德炮制了一个新词，用于嘲笑一种极其天真的（在他看来）关于科学如何运作的思考，这个词叫做“波普弱智”（Popperazi）。

这些声望极高学者们令人意外的直白且异常公开的对话，是科学家们对于他们完全没有足够了解的哲学概念自说自话所导致的。这次，是关于波普尔的科学哲学以及它在界定问题上的应用。对于像我这样一个学术生涯由科学（生物进化论）开始、后因经历了一个有建设意义的中年危机而转行哲学的人来说，极具讽刺的是今天许多科学家，特别是物理学家，似乎对哲学没有很高的评价。就在过去的几年中，史蒂芬·霍金宣布哲学已死，劳伦斯·克劳斯（参见《关于宇宙，我们能了解多少？》一文）也讥讽说哲学让他想起伍迪·艾伦的老笑话，“那些不会做的，教别人。那些不会教的，教体育。”科普达人尼尔·德格拉斯·泰森和比尔·奈都公开质疑过为什么年轻人会愿意浪费时间在大学学习哲学。

1944年2月4日，爱因斯坦在美国普林斯顿

在物理学家中，这是一个新奇且绝非普遍的态度。拿以上的轻蔑态度与1944年爱因斯坦本人同他的朋友罗伯特·桑顿通信中就相同话题的讨论相比：“我完全认同你所说的方法论教育，也认同历史和科学哲学教育的重要性。今天的许多人——包括职业科学家——在我看来像是见过一千棵树却没有看到过森林的人。历史和哲学的背景知识会赋予一个科学家独立性，使他免于像大多数同行一样受时代偏见所累。哲学见解所带来的这种独立性，在我看来，正是一个真正的真理追求者区别于技工之处。” 那么，依据爱因斯坦的标准，在当代的物理学家中有大多数人是技工，只有小部分才是真理追求者。

当然全面合理的看待，爱因斯坦对待哲学的意见可能并不能代表他的时代，现代的弦理论学家在物理学家社区中也是一个小的群体，上推特的弦论物理学家就更别说了，可能只涵盖这个集合里一个更爱发表意见的子集。他们发出的哲学噪音，不大可能能够代表整个物理学家社区的意见，但是正因为他们是一群如此有声望的科学家，他们意见依然是关键的。那些出现在社交网络和大众科学中的高调议论定义了大众会如何看待物理，甚至在某种程度上定义了物理学家将如何看待那些物理学中的大问题。

话虽如此，当下物理学社区公众可见的部分似乎已经分裂成为了两个阵营，一派公开对哲学表示轻视，另一派认为自己正确地理解了相关的哲学观点而他们意识形态上的敌对阵营没有理解。这次处于危险之中的并不只是以往那小小的学术蛋糕，而是整个公众对于人文科学及科学的理解和尊重，更不要提数以百万计的研究经费了（给物理学家的，不是哲学家的）。因此，是时候认真地研究一下波普尔的哲学，了解他为什么说他所说，以及为什么当我们正确理解这些之后，它们仍然对科学非常关键。

像我们看到的，波普尔所传达的信息的简洁程度使其具有很高的欺骗性，尤其是当它被重新包装成一条推特信息时；事实上，这种简洁已经欺骗了很多聪明的评论者，成功得让他们低估了其中哲学的复杂程度。如果我们为简化版的波普尔做一款车尾贴纸会是这样的：“不证伪，非科学，不要费钱费力了！”

波普尔本人在职业生涯中几次对他关于可证伪性与界定问题的看法作出修改。比如，他最初拒绝承认验证在科学理论中会有任何作用，认为若主动挑选确证性的证据会使“验证”科学理论变得异常容易。果不其然，现代心理学家已经发现这种同时普遍存在于普通人和科学家之中的行为，并且给这种倾向性起了名字：确认偏差（confirmation bias）。

