什麽是科學定律？反映了宇宙的客觀特點

文：Richard DeWitt

譯：孫天

從17世紀開始，科學定律的概念在科學中所扮演的角色變得越來越重要。例如，開普勒行星運動定律、牛頓運動定律，以及牛頓對萬有引力定律的描述。這些定律似乎抓住了物理現象的一些根本性因素，對這些定律的探索和提煉歸納自17世紀科學革命以來一直是科學的重要組成部分。

但是，科學定律是什麽？當我們開始探討這個問題時，很快就會遇到一些讓人深感困惑的命題，而這樣的情形十分常見。為解決這些命題以及其他圍繞在科學定律周圍的命題，人們進行了很多嘗試，這些嘗試都帶來了一系列相當複雜的主張、論據、反論據、反主張以及類似的東西，這種情形在過去40年左右的時間裡尤為突出。有一點很明確，儘管很多不同觀點的支持者進行了幾十年的爭論，其中不乏知識淵博、能言善辯之人，但是，對於“科學定律是什麽”或“怎樣對科學定律進行界定”的問題，仍然沒有達成共識。

科學定律

哲學家一直樂於對科學定律和自然規律進行區分，在過去50年中尤為如此。關於兩者之間的區別，已經有很多文獻說明，不過接下來將是對這個區別的一個簡要總結。

我們通常所認為的科學定律（比如先前提到的例子），通常都只是近似地描述了物體的運轉模式（後面我們還將對此進行詳述）。舉個例子，開普勒第二定律只是描述了在一個二天體體系中，也就是如果這個體系中只存在一顆行星和太陽，那麽行星將會沿怎樣的軌道運行。在實際的太陽系中，所有行星都受到各種因素的影響，包括其他行星的萬有引力影響，因此，開普勒第二定律只是對行星運行軌道進行了非常近似的描述。

然而，由於像開普勒第二定律這樣的科學定律通常都已經非常接近物體的運轉模式了，因此通常都認為“這些定律儘管只是近似的描述，但仍然從某種程度上反映了世界某些深層次的特點”，而由科學定律所反映的世界更深層次的特點有可能就被認為是自然規律。因此，粗略地說，通常都將自然規律定義為“負責宇宙運轉的宇宙基本特點”，而將科學定律看作是近似地反映了這些自然規律的定律。

接下來，我將把重點放在科學定律上，儘管總會存在其他一些命題，都與這些科學定律通常所反映的世界基本特點有關。讓我們從通常認為科學定律所具有的兩個特點開始。

與科學定律相關的特點

通常認為，一條科學定律反映了宇宙某個基礎且無例外的方面，也就是說，科學定律反映的是事物應當具有的運轉模式，而不僅僅是事物的某個偶然行為。以我們通常所說的開普勒行星運動第二定律為例。這一定律通常也被稱為“等面積”定律。簡單地說，這條定律是，如果用一條直線把一顆行星和太陽連接起來，那麽這條直線在相同時間內掃過的面積相等。

我們通常認為這條定律反映了，或者至少部分反映了宇宙中某個基本的、無例外的規律性。值得注意的是，我說的是至少部分反映了，因為嚴格來說，最多只有在理想狀態下，比如這顆行星不受任何其他外力影響，包括太陽系中其他天體所施加的萬有引力作用的影響，這樣一個定律才會完全準確。下面我們將對與理想狀態相關的命題進行進一步討論。

這裡我想讓你關注的關鍵點是，通常認為這條定律反映了（或者至少近似反映了）一個無例外的規律性，也就是說，行星總是按照這個模式來運轉，而且很有可能過去也是按這個模式來運轉的，而將來，只要行星繼續存在，它們還將繼續按照這個模式運轉。因此，通常認為科學定律與我們所觀察到的其他大多數規律性都有所不同。舉個例子，我們本地的餐館只要開門營業就可以提供熱咖啡，這就是一個規律性。但這不是一個無例外的規律性，也就是說，我們本地的餐館還是偶爾不能提供熱咖啡的，儘管這種情況並不常見。同樣，“6月的平均溫度高於5月”是一個規律，但這也不是一個無例外的規律。儘管不常見，但有時5月還是會比6月熱。

然而，通常認為像開普勒第二定律這樣的一個表述所描述的是行星一直會遵循的運轉模式，而不僅僅是行星通常如何運轉，而這正是科學定律的一個特點，也就是它們反映了無例外的規律性。目前，讓我們暫時記下這個觀點，也就是反映無例外的規律性似乎是科學定律的一個關鍵特點。

