《科学究竟是什么》 柴知道解读
《科学究竟是什么》| 柴知道解读
关于作者
A.F.查尔默斯，英国著名学者，畅销书作家，同时也是一位科学家。他本科、硕士、博士学的都是物理，还在弗林德斯大学哲学系做了很多年的访问学者。现在是悉尼大学科学史和科学哲学部的副教授。
关于本书
本书是科学哲学领域的必读书之一。查尔默斯在书中介绍了归纳主义科学观、否证主义科学观、结构主义科学观、贝叶斯主义科学观等多种科学思想，试图通过对不同科学思想的梳理，来考察科学的本质究竟是什么，科学到底有哪些特别之处。
核心内容
不同的科学思想中对科学的定义不同，对科学本质的描述也各有侧重。在归纳主义科学观看来，科学是对事实进行归纳推理之后所得到的理论；在否证主义者看来，可以被检验的理论才能被叫做科学；在结构主义科学观看来，一门科学是遵循同一范式的多个理论的集合；在贝叶斯主义科学观看来，科学理论的对错未必是绝对的，而是一个概率问题。
你好，欢迎每天听本书。本期音频为你解读的是《科学究竟是什么》。这本书的中文版大约20万字，我会用大约24分钟的时间，为你讲述书中精髓：在不同的科学思想中，科学到底是什么？
如果你平常喜欢刷微博或者今日头条的话，肯定看到过这样的争论，就是中医到底是不是科学？有些人说，中医流传了几千年，有大量的案例，是一门经验科学。有些人说，中医的疗法通不过严谨的实验测试，所以根本就不是科学，而是伪科学。同样的，在星座学、风水学，甚至是心理学和经济学的问题上，都会出现这样的争论。而且往往是双方谁也说服不了谁，最后只能吵架。
本期音频讲的这本《科学究竟是什么》，就能加深你对这些问题的思考。这本书的主题很明确，听名字就知道，是要告诉你，科学到底有什么特别之处？一门学科要符合怎样的要求，才能被称为科学？
这本书的作者是A.F.查尔默斯。他自己就是一位科学家，他本科、硕士、博士学的都是物理，然后又在全澳大利亚最好的研究大学之一，弗林德斯大学哲学系做了很多年的访问学者。按照今天的说法，他就是站在科学和哲学的交叉路口的那种人。所以由他来研究这个问题，再合适不过了。而且，这本书还是科学领域和哲学领域的必读书目之一，国内很多大学都把这本书当做教科书来使用。
在查尔默斯看来，在不同的历史阶段，人类对科学的认识是不一样的。我们很难找出一个精确的、非常全面的标准，套到古往今来所有的学科上，然后说，满足这个标准就是科学，不满足这个标准就不是科学，这个事情做不到。但是通过研究在不同阶段人类对于科学的认识，我们就可以感受到科学有一些与众不同的特点，也就有助于我们分辨科学和伪科学。所以，查尔默斯从伽利略时期的科学思想开始，一步一步介绍了否证主义、结构主义、无政府主义、贝叶斯主义等等的科学观，从各个角度来说明，科学究竟是什么。看完之后，你对科学的理解一定会更加深刻，也能对身边的各种知识和理论做更进一步的思考。
介绍完这本书的基本情况，接下来，我挑选出四种最具代表性的科学思想，来看看在它们眼中，科学应该是什么样的。首先来了解一下归纳主义科学观，这种思想认为，科学是对事实进行归纳总结，所得到的理论；然后再来看看否证主义，这种思想的核心是，科学是可以被检验，而且是可以被证明为错误的理论；接下来再了解结构科学观，认为科学是许多理论组合在一起形成的，但所有的理论都被装在一个叫做“范式”的框里，有没有这个框，就是衡量科学与非科学的标准；最后，来看一下贝叶斯主义的科学观，这也是作者在新版的书中重点增加的一科学观，这种科学观认为，一个科学理论是否正确，不是一个绝对的事情，而是一个概率问题。而且，这个概率还可以通过数学算法计算出来。
先来看第一种科学思想，叫归纳主义科学观。意思是说，科学就是对事实进行归纳总结之后，所得到的理论。我们现在一提到“科学”这两个字，都会有一个反应，就是它很可靠。为什么可靠？因为科学是建立在事实的基础上的，这些事实是我们人人看得见摸得着的，不管我们怎么想，事实就摆在那里。而科学，就是我们建立出来的一套符合这些事实的理论。这种科学观，是最容易理解的，所以查尔默斯说这是“常识科学观”。归纳主义科学观的形成，是人类在科学探索上迈出的一大步。
