科學理論系統(tǒng)化

科學理論系統(tǒng)化

一、科學理論系統(tǒng)化的概述

科學理論的發(fā)展經(jīng)歷了漫長而曲折的道路。任何一門科學理論當其累

積了一定數(shù)量的概念、范疇、原理和定律之后，那么，依據(jù)理論陳述的內(nèi)

在聯(lián)系加以整理，系統(tǒng)地確定各個陳述所處的地位，就成為無可避免的事

情了。這就必然存在著一個如何對某一科學理論進行系統(tǒng)化的問題。

所謂科學理論系統(tǒng)化就是運用一定的邏輯手段,對某個特定研究領域

中的某種研究傳統(tǒng)所累積的龐大理論知識進行合理的重建。

任何一門科學總是要通過系統(tǒng)化的方法把已經(jīng)獲得的各種理論知識

——概念、定律和原理構(gòu)成一個嚴密的科學理論系統(tǒng)。這是一門科學發(fā)展

成熟的標志。愛因斯坦說，“由經(jīng)驗材料作為引導，研究者寧愿提出一種

思想體系，它一般地是在邏輯上從少數(shù)幾個所謂公理的基本假定建立起來

的。我們把這樣的思想體系叫做理論J（《愛因斯坦文集》，商務印書館,

第1卷，第"5頁）也就是說，科學理論應當作為一些邏輯上相互聯(lián)系的

命題的某種系統(tǒng)而存在，這些命題反映（描述）的是某個對象領域的本質(zhì)的

即規(guī)律的、普遍的和必然的內(nèi)在聯(lián)系。

理論系統(tǒng)化的特點在于，構(gòu)成理論體系的那些術語和陳述并不是按照任意

的或外在的次序排列的，它不像辭書那樣按照詞匯條目排列順序，而是依

照理論陳述之間的邏輯性而構(gòu)成一個嚴謹?shù)?、完整的、連貫的系統(tǒng)。換句

話說，理論系統(tǒng)中的術語、陳述相互間存在著一定的邏輯聯(lián)系。它借助于

邏輯的手段從某些陳述過渡到另外一些陳述，各個陳述之間串聯(lián)的總和就

組成了嚴密的理論系統(tǒng)。所以，系統(tǒng)化不是任意的，而是合理的重建。

那么這種邏輯性或者合理性，究竟是指什么呢?也就是說，理論系統(tǒng)

化的邏輯手段（系統(tǒng)化的方法）是什么呢？

一種是演繹的理論系統(tǒng)。這里所運用的系統(tǒng)化方法（邏輯手段）是公理

化的方法，即選擇一些最基本的理論命題作為最原始的前提，叫做公理，

然后應用演繹法，從公理推導出其他的一切理論命題，叫做定理。用這種

方法進行系統(tǒng)化就可以建立公理化的演繹系統(tǒng)。最早的演繹系統(tǒng)可以追溯

到古希臘的歐幾里得幾何學體系。現(xiàn)代的自然科學理論，普遍采用演繹系

統(tǒng)的形式。

另一種是闡明對象發(fā)展的歷史規(guī)律性的演化理論系統(tǒng)。這里所運用的

系統(tǒng)化方法（邏輯手段）是邏輯與歷史一致的方法，即按照對象發(fā)展的歷史

規(guī)律性來確定理論系統(tǒng)的邏輯順序。這種邏輯順序不過是對象發(fā)展的歷史

過程在理論上純態(tài)的、概括的再現(xiàn)。凡是闡明對象發(fā)展歷史規(guī)律性的理論,

比如天體演化理論，生命起源理論，物種進化理論，胚胎發(fā)育理論，科學

程序理論等等，普遍地采用邏輯與歷史一致的方法。

理論的系統(tǒng)化無論采用哪一種方法，其目的都是為了建立具有以下基

本特征的理論體系：

第一，嚴密的邏輯性。

科學理論體系都應有嚴密的邏輯性，它們都應當是采用一定的邏輯方

法，按照邏輯的必然聯(lián)系組成的嚴密系統(tǒng)。

演繹系統(tǒng)的嚴密邏輯性表現(xiàn)在從前提推導出結(jié)論具有必然性。也就是

說，真理性必然從前提傳遞到結(jié)論。邏輯演繹的實質(zhì)就在于從真前提推出

假結(jié)論是不可能的?！拔覀兺瞥绻糯ＥD是西方科學的搖籃。在那里，世

界第一次目睹了一個邏輯體系的奇跡,這個邏輯體系如此精密地一步一步

推進，以致它的每一個命題都是絕對不容置疑的一一我這里說的就是歐幾

里得幾何。推理的這種可贊嘆的勝利，使人類理智獲得了為取得以后的成

就所必需的信心」（《愛因斯坦文集》，商務印書館，第一卷，第313頁）

科學發(fā)展的實際情況表明，演繹法是使科學理論系統(tǒng)具有嚴密邏輯性的重

要手段。

但是，公理化方法卻不是系統(tǒng)化的唯一方法。由于各門科學的性質(zhì)和

發(fā)展狀況不同，因而它們進行系統(tǒng)化的邏輯手段也不完全相同。遵照邏輯

與歷史相一致的原則，根據(jù)認識對象歷史演變的必然性。建立科學理論體

系的邏輯順序同樣是嚴密邏輯性的表現(xiàn)。關鍵在于命題之間的過渡不是任

意的，而是合乎規(guī)律的過程。

第二，全面性。

科學理論系統(tǒng)是在一定歷史條件下人們對外界作出的近似的描述。

客觀世界的事物是復雜的，是各個部分、各個方面的相互作用、相互聯(lián)系

的完整統(tǒng)一體。因而反映客觀自然界的理論系統(tǒng)也應當是在一定歷史條件

下盡可能較全面地反映事物的情況。由于歷史條件的限制以及科學家個人

認識上的限制，許多科學理論的真理性，開始總是不完善的。隨著科學實

踐的不斷發(fā)展，人們認識的遂步深入，才能一步一步地積累起對客觀事物

的較多方面的認識。而理論的系統(tǒng)化就是綜合以往的認識成果，以理論體

系的形式，提供出到目前為止關于研究對象的最全面最完整的認識。

第三，統(tǒng)一性。

愛因斯坦曾論述過科學理論的統(tǒng)一性問題，他說：“在發(fā)展的第一階

段，科學并不包含別的任何東西。我們的日常思維大致是適合這個水平的。

但這種情況不能滿足真正有科學頭腦的人，因為這樣得到的全部概念和關

系完全沒有邏輯的統(tǒng)一性。為了彌補這個缺陷，人們創(chuàng)造出一個包括數(shù)目

較少的概念和關系的體系，在這個體系中，'第一層'的原始概念和原始

關系，作為邏輯上的導出概念和導出關系而保留下來。這個新的‘第二級

體系'，由于具有自己的基本概念（第二層的概念），而有了較高的邏輯統(tǒng)

一性，但這是以那些基本概念不再同感覺經(jīng)驗的復合有直接聯(lián)系為代價

的。對邏輯統(tǒng)一性的進一步的追求，使我們達到了第三級體系，為了要推

演出第二層的（因此也是間接地推出第一層的概念和關系，這個體系的概

念和關系數(shù)目還要少，這種過程如此繼續(xù)下去，一直到我們得到了這樣一

個體系：它具有可想象的最大的統(tǒng)一性和最少的邏輯基礎概念，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J（《愛因斯坦文集》，