通常與科學定律聯繫在一起的另一個關鍵特點是，我們認為科學定律反映了世界的客觀特點。

我在這裡所使用的“客觀”，其關鍵點是某個東西是否依賴於人類。更具體地說，我們通常認為如果即使人類不存在，某個東西也可以存在，那麽這個東西就是客觀的，如果情況相反，那麽我們通常就認為它不是客觀的。我必須指出這不僅是“客觀”這個詞的意思，也是我在這裡所要使用的這個術語的意思。

舉個例子，思考一下某些特別受歡迎的甜點，比方說巧克力慕斯。根據食品歷史學家的研究，巧克力慕斯似乎是於17世紀首先出現在法國，隨後在世界各地都變得越來越受歡迎。巧克力慕斯毫無疑問是人類的一個發明，而且如果人類不存在，放到這個例子裡，那就是如果法國人不存在，那麽巧克力慕斯同樣也就不會存在了。從這個意義上來說，巧克力慕斯並不是這個世界的一個客觀特點（重申一下，我在這裡使用的是前面提到過的“客觀”這個詞的意思）。

相比之下，我們通常認為木星是客觀的。也就是說，我們大多數人所秉持的觀點是，即使人類從來不曾存在，木星也仍然會存在。舉個例子，我們有非常合理的理由認為，如果過去某些事件沒有發生，比如如果在大約6500萬年前沒有發生隕石撞擊地球的事件，恐龍也就沒有因此而滅絕，那麽大型哺乳動物包括人類的演化可能就不會發生。不過，想象一下，如果隕石沒有撞上地球，恐龍繼續像之前的1億年裡那樣統治著地球，而大型哺乳動物包括人類從來都沒有存在過，在這個場景裡，即使沒有人類，我們仍然傾向於認為木星是存在的。也就是說，與巧克力慕斯不同，我們通常認為木星不依賴於人類而存在，即木星是這個世界的一個客觀特點。

順帶提一下，“木星”這個名字當然不是客觀的。這個詞顯然是人類發明的。但是，我們通常認為這個名字所指代的物體，也就是我們稱為木星的行星，即使在人類從來不曾存在過的情況下也仍然會存在。

除此之外，在前面所描述的那樣一個場景裡，也就是一個沒有人類的場景裡，我們通常認為木星仍會像現在這樣圍繞太陽運轉。這裡我們就回到了開普勒第二定律。具體來說，我們通常認為，如果人類從來沒有存在過，木星仍將根據開普勒第二定律所描述的軌道運轉。換句話說，我們通常認為開普勒第二定律抓住了這個世界的一個客觀特點。

與“木星”這個詞的情況相同，如果人類沒有存在過，“開普勒第二定律”這個短語當然也不會存在。然而，正如我們通常所認為的，即使人類不存在，“木星”這個詞所指代的物體也仍然存在，我們還認為即使人類不曾存在，“開普勒第二定律”這個短語所反映的規律性也仍然是宇宙的一個特點。重申一下，這就是說，我們通常認為開普勒第二定律和其他科學定律抓住了這個世界的客觀特點。

如果總結一下關於科學定律的常見觀點，其實還有很多內容可以探討。然而，為了我們的討論，讓我們先把重點放在前面所分析的科學定律的兩個特點上。第一個特點是，我們通常認為科學定律反映了無例外的規律性，第二個特點是，我們通常認為科學定律反映了宇宙的客觀特點。在接下來的篇幅中，讓我們對這兩個特點進行探討。我們將發現自己很快就會遇到難以解決而又讓人感到困惑的命題。

無例外的規律性

讓我們從前面討論過的科學定律的第一個特點開始，也就是，科學定律反映了無例外的規律性。這個看起來很簡單的特點很快就遇到了很多問題，這非常出人意料。

首先，我們要看到不存在意外情況的規律性隨處可見，不過其中大多數都是我們並沒想作為潛在科學定律的。思考兩個例子。第一，在所有曾被寫出來的英文句子中，出現的所有單詞數量略少於100萬，因此，這是一個關於英文句子的無例外的規律性。但是，我們從來不會把“所有英文句子包含的單詞數量略少於100萬”當作是一個潛在的科學定律。第二個例子是，就我個人的記憶而言，我穿褲子的時候總是先穿左腿（也並沒有什麽很好的理由）。假設我的記憶是正確的，這也是一個無例外的規律性，不過當然我們並不會想把它當作潛在的科學定律。我們可以坐在這兒，想出上千個類似的無例外的規律性，其中大部分，我們都不會將其當作潛在的科學定律。

