科學(xué)理論的“簡單性”與“真理性”之關(guān)系

姜 琬

（深圳大學(xué)社會科學(xué)學(xué)院，廣東 深圳 518060）

簡單性原則作為科學(xué)理論的構(gòu)建原則和在相互競爭的理論之間進行評價和選擇的重要參考，一直受到科學(xué)家的推崇和哲學(xué)家的重視。但簡單性原則的根據(jù)何在？它是真理性的要求，還是邏輯的、經(jīng)濟的或美學(xué)上的原則？特別是在關(guān)于簡單性與真理性的關(guān)系上，存在著長期的爭論，至今這仍是一個有待我們探討的問題。

一、“簡單性”與“真理性”關(guān)系的復(fù)雜性

自從人類開始形成理性的知識，簡單性問題就被提出來了。一方面人們在提煉和表達科學(xué)知識時，必然涉及簡單與復(fù)雜的關(guān)系問題；另一方面當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)自然的和諧有序，發(fā)現(xiàn)人可以用簡單統(tǒng)一的原理去理解自然界的紛紜萬象的時候，有關(guān)自然其實是簡單、和諧的思想就產(chǎn)生了。古希臘很多思想家都表達過自然具有簡單性的觀念。畢達哥拉斯學(xué)派相信自然具有數(shù)學(xué)上的和諧性，能夠用簡單數(shù)學(xué)關(guān)系進行表征和運算，進而被精確地認識。亞里士多德則明確表達了自然行為具有簡單性的思想，他認為自然作為具有內(nèi)在目的的主體，在趨向其目的的時候，總是采取最合理、最直接、費力最少的方式。他相信簡單性是自然的本性，自然喜歡簡單性，亞里士多德曾用擬人化的語氣說：“自然決不會做無道理或枉然之事。”[1]比如在天文學(xué)上他斷言：天體都會作最簡單也是路徑最短的運動，這只能是圓周運動，并且這種運動必然是均勻無變化的。

雖然亞里士多德本人并沒有將自然本體的簡單性直接引伸到知識的簡單性中去，但他的說法卻常被人們作為理論應(yīng)當(dāng)追求簡單性的根據(jù)。人們在談到科學(xué)理論的簡單性時，往往引用亞里士多德的名言作為論據(jù)。人們長時間甚至沒有意識到自然本體的簡單性和知識形態(tài)簡單性之間的區(qū)別，在古代人們看來，與作為對象的實在世界本身的簡單性對應(yīng)，科學(xué)理論應(yīng)該具有簡單性是不言而喻的。理論簡單性作為科學(xué)知識的形式，實際上反映了作為內(nèi)容的自然的簡單性。在相當(dāng)長的一段時間里，人們相信科學(xué)理論的簡單性與其真理性是直接相關(guān)的：真理本身是簡單的，簡單的理論更具真理性。

在中世紀，奧卡姆區(qū)分了自然本體和理論表述的簡單性之間的區(qū)別，以前那種認為簡單性與真理性直接相關(guān)的樸素認識因之受到動搖，這時，理論的簡單性與真理性關(guān)系的問題更凸現(xiàn)出來。

中世紀經(jīng)院哲學(xué)家奧卡姆的威廉 (William of Ockham)關(guān)于簡單性原則的主張廣為人知，被認為是對簡單性原則的典型表述，也是對簡單性思想的一次深入探索。奧卡姆的著名格言“除非必要，毋增實體”被稱做奧卡姆的剃刀。他對繁瑣哲學(xué)進行了無情的批判，堅持將一切多于為說明現(xiàn)象所必需的概念、原理清除掉，以獲得表達上完全的但是最簡潔的陳述；然而奧卡姆對以往哲學(xué)家們所說“自然界的簡單性”提出了質(zhì)疑，他并不認為自然界本身必須遵從簡單性的原則行事，而肯定自然的行為、過程和機制可以是復(fù)雜的、多樣和不為人所知的，不然的話，上帝就不是全能的。