商務印書館，第I卷，第344-345頁）

古代力學知識的發(fā)展曾導致亞里士多德“物理學”和托勒密的“宇宙

體系理論。前者是描述物體在地球上的運動，后者是描述天體的運動。

這兩種理論是彼此分離、各自獨立的。伽利略和牛頓將精密的數(shù)學方法引

進到力學中，并使力學真正成為一門科學，隨著開普勒行星運行定律被歸

并進牛頓的萬有引力定律，引力定律精確地預言未知行星和彗星周期，地

上物體運動的規(guī)律和天體運動的規(guī)律驚人地統(tǒng)一起來，從蘋果到月亮，從

沙粒到太陽乃至一般星體無不滿足牛頓運動定律和引力定律，牛頓被譽為

“宇宙的唯一解釋者

但是到十九世紀末，在物理學的發(fā)展中又發(fā)現(xiàn)了一些新現(xiàn)象，對于這

些現(xiàn)象，經(jīng)典力學的一些概念和定律就不再適用。經(jīng)典力學的所謂絕對真

理性，終于被表明為近似的、有限的。經(jīng)典力學的適用范圍只限于運動速

度比光速小得多的宏觀物體。

二十世紀初發(fā)展起來的相對論則是在更普遍意義上描述了物理客體

的運動規(guī)律，不僅能夠描述低速運動物體，而且更適于描述牛頓力學無法

解釋的接近于光速的高速運動物體。由此可見，科學理論的發(fā)展是愈來愈

走向統(tǒng)一，因而，統(tǒng)一性是科學理論系統(tǒng)的最基本特征。

第四，簡單性。

所謂簡單性是指一個科學理論系統(tǒng)所包含的彼此獨立的假設和公理

最少。愛因斯坦是這樣表達這個原則的：“我們所謂的簡單性,，并不是指

學生在精通這種體系時產(chǎn)生的困難最小，而是指這體系所包含的彼此獨立

的假設或公理最少；（《愛因斯坦文集》，商務印書館，第1卷，第

299頁）?！拔业囊馑际侵高@樣一種努力，它要把一切概念和一切相互關系,

都歸結(jié)為盡可能少的一些邏輯上獨立的基本概念和公理J（《愛因斯坦文

集》，商務印書館，第1卷。

“邏輯簡單性”原則既不是理論內(nèi)容上的簡單性，也不是數(shù)學形式上

的簡單性，而是要求理論體系基礎在邏輯上的簡單性（獨立的邏輯要素，

即不下定義的概念和推導不出的命題盡可能少）和理論體系在結(jié)構(gòu)上的

“和諧性”。一般地說，在兩個相互等價的科學體系之中，邏輯上具有簡

單性的那一個可認為是更優(yōu)越些。海森堡的矩陣力學雖然與薛定垮的波動

方學等價，但是矩陣力學比波動力學更具邏輯簡單性。在更高層次的量子

場論中正是由于矩陣力學中量子泊松括弧具有邏輯簡單牲，因而它被采用

為表達理論的有力工具。

根據(jù)“簡單性原則”進行理論的選擇，可以提高科學理論體系的可

靠性?；仡櫩茖W發(fā)展史，物理學一直存在著這樣一個企圖，即尋求統(tǒng)一的

理論基礎，它是由最少數(shù)概念和基本關系所構(gòu)成的，本學科領域的其他一

切概念和一切關系，都可以用邏輯方法推導出來。實際上進也是所有科學

理論系統(tǒng)所追求的目標。

科學理論系統(tǒng)所具有的以上特征，充分顯示了科學理論系統(tǒng)化的必要性。

它是科學理論發(fā)展一定階段的總結(jié)，是科學理論體系成熟的具體標志。

二、公理化的方法

公理化的方法是科學理論系統(tǒng)化的有效方法。我們研究和掌握公理化

的方法，對于形成嚴謹?shù)目茖W理論系統(tǒng)，具有重要的意義。任何一門科學

在其發(fā)展過程中，當積累了大量的理論知識，具備了一定數(shù)量的范疇、原

理和規(guī)律以后，就要求給予整理，構(gòu)成系統(tǒng)的理論。公理化方法就是依照

某門科學所提供的理論知識，從中抽取出一些基本概念和基本命題作為定

義、公理，然后應用邏輯規(guī)則演繹出其它一系列命題，構(gòu)成理論系統(tǒng)。因

此經(jīng)過公理化處理的理論，已經(jīng)不是零散知識的堆積和羅列，而是按照演

繹邏輯建立起來的科學理論系統(tǒng)。

在科學史上，公理化方法出現(xiàn)是比較早的。公元前七世紀以來，由于

丈量土地和建筑的需要，幾何學不斷發(fā)展起采，積累了大量關于各種幾何

圖形的計算技術與計算規(guī)則，簡直令人眼花繚亂。怎樣把它整理為一個嚴

密的邏輯系統(tǒng)呢?這是一項艱巨的任務。歐幾里得選取了少數(shù)不加定義的

原始概念和不需證明的幾何命題作為公理、公設，使它們成為全部幾何學

的出發(fā)點和原始前提；然后應用亞里士多德的演繹邏輯，推演出一系列的

幾何定理。這樣就把古代關于幾何的知識系統(tǒng)化成為一個演繹的體系，撰

寫了著名的《幾何原本》（共十三卷）.其中五卷是關于平面幾何，五卷是

關于立體幾何，還有三卷是關于數(shù)和比例的。第一卷開始時給出了23個

定義，五條公設，繼之為五條公理，其中的定義比如：“點是沒有部分的”,

“線是無寬的長度”，其中的公設比如：“直線與另兩直線相交，如某側(cè)兩

內(nèi)角之和小于二直角，則此二直角如不限制地引伸出去，必相交于其內(nèi)角

之和小于二直角之一側(cè)。其中的公理比如：“相互重合的兩事物是相等

的“，“全體大于部分

歐幾里得正是從這些定義、公理和公設出發(fā)，運用演繹法推出一系列

的幾何定理，以嚴謹?shù)姆绞浇⑵饚缀螌W的理論系統(tǒng)?？梢哉f，它是科學

史上理論系統(tǒng)化的最早嘗試。該書是兩千多年來傳播幾何學知識的重要典

籍，在歷史上還從來沒有一本教科書象《幾何原本》那樣鞏固而長期地流

傳成為廣大學生的讀物。自1482年到十九世紀末，《幾何原本》的印刷本

竟用各種文字出版了一千版以上。《幾何原本》的深刻意義遠遠超出幾何

學本身，而更重要的是方法論方面的意義，它是應用公理化方法研究數(shù)學

的典范。所以，歐幾里得不僅是幾何學理論的奠基人，而且是公理化方法

的創(chuàng)始人。

隨著人們科學思維能力的不斷提高，人們逐步發(fā)現(xiàn)了歐幾里得公理體

系的一些缺點。例如：“分”、“長”、“寬”、“界”等概念不加定義就使用

了。有些定義用語含糊不清。在論證命題時，常常若明若暗地借助于幾何

直觀。歐幾里得通過訴諸圖形疊置來證明它們的全等，推演出某些定理。

但在公理中并沒有提到這種疊置的使用。因此，歐幾里得不得不越出公理

系統(tǒng)之外去“證明”他們的一些定理。正如任何科學的發(fā)展都經(jīng)歷著從

不完善到比較完善的過程一樣，公理化方法也經(jīng)歷著從不完善到比較完善

的逐步發(fā)展過程。后來許多數(shù)學家、邏輯學家對公理化系統(tǒng)進行了研究,

不斷克服歐幾里得幾何學公理體系所存在的直觀性、不嚴密性等缺點，使

公理化方法不斷地成熟起來。

公理化的方法產(chǎn)生于數(shù)學，是形成數(shù)學理論體系的重要方法。但它

不僅屬于數(shù)學。《幾何原本》出現(xiàn)以后，力學、物理學、天文學等仿效它,

也把各自的理論公理化成具有嚴密邏輯性的體系。

例如，阿基米得表述“靜力學”的理論體系時，先是提出以下的“公

設”：

“1.相同的重物放在相同的距離上就處于平衡狀態(tài)，而相同的重物放

在不同的距離上則不平衡，杠桿要朝著放在較遠距離上的那個重物傾斜。

2.當放在一定距離上的重物處于平衡時。如果在其中一個重物上加

一點份量，它們就不平衡了，杠桿要向加了份量的那個重物一端傾斜。

3.同理，如果從其中一個重物取出一點份量，它們也不平衡，杠桿

向沒有取出份量的那個重物一邊傾斜?！钡鹊?，共七條，再從公設出發(fā)演

繹出以下諸定理：

“1.在相同距離上處于平衡的重物是相等的,,,，

2.在相等距離上不等的重物不平衡，杠桿向較重的重物傾斜”