那麽，看起來儘管反映某個無例外的規律性是成為科學定律的一個重要條件，但實際上我們並不想把如此大量的無例外的規律性都當作潛在的科學定律。這就帶來了一個簡單又難以回答的問題：那些是潛在科學定律的無例外的規律性與不是潛在科學定律的無例外的規律性之間有什麽區別？

對於這個問題，有一個相當常見的答案，儘管這個答案本身也會帶來一些難以解決的命題。這個答案所涉及的是我們通常所說的“反事實條件句”，或者也可以叫“反事實”。需要指出的是，反事實除了在這裡的討論中發揮作用，在其他討論中，包括科學的和非科學的，也都會發揮作用。因此，我們的下一個任務將是搞清楚反事實是什麽。

反事實

反事實是日常語言與思維的一個常見特點。所以，幾乎可以肯定，就算你之前從來沒有聽說過“反事實”或者“反事實條件”這樣的術語，你也一定已經非常熟悉它們所表達的核心概念。

想象你自己說出了下面這樣的話，“要是那次考試之前學習再努力一些，我應該能考得更好”，或者“如果昨天晚上沒有在外面玩到那麽晚，我今天早上就不會睡過頭了”，或者“要是我記得手機該充電了，手機電池就不會像現在這樣完全沒有電了”，或者“如果我早點到售票處，就能買到票了”，等等。

反事實條件句的例子比比皆是，通常它們被簡稱為“反事實”。首先，請注意，這些例子都是條件句，也就是，它們都是“如果……那麽……”的句式結構。這就解釋了“反事實條件句”中“條件句”的部分。

同樣需要注意的是，在這些例子中，“如果”的部分所反映的都是過去沒有發生而且你也知道沒有發生的事情。為了準備考試，你本來應該更加努力學習，但你實際上並沒有這麽做。你昨天晚上本應該早點回家，但你並沒有這麽做，等等。在這些例子裡，“如果”反映的是不正確的、與事實相反的情況。或者換句話說，這些例子中“如果”反映的是反事實，而這就是“反事實條件句”中“反事實”的來源。

反事實在日常生活和日常思維中扮演一個非常重要的語言學角色，因為它們使我們得以表達我們認為在條件發生變化時，會得到怎樣的情況。如果與事實相反，也就是你更加努力學習了，那麽你就能考得更好。如果與事實相反，也就是你記得給手機充電了，那麽現在手機電池就不會完全沒有電了，等等。這一類的表達非常常見，同樣具有重要作用，因為它們使我們能夠表達我們認為在與事實不同的條件下，會有怎樣的情況。

就像前面所指出的，在區分我們通常認為是潛在科學定律的無例外的規律性與通常認為不能作為潛在科學定律的無例外的規律性時，反事實通常被當作是一個關鍵因素。下面將解釋一下反事實如何在區別兩種規律性時發揮作用。

再思考一下我們在前面提到過的那些例子，也就是我們不會當作是潛在科學定律的無例外的規律性，比如，所有英文句子包括的單詞數量略少於100萬個，或者我穿褲子時通常先穿左腿。請注意，這些規律性儘管準確描述了事物在某種條件下的情形，但是如果條件發生變化，它們就不會是真的了。舉個例子，如果有一個比賽，獎品是豐厚的獎金，比賽內容是寫出長度最長而又語法正確的英文句子，那麽很有可能會有人造出一個英文句子，包含超過100萬個單詞。因此，在這樣一個反事實情境中，關於英文句子的規律性就站不住腳了。同樣地，如果一位電腦程式員只是為了取樂，研發了一款可以造出長英文句子的程式，那麽關於英文句子的規律性可能也同樣不準確了。關於我穿褲子時通常先穿左腿的習慣，情況也是如此。如果在過去某個時候，我把腿摔斷了，這就很有可能改變我的行為習慣，那麽關於我穿褲子時通常先穿左腿的規律性就不是一個無例外的規律性了。同樣地，如果有人給我一大筆錢，讓我改變行為習慣，或者有其他任何一種反事實條件，關於我穿褲子的規律性都將不再是一個無例外的規律性了。簡言之，這一類規律性在條件發生變化後就可能不是真的了。

