第4章　证实与不证实证据和推理

本章的主要目标是探讨围绕在科学中最常见的推理模式周围的命题。我们将研究用来支撑科学理论的证据和推理模式，也将会研究证明理论有误的证据和推理模式。正如在本书中不断提到的，我们将会看到这些命题实际上比它们乍看起来要复杂得多。

科学（和日常生活）里的发现、证据和推论通常都是相当复杂的。我们的策略是，首先聚焦于两种最为直接明确的证据和推理模式，为了便于讨论，我将把它们分别称为“证实推理”和“不证实推理”。首先，我们将简要了解每一个类型，然后探讨其中的一些微妙之处。

证实推理

大约100年前，爱因斯坦提出了广义相对论。这是一个颇具争议的理论，它在某些方面与已被人们广泛接受的其他理论有所冲突。值得注意的是，运用相对论可以得出非同寻常的预言。这里说这些预言非同寻常，是因为其他理论无法给出相同的预言。举个例子，爱因斯坦的理论预言大型物体，比如太阳，其引力效应将会使恒星光线弯曲。在日全食的情况下，观测到恒星光线弯曲是完全有可能的。因此，预计将于1919年5月发生的日全食为验证这一预言创造了一个机会。结果证明，这个预言是正确的，同时这个预言也被当作证据，来支撑爱因斯坦的相对论。换句话说，爱因斯坦的理论做出了正确的预言，而且更值得注意的是，其他竞争理论并没有做出这样的预言，这种情况就被当作了证据，来证明这个理论是正确的。

请注意，对科学来说，这样的推理模式并不是特例。我们一直都在运用这样的推理模式。一般来说，当我们以某个特定理论为基础得出某些预言，而这些预言后来又被证明是正确的，这些预言就至少提供了某些证据，来证明这个特定理论的正确性。如果我们用字母T代表某个理论，字母O代表以理论T为基础得出的一个或几个预言，那么，我们可以如下示意性地来表示这个推理过程：

如果T，那么得出O

O（O是正确的）

所以　T（非常有可能是正确的）

值得一提的是，前面提到的爱因斯坦的例子和如上这个示意图，都是对证实推理模式相对简化的描述。重申一下，在这里，我们感兴趣的只是对这一推理模式的简要了解。接下来，我们将简要了解一下不证实推理模式，然后研究与这个推理模式相关的一些因素，正是这些因素让这个推理模式比它乍看起来要复杂得多。

不证实推理

要理解不证实推理模式，通过一个具体的例子仍然是最简单的方法。在20世纪80年代末，两位颇具威望的科学家声称发现了一种可以实现低温核聚变的方式，也就是所谓的冷聚变。这是一个激动人心的发现，但同时也颇具争议，因为普遍的共识是核聚变要求的是超高温。假设我们就把这两位科学家的主张（也就是聚变可能在低温条件下发生，以及他们已经掌握了如何实现这种聚变的关键点）称为“冷聚变理论”。

通常在这种情况下，以冷聚变理论为基础可以得出某些预言。举个例子，如果冷聚变理论是正确的，那么在冷聚变过程中将会有数量巨大的中子被释放出来。然而，实际上并没有探测到大量的中子释放，这也被当作证据，证明冷聚变理论不成立。同样地，这个推理模式并不特殊。通常，当我们根据某个特定理论提出预言，而这些预言最后被证明是不正确的，我们就会将此作为证明这一理论不正确的证据。让我们继续用字母T代表某个理论，用字母O代表一个或几个以理论T为基础做出的预言，我们可以如下示意性地来表示这个推理过程：

如果T，那么得出O

O是不正确的

所以　T是不正确的

同样需要强调的是，这个推理示意图是一个高度简化的描述，可以当作最接近不证实推理的一个模式。现在，我们将探讨某些与证实推理模式和不证实推理模式相关的复杂因素，第一个因素是归纳推理和演绎推理的区别。

归纳推理和演绎推理

证实推理是一种归纳推理，而不证实推理则是一种演绎推理。证实推理的归纳推理性质和不证实推理的演绎推理性质都具有一些重要影响。要理解这些影响，我们首先需要明确归纳推理和演绎推理的不同之处。