3.不等的重物也會（或者說可以）在不同的距離上達到平衡，較重的

物體應在較近的距離上,,，「等等共十五條。（參看【美】喬治.伽

莫夫著：《物理學發(fā)展史》，商務印書館，第8-9頁）

從哥白尼時代開始，經(jīng)過伽利略、開普勒已發(fā)現(xiàn)了許多力學定律。然

后，牛頓在他的名著《自然哲學的數(shù)學原理》中，第一次有系統(tǒng)地運用公

理化方法表述了經(jīng)典力學的體系。在該書里，他對“質(zhì)量”、“動量”、“慣

性”等作了定義后，提出了著名的牛頓三定律：

I.每個物體繼續(xù)保持其靜止或勻速直線運動的狀態(tài)，除非有力加于

其上，迫使它改變這種狀態(tài)。

II.運動的改變和施加的致動力成正比例，并且發(fā)生在施加力的直線

方向上。

in,作用與反作用總是等量而反向?；蛘哒f，兩物體間的相互作用

總是大小相等，方向相反。

在這三條基本定律中，最重要的是第二定律。由它們出發(fā)，并結(jié)合

萬有引力定律，運用嚴謹?shù)臄?shù)學手段，可以演繹出整個經(jīng)典力學體

系。

牛頓第二定律作為一組運動微分方程，在給定初始條件及力場分布

后，可以推出物體在任意時刻狀態(tài)（速度、加速度、位置、軌跡）O

定義力對時間的積累為沖量，可導出動量定理及動量守恒定律：物體

動量的改變等于所受沖量，如物體在某方向受力為零，則該方向動量守

恒。

若定義力對空間的積累為功，則可推出功能原理及機械能守恒定律：

合外力對物體做功等于物體動能的增量，只受保守力作用的系統(tǒng)機械能守

恒。

把上述定理與定律應用于轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，便有角動量定理和角動量守恒

律：系統(tǒng)角動量的增量等于外力矩的沖量矩；當合外力矩為零時，系統(tǒng)角

動量守恒

以上構(gòu)成了牛頓力學的整套體系，它在處理速度不太大、體積不太小

的宏觀系統(tǒng)機械運動時取得了巨大的成功O牛頓的《自然哲學的數(shù)學原理》

曾被認為是經(jīng)典力學體系的奠基著作，在科學歷史上堪與歐幾里得的《幾

何原本》相媲美。

十八世紀法國數(shù)學家、力學家拉格朗日引入了虛位移和虛功原理，同

樣運用了公理化方法研究了任意力系的力學規(guī)律，推導出任意力系中質(zhì)點

運動軌道的微分方程和其它力學定律，開創(chuàng)了分析力學這一研究領域，拉

格朗日公理化體系所得結(jié)果與牛頓力學公理化體系是完全等價的。

后來，1843年，哈密頓應用一種新的數(shù)學方法——變分法，提出了

又一個與牛頓定律等價的原理——哈密頓原理。

哈密頓原理有許多等價形式，由它可推出拉格朗日方程，進而反推出

牛頓第二定律的數(shù)學方程。正因為如此，用哈密頓原理做起始定律，亦可

推出牛頓力學推得的一切定理與結(jié)論。

在牛頓力學的基礎上，經(jīng)過拉格朗日、哈密額等人的工作把經(jīng)典力學

改造成了更為精致和嚴謹?shù)墓砘w系。

公理化方法在熱力學中也得到了應用。從熱力學的兩個最基本定律出

發(fā)，可以給出各種熱現(xiàn)象及熱運動體系的嚴謹?shù)臄?shù)學描述。

熱力學第一定律指出：系統(tǒng)在任一過程中吸收的熱量等于內(nèi)能的增量

與對外做功之和。

第一定律宣告不能制成第一類永動機（不消耗能量而對外做功的機

器)。它實際上是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱學方面的體現(xiàn)。

熱力學第二定律指出了熱運動的方向性，它指出：熱量自發(fā)地由低溫

物體轉(zhuǎn)向高溫物體而不引起環(huán)境變化是不可能的。它宣告把吸收的熱量全

部對外做功的第二類永動機也不可能成功。

從以上兩條定律出發(fā)，可以討論各種熱力學問題，導出一系列重要結(jié)

論和公式。例如：

(1)討論理想氣體的性質(zhì)，定量給出系統(tǒng)的熱容量、內(nèi)能、狀態(tài)方程

等。

(2)討論理想卡諾循環(huán)，指出一切真實熱機效率不高于卡諾熱機效率。

(3)導出熱力學系統(tǒng)的各種熱力學函數(shù)(燧、焙、內(nèi)能、自由能、吉布

斯函數(shù)等)以及各種函數(shù)間的一切熱力學關系。

(4)討論熱力學系統(tǒng)的各種平衡問題：如熱平衡、力學平衡、化學平衡、

相平衡等等。

這一切構(gòu)成了整個熱力學體系。

再來看電動力學。

整個電動力學體系正是以麥克斯韋方程組的四個方程和洛侖茲力公

式為基礎依照公理化方法建立起來的。

十九世紀，人們在實踐中已經(jīng)總結(jié)了諸如庫倫定律、安培定律、法拉

第定律等等許多關于電與磁的實驗定律。在此基礎上，具有嚴謹數(shù)學頭腦

的蘇格蘭物理學家麥克斯韋創(chuàng)造性地概括出高層次的電磁理論，提出麥克

斯韋方程組O同時洛侖茲根據(jù)電磁相互作用關系提出了運動電荷在電磁場

中受力的著名洛侖茲公式。以上這些電磁場的運動規(guī)律及它和帶電物體的

相互作用規(guī)律，成為電動力學的理論基礎。已知有關電磁學的一切實驗定

律:歐姆定律、庫侖定律、安培定律、法拉第定律等等，都可由此推出。

量子力學也可以看作一個公理化理論體系，從薛定謗波動方程和測不

準原理出發(fā)，可以得出各種量子化微觀系統(tǒng)的各種力學量的本征值及取值

幾率，從而定量描述微觀系統(tǒng)的狀態(tài)及運動。

就其本質(zhì)而言，薛定謗方程在量子力學中的地位與牛頓第二定律在經(jīng)

典力學中的地位相當，正象經(jīng)典力學的一切定理、定律及力學關系都由牛

頓三定律以及萬有引力定律推出一樣，描述微觀運動的各種關系均可由薛

定退方程以及測不準關系推出。

20世紀以來。公理化方法應用到數(shù)學和物理學的各個部門中去、這

說明了公理化方法隨著自然科學的發(fā)展，它本身也得到發(fā)展，從原來是數(shù)

學中的一個方法發(fā)展成為物理學中的一個方法，并不斷通過數(shù)學和物理學

等自然科學的發(fā)展，經(jīng)受實踐的檢驗。這正如數(shù)理邏輯學家A.A?弗蘭

克爾所說：“數(shù)學中的公理化方法始于歐幾里得韻《幾何原本》，到了十九

世紀，它又得到更新，當時主要是用于幾何學，二十世紀以來，公理化的

方法已經(jīng)獲得了巨大的發(fā)展，幾乎所有數(shù)學與邏輯學領域和物理學與其他

科學的某些分支都經(jīng)歷了公理化的分析J（P.貝爾納斯：《公理集合論》,

阿姆斯特丹，1958年英文版，第3頁）

公理化方法在經(jīng)驗科學中的應用，有它自己的特點。依據(jù)牛頓的看法,

在經(jīng)驗科學中應用公理化方法可分為兩個階段：

第一階段是建立一個演繹的公理系統(tǒng)，

第二階段是對公理系統(tǒng)的理論體系作出經(jīng)驗的解釋，即公理系統(tǒng)應與

物理世界中的事件聯(lián)系起來。

在《自然科學的數(shù)學原理》一書中，牛頓自始至終堅持區(qū)分公理系統(tǒng)