相比之下，開普勒行星運動第二定律所描述的規律性似乎不管在什麽樣的反事實條件下都是一個無例外的規律性。舉個例子，不管木星距離太陽是近一點還是遠一點，木星的品質是更大一些還是更小一些，或者木星是顆岩石星球還是氣態星球，或者存在其他任何一種反事實條件，木星都仍將按照開普勒第二定律來運轉。

簡言之，我們通常認為科學定律所反映的那些無例外的規律性，比如開普勒行星運動第二定律，通常從某種意義上說都不受反事實條件的影響。具體來說，這樣的規律性即使在多方面條件都發生了改變的情況下，通常也仍然是真的。

通常認為，可以作為潛在科學定律的無例外的規律性與不能作為潛在科學定律的無例外的規律性之間，關鍵的一個區別就是前者即使面對多種反事實條件仍然可以保持為真，而後者則無法做到這一點。

利用反事實條件是否足以區分兩種規律性了？很不幸，並不是這麽簡單。具體來說，利用反事實條件可以對這兩種規律性進行區分，但同時也產生了問題嚴重的命題。這些命題涉及兩個方面，其中一個與語境依賴性有關，另一個與通常所說的“其他條件不變句”有關。接下來，我將對這兩個方面逐一簡要討論。

語境依賴性

儘管前面對反事實條件的應用，至少一開始似乎讓我們在合理區分能否作為潛在科學定律的規律性方面取得了實質性進展，但是正如經常會出現的情況一樣，這並沒有為揭示更深層次的問題發揮多少作用。這裡所說的更深層次的問題中，第一個就與反事實條件的語境依賴性有關。

前面對反事實條件的初步討論中，我保留了反事實條件的一個重要特點，也就是，我們通常認為一個反事實條件是真還是假，在很大程度上取決於其所在語境。再思考一下前面提到過的一個例子，也就是“如果我記得手機該充電了，那麽現在電池就不會完全沒有電了”。在前面的討論中，我們暗自假設了一個多少比較正常的語境，也就是你大概希望自己記得給手機充電。在這樣一個語境中，我們傾向於認為這個反事實條件為真。

不過，現在請考慮另一個語境。假設你明天要參加一個重要考試，而你決定直到考試結束才給手機充電，這樣你就不會把時間都浪費在打電話上。在這個語境中，這個反事實條件，也就是“如果我記得手機該充電了，那麽現在電池就不會完全沒有電了”，就是假的，因為在這個語境中，你大概會記得你不想給手機充電，而且會讓電池繼續處於沒電狀態。

或者，也許你跟一個朋友吵架了，希望暫時失聯，因此更願意把手機放著不充電，這樣就為自己不回電話找到了一個方便的理由，或者還有無數其他可能性。簡言之，有無數種語境可以使我們所討論的這個反事實條件為真，同樣也有無數種可能性使這個反事實條件為假。幾乎對每一個反事實條件，情況都是如此。

總之，眾所周知，一個反事實條件的真假依賴於其所處的語境。這屬於一條科學定律，但是這也帶來一個問題，也就是通常來說（也可能總是如此），當某個事物的真假依賴於語境時，那就意味著其真假依賴於相關人士的知識或利益，而這反過來又表明真實或虛假都依賴於人，以及這些人的利益和知識。

到這裡你可能已經看出了其中的問題。回憶一下，在開頭，我們討論過典型科學定律的一個主要特點，也就是，通常認為科學定律反映了世界的客觀特點，也就是不依賴於人而存在的特點。然而，現在我們似乎把自己逼進了死胡同。我們似乎需要利用反事實條件來描述什麽能算是科學規律，具體來說，就是對可以作為潛在科學定律的無例外的規律性與偶然出現的無例外的規律性進行區分。然而對反事實條件的使用同時帶來了語境依賴性。所以，如果對科學定律進行描述需要反事實條件，而反事實條件又是依賴於語境的，那麽反事實條件是依賴於人的（或者更準確地說，反事實條件的真假是依賴於人的）。因此，反事實條件的使用破壞了科學定律的表面客觀性。

其他條件不變句

認為科學定律反映了無例外的規律性，還導致了另一個基礎性命題。再思考一下開普勒行星運動第二定律。如果我們更仔細地研究一下行星實際到底是如何沿軌道運動的，就會發現一些有趣的現象，也就是，嚴格來說，開普勒第二定律所反映的並不是有關行星軌道的無例外的規律性。