奧卡姆主張的理論簡單性原則當(dāng)然是為追求真理服務(wù)的，但并非以自然的簡單性作為其最終依據(jù)。在他那里，理論的簡單性雖然仍與真理性相關(guān)，但卻不再如過去那樣被看作知識真理性的直接表現(xiàn)形式，只是通達或逼近真理的合理方式或手段。他的這種思想明顯地影響了后來實證主義哲學(xué)在簡單性問題上的主張。

奧卡姆的辨析使得那種認為理論的簡單性直接表現(xiàn)了其真理性的樸素觀念受到動搖；同時，也引出了關(guān)于理論的簡單性與真理性的關(guān)系的思考：科學(xué)理論是以揭示自然界的規(guī)律和本質(zhì)為己任，真理性是其首要的、不可替代的原則，那么理論的簡單性與其真理性是否相關(guān)？簡單性原則究竟是真理性本身的要求還是真理性之外的（比如經(jīng)濟或美學(xué)上的）另一項理論原則？

二、近代哲學(xué)對“簡單性”與“真理性”關(guān)系的回避

近代哲學(xué)家們重新探討了科學(xué)理論的簡單性問題。伴隨著對思辨哲學(xué)的反思和對科學(xué)思維中實證性方法的推崇，產(chǎn)生了實證主義思潮，實證主義者主張“拒斥形而上學(xué)”。在關(guān)于簡單性的問題上，卡爾·皮爾遜就認為，我們不能對客觀世界作出任何斷言，因而簡單性只能從人的認識活動界限之內(nèi)獲得說明。當(dāng)威廉·哈密頓（William Hamilton）以亞里士多德似的語氣提出的 “自然害怕多余的東西”的說法時，皮爾遜批評其為“從科學(xué)思想的領(lǐng)域走進形而上學(xué)教條的陷阱密布的地區(qū)”[2]，但他還是肯定其關(guān)于科學(xué)理論簡單性的主張作為科學(xué)認識的方法論原則還是極有價值的，認為是以更加完備和恰當(dāng)?shù)男问奖硎隽藠W卡姆的準則：不假定比說明現(xiàn)象所必須的更多的或更麻煩的原因。

實證主義從自己的立場為簡單性進行了論證，他們將簡單性表述為所謂的 “思維經(jīng)濟原理”(principle of parsimony)，純粹從人的思維活動，從“經(jīng)濟”的角度對簡單性的合理性提出了辯護。“思維經(jīng)濟原理”是由阿芬那留斯首先提出，由馬赫加以發(fā)揮和系統(tǒng)地表述的。這種觀點認為，科學(xué)理論是語言對于事實的概要描述，對于事實的最經(jīng)濟的陳述是科學(xué)的主要目標(biāo)[3]。

阿芬那留斯提出哲學(xué)應(yīng)按照費力最小的原則進行思維，根據(jù)這種原則，滿足說明目標(biāo)之外的一切多余的東西都應(yīng)被清除掉。于是，他的經(jīng)驗批判主義把客觀物質(zhì)世界、客觀必然性、因果性等都被作為主觀附加的多余的概念被清除掉了，只剩下所謂沒有被這些東西玷污的純粹經(jīng)驗。從這里可以看出，這種思維上費力最小原則不但是方法論的，而首先是認識論的。

馬赫與阿芬那留斯觀點一致，并且他受到同事經(jīng)濟學(xué)家的啟發(fā)，將對經(jīng)濟要素的分析移植到人的認識領(lǐng)域，把人的，特別是科學(xué)家的智力活動類比于經(jīng)濟活動，認為科學(xué)活動同樣應(yīng)遵守經(jīng)濟活動的那些原則，應(yīng)用最小的付出獲取最大的效益。