和它在經(jīng)驗中的應用。例如，牛頓在關于流體動力學的那章中，區(qū)分了在

各種假設沒有阻力的條件下用以描述運動的“數(shù)學動力學”與它在經(jīng)驗中

的應用。在用實驗測定一種特定的介質(zhì)的阻力怎樣隨穿過它運動的物體速

度而變化后，就實現(xiàn)了數(shù)學動力學的應用。這是牛頓對科學方法理論做出

的最重要的貢獻之一。

由于公理化方法對科學的發(fā)展及科學理論體系的形成有著重要的作

用，因而引起了人們的重視，并把公理化本身做為研究對象，探討它的合

理性標準問題。

建立公理化系統(tǒng)必須遵循如下原則：

第一，公理化系統(tǒng)必須是無矛盾的。這就是說，從公理體系所確定的

幾個基本定義、公理和公設出發(fā)，無論推論多遠，決不會出現(xiàn)相互矛盾的

命題。如果在公理體系中演繹出互相矛盾的命題，那么，這樣的理論系統(tǒng)

就不可能是嚴格的，一貫的。

對于任何一個經(jīng)驗科學理論系統(tǒng)來說，如果理論命題A和一A（A的

否定）在這個系統(tǒng)中不會同時成立，那么這個系統(tǒng)可稱為無矛盾的系

統(tǒng)。

因為相互矛盾的命題不可能同真，因而對于任何一個理論系統(tǒng)來說，

如果不滿足無矛盾的要求，那么這樣的理論系統(tǒng)是含有謬誤的，從而也就

失去了科學的意義。

第二，公理化系統(tǒng)應當盡可能地完備。這就是說，所選定的公理應

當是足夠的。本學科理論助任何定律均可由這幾個公理推導出來。如果缺

少了必要的公理，那就有許多定律不能從中推導出來，也就難以建立嚴整

的科學理論體系。

從排中律的觀點來看，某個陳述及其否定必有一個是真的。如果在一

個理論學科中所包括的全部真的陳述毫無遺漏地在本系統(tǒng)中被證明；那么

這樣的公理化系統(tǒng)就是“完備的”，如果有的陳述和它的否定都不能被證

明，那就說明在這個系統(tǒng)中遺漏了一些真的陳述。這樣的公理化系統(tǒng)就是

“不完備的

第三，每個公理應當是獨立的，這就是說，在本系統(tǒng)中，任何一個

公理都不能由其他公理推出來。對于構(gòu)造一個理想的公理化系統(tǒng)來說，必

須具有最大的簡單性。每一個公理都不能從其余的公理推出來。如果存在

著可從其他公理推導出來的公理，那么，這個公理就沒有獨立存在的必要

了，它就是一般的定理。只有滿足公理獨立性的要求，才使公理化理論系

統(tǒng)具有最大的簡單性。

人類的認識水平總是受一定歷史條件限制的。在特定歷史條件下建立

起來的公理化系統(tǒng)總是有一定的局限性的。因而，對于任何一個特定的公

理化系統(tǒng)來說，都不是絕對嚴格的、絕對完備的。隨著時代的推移與科學

的發(fā)展，后世的人們總是可以發(fā)現(xiàn)原來建立起來的理論系統(tǒng)的缺陷，他們

將建立起新的更為合理的理論系統(tǒng)。

三、邏輯與歷史一致的方法

任何一門探討對象演化的科學理論都表現(xiàn)為歷史的邏輯體系。這種邏

輯體系和對象的歷史發(fā)展過程是一致的。邏輯的和歷史的一致為演化學的

理論系統(tǒng)化提供了客觀依據(jù)和方法論的指導原則。

這里所說的歷史是指客觀事物本身發(fā)展的歷史過程，人類對客觀事物

認識發(fā)展的歷史過程。這里所說的邏輯，就是指理論對研究對象的發(fā)展規(guī)

律的概括反映，是歷史的東西在理論中的再現(xiàn)。

事物發(fā)展的歷史總是豐富多彩的，是在無數(shù)的偶然、曲折中展現(xiàn)出事

物內(nèi)部的必然性。而邏輯是以“濃縮”的形式，在“純粹”的形態(tài)上，撇

開了一切偶然的因素去把握客觀事物歷史發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律性。演化學的理

論行程（邏輯順序）必須和客觀事物發(fā)展的歷史相一致，也就是說，這里所

具有的邏輯性正是再現(xiàn)了對象發(fā)展的歷史規(guī)律性。恩格斯說：“歷史從哪

里開始，思想進程也應當從哪里開始，而思想進程的進一步發(fā)展不過是歷

史過程在抽象的、理論上前后一貫的形式上的反映，這種反映是經(jīng)過修正

的，然而是按照現(xiàn)實的歷史過程本身的規(guī)律修正的J（馬克思恩格斯選

集》，第2卷，第122頁）

按照邏輯與歷史相一致的方法，科舉理論系統(tǒng)的邏輯起點與事物發(fā)展

的歷史起點應當相一致。事物的發(fā)展過程是有開端的，人們描述事物的發(fā)