你可能之前就已经听说过“归纳推理是从特殊到一般，而演绎推理则是从一般到特殊”。在某些情况下，归纳推理和演绎推理确实如此，但总的来说，这个说法并不准确，所以并不是概括归纳推理和演绎推理特点的好方法。

要概括归纳推理和演绎推理的特点，有一个更简明、准确，也更精辟的方法。下面我们举例说明，这个例子可以认为是典型的归纳推理：

美国一所大学的男子篮球队，从来没有赢得过美国大学男子篮球联赛冠军。事实上，在仅有的几次参赛经历中，这支篮球队从来没有进入过第二轮。今年，这支队伍的水平与以前相比并没有多大变化，大学男子篮球联赛赛制也没有发生重大改变。考虑到这些因素，这支男子篮球队基本不可能赢得今年的联赛冠军。

上面这个例子是一个令人信服的归纳推理论证过程。考虑到这个论证过程列出的前提条件，其所得出的结论是非常有可能的。然而，即使所有前提条件和证据都是正确的，也仍然有可能得出错误结论，这正是归纳推理的标志性特点。不管可能性有多低，这支男子篮球队赢得美国大学男子篮球联赛冠军的可能性仍然是存在的。这就是归纳推理的特点：在一个好的归纳推理过程中，即使所有前提条件都是真的，得出的结论也有可能是错的。

相比之下，在一个好的演绎推理论证过程中，真的前提条件就保证了真的结论。也就是说，在一个好的演绎推理论证过程中，如果所有前提条件都是真的，那么其所得出的结论就一定是真的。请思考下面这个借鉴了电影《谍海军魂》（No Way Out）的例子：

那天晚上，在琳达房间的男人杀了琳达。不管是谁杀了琳达，这个人都被称为尤利。军官法瑞尔是那天晚上在琳达房间里的男人。所以，军官法瑞尔就是尤利。

这个论证过程与前面列举的归纳推理论证过程之间的不同点非常有趣。具体来说，如果这个论证过程的前提条件是真的，那么这就保证了这个论证过程的结论是真的。这就是演绎推理论证过程的特点：在一个好的演绎推理过程中，真的前提条件保证了真的结论。

了解了这些，让我们回到关于证实推理和不证实推理的讨论。你应该还记得证实推理模式是一种归纳推理。正因如此，有时证实推理模式并不能保证结论的正确性。也就是说，证实推理所能达到的最好程度就是为某个理论提供支撑，但是不管存在多少被证实了的预言，仍然存在这个理论不正确的可能性，这完全是由证实推理模式的归纳推理性质造成的。

有时，你会听到关于某些科学理论永远都不可能被证明（从严格意义上证明）的说法，其中部分原因就是证实推理模式的归纳推理性质。大多数科学理论从很大程度上说都是由归纳证据所支撑的。正因如此，不管存在多少可以证实某个理论的证据，这个理论仍然有可能被证明是错误的，这完全是由证实推理模式的归纳推理性质决定的。在正确性方面，科学领域的理论都不可避免地面临质疑，但这并不是这些理论的瑕疵，也不是科学本身的缺陷。事实上，这种情况无非是两方面因素造成的：一方面是证实推理模式是广泛用于支撑科学理论的推理模式；另一方面是证实推理模式是一种归纳推理。

同样值得强调的是，现实的理论所涉及的因素和推理，在复杂性和相互交织程度上，可能比我们截至目前的讨论中所谈到的要高得多。让我们用一个例子来说明这一点，请再思考一下爱因斯坦相对论对恒星光线弯曲的预言。这看起来是一个相当简单的预言和观察结论。人们都认可爱因斯坦的理论预言了恒星光线的弯曲，以及日全食将为观察这样的光线弯曲提供一个机会。所以，下次出现日全食的时候实际去观测一下，看看恒星光线是不是弯曲的。实际观测可能并不那么简单，但这听起来确实是相当直接明确的方法。