尽管如此，波普尔后来承认了验证，尤其是那些对特别大胆而新颖的预言的验证，是正确科学方法的一部分。毕竟，爱因斯坦之所以在1919年日全蚀之后一夜成为科学明星，也是因为天文学家们在整个地球范围内验证了他的理论，发现实证数据与其预言相吻合。波普尔并不认为广义相对论因此获得了真理的地位，而只是认为此理论存活了下来。事实上，如今我们并不认为广义相对论就是正确的，由于之前所述的它在某些领域中与量子力学的冲突。但是一个世纪以来，广义相对论已经经受住了几轮高难度挑战，最新的一个证实来自几个月之前，当引力波第一次被观测到的时候。

波普尔也改变了对马克思主义历史理论的看法，至少承认了这样一个理论的可能性（关于达尔文进化论，波普尔一开始持怀疑态度，错误地认为进化论的想法是基于一个恒真式）。波普尔后来让步承认，即便最好的科学理论也常常由于它们与附加假设和背景假定的联系受到保护，免于被证伪的命运。当一个人使用望远镜以及底片来测试爱因斯坦的理论时，他其实同时在测试焦点理论，加设计望远镜时使用的那些光学理论中的那些假设，加用于分析数据的那些数学背后的假设，加很多科学家想当然认为是真理的背景知识，然而他的全部注意力都集中在主要问题上。如果出现某些差错，被测试理论与观测之间出现了不匹配，不应认为被测试理论需要马上出局，因为任何一个附加假设的问题都可能造成如上所述的结果。这就是为什么科学假设需要在各种不同的情况下被反复测试，因为只有这样我们才能对理论的结果报有合理的信心。

波普尔最初的研究几乎一手将界定问题放到了智慧地图上，激励着哲学家去形成可以用来告诉我们什么是科学，什么不是科学的健全哲学理论。这些努力持续至1983年，直到拉里·劳丹（Larry Laudan）发表了一篇极具影响力的题为“界定问题的失败”（The demise of the demarcation problem）的论文，在其中拉里主张，界定问题实际上是在浪费哲学家的时间，除了其他原因，最重要的是因为，任何人成功列出一小列能够定义“科学”与“伪科学”的必要且共同充分条件的可能性是极低的。劳丹辩论说，若不能产生这样的一组条件，企图从原则上区分科学与非科学的努力就是异想天开的。

“必要且共同充分条件”是一个逻辑-哲学术语，但是值得搞明白，因为理解劳丹说的话对我们至关重要。他认为波普尔以及其他人一直尝试给科学和伪科学找到一个类似基础几何学中的定义一样的精确定义：举例来说，三角形，是任何内角合为180度的几何图形。这个条件既是必要条件（因为不满足这个条件，这个几何图形就不是三角形），又是充分条件（因为我们只要我们知道这个条件被满足，我们就知道这个几何图形确实是一个三角形）。劳丹正确地指出，不可能为界定问题找到此类的解，恰是因为像“科学”与“伪科学”这样的概念的复杂性、多维性，以及固有模糊性，使得它们不允许有明确的界限。在某种意义上，那些抱怨“波普弱智”的科学家在提出与劳丹同样的问题：波普尔证伪的标准似乎太过简单粗暴了些，它不是一个好的用来区分科学和伪科学的工具，更别说用它来区分好的科学和差的科学了。

然而，波普尔其实并不像劳丹、卡罗、萨斯坎德和其他人说得那么单纯。界定问题也并非那么无可救药。这就是为什么很多作者，包括我本人和我的长期合作伙伴马丁·邦卓，纷纷发声指出劳丹对界定问题的驳回也许太过草率，而且推特也绝非一个最适合对科学哲学进行细致讨论的地方。

如果我们放弃对于必要且共同充分条件集合的要求——波普尔本人实际上对此并无严格要求，关于界定问题的研究其实是完全可以继续下去的。那么，其他选项是什么？答案是用维特根斯坦式的“家族相似性”的概念来对待科学、伪科学及其他。路德维希·维特根斯坦是另一位20世纪极具影响力的哲学家，虽然同波普尔的社会经济背景，脾气以及哲学兴趣大相径庭，两人同样在维也纳被追捧（如果你对区别到底有多大感兴趣，且看2001年记者大卫·艾特蒙德和约翰·埃丁努写的《维特根斯坦的火钩》，Wittgenstein’s Poker）。