展過程也有一個開端，理論體系的開端，要與事物的發(fā)展過程的開端相一

致。繼之，理論系統(tǒng)的邏輯次序應逐步展示出客觀對象由簡單到復雜，由

低級到高級的歷史發(fā)展過程。

科學是對外部世界認識的概括和總結(jié)，要形成自己特有的一套概念、

范疇體系反映其客觀對象的發(fā)展規(guī)律。而每一個概念、范疇的形成和發(fā)展

都表明了人類對客觀事物的認識所能達到的水平。作為反映和認識世界的

概念和范疇體系，也應當從最簡單、最抽象的概念和范疇到越來越具體、

復雜的概念和范疇。并且隨著人類認識的不斷深入，概念和范疇體系也越

來越豐富、越來越深刻。這就充分體現(xiàn)了由概念、范疇所構(gòu)成的理論體系

與人類認識世界的思維發(fā)展進程的一致。

從概念、范疇發(fā)展的程序來看，一方面，較前的概念、范疇是發(fā)展到

較后的概念、范疇的前提和出發(fā)點，不闡明前者就不能闡明后者，另一方

面，較前的概念，范疇比較簡單、抽象，只有發(fā)展到以后的更復雜、更具

體的概念、范疇才能給前者以最充分、最完全的說明，因此后者又是前者

的展開。這兩方面的有機統(tǒng)一，恰好形成科學理論的一個完整系統(tǒng)?？?/p>

之，任何演化學的理論系統(tǒng)，它的邏輯結(jié)構(gòu)應當保持與事物發(fā)展的歷史相

一致，與科學發(fā)展的歷史相一致。

由于演化學的理論系統(tǒng)不是依靠公理化的手段建立起來的，所以，

它與演繹的理論系統(tǒng)不同，應當符合以下的基本原則：

第一，與歷史一致的邏輯必須是從歷史中“提純”出來的必然

性。

邏輯與歷史的一致決不是兩者機械的相符，而是理論的邏輯性與歷史的必

然性一致?，F(xiàn)實的歷史發(fā)展過程是一個錯綜復雜的過程，有必然因素和偶

然因素。歷史發(fā)展的必然性是通過無數(shù)的紛紜復雜的現(xiàn)象以曲折和迂回的

道路表現(xiàn)出來的。而邏輯必須是撇開歷史行程中迂回曲折的細節(jié)，撇開次

要的、偶然的因素，而在純粹的形態(tài)上來把握事物發(fā)展的必然牲。也就是

說，必須從經(jīng)驗的事實陳述，抽象、概括上升到理論的陳述。以理論的邏

輯性展現(xiàn)出歷史的必然性。這種對歷史進行“修正過”的邏輯的東西，并

不是遠離了歷史，而是真正揭示了歷史的必然性，更加深刻地認識到歷史

的本來面目。

第二，與歷史一致的邏輯必須具有預測力。

一個演化學的理論系統(tǒng)不僅要求能夠成功地解釋已往對象發(fā)展過程

的歷史事實，更重要的是必須對未知事實作出成功的預見。因為真正符合

歷史必然性的邏輯，不僅解釋已知的事實是有效的，而且預測未知的事實

也是有效的。誠然，現(xiàn)實的歷史是充滿偶然因素、機遇事件的，而且許多

研究對象又是很難給予實驗的，如宇宙的演化，從猿到人的演化，等等。

但這并不是說，演化學的理論系統(tǒng)是無力作出預測的，更不是說不可檢驗

的。宇宙大爆炸說關于背景輻射的推斷，人猿同祖說關于類人猿遺?。ɑ?/p>

石）的推斷，都表明演化學的理論系統(tǒng)是具有預測力的，是同樣可以嚴格

檢驗的。那種以為演化學的理論系統(tǒng)是無預測力，是不可檢驗的，類似于

占星術，這種觀點是根本錯誤的。

凡是真正揭示歷史必然性的理論系統(tǒng)，都是富有成果的。它不僅具

有解釋的能力，而且具有預測的能力，一個演化學的理論系統(tǒng)必須滿足具

有預測力這一條件。

綜上所述，無論是公理化方法，還是邏輯與歷史一致的方法，都是科學

理論系統(tǒng)化的有效方法。這是從科學理論的發(fā)展實際中總結(jié)出來的，并且

是經(jīng)由科學理論的發(fā)展實際所檢驗。然而，科學理論的系統(tǒng)化方法和其它

方法一樣，不是既成不變的，而是歷史發(fā)展的，這意味著不僅公理化方法、

邏輯與歷史一致的方法是有其發(fā)展而趨于完善的過程，而且還有可能隨著

科學的進步，在科學實踐中出現(xiàn)新的系統(tǒng)化方法。這就需要人們不斷地創(chuàng)

新，不斷地總結(jié)和提高，不斷地發(fā)展科學理論的系統(tǒng)化方法。

科學理論并非是既成不變的，而是不斷演變的。理論的修改、淘汰、

復活就體現(xiàn)了邏輯與歷史一致性，是科學理論演變的方式。理論的修改、

復活、淘汰表現(xiàn)為理論的辯護和接收以及被拒斥。

四、理論修改的實質(zhì)、類型和原則

理論的修改是指人們?yōu)榱颂岣呃碚摰慕忸}能力，為了提高理論的精確

度，在理論的基本概念與基本命題保持穩(wěn)定的情況下，對理論系統(tǒng)作出某

種調(diào)整。理論的修改是理論自身的漸進性的演變，沒有發(fā)生理論中的革命

性轉(zhuǎn)變。

科學理論所以要進行不斷地修改，一方面是由于研究者的認識能力具

有局限性。人的認識手段、理論水平受到所處時代的限制。另一方面是由

于研究對象的性質(zhì)、關系的暴露往往是個歷史的過程。人們不可能一蹴而

就地獲得完善的認識。

科學是具有復雜的結(jié)構(gòu)而且又是具有韌性的。這就使研究者可以通過

調(diào)整理論結(jié)構(gòu)的方式來完善自己的認識。要對理論進行調(diào)整修改，就必須

了解理論的組成。理論通常有兩個組成部分。一是理論的主要部分。這是

一個理論體系的核心思想，它包括著理論的基本概念、理論的基本命題以

及表述定律的基本關系式等等。例如，在牛頓力學中，關于“力”,“質(zhì)量'，

“重力”、“作用力”、“反作用力”、“慣性”、“慣性系”等概念是該理論體

系中的基本慨念。而三大定律和萬有引力以及關系式，則是該理論體系中

的基本定律。

理論體系的另組成部分是輔助部分。這是理論核心思想的具體應用和

辯解。通常所說的輔助性假說就是由此而得名的，表示這種假說在理論體

系中是處于次要的輔助性的地位。

對理論進行調(diào)整修改，就是對理論組成的次要部分進行刪減、補充、

更換，而理論的核心部分依然維持不變。如果修改理論時，改變了理論核

心部分的內(nèi)容觀點，拋棄了原有看待研究對象的理論框架，那就是原有的

理論實質(zhì)上被否定了。所以，一個理論的核心部分是否被變換，這是區(qū)別

理論的修改與理論被淘汰的界限。

理論的修改最重要的有以下兩大基本類型：

第一，為理論的完善而自主修改。

所謂理論完善的自主修改是指，理論的提出者與支持者為了克服理論

自身的不完備，做出一系列理論的補充，以達到理論同經(jīng)驗進一步有機地

聯(lián)系起來。這種修改的特點在于:對理論的一系列模型進行轉(zhuǎn)換的工作。

而模式轉(zhuǎn)換實際上就是理論的修改與完善。模型轉(zhuǎn)換不僅有利于使理論與

經(jīng)驗有機聯(lián)系起來，而且對理論研究方向、研究策略、研究程序提出新的

看法，對可能發(fā)生的問題作出新的援見和解釋。

例如，牛頓關于行星理論體系，即關于計算行星和月球軌道的理論,

曾有過一系列的模型轉(zhuǎn)換：

M1——假定太陽和行星都是點狀的質(zhì)點，并且太陽是靜止的。但是,

M1這個模型卻和他的動力學第三定律不協(xié)調(diào)。于是又提出適合于行星運

動的M2模型。

M2——太陽和行星都圍繞它們的公共引力中心（即共同質(zhì)心）旋轉(zhuǎn)。然而,

M2似乎只有太陽中心力，沒有行星之間的相互作用力。于是他又提出M3。

M3——由于系統(tǒng)中其他行星引力吸引的相互作用，而引起攝

動。M4——行星之間質(zhì)量分布上的不對稱等。

這個例子中，牛頓理論由M1到M4的轉(zhuǎn)換過程的變化，不是由于觀

察的“反?！彼鸬模怯捎诳茖W理論自身的應用而促使其修改的。

模型的轉(zhuǎn)換是一種自行補充、改進與完善的修改過程。

第二，為對付反常所作的理論修改。

所謂對付反常的理論修改是指：當某一理論受到意外的反常事實的詰

難時，為了消除反常的威脅，而對理論的輔助部分作出調(diào)整。

這種修改的特點在于：修改不是自主進行的，而是當理論面臨著意

外的反常的挑戰(zhàn)，迫使理論作出相應的調(diào)整，以提高理論的解釋能力，力

圖“消化”反常而成為對該理論的確證。

拉卡托斯在《證偽和科學研究綱領方法論》中曾虛構(gòu)了下面這個假

想的例子是頗能說明問題的：

“這是一個關于一起假想的行星行為異常的故事。有一位愛因斯坦時

代以前的物理學家根據(jù)牛頓的力學和萬有引力定律N,和公認的初始條件

I,去計算新發(fā)現(xiàn)的一顆小行星P的軌道。但是那顆行星偏離了計算軌道。

我們這位牛頓派的物理學家是否認為這種偏離是為牛頓的理論所不允許

的，因而一旦成立也就必然否定了理論N呢?不。他提出，必定有一顆迄

今未知的行星P'在干擾著P的軌道。他計算了這顆假設的行星的質(zhì)量、

軌道及其他，然后請一位實驗天文學家檢驗他的這一假說。而這顆行星P'

太小，甚至用可能得到的最大的望遠鏡也不能觀察到它：于是這位實驗天

文學家申請一筆撥款來建成一臺更大的望遠鏡。經(jīng)過了三年，新的望遠鏡

建成了。如果這顆未知的行星P'終于被發(fā)現(xiàn)，一定會被當作是牛頓派科

學的新勝利而受到歡呼。但是它并沒有被發(fā)現(xiàn)。我們的科學家是否因此而

放棄牛頓的理論和他自己關于有一顆在起著干擾作用的行星的想法了呢?