在馬赫看來，科學(xué)和人類知識的作用就在于概括和提煉我們的經(jīng)驗，使經(jīng)驗被概述并成為可以預(yù)言的事實，以代替經(jīng)驗，節(jié)省經(jīng)驗。一種科學(xué)理論越是能代替更多的經(jīng)驗事實，越是簡便、越是經(jīng)濟，就越有效率，越有利于使人在生存活動中獲益，從而符合生物學(xué)的經(jīng)濟原則。換言之，思維在模寫、預(yù)測經(jīng)驗事實上的簡便性、經(jīng)濟性，是評價科學(xué)活動和科學(xué)理論的主要標(biāo)準。一切真正的科學(xué)都有節(jié)約思維和人的認識活動的功能。而節(jié)約思維，促進人對環(huán)境的適應(yīng)，高效率地生存，正是科學(xué)的根本目標(biāo)。于是，馬赫從經(jīng)濟的角度對理論簡單性進行了重新論證，并成為一種新的典型觀念。

實證主義哲學(xué)明確地主張要與關(guān)于真理的 “形而上學(xué)”劃清界限，認為人類經(jīng)驗無法企及真理，科學(xué)理論無關(guān)乎客觀真理，因而作為方法上的 “思維經(jīng)濟原則”也就與真理性無關(guān)。他們只是從人的活動方面探討科學(xué)實踐和科學(xué)理論的簡單性，從主體獲取和表達知識的便捷和效率來論證簡單性原則的。當(dāng)簡單性原則失去與真理性的直接關(guān)聯(lián)后，只能淪為理論構(gòu)建中經(jīng)濟或美學(xué)方面的補充原則。它無法給出科學(xué)家必須應(yīng)用簡單性原則的充足理由，雖然它仍可以成為選擇和評價理論的某種考量，但其實質(zhì)卻不超出一種便利實用的方法。

三、杰出科學(xué)家的“簡單性”直覺信念

哲學(xué)家們思考尋找簡單性原則的根據(jù)，困惑于簡單性與真理性的關(guān)系，然而最杰出的科學(xué)家，如牛頓、愛因斯坦和海森伯等人卻都毫不諱言相信理論的簡單性與真理性直接相關(guān)。海森伯曾這樣對愛因斯坦說：“正像你一樣，我相信自然規(guī)律的簡單性具有一種客觀的特征，它并非只是思維經(jīng)濟的結(jié)果?！盵4]（P320）雖然科學(xué)家們對這二者之間的聯(lián)系往往基于直覺的信念，沒有進行更多的論證，但卻給我們留下了探索簡單性深層根源的極富價值的線索。

杰出的科學(xué)家們在理論的簡單性問題上往往持著相近的態(tài)度。如牛頓和愛因斯坦不但在思想方法上明確主張簡單性原則，提出了自己的理由，在科學(xué)實踐中，他們更是將簡單性原則加以貫徹應(yīng)用。

牛頓劃時代的巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》以恢宏的體系進行了物理學(xué)上的大綜合，確立了近代科學(xué)最典型的范式，這部著作同時也是應(yīng)用簡單性原則構(gòu)建科學(xué)理論的典范。眾所周知，牛頓是比照古希臘歐幾里得《幾何原本》的演繹體系來建構(gòu)他的近代物理學(xué)的宏偉大廈的，這實質(zhì)上是應(yīng)用簡單性原則邏輯化地構(gòu)造理論體系。

在這本著作中，他在反思自己的思想原則時，概括出了“哲學(xué)中的推理規(guī)則”：“如果自然事物的一些原因既是真的并足以說明它們的出現(xiàn)，那我們就不應(yīng)虛增更多的原因。哲學(xué)家們說得更透徹：自然絕不徒勞無益，當(dāng)少而得當(dāng)時，它絕不多此一舉；因為自然喜歡簡單性，后果不是多余原因的虛飾?！盵5]