基本問題在前面已經提到過，而且很容易看出來。很多因素都可以影響行星的軌道。舉個例子，行星有時會遭到小行星和彗星的撞擊，這樣的衝擊會影響行星的軌道。最近的一次驚人撞擊就發生在20世紀90年代，當時一顆巨大的彗星撞擊了木星，儘管這次撞擊並沒有使木星進入一個全新的軌道，但毫無疑問對木星的軌道產生了巨大影響，導致木星在撞擊過後的一段時間裡並不是完全按照開普勒第二定律來運動。那次撞擊格外驚人，不過不那麽驚人的撞擊隨時都在發生。甚至是更近期的一段時間裡，木星又再次遭到一個大型物體撞擊，這次撞擊在木星大氣層上留下了一個地球體積那麽大的擾動，同時再次改變了木星軌道。

儘管像撞擊這樣的例子多少有些誇張，但不那麽誇張的事件隨時都在發生。行星隨時受到各種影響，從其他行星的萬有引力到從它們旁邊經過的彗星和小行星，甚至是我們偶爾發送到太空中的宇宙飛船都會產生影響。這些影響儘管不大，但卻使行星從來都無法嚴格按照開普勒第二定律的描述來運轉。

這樣的事件似乎使科學定律不能再適用於其本該適用的情形，而且可能在所有涉及科學定律的情形中都會存在此類事件。或者換句話說，很有可能並沒有任何一條科學定律能夠被直接而嚴格地遵循。

為了盡量避免這一問題，通常的做法是引入通常所說的“其他條件不變句”（ceteris paribus clauses），這裡拉丁文短語“ceteris paribus”的大致意思是“其他一切條件都相同”。因此，舉個例子，我們可以說如果木星是一顆行星，那麽在其他一切條件都相同的情況下（比如，沒有小行星和彗星撞擊的衝擊、沒有其他行星的影響，等等），木星將遵循開普勒行星運動第二定律。

毫無懸念，這個解釋也引發了新的問題，我將討論其中兩個。首先，你可能已經注意到，對其他條件不變句的討論與前面對反事實條件的討論之間是存在聯繫的。兩個討論確實相互關聯。當我們認為開普勒第二定律是一個伴隨著其他條件不變句的定律時，就相當於說（同樣以前面提到過的木星為例），這個定律所說的就是木星在沒有受到其他外力影響的情況下，就將按照開普勒第二定律描述的軌道運轉。然而，我們從一開始就知道木星實際上是受到各種外力影響的。因此，前面這個描述就把自己變成了一個反事實條件，因而也具有我們在前面討論過的反事實條件的各種問題。

除此之外，請注意，一一列舉所有可能的其他條件不變句也是不可能的，因為存在太多可能性。我們在前面提到了小行星撞擊、彗星撞擊和從木星旁邊經過的太空器的影響等。然而，毫無疑問，存在無數種與上述類似的影響，我們不可能把它們全都列舉出來。我們所能做的，最多就是列出包括彗星、小行星和經過的太空器在內的影響，然後加上一句“等其他類似的影響”之類的描述。然而，相似性的概念與人類利益緊密聯繫。舉個例子，兩個事物是否相似，一個關鍵的判定因素是對這個相似性進行判定的人的利益。所以，我們再次遇到了與前面的討論有關的一個問題。如果界定科學定律的特點需要使用其他條件不變句，而使用這類句子又依賴於相似性概念，相似性概念本身又取決於人類的判斷，那麽我們對科學定律的界定似乎又不符合“科學定律具有客觀性”的概念了。

結語

作為總結，我想回到開頭所討論的一點，也就是，與科學定律相關的命題一直都在經歷廣泛探討和爭論，尤其是在過去大約40年間。這些探討和爭論包括了本章討論過的一些命題，但並沒有止步於此。

本文的主要目標並不是對過去幾十年間關於科學定律的所有討論進行總結。實際上，我的主要目標是說明一旦開始探索“什麽是科學定律”的問題，我們很快就會遇到很多難以解決的命題。我希望，前面提供的材料可以讓你對某些難以解決的命題有了那麽一點兒體會。從多個角度來看，有一個模式儘管肯定不是一個無例外的規律性，但確實反覆出現，那就是，每當我們深入到一個看似相對直接明確的科學命題或概念中時，我們很快就會遇到難以解決且令人困惑的問題。

本文經出版方授權，摘編自《世界觀：現代人必須要懂的科學哲學和科學史》。