不。他又提出，是一團宇宙塵云擋住了那顆行星，使我們不能發(fā)現(xiàn)它。他

計算了這團塵云的位絡和特性，他又請求撥一筆研究經(jīng)費把一顆人造衛(wèi)星

送入太空去檢驗他的計算。如果衛(wèi)星上的儀器（很可能是根據(jù)某種未經(jīng)充

分檢驗的理論制造的新式儀器）,終于記錄到了那一團猜測中的宇宙塵云

的存在，其結(jié)果一定會被當作牛頓派科學的杰出成就而受到歡呼。但是那

種塵云并沒有被找到。我們那位科學家是否因此就放棄了牛頓的理論，連

同關于一顆起干擾作用的行星的想法和塵云擋住行星的想法呢?不。他又

提出，在宇宙的那個區(qū)域存在著某種磁場，是這種磁場干擾了衛(wèi)星上的儀

器。于是，又向太空發(fā)出了一顆新的衛(wèi)星。如果這種磁場能被發(fā)現(xiàn)，牛頓

派一定會慶祝一場轟動世界的勝利。但是磁場也沒有被發(fā)現(xiàn)。這是否就被

認為是對于牛頓派科學的否定了呢?不。不是又提出另一項巧妙的輔助性

假說，就是……于是整個故事就被淹沒在積滿塵土的一卷又一卷期刊之中

而永遠不再被人提起J（載拉卡托斯和默斯格雷夫編：《批判和知識的成

長》，劍橋1974,第100T01頁）…理論的修改除了上述的最基本

類型之外，還有為擴大理論的適用范圍所作的修改，為提高理論系統(tǒng)的嚴

謹性所作的修改，為精確表述定量規(guī)律所作的修改，等等。這里就不再分

別具體論述了。因為理論修改雖是多種多樣的，但并不都是對探討方法論

同樣具有特別的意義。

現(xiàn)在，我們討論一下如何評估理論修改的合理性。我們反對那種認為

理論的修改無合理性標準的觀點，而肯定理論修改的以下原則：

第一，經(jīng)過修改后的理論T2,必須能夠解釋原來理論T1所取得的

成果。這就是說，凡是原來理論TI所能解釋的事實，修改

后的理論T2也能給予解釋,而且凡是TI所作的成功預測都

能從T2推導出來。如果經(jīng)過修改后，T2失去T1原來所具

有的解釋能力，那么從TI到T2的演變就不是進步了，而是

退步了。這是不符合修改的目的。理論修改的目的在于增強

理論的解釋能力。

第二，經(jīng)過修改后的理論T2,必須有比T1更多的經(jīng)驗內(nèi)容。所謂

“更多的經(jīng)驗內(nèi)容”是指修改后的T2既能解釋T1所能解釋

的事實，又能解釋T1所不能解釋的反常事實。如果T2能比

T1解釋更多的事實，特別是作出新的成功預測，那意味著

T2經(jīng)受了更為嚴格的撿驗。

第三，禁止作出任何特設性的假說。所謂特設性的假說是為了解釋

反常事實而專門設計出來的又無法給予檢驗的假說。這種假

說同輔助性假說不同之點在于：輔助性假說是可以獨立地給

予檢驗的，而特設性假說是無法給予檢驗的。

例如，“燃素說”認為燃素是一切可燃物體的根本要素，當物體燃燒

時，燃素便逸出?？墒墙饘馘憻龑嶒灧瘩g了燃素說，因為殘剩的物質(zhì)都比

原來物質(zhì)重。為了避免燃素說被反駁，有人提出了一種假設，即燃素可以

在不同情況下，分別具有負的重量或正的輕量或沒有重量，這種辯解是一

種無法檢驗的特設性假說。無論是化學反應前后的重量增加或不變或減

少，燃素說都可不受其檢驗。所以，提出特設性假說是無助于認識向前發(fā)

展的。

然而，特設性假說與非特設性假說的區(qū)別又是相對的。這是由于人們

的認識和實驗手段具有歷史的局限性,往往把一些當時還不具備檢驗條件

的假說，也誤認為是特設性假說。例如狄拉克為了使自己的相對論性電子

波動方程不被反駁，為了解決演繹出現(xiàn)的電子負能態(tài)困難，作了負能態(tài)存

在和有關真空新圖象的假說，認為在通常所知的物理世界中，全部負能態(tài)