牛頓關(guān)于自然簡單性的信念，不同于以往的哲學(xué)家像亞里士多德等的思辨和猜測?？梢哉f，牛頓是從自己的科學(xué)研究實踐中，從自己對自然規(guī)律的長期探索和思考中形成這樣的觀念的。我們可以看到：無論是牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律還是三大運動定理，都表明了自然界的簡單與和諧性，使自然行為在科學(xué)家面前條理清晰、一覽無余。因此，自然行為的簡單、直接與和諧在牛頓看來是勿庸置疑的。牛頓從自然本體中挖掘根源，從認識論以及理論構(gòu)建多層次地對簡單性原則進行論證。在牛頓眼里，簡單性原則既是通達真理的途徑和方法，更是真理的直接表現(xiàn)形式。

對于簡單性問題，科學(xué)家們并不僅有直覺的洞察和認識論與方法論方面的思考，更有科學(xué)上有啟發(fā)性的發(fā)現(xiàn)。牛頓之后，十八世紀中期，數(shù)學(xué)家歐拉和莫培督發(fā)現(xiàn)了自然界中規(guī)定系統(tǒng)行為傾向的一個普遍原理，這個原理被稱作最小作用原理。該原理顯示出：在孤立系統(tǒng)中，質(zhì)量、速度和距離的乘積的積分總是取極小值。這一發(fā)現(xiàn)被認為是對自然行為簡單性的某種科學(xué)證實，印證了“自然不做多余的事”的古老格言。歐拉認為上帝在創(chuàng)造宇宙時必定是按照這個原理進行的[6]。

愛因斯坦關(guān)于簡單性的思想，更受到人們的重視。他不但在其科學(xué)實踐中貫徹和應(yīng)用簡單性原則，更在理論上進行了不斷的探討和倡導(dǎo)，給后人留下了豐富的思想。

相對論同樣是從最少的邏輯假定出發(fā)，推演出完整的理論體系的。我們知道狹義相對論的兩條基本公設(shè)，一是狹義相對性原理，另一條是光速不變原理；廣義相對論則是從引力場與參照系的相當(dāng)?shù)募铀俣韧耆葍r以及廣義相對性原理這兩條基本公設(shè)為出發(fā)點的。整個革命性的理論體系就是從這些簡單的邏輯起點推演出來。愛因斯坦總結(jié)說：“理論物理學(xué)的目的，是要以數(shù)量上盡可能少的、邏輯上互不相關(guān)的假說為基礎(chǔ)，來建立概念體系，如果有了這種概念體系，就可能確立整個物理過程總體的因果關(guān)系。”[5]（P255）

對愛因斯坦來講，科學(xué)中的簡單性原則，不但是達至科學(xué)真理的有效的邏輯手段，而且與真理性直接相關(guān)。愛因斯坦有一個大膽的判斷：“邏輯上簡單的當(dāng)然不一定就是物理上真實的東西。但是，物理上真實的東西一定是邏輯上簡單的東西，也就是說，它在基礎(chǔ)上具有統(tǒng)一性?！盵5]（P522）

這些偉大科學(xué)家對簡單性原則直接與真理性相關(guān)的信念，是我們從哲學(xué)上對簡單性問題探討的最富于啟發(fā)性的資源，我們應(yīng)對其進行深入的挖掘。

四、自然界的統(tǒng)一性是科學(xué)理論簡單性的根據(jù)

我們當(dāng)然不能把理論的簡單性原則的根據(jù)簡單地歸結(jié)為自然行為的簡單性，因為今天我們知道自然界各種過程和現(xiàn)象并不僅有簡單的一面，同樣也具有復(fù)雜的一面?，F(xiàn)代科學(xué)前沿揭示出，自然的行為和規(guī)律可以是極其復(fù)雜的，混沌學(xué)中的“蝴蝶效應(yīng)”就是自然行為復(fù)雜性的形象展示。復(fù)雜性探索已經(jīng)成為科學(xué)研究的前沿?zé)狳c，并產(chǎn)生了被稱為“復(fù)雜性科學(xué)”的學(xué)科群。今天，科學(xué)家們不得不承認，“上帝”當(dāng)然有在人類看來是做“多余”的事的自由。大自然有著太多我們還不能理解的行為和現(xiàn)象，人類還面對著太多未知的世界。