举个例子，就是大家都听过的比萨斜塔实验。这个故事很简单，古希腊的哲学家亚里士多德曾经说，不同重量的物体，在下落的时候速度不同，重的东西下落得快，轻的东西下落得慢。后来比萨大学的老师伽利略不同意，说不对，不管轻重，都下落得一样快。最后伽利略跑到比萨斜塔上做了个实验，在大家的见证下，发现不同重量的铁球果然同时落地。
这个故事可能会让你有这样的疑问，哎这么简单的道理，难道在伽利略做实验之前，人们都不相信吗？其实，在17世纪以前，人们并没有把事实当成是知识的基础。在当时，只有像《圣经》这样的宗教经典，或者亚里士多德这样的权威人士所说的话，才能被当成证据。所以说，伽利略的这次实验非常了不起，他说服了一堆教授和市民，证明了传统的思想是错误的，我这套根据事实得出的理论才是对的。所以有学者提出，从这个时候开始，以事实为依据的现代科学才真正诞生了。伽利略自己通过比萨斜塔实验一战成名，流芳千古。所以他自己说，我们应当先观察事实，接受这些事实，再去建立一套符合这些事实的理论，这就是科学。这个说法非常经典，简单易懂，广为接受，而且的确有重大的贡献。我们当然不能说它是错的，但是在查尔默斯看来，归纳主义科学观有不少漏洞，也不够完善。
再拿伽利略举个例子。伽利略曾经提出过一种测量恒星直径的方法。简单来说，就是拿一根绳子放到眼前，然后调整绳子的位置，让绳子正好能挡住恒星，然后利用数学方法，算出恒星的直径。这个测量方法的确是基于客观的观察事实，在数学算法上也没有问题。即使今天让我们来做同样的实验，也会和伽利略得到相同的结果。但问题是，用这种方法，根本就测不准恒星的直径。因为我们肉眼看到的恒星大小和角度，跟恒星自身的尺寸大小没什么关系，我们的地球有一层厚厚的大气层，会对光的传播造成扰动，所以靠肉眼根本看不出恒星的大小。伽利略那个时代，还没有关于这方面的知识。所以虽然他进行了观察，通过事实和严谨的数学推理得出了一套理论，但很可惜，这个结论是错的。错的原因就在于，我们通过观察所得到的事实，并不一定都是可靠的。那如果根据这些事实来进行推理，当然就得不出正确的理论。
归纳主义科学观的另外一个问题是，归纳推理这个方法本身，也不够严谨。哲学家罗素曾经举过一个很好玩的例子。有一只住在农场里的火鸡，农场主每天都在早上9点准时过来喂这只火鸡。久而久之，这只火鸡就得出了一个科学结论：这个世界的运行规律就是，每天早上9点就会有人来给我提供食物。但是到了某天早上，农场主不仅没有来喂它，反而拎着一把刀把它给宰了。为什么？因为圣诞节到了，大家要吃火鸡。这个例子就很形象的说明了，通过总结事实，然后进行归纳推理的方法来建立一套科学理论，从逻辑上来讲是不严谨的。因为这样的话，你永远都无法证明这个理论一定是正确的。
上面为你讲述的，就是第一种科学思想，叫“归纳主义科学观”，认为科学就是通过对事实进行归纳总结之后，所得到的理论。归纳主义科学观的诞生，是人类的一大进步，有力地推动了现代科学的发展。但问题在于，我们所观察到的事实未必就是正确的，而且归纳推理这种方法，本身在逻辑上也不够严谨，容易出问题。
接下来，我来为你讲述第二种思想，叫“否证主义”的科学观。否证主义科学观最出名的支持者，叫波普尔。他知道归纳主义的那套观点有问题，所以他换了一个思路，说如果一个东西是科学的话，那它一定是可以检验的，并且有可能被证明是错的。这个观点，就是否证主义科学观的核心。
举个例子来解释一下。以前人们一直认为，光是只能沿直线传播的。但爱因斯坦在提出广义相对论的时候，就做了一个判断，说光线经过大质量物体的时候，比如经过太阳附近的时候，会发生弯曲。后来果然有科学家通过实验，证明了光线的确会发生弯曲，广义相对论才逐渐被大家接受。广义相对论，就是一个科学理论，因为它是可以检验的，并且有可能被证明是错的。如果科学家发现光线在经过太阳旁边时确实弯曲了，那广义相对论就对了，但如果没弯曲，那说明广义相对论就有问题了。所以说，广义相对论是可以被证否的。