的每個態(tài)都被電子所占據(jù)，而把這些填滿負能態(tài)的全部電子想象為一個無

底的電子海，在電子海面以上就是正常的電子態(tài)，具有正的能態(tài)，在真空

情況下所有電子正能態(tài)全未被占據(jù)，而所有負能態(tài)皆被占據(jù)，而當電子海

中出現(xiàn)一個空穴時，電子負能態(tài)便顯現(xiàn)出來，一個處在負能態(tài)的粒子的運

動相似于一個處在正能態(tài)卻具有相反電荷粒子的運動，因此狄拉克假設有

一個相當于電子電量和質(zhì)量的特殊“質(zhì)子”的存在。狄拉克當時的假設只

是為了方程本身的需要，雖然他本人堅信他的理論是真理，但是在當時，

人們認為這是一個無法檢驗的特設性假說。可是在1931年美國物理學家

安德遜發(fā)現(xiàn)宇宙射線中存在正電子，使得狄拉克的假說成為可檢驗的，而

且被確證了。又如泡里為了維護能量守恒原理不被B衰變中有能量虧損這

一經(jīng)驗事實駁斥，在1931年提出了一個解決這些不可思議的損失掉的能

量的辦法。他假定另有一個粒子帶著這些找不到的能量伴隨著B粒子一起

從原子核中發(fā)射出，而這是一種神秘的粒子，具有一些特殊的性質(zhì)，它既

沒有電荷，又沒有質(zhì)量，但卻以光速運動，具有一定的能量，它的貫穿力

極強，能夠極容易地穿透地球，而且宇宙中到處存在著它們的蹤跡。這在

當時被看作是一個不能被實驗驗證的特設性假說。就連泡里本人也承認,

事實上這種假設看來恰象是為了達到B衰變能量收支平衡而臆造出來的

一個假項目。但是，物理學家們不久就確信這種粒子是存在的。費米把這

個假想的粒子定名為“中微子1956年通過原子能反應堆中的核反應過

程間接證明了中微子的存在，1968年又用探測器俘獲了來自太陽的中微

子。

五、理論淘汰的實質(zhì)、類型和原則

一個理論的演變過程是從自身的逐步改進發(fā)展到最終被淘汰而中斷

原來的研究傳統(tǒng)。所謂理論的淘汰是指：某一個曾被確證的科學理論Tx,

它的理論系統(tǒng)被肢解或歸并，不再作為獨立的系統(tǒng)而存在，而被另一個理

論系統(tǒng)Ty所取代。

理論淘汰的特點不是某個理論與經(jīng)驗事實之間的雙邊關系，而是相互

競爭的理論與經(jīng)驗事實之間的多邊關系。一個理論不會由于出現(xiàn)反常事實

而被淘汰。由子理論自身具有韌性，它能夠通過不斷修改的方式而避免被

證偽。況且，它是能夠解釋某些事實，已被過去某些事實所確證的。因此,

如果僅僅存在一個不完善的理論，即使遇到大量的反常也不會被淘汰的。

正如斯臺格繆勒所說，漏的屋頂總比沒有屋頂好，破槳總比沒有槳好。但

是，如果同時并存著多個理論的競爭，情況就不同了。人們將有著進步與

退步、完善與不完善、好與壞的比較，通過比較將重新?lián)駜?yōu)，而劣的被淘

汰。

例如，1847T877年以后，水星近日點軌道的進動一直是牛頓力學理

論體系的一個反例，開始，科學家對這一反例的存在并不在意，至多只是

感到有些遺憾?？墒钱攼垡蛩固固岢鰪V義相對論理論體系并用這一理論成

功地解釋了水星近日點軌道進動的超差現(xiàn)象時（愛因斯坦計算闡明的數(shù)字

是43角秒，與實際十分符合），才引起了科學家的廣泛重視，特別當愛因

斯坦提出的兩個特別大膽、新奇的預見——光線被太陽偏折現(xiàn)象和大密度

恒星光譜的紅移現(xiàn)象，被分別在1919年日全食時對恒星光的觀察和1923

1928年對從太陽表面鐵、鈦和氟所發(fā)出的光譜線的觀察所證實時，這

是對廣義相對論強度很大的確證。相對論理論體系的產(chǎn)生，使牛頓力學理

論體系原來隱藏著的理論的不適用性被揭示出來，終于人們發(fā)現(xiàn)在高速運

動條件下，牛頓力學理論體系所作出的一切預見都將被經(jīng)驗事實否定，光

電效應、黑體輻射、固體比熱等經(jīng)驗事實，用牛頓力學理論都不能作出解

釋，在微觀世界領域內(nèi)，新的量子論的預見卻是驚人地成功，而牛頓力學

理論卻毫無成效。現(xiàn)代物理學的發(fā)展已經(jīng)清楚地表明，領導現(xiàn)代科學經(jīng)過

兩個光榮世紀的牛頓力學理論體系，在宏觀低速運動條件下是具有很高的

確證度的，但是在微觀和接近光速運動這兩個條件下，牛頓力學已不可取

了，應當歸并到范圍更廣的理論體系中，當然，在低速宏觀物體的運動條

件下，牛頓力學尚可以作為新的理論體系的特例而能與實際情況較好地符

合。

一個理論被淘汰并不是簡單地被否定，被拋棄。它的一切被確證過的

真理性內(nèi)容都將以新形式保存下來。我們從理論淘汰的方式中能夠清楚地

了解這一點。理論淘汰的最基本類型如下：

第一，異質(zhì)歸并淘汰。

所謂異質(zhì)歸并掏汰是指：并存兩個不同的理論Tx和Ty各自的基本

概念是互不相同的，而且Ty包含著Tx的經(jīng)驗內(nèi)容，從而Tx被淘汰。也

就是說，把Tx原來所包含的經(jīng)驗內(nèi)容歸并到Ty中去，理論Tx不再獨立

作為理論系統(tǒng)存在。

例如，經(jīng)典熱力學是研究大量分子集體運動狀態(tài)的宏觀定律，是人類

科學實踐經(jīng)驗的總結(jié)，它不涉及單個分子的微觀行為，不涉及熱功和能量

的微觀本質(zhì)。熱力學定律有著自己特有的概念，如溫度、炳、自由能、自

由熔、內(nèi)能、壓力等。后來，統(tǒng)計熱力學則從物質(zhì)的微觀運動形態(tài)出發(fā)，

而將宏觀性質(zhì)作為相應微觀量的統(tǒng)計平均值。因此，從物質(zhì)微觀的結(jié)構(gòu)，

原則上可以演繹推導出物質(zhì)的宏觀特性和一些定律，宏觀熱力學定律可以

被包含或歸化到微觀的統(tǒng)計力學之中。統(tǒng)計力學以自己的特殊的概念就足

以闡明宏觀熱力學一些原理和定律，統(tǒng)計力學不再使用宏觀熱力學的概

念。

第二，同質(zhì)歸并淘汰。

所謂同質(zhì)歸并淘汰是指：新理論Ty與原有理論Tx的基本概念是相

同的，而且Ty可以推導出Tx,從面Tx不再作為獨立的理論系統(tǒng)存在。

也就是說，把Tx原來所包含的經(jīng)驗內(nèi)容歸并到Tyo

例如。1589年伽利略通過比薩斜塔的實驗，發(fā)現(xiàn)了10磅重和1磅重

的兩個球同時落地，又發(fā)現(xiàn)距離和物體墜落時間的平方成正比，由此建立

了自由落體的定律。到了后來，牛頓集大成，把所有力學成果總結(jié)概括成

三條定律。這樣，伽利略的自由落體定律及其公式便被“吸收”到牛頓力

學之中，牛頓力學定律也就包含了伽利略的自由落體定律。伽利略的自由

落體定律為牛頓力學原理所解釋和闡明。伽利略的自由落體定律和牛頓三

大定律有著相同的概念，因此說，伽利略定律已經(jīng)被牛頓力學同質(zhì)歸

并。

又如，十八世紀，德國數(shù)學家兼化學家里希特租化學家費歇爾發(fā)現(xiàn)了

化合物之間的反應有定量的關系，而不是任意的關系，由此建立了一條經(jīng)

驗定律——當量定律?！?9年法國科學家普里斯發(fā)現(xiàn)了兩種或兩種以上

元素相化合成某一化合物時，其定量之比是一定的，也不是任意的，由此

又確立了一條經(jīng)驗定律一一定比定律。1804年，道爾頓又提出了：當相

同的兩元素可生成兩種或兩種以上的化合物時，其中一元素之當量恒定，

則另一元素在各化合物中相對重量有簡單倍數(shù)之比，由此又確立了倍比定

律。后來原子論學說獲得成功和證實，上述三條經(jīng)驗定律便被吸收到原子

論中，即原子論包含了上述三條經(jīng)驗定律，從本質(zhì)上闡明了三條定律。上

述三條經(jīng)驗定律和原子論有相同的基本概念，因此，這也是同質(zhì)歸

并。

從上述理論淘汰的方式，可以進一步概括出理論淘汰或者說評選理論

的合理性原則，它們是以下這些：

第一，任何用以淘汰某理論的新理論，應有超量的內(nèi)容。

所謂有超量內(nèi)容是指：Ty不僅能在Tx獲得成功的地方起到同樣的

作用，即能夠解釋原理論已解釋過的一切事實，而且Ty還能在Tx失敗的

地方榮獲成功，即Ty能解釋或預測Tx所無法解釋或預測的事實。這條原

則相當于理論修改的原則一和二。在理論的競爭過程中，作為優(yōu)勝者的

Ty理論，應該是具有較強的啟發(fā)力。只有具備這樣的條件，Ty理論才能

取代Tx理論。

第二，取代被淘汰理論的新理論，應該有部分的超量內(nèi)容被確證。

所謂部分超量內(nèi)容被確證（或稱超量成果）是指Ty不僅比Tx能推斷

出更多的經(jīng)驗事實，而且其中的有些預測已被證實。換句話說，Ty成功

預測到Tx無法發(fā)現(xiàn)的新事實，Ty得到了支持Tx的經(jīng)驗證據(jù)之外更為廣

泛證據(jù)的支持。只有具備這樣的條件，Ty理論才能取代Tx理論。

第三，新理論對經(jīng)驗的描述應該比被淘汰理論更為精確。

所謂對經(jīng)驗描述更為精確是指：從Ty理論推導出來的定量描述比

Tx理論所得出的更符合客觀實際，Ty理論的計算結(jié)果能夠校準Tx理論計

算中原來未曾發(fā)現(xiàn)的誤差。換句話說，Ty理論比Tx理論具有更強的解題

能力，對Tx理論中計算結(jié)果的誤差進行校準。一個富有解題能力的理論

甚至能糾正通過觀察實驗所取得的經(jīng)驗報告的誤差。比如，門捷列

夫根據(jù)元素性質(zhì)是隨著原子量增加而周期性改變的規(guī)律，在他制定的周期

表中留下一些未知元素的空位，他把它們稱之為“類鋁”，"類硼”和"類

硅”，并預言了它們的性質(zhì)。1875年，法國學者杜布瓦德朗，從閃鋅礦中

發(fā)現(xiàn)了一個新元素，他命名為錢(Ga),并測得Ga的一些重要物理和化學

性質(zhì)，他測出其比重為4.7O但門捷列夫預言的“類鋁”的比重應該是

5.9-6,因此，門捷列夫告訴杜布瓦德朗：4.7是個錯誤的數(shù)字。于是杜

布瓦德朗再次提純了錢，重新仔細測試了Ga的比重，果然結(jié)論為5.94。

它校準了經(jīng)驗報告中所存在的誤差。

第四，新理論較之被淘汰理論更為簡明。

所謂簡明性是從邏輯上說的，在一個理論系統(tǒng)中，對那些已經(jīng)簡化

的基本概念、基本原理的陳述，要盡可能減少數(shù)目。對那些復雜的現(xiàn)象，

要提供盡可能簡單的有效說明。在科學哲學史中，曾有人把這個原則稱為

“奧卡姆的剃刀”。奧卡姆主張，應該淘汰多余的概念，并建議在說明某

類現(xiàn)象的兩個理論中，應該選擇更簡單的理論。如果有兩個在表述上是等

價的理論，就要選擇較為簡明的理論。當然，理論的簡明性原則不是個獨

立的主要的原則，它必須以確證度為先決條件，簡明性必須服從于逼真

性。

例如，在哥白尼以前，托勒密以一系列勻速圓周運動的疊加來描繪

天體的運動。在數(shù)學處理上，他采用古代的偏心圓和本輪的概念，又加上

對稱點的概念，用二套非常復雜的方式來說明行星的運動和地球的不動。

但這個體系仍不能解釋很多天體運動的現(xiàn)象。后來人們又在托勒密的體系

里大量地增加本輪的數(shù)目，其結(jié)果使“地心說”的理論體系變得越來越復

雜，天體和本輪的配置變得越來越紛亂，行星運動的幾何圖形竟達到了有

79個本輪和均輪的地步。而哥白尼的“日心說”體系與托勒密“地心說”