那么科學(xué)理論的簡單性與真理性究竟有何關(guān)聯(lián)呢，為什么古往今來的科學(xué)家們都會對簡單性原則倍加推崇呢？正如愛因斯坦所指出的，自然界的內(nèi)在統(tǒng)一性是科學(xué)理論簡單性的基礎(chǔ)，是簡單性與真理性的相關(guān)聯(lián)的根源。

自然的現(xiàn)象和過程無論是簡單還是復(fù)雜，是滄海桑田的歲月推移還是電光石火的瞬息萬變，總是存在著普遍的聯(lián)系，在表層的現(xiàn)象之下存在著深層的作用機制，存在著統(tǒng)一性。我們總能發(fā)現(xiàn)變化中不變的規(guī)律和穩(wěn)定的本質(zhì)。比如在自然界中，無論是由于太陽光的照射所導(dǎo)致的物體被曬熱，還是燃燒引起的發(fā)熱，或者是摩擦產(chǎn)生的熱，甚至動物的體溫這些看上去似乎各不相干的現(xiàn)象，其背后的物質(zhì)熱運動都具有統(tǒng)一性，具有相同的物理運動機制，本質(zhì)上都遵從同樣的物理定律。在物理學(xué)中，我們用分子的熱運動將這些現(xiàn)象統(tǒng)一起來。更普遍地，我們還可以通過粒子和波的運動，從而將整個自然界中聲光電磁等更多現(xiàn)象統(tǒng)一起來。

一切科學(xué)理論都是用人能理解的方式，用概念及其邏輯關(guān)系理性地重構(gòu)自然界。正是自然界統(tǒng)一性的存在，讓人類理性能夠認識和理解自然，使我們能夠形成和表達關(guān)于自然的知識。“知識的本質(zhì)是概括”。人類的一切認識，正是通過自然的統(tǒng)一性去理解自然?？茖W(xué)的任務(wù)，就是要透過多變的現(xiàn)象，去發(fā)現(xiàn)事物統(tǒng)一的本質(zhì)和規(guī)律。

世界的統(tǒng)一性是客觀的，但它仍然是一種潛在的，它有賴于人的理性將其辨識出來，有賴于科學(xué)探索使之呈現(xiàn)出來，有賴于科學(xué)理論去揭示它的具體存在方式。正是在這個意義上，康德將經(jīng)驗世界的“系統(tǒng)統(tǒng)一性”認為是人類理性的先天形式。理論是一種語言體系，它是人的理性的自由創(chuàng)造，從形式上講就是對自然進行概念化和邏輯化，從而人能用思維對其進行處理和把握，最終形成統(tǒng)一的圖像?？茖W(xué)理解就是用概念整理簡化感性世界的過程。正如實證主義已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的那樣：簡單性其實是科學(xué)思想和科學(xué)活動的本性。愛因斯坦指出：“科學(xué)并不滿足于提出經(jīng)驗規(guī)律；它倒是企圖建立這樣一個邏輯體系，這個體系是以為數(shù)最少的前提為根據(jù)，并把一切自然規(guī)律都包括在它的結(jié)論之中?！盵5]（P355）