如果一套理论不能被证否，怎么说都对，那就不是科学。比如在波普尔看来，弗洛伊德的心理分析法，就不能算作是科学，因为什么事他都能解释，怎么讲都是他有道理。日常生活中，这样的例子也很多。比方说星座学，你今天运气好，它有一套解释，运气不好，它也有一套解释，反正无论怎么样，它都是对的。再比如阴阳八卦，也是同样的道理，反正绕来绕去，什么都能解释，永远正确。在否证主义看来，一套什么都能解释的理论，就是什么也解释不了。一套不能被检验的理论，就没有价值。一套不可能出错的理论，就是伪科学。从这个角度上来说，否证主义是鉴别伪科学的神器。
但否证主义的科学观，其实也有漏洞：因为即使一个理论被证否了，也不一定就是错的。为什么这么说呢？查尔默斯举了一个很著名的例子。在“日心说”提出之前，人们都认为地球处在宇宙的中央，是静止不动的。但按照哥白尼的观点，地球是围绕着太阳运动的，而且还围绕着地轴自转，根本就不是静止的。我们现在都知道，哥白尼是对的，但在当时，很多人反对哥白尼的观点。其中就有人说，我可以否证哥白尼的观点，假如我跑到一座很高的塔上，然后从塔顶往下扔一块石头，如果地球会自转的话，那等到石头落到地上的时候，这个塔已经跟着地球转动了一点，所以石头肯定不会落在塔的地基上。但实际上，石头当然是落在塔的地基上的。所以我就能证明，哥白尼错了，地球根本就不会自转。
你不要觉得这个否证是在搞笑，真不是，这是哥白尼的理论面临的最严重的威胁之一。因为按照当时的认识，这个实验已经证明了哥白尼是错的，他的理论站不住脚。当然了，我们今天已经知道了，这是由于物体具有惯性，石头在下落的过程中，也同时在延续着之前的横向运动。但在当时，哥白尼和他的支持者，面对这个否证完全没办法，也没有作出回应，因为他们也不知道这是怎么回事，没法儿解释。实际上，从哥白尼提出自己的理论，到他的理论被证实，中间经历了超过一个半世纪。如果按照否证主义的标准，哥白尼的理论，在刚刚诞生的时候就应该被放弃了，因为在这一百多年中，有太多的证据都否定了他的理论。
而这个问题，不光是哥白尼要面对，所有创新的理论都要面对。因为一个新的理论在诞生的初期，肯定是不完善的，一定会面对许多的问题，只能在不断地发展中逐渐完善。那如果我们认死理，说只要是被证否的理论，都不是科学的话，那很多像哥白尼这样革命性的理论，就没有机会出现了。所以，由于科学水平和认识水平有限，即使是在检验中被证否的理论，我们也不能断定它就一定是错的。
刚才讲的是本期音频的第二种思想，叫“否证主义”的科学观。在否证主义看来，科学是可以被检验的，也有可能被证明是错的。如果一套理论什么都能解释，怎么说都对，那就是伪科学。但否证主义也存在漏洞，就是即使一个理论被证否了，也不一定就是错的，也有可能是因为我们目前的认识水平不够。
看完了归纳主义和否证主义的科学观，我再带你了解另一种思想，叫“结构科学观”。结构科学观的代表人物，叫托马斯·库恩，他写了一本书叫《科学革命的结构》，说科学不是某一个具体的理论，而是许多理论在一起组成的一套理论结构。但这些理论，都在同一个框架里，这个“框架”就叫“范式”。我们看一个东西是不是科学，就看它有没有“范式”。这就是结构科学观的核心观点。
听起来有点抽象，我来给你举个例子。在现代化学诞生以前，人们认为世界上有一种东西，叫做“燃素”，所有的物质在燃烧的时候，都会释放出燃素，火就是由燃素构成的。这些关于燃素的理论，都在一个框架里，是一个范式。后来“化学之父”拉瓦锡提出，燃烧这种现象不是燃素导致的，而是跟氧气有关，是一种氧化现象。他还提出，物质是由各种元素构成的，还弄出了一个包含33种元素的化学元素列表。这个元素理论，也是一个范式。
在现代化学诞生以前，研究者都接受燃素论，这个范式就相当于给所有的化学理论提供了一个框架，各种理论都要在这个框架之内进行探索，它们共同组成了一套科学体系。而现代化学的范式，就是物质是由各种元素构成的，科学家在元素理论这个框架之内，再来进行研究，各种研究成果结合在一起，共同构成了现代的化学科学。