然而，事实上，与来自科学中的大多数实例一样，恒星光线弯曲这个例子非常复杂。举例来说：爱因斯坦广义相对论中所涉及的数学非常复杂，复杂到如果不做一些简化假设，就不可能完成为预测光线出现弯曲的点的位置所需要的计算。因此，必须进行大量简化假设，而大家知道这些假设都是不正确的。在1919年5月的实际观测中，为了将所需进行的计算控制在可操作的范围内，太阳被当作了一个正球体，不进行自转，而且不受任何外力影响（比如地球、月球和其他行星的引力作用）。当然，太阳并不是一个正球体，它本身有自转，而且会受到外力影响。总之，每个人都知道这些假设是错误的，但每个人同时也知道，如果不用这些简化了的假设，就不可能进行所需的计算。

大多数（不是全部，但确实是大部分）熟悉1919年恒星光线弯曲观测的人，都同意这些简化了的假设不会改变观测整体结果，也就是说，这次观测结果为爱因斯坦的理论提供了证实证据。尽管如此，在这里我想得出的结论是：实际用于证实科学理论的证据所涉及的因素，往往比人们通常所认识到的要复杂得多。（也应该指出，我只触及了恒星光线弯曲这个例子里的几个复杂因素，还有很多复杂因素。如果你有兴趣继续深入探讨，在书后章节注释里可以找到更多推荐阅读内容。）

以上所说的并不是一个特例。通常，要看一个预言能否被观察得到，需涉及多个层次的重要理论和数据。总之，实际用于证实科学理论的证据通常非常复杂。所以，不仅证实推理模式的归纳推理性质意味着这种推理模式无法证明（这里指的是最严格意义上的“证明”）某个理论是正确的，而且这一推理模式中的实际证据和推理过程往往相互交织，非常复杂，从而使证实推理模式的证据通常远不像它们乍看起来那样直接明确。

如果不可能证明（同样从“证明”这个词最严格的意义上来说）某个理论是正确的，那么是不是至少有可能证明某些理论是不正确的？乍看之下，答案似乎是肯定的。毕竟，不证实推理模式是一种演绎推理，而根据前面提到过的，在一个好的演绎推理过程中，前提条件保证结论。所以，你会认为不证实推理模式可以用于证明某个理论是不正确的。然而，事实是第一印象常会产生误导。

思考下面这个例子，我将用它来说明为什么不证实推理模式并不像可能看起来那么直接明确。只要参加过某种实验室课程（比如化学或生物），你可能就有过与下面这个例子相似的经历。假设在化学实验室里，教授给了你一烧杯的乙醇，让你找出乙醇的沸点。接下来，假设（当然，在教授看不见的时候）你偷偷瞄了一眼教学参考书，发现乙醇的沸点是78.5℃。现在，你开始做实验，相信实验结果会表明沸点为78.5℃。然而不幸的是，这个样本似乎没有在78.5℃的时候沸腾。这时你怎么办？

看起来，不证实推理模式似乎应该适用于这个例子。前面提到过不证实推理模式的推理公式，根据这个公式，你会进行以下推理：

如果烧杯里的样本是乙醇，那么我应该观察到样本在达到78.5℃时沸腾。

我没有观察到样本在达到78.5℃时沸腾。

所以　烧杯里的样本不是乙醇。

然而，实际上，这时你是否会得出“教授搞错了”以及“烧杯里不是乙醇”的结论？肯定不会。相反，你很有可能会考虑可以解释“为什么实验结果没有显示沸点为78.5℃”的其他因素。比如，有可能是温度计坏了，或者实验使用的玻璃器皿不够干净，或者烧杯中的样本受到了污染，或者实验室里的气压不正常，又或者任意一个其他因素不正常。简言之，仅以你所掌握的少量证据为基础就得出结论，将是一个很不明智的做法。

下面这个叙述更准确地表现了在这个例子中你的推理过程：

如果烧杯中的样本是乙醇，同时温度计正常工作，我使用的玻璃器皿很干净，样本没有受到污染，实验室里的气压正常，以及任意一个其他因素都是正常的，那么我应该观察到样本在78.5℃时沸腾。