科學(xué)的邏輯簡單性是自然的內(nèi)在統(tǒng)一性在理論結(jié)構(gòu)、形式和內(nèi)容綜合上的反映，它們之間具有同性、同構(gòu)的關(guān)系?？茖W(xué)家們對邏輯簡單性的追求，其實是科學(xué)真理性對科學(xué)理論的形式、結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的要求。具有簡單性的理論不一定具有真理性，但具有真理性的理論，卻應(yīng)該是邏輯簡單的，它是自然的統(tǒng)一性在理論上的映射。理論的真理性在于，它既要與人類感官經(jīng)驗相符合，又要與人類理性相適應(yīng)；不但要說明已有的經(jīng)驗，還要能預(yù)言未知的經(jīng)驗，而且還要能與已經(jīng)被廣泛接受的人類知識背景相容，創(chuàng)新但又邏輯一貫地說明和解釋自然現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象間更普遍的關(guān)聯(lián)，使我們對自然現(xiàn)象有更深刻的認識和理解。科學(xué)理論越是發(fā)現(xiàn)自然更核心的機制、深層的規(guī)律，能夠用統(tǒng)一的原理去解釋眾多的關(guān)聯(lián)現(xiàn)象，覆蓋更廣泛的自然界，其在邏輯上就越清晰，形式上越簡單，內(nèi)容上越完備。而理論就越全面深刻地揭示自然的本質(zhì)和規(guī)律，刻畫出宇宙圖景的內(nèi)在秩序，越具有真理性。

科學(xué)的目標(biāo)從某種意義說，就是向著更高的統(tǒng)一性的邁進。近代科學(xué)發(fā)展的歷史，正是自然界的統(tǒng)一被不斷揭示的歷史，也是科學(xué)理論的簡單性被不斷提煉的歷史，伽里略的自由落體運動規(guī)律被牛頓的萬有引力和運動定律所綜合，成為牛頓理論的一個特例；而牛頓經(jīng)典物理學(xué)又被相對論所包容，成為相對論的極限形式?？v觀科學(xué)發(fā)展的歷史，也正是理論的創(chuàng)新中所展示出的自然圖景的統(tǒng)一性被一步步揭示出來的過程。正如愛因斯坦在論及理論科學(xué)在現(xiàn)代發(fā)展的基本特征時所提出的那樣：“初始的假說變得愈來愈抽象，離經(jīng)驗愈來愈遠。另一方面，它更接近一切科學(xué)的偉大目標(biāo)：要從盡可能少的假說和公理出發(fā)，通過邏輯的演繹，概括盡可能多的經(jīng)驗事實。同時，從公理引向經(jīng)驗事實或者可證實的結(jié)論的思路也就愈來愈長，愈來愈微妙?！盵5]（P385）

愛因斯坦總結(jié)了人類科學(xué)的這種統(tǒng)一進程，特別是自己創(chuàng)立相對論的思想歷程：“這種過程如此繼續(xù)下去，一直到我們得到這樣一個體系：它具有可以想象的最大的統(tǒng)一性和最少的邏輯基礎(chǔ)概念，而這個體系同那些由我們的感官所作的觀察仍然是相容的?！盵5]（P381）

無論是從科學(xué)歷史的考察，還是從科學(xué)哲學(xué)的分析，科學(xué)理論的簡單性原則，都是其真理性的要求，既是通達科學(xué)真理的合理途徑，建構(gòu)真理理論的邏輯形式，也是科學(xué)真理的表現(xiàn)形式。正如海森伯所說：“如果自然界把我們引向極其簡單而美麗的數(shù)學(xué)形式——我所說的形式是指假設(shè)、公理等的貫徹一致的體系——引向前人所未見過的形式，我們就不得不認為這些形式是‘真的’，它們顯示出了自然界的真正特征。”[5]（P320）

[1]亞里士多德．亞里士多德全集（第二卷）[M]．北京：中國人民大學(xué)出版社，1991.334．

[2]卡爾·皮爾遜．科學(xué)的規(guī)范[M]．北京：華夏出版社，1999.390．

[3]馬赫·感覺的分析[M]．北京：商務(wù)印書館，1986.39．

[4]愛因斯坦．愛因斯坦文集（第一卷）[M]．北京：商務(wù)印書館，2010.

[5]伊薩克·牛頓．自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理[M]．西安：陜西人民出版社，2001.447．

[6]吳國盛．科學(xué)的歷程[M]．北京：北京大學(xué)出版社，2002.276．