在托马斯·库恩看来，范式很重要，因为它能给科学家的工作提供一个标准，他们可以在这样的一个框架内，进行各种研究工作，库恩把这些研究工作叫做“常态科学”。常态科学研究持续积累，就能不断地完善这个范式，推动科学的进步。
有另一位叫拉卡托斯的哲学家，也是结构科学观的倡导者，他提出了一套跟库恩差不多的理论，但是更形象一点。他说我们可以把一个科学体系分为“硬核”和“保护带”，这个硬核，其实就是一门学科里的基础理论。比如说，哥白尼天文学的硬核，就是地球围绕着太阳转，同时还自转；牛顿物理学的硬核，就是运动三定律，加上万有引力定律；马克思主义的硬核，就是经济基础决定上层建筑。在这些硬核的基础理论之外，还有很多延伸出来的理论，就像是一圈围绕着硬核旋转的保护带一样。
在结构科学观的支持者看来，所有成熟的科学，都要有一个处于核心地位的基础理论，也就是要有一个被大家广泛接受的范式。如果要区分科学和非科学的话，就是看一门学科中存不存在这样的范式。如果存在的话，这门学科就能够进行常态科学的研究，就可以进步，所以属于科学。如果不存在的话，大家各说各话，相互吵架，谁都不服谁，出了错之后也没办法进行改进和修正，那就不是科学。
比如天文学，就属于科学，因为它有核心的理论，比如引力定律、广义相对论等等。大家可以在这些范式里进行研究，即使某个理论搞错了，我们也可以对它进行修正，推动学科进步。但星座学就不是这样，因为它没有一套大家广泛接受的范式，每个星座学家都有自己的一套理论，谁也不服谁，都说自己预测的最准。如果你想去买一本什么星座学的权威教科书，去学习一下基础理论，那不好意思，买不到。所以，星座学就不是一门科学。
所以在结构科学观这里，一套科学理论的核心范式非常重要，一般情况下是不容置疑的。科学家在进行研究的时候，可以去质疑基本范式之外的非核心理论，但最好不要质疑范式本身，否则就乱套了，没办法推动科学进步。
但结构科学观也就在这个地方。范式的地位太重要了，不同的范式所面对的问题，对事实的判断，都完全不同。在这种情况下，就算出现了一个新的范式，科学家也很难接受。库恩自己也说，要想让科学家抛弃旧的范式，去相信一个新的范式，就好像是让原来信基督教的人去改信伊斯兰教一样，太困难了。如果用这种方法来定义科学，指导科学研究的话，要想取得科学进步是很难的。
好，刚才讲的，就是本期音频介绍的第三种思想，结构科学观。在结构科学观看来，科学是许多理论在一起形成的一种结构，所有的理论都装在一个叫做范式的框里。判断一门学科是不是科学，就要看这门学科有没有这个框。
看完前面三种思想，再带你来了解本期音频的最后一种思想，叫贝叶斯主义科学观。之前讲到否证主义科学观的时候我们提到，任何科学理论，都是有可能被证伪的。从这个意义上来说，任何一个理论都不能说自己是绝对真理，即使是牛顿的经典力学这样伟大的理论，最后也被证明是有适用条件的。所以在贝叶斯主义的科学观看来，一套科学理论的对错，是一个概率问题。
这个说法乍听上去简直不可理喻，有点违反常识。其实它是来源于数学上的一个理论，叫贝叶斯理论。这个理论的精髓就是，我们可以根据新出现的证据，来描述一件事情发生概率的变化。
听起来有点抽象，举个例子你就懂了。假如你去看赛马，看到其中的一匹马身强体壮，战绩辉煌，觉得它肯定跑得快。于是你就认为，这匹马有50%的概率能得第一。但是等到这匹马被牵到跑道上的时候，你却发现它大汗淋漓，站都站不稳，喘粗气，肯定是生病了。由于出现了这个新情况，你就觉得，这匹马跑第一的概率不是50%，而是只有5%了。
当然了，在这个例子里面，调整过程是根据你的主观感觉来的。但在贝叶斯理论里，整个调整的过程，是要根据一套严格的数学公式来进行计算的。这套计算过程很复杂，在这里就不展开了。