我没有观察到样本在达到78.5℃时沸腾。

所以　烧杯里的样本不是乙醇，或者我的温度计没有正常工作，或者我使用的玻璃器皿不干净，或者样本受到了污染，或者实验室里的气压不正常，又或者任意一个其他因素不正常。

这里的关键点是，前面示意性地表示的不证实推理模式过于简化。我们将会看到可以如下所示更准确地表示不证实推理模式：

如果T，且A₁，A₂，A₃，…，A_n，那么O

O是不正确的

所以　T是不正确的，或者A₁是不正确的，或者A₂是不正确的，或者A₃是不正确的……或者A_n是不正确的。

这是一个更准确的示意图，接下来当我谈到不证实推理模式时，我脑海中出现的就会是这个示意图。

在上面的这个示意图中，A₁、A₂等所代表的就是人们通常所说的辅助假设。辅助假设很关键，但通常是不证实推理模式中隐含的部分。辅助假设很关键，只是因为如果没有它们，我们就不能期望得到想要研究的观察结果。让我们换个稍有些不同的说法，从某种程度上说，我们需要通过辅助假设从示意图中“如果”的部分，得出“那么”的部分。也就是说，如果我们有某个理论，又有某个情况，而且所有隐含的辅助假设都正确，那么我们就可以寄希望于观察到某种结果。

正如烧杯里的乙醇这个例子所表明的，在任何情况下，如果用来做出某个预言的理论被证明是不正确的，那么总有一种可能性（实际上，在很多实例中这个可能性非常大），那就是这个理论本身是正确的，只是一个或多个辅助假设是错误的。

在冷聚变理论的例子里，也同样出现了关于辅助假设的这种情况（现在这个情况仍然存在）。举例来说，从冷聚变过程中应该能观察到大量中子释放的现象，但实际上并没有观察到。然而，之所以预期可观察到大量中子释放现象，主要在于一个辅助假设，即“冷聚变所涉及的过程或多或少与常规（热）聚变所涉及的过程相似”。冷聚变理论的两位提出者所持的观点是继续坚持冷聚变理论，但是摒弃了“冷聚变与常规聚变相似”的辅助假设。是的，他们确实是这么认为的。

在冷聚变理论的例子里，后来证明这一理论不正确的证据最终达到了一定数量，因而现在几乎没有人继续接受冷聚变理论了（尽管如此，值得注意的是，仍然有一部分人继续坚持冷聚变理论，而摒弃原有的辅助假设）。然而，通常我们所面临的问题是，在存在不证实推理证据时，在什么情况下放弃整个理论更合理，而在什么情况下摒弃一个或几个辅助假设更合理。这个问题非常难回答，而且重点是，没有什么秘诀可以帮助我们作答。

总之，现在我们得到了关于不证实推理模式及不证实推理证据最重要的两点。第一，在面对能证明一个理论不正确的证据时，可以坚持这一理论，同时摒弃一个或几个辅助假设。这不仅是个观点，有时确实是更合理的做法。第二，对于“在什么情况下放弃整个理论更合理，在什么情况下摒弃一个或几个辅助假设更合理”的问题，没有一刀切的标准答案。

结语

总结一下本章的主要内容：证实推理模式和不证实推理模式是科学领域内外两种常见的推理模式。

一方面，证实推理模式由于是一种归纳推理模式，因而无法在证明一个理论正确的同时保证这一正确性不受质疑。因此，对于一个科学理论来说，不管有多少可以证明其正确性的证据，这个理论是错误的这种可能性始终存在。除此之外，在实际的例子里，归纳得出的证据和归纳推理通常非常复杂且相互交织。证实推理模式及证据往往远没有它们看起来那么直接明确。

另一方面，不证实推理模式是一种演绎推理。然而，实际上，由不证实推理模式得出的证据往往同样很复杂。具体来说，通常不证实推理模式涉及大量辅助假设，因此，通过不证实推理模式得出的证据只能表明要么是所使用的理论不正确，要么是一个或几个辅助假设不正确（经常出现的是后者）。因此，不证实推理模式及证据同样也远没有它们看起来那么直接明确。

每天，在科学领域内外，人们都在使用证实推理和不证实推理。我们已经看到了，涉及这两类推理的命题十分复杂。在后续章节中，特别是在第二部分和第三部分里，我们将会看到，前面所提到的几点在科学史上都扮演了重要角色，未来也将继续扮演这样的角色。不过，在开始这些讨论之前，我们将首先在第5章中探讨一些与我们前面讨论过的话题紧密相联的命题，也就是“奎因-迪昂论点”和围绕在科学研究方法周围的命题。