维特根斯坦曾指出，存在许多我们可以有效使用、却无法被劳丹所说的那种清晰定义捕捉的概念。

维特根斯坦从来没有写过与科学哲学相关的内容，更别说与基础物理相关的了（他也没有关注过马克思主义历史理论）。但是他对语言，语言中的逻辑及其用法非常感兴趣。维特根斯坦曾指出，存在许多我们可以有效使用、却无法被劳丹所说的那种清晰定义捕捉的概念。他最喜爱的例子“游戏”，就是这样一个简单到具有欺骗性的概念。如果你尝试以定义三角形相同方式定义游戏，结果可能徒劳的。维特根斯坦写道：“我们怎么才能给一个人解释游戏是什么呢？我想我们会向他描述许多游戏，然后说，‘类似这样的都可以称为是游戏。’我们自己知道得比这更多吗？我们难道仅仅是不会向其他人描述游戏？……然而这并不是一种无知。我们不知道界限在哪里，因为界限并没有被划出来。我们可以为特定原因制定界限，但是这会使概念本身变得更有用吗？完全不！”

重点是，在许多情况中，我们并不是去发现已经存在的界限，好比游戏和各门科学是存在于超越时间的形而上维度中的柏拉图完美理想一样。相反，我们会为了某些特定目的创造出界限，然后去测试这些界限在实际情况中对我们所怀有的目的是否有效。在科学与伪科学的区别这个例子中，我们认为的确存在一些至关重要的区别，因此我们希望划出一些尝试性的界线来强调这种区别。哲学家也好科学家也好，如果我们否定，例如，在占星学和天文学之间存在一些根本区别的强烈直觉，我们必定将会放弃太多。需要解决的是找出区别大约会在哪里？

与其相互抛出大而化之的讨论，科学家应该共同协作，不仅是为了更好的推进科学，更是为了更好地反击伪科学。

同样，很多慕尼黑研讨会的与会者，以及更广泛的“弦论战争”的参与者的确感到一般意义上理解的基础物理和弦理论家所提出的理论框架存在一些重大的差异。理查德·戴威德不赞成“后实证科学”这个标签（确实可笑），而更赞同称其“非实证理论评估”这一说法，然而不论人们怎么叫，他都明白他和他的同伴正在严重背离自伽俐略以来人们进行科学研究的方式。是的，这个意大利物理学家自己（指伽俐略，译者注）的许多研究涉及了理论上的争论和思想实验（他很可能从未真的在比斜塔上做过小球自由落体实验），然而他的想法毋庸置疑是具可证伪性的，并且在历史上次又一次地接受了实验的考验。那么，更大的一个问题是：我们到底是处于发现一种全新的科学的边缘，还是将来的科学家会把现阶段看做科学发展中暂时性的停滞不前？抑或，基础物理学已经来到了一个尽头，不是因为所有该被发现的都已被发现，而是因为我们已经触到了我们头脑和技术的极限？对此感兴趣的人不应该仅仅局限于科学家和哲学家，这是公众也应该关注的重要问题（那些为基础物理研究经费买单的正是这群人）。

伽俐略的许多研究涉及了理论上的争论和思想实验，然而他的想法毋庸置疑是具可证伪性的

关于“弦论战争”以及随之而来的有关科学哲学的正确打开方式之争的奇怪之处在于，如果参与其中的科学家们和哲学家们可以放下意气之争进而集结他们的智慧力量，他们会发现为了社会的利益其实有更大的共同目标需要实现。与其用相互抛出大而化之的讨论，科学家应该共同协作，不仅是为了更好地推进科学，更是为了更好地反击伪科学：顺势理疗师和占卜术士，是两个显而易见的例子，这些行当还在一直通过欺骗群众来赚取大量钱财，使人们身体和精神健康受到损害。这些都是值得严肃批判和讨论的话题，做为公众知识分子或者学者有道德责任，不论是科学家还是哲学家，都在尽最大努力产出他们关于认识论或者基础物理中疑难点的讨论，希望通过这种方式回馈社会。

“利维坦”（微信号liweitan2014），神经基础研究、脑科学、哲学……乱七八糟的什么都有。反清新，反心灵鸡汤，反一般二逼文艺，反基础，反本质。

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