在贝叶斯主义者看来，一套科学理论对不对，就跟赛马能不能跑赢一场比赛差不多。比如牛顿的理论，在以前的成立概率是很高的，因为几百年来的实验证据都在不断地推高这个概率。但是到了20世纪，一系列跟牛顿理论不符合的新证据出现了，它的成立概率自然就逐渐变低了。但是爱因斯坦的相对论呢，在刚提出的时候，它成立的概率是相当低的。可是不断地有新证据出现，不断地经过调整，根据计算，相对论的成立概率就变得越来越高了。
你可能会想，贝叶斯理论的这套算法，到底靠不靠谱，符不符合科学发展规律呢？还真符合。
比如有一位叫普劳特的化学家曾经提出一个假说，说所有元素的重量，都是氢原子重量的整数倍。这个假说成立的概率，被设定为90%。但之后有人通过实验发现，氯原子的重量，是氢原子的35.83倍，不是整数倍。在经过计算以后，普劳特这个假说成立的概率就下降到了87.8%，降了2.2%。虽然假说成立的可能性下降了，但这是符合科学发展规律的，因为在一个新证据被提出的时候，大家肯定会想，是不是我们测量的方法有问题啊？是不是我们用的氯元素纯度不够啊？就像刚刚我们说结构科学观的时候说的，人们一般不会怀疑到核心假说的身上。所以普劳特假说的概率下降了，但下降的不多，就是符合科学发展规律的。
不得不说，贝叶斯理论的算法很精巧。比如，如果一个证据被重复提出，那对理论成立概率的提升就很小；如果有多重不同类型的证据都支持某个理论，那理论成立的概率就会有大幅的提升。这些符合我们直觉的结论，都能在贝叶斯理论的算法中得到验证。但贝叶斯主义的科学观存在着一个非常严重的问题。因为在贝叶斯理论的算法中，我们必须要先给一个理论赋予一个概率，再来进行计算。比如说，刚刚提到的“普劳特假说”的例子中，进行计算的人一开始就认定，它成立的概率是90%。但问题是，凭什么呢？这个90%，完全是根据主观信念得出的。换句话说，是靠猜的。别人可以认为这个假说不可靠，只有20%的成立概率，你也没办法反驳，因为这本来就是一个主观的判断。所以，即使调整的算法再精巧，最终的结果也多多少少会受到这个主观判断的影响，无法做到客观和精确。
刚才讲的就是本期音频为你介绍的最后一种思想，叫贝叶斯主义科学观。在这种科学思想看来，一个科学理论是对是错，不是一件绝对的事，而是一个概率问题。而且，它能提供一套精巧的算法，来计算一套理论成立的概率。但贝叶斯主义科学观的问题在于，它无法摆脱主观信念的影响，做不到完全的客观和精确。
以上就是本期音频要讲的全部内容，回顾一下，科学究竟是什么？
首先，在归纳主义者看来，科学就是对事实进行归纳总结后形成的理论。这种“实事求是”的观点推动了现代科学的发展。但问题是，归纳总结出来的理论，不一定就是对的。还有很多当代科学，也没法儿观察。
然后，在否证主义者看来，科学是一套可以被检验的理论，是有可能被证否的理论。如果一个理论什么都能解释，怎么说都对，没法儿检验，那就是伪科学。但否证主义也有一个问题，就是即使一门学科在检验中被证否了，也不一定就是错的，也有可能是因为我们目前的认知水平不足造成的。
接着，在结构科学观看来，科学是许多理论在一起所组成的，所有的理论都围绕着一个核心，要套进一个叫做“范式”的框里。有没有一个得到公认的范式，就是科学和非科学的区别所在。但结构科学观也有问题，就是太过于注重范式的重要性，也会对科学进步造成影响。
最后，在贝叶斯主义科学观看来，一个科学理论是对是错，不是一件绝对的事，而是一个概率问题，而且这个概率是可以计算的，还可以根据新证据进行调整。但问题是，这种算法它无法摆脱主观信念的影响，做不到完全的客观和精确，难以推动科学的进步。
读完《科学究竟是什么》这本书之后，我有一个感想。很多问题，想给它下一个精准的定义，找一个明确的标准，是不可能的。有一位哲学家，叫维特根斯坦，他举过一个例子，说你不可能对“游戏”这种东西下一个准确的定义，不管你怎么定义，我都能找出一个东西，它跟你定义的不一样，但又的确是游戏。科学这个事情也是这样，我们只能通过不断地感受，不断地接触，总结各种特点，具体问题具体分析，才能判断一个东西究竟是科学，还是伪科学。有些架，可能就要一直吵下去。
撰稿：柴知道 脑图：摩西 转述：孙潇