體系比較起來，則具有邏輯的簡單性，具有簡潔明了的數(shù)學形式。他把太

陽作為宇宙的中心，看成不動的，其余行星按各自的周期繞太陽旋轉(zhuǎn),

就不需要那么復雜的本輪和均輪來解釋。在天文學史上，人們所以選擇哥

白尼的理論，而放棄托勒密的理論，其原因之一是哥白尼理論比托勒密理

論具有簡明性。

六、理論復活的實質(zhì)、類型和原則

理論的復活是指：一個曾經(jīng)被確證又被淘汰的理論，或一個未曾取得

確證又未能繼續(xù)發(fā)展的理論，在新的歷史時期，由于種種原因，它的確證

度顯著提高，于是人們就以新的形式，重建原先的理論系統(tǒng)，并恢復一度

中斷的研究傳統(tǒng)。

理論復活的特點是：一個理論只有被拒斥，中斷了它所形成的研究傳

統(tǒng)，然后才會出現(xiàn)在新的歷史條件下重建復活，這是其一，其二，理論的

復活不是完全復舊，而是側(cè)重于恢復其中被確證的部分。

理論所以有復活的可能，這是由于理論確證度的評估是相對的，總是

受一定的歷史條件——包括生產(chǎn)、科學與技術發(fā)展水平的限制。理論的接

受或拒斥總是依據(jù)某一個特定時期對理論確證度的相對評估。正如一個被

接受的理論，可能在另一個歷史時期又被拒斥；一個被拒斥的理論，也可

能在新的歷史時期被接受?？傊瑢ο嗷ジ偁幍睦碚摰脑u價往往發(fā)生歷史

的逆轉(zhuǎn)。

關于理論復活的因素可以從兩方面給予更具體的分析：

首先，理論的評價是依賴于經(jīng)驗證據(jù)的。如果發(fā)現(xiàn)以往的經(jīng)驗證據(jù)

有謬誤，或者在新的歷史條件下又提供了更多的新經(jīng)驗證據(jù)，那么就必須

對競爭的理論重斯加以評價。原先只有較少經(jīng)驗證據(jù)支持的理論Tx在新

的歷史肘期卻獲得了較多經(jīng)驗證據(jù)的支持，而原先有較強經(jīng)驗證據(jù)支持的

理論Ty在新的歷史時期卻相對說來變得只有較弱經(jīng)驗證據(jù)的支持。這樣,

原先是拒斥Tx而接受Ty,而現(xiàn)在卻逆轉(zhuǎn)為接受Tx而拒斥Tyo

其次，理論真理性的判定不是孤立進行的，它與高層理論是息息相

關的。如果在新的歷史時期，高層理論發(fā)生了轉(zhuǎn)換，在新的理論框架下，

作為低層的理論將獲得新的支持。大家知道，高層理論是擁有比低層理論

更廣泛經(jīng)驗證據(jù)的支持。當原先被接受的理論Ty,是可以從高層理論Ty，

推導出來的，它則依靠的一切經(jīng)驗證據(jù)給予間接支持。而在新的歷

史條件下，如果原先被拒斥的理論Tx,由于高層理論轉(zhuǎn)換為Tx\而且

Tx可以從新高層理論Tx'推出，那么Tx便獲得Tx'的一切經(jīng)驗證據(jù)給

予間接支持。這樣，原先被拒斥的理論Tx現(xiàn)在則成為可接受的了。

總而言之，探討理論的復活問題，將表明理論的競爭及其發(fā)展道路

的曲折性，人們對理論時評價是個復雜的實踐和認識的歷史過程。

那么，理論是如何復活的呢？

大致說來，理論復活有兩大基本類型：

第一，理論基本內(nèi)容的相對完整復活。

這種復活是指現(xiàn)代某些科學理論的核心部分溯源于早期的某個科學

思想.當時不同學派對于自然現(xiàn)象的解釋不同，在理論長期競爭過程中，

其中某個理論占了上風，而另一些理論沉寂，甚至被人遺忘。但是，經(jīng)過

科學技術實踐的長期發(fā)展，使得某些早期被拒斥的科學思想取得了相當程

度的確證，因而在新的歷史時期又重新復活。

例如，1815—1816年，英國醫(yī)學博士普勞特在匿名發(fā)表的兩篇文章

中，提出了所有原子量均為氫原子量的整數(shù)倍的大膽假說。照他的說法，

氮=4個氫；碳=12個氫；氧=16個氫；等等。普勞特的同時代人沒有接受

他的觀點，并且很快就指出了一些和他這個大膽的假說有矛盾的事實。例

如，氯和鎘的原子量被發(fā)現(xiàn)分別是35.457和112.d1,它們正好是兩個整

數(shù)之間大約一半的數(shù)值。此外，對于原子量接近為整數(shù)的元素，如果認為

原子是由氫原子集會而成的話，它們原子量的數(shù)值也總是比預期的要小

些。因為氫的原子量等于L0080,那么，氮的原子量就應當?shù)扔?/p>

4x1.0080=4.0320,而它實際上卻是4.003,即少了0.8%,同樣，12個

氫原子集合在一起應當重12x1.0080=12.096。而化學上估計碳的原子量

只有12.010。由于這些“明顯的”反常，普勞特的假說就被拒斥了，幾

乎被人們遺忘了半個世紀之久。直到1907年，湯姆遜在他對“極隧射線”

的研究中，發(fā)現(xiàn)在熒光屏上觀察到的是兩條甚至多條拋物線，這表明存在

著質(zhì)量不同的原子。例如，對于氯，得到了一條質(zhì)量為34.98的氯原子拋

物線，還有另一條質(zhì)量為36.98的氯原子拋物線，兩個數(shù)字都很接近為整

數(shù)。后來把同一種元素而原子量不同的原子定名為“同位素”，它們在門

捷列夫周期表中古據(jù)同一位置。以后發(fā)現(xiàn)這兩種重量不同的氯原子的相對

數(shù)量分別是75.4%和24.6%o因此，平均原子重為34.98X0.754十

36.98X0.246=35.457,與化學上估計的氯原子量正好一致。阿斯頓進一步

的研究表明，這對其它化學元素也同樣是正確的。也就是說，取得了大量

經(jīng)驗證據(jù)的支持。這樣，普勞特的理論又被人們接受了。

第二，理論基本內(nèi)容的部分復活。

這是指某一科學理論在與其它理論競爭中，由于該理論缺乏經(jīng)驗證據(jù)

的有力支持，被其它更富有成果的理論所取代。但是，后來出現(xiàn)新理論時,

又把被淘汰理論中合理的部分吸收進去，從而使被淘汰理論中的部分內(nèi)容

得到復活。

例如，在物理學史上對光的本性的認識過程，就是理論部分復活的例

證。十七世紀末，牛頓提出了光的微粒說，認為光是由發(fā)光體發(fā)出的彈性

微粒所組成的，并按照力學定律以一定速度在真空中或介質(zhì)內(nèi)高速飛行的

微粒流。這個學說解釋了光的直線傳播、反射和折射等現(xiàn)象，但不能解釋

干涉、衍射等現(xiàn)象。1687年，荷蘭物理學家惠更斯提出了光的波動說。

他把光和聲現(xiàn)象相類比，認為光是一種類似彈性機械的縱波，光的傳播是

一種彈性介質(zhì)“以太脈動”所引起的。這個學說能解釋一般的反射、折射

和雙折射現(xiàn)象，也能說明兩束光在空間相遇時彼此互不相干的光束的獨立

現(xiàn)象。十九世紀初，英國的托馬斯?揚作了雙縫干涉實驗，提出了光的波

長、頻率等概念，確立了光的干涉原理，法國的奧古斯丁?菲涅耳等研究

了偏振光干涉現(xiàn)象，確定了光波是橫波。而微粒說對上述現(xiàn)象無法解釋。

1850年法國的傅科證明了：光在水中傳播的速度比在空氣