科学理论的不确定性（一）
科学理论证据不确定性的核心在于一个简单的想法，即我们在特定时间可用的证据可能不足以确定我们应该持有什么样的信念来应对它。举一个教科书的例子，如果我知道你花了 10 美元买了苹果和橙子，苹果的价格是 1 美元，橙子的价格是 2 美元，那么我知道你没有买六个橙子，但我不知道你买了一个橙子和八个苹果，还是两个橙子和六个苹果，等等。一个简单的科学例子可以在重要的方法论格言“相关性并不意味着因果关系”背后的原理中找到。如果玩暴力电子游戏会导致儿童在操场上的行为更具攻击性，那么（除非出现其他复杂情况）我们应该预期会发现玩此类电子游戏的时间与儿童在操场上的攻击性行为之间存在相关性。但如果容易出现攻击性行为的儿童比其他儿童更喜欢并更倾向于寻找暴力电子游戏，或者玩暴力电子游戏的倾向和在操场上表现出攻击性行为的倾向都是由某种第三方因素（例如遭受欺凌或父母普遍疏忽）造成的，我们预期也会发现这种相关性。因此，玩暴力电子游戏的时间与在操场上表现出攻击性行为之间的高度相关性（本身）仅仅不足以确定我们应该如何看待两者之间的因果关系。但事实证明，这种简单而常见的困境仅仅触及了科学研究过程中可能出现的各种不确定性问题的表面。
1. 初探：迪昂、奎因与不确定性问题
2. 整体论不确定性与对科学理性的挑战
2.1 整体论不确定性：理念本身
2.2 挑战科学的理性
3. 对比性不确定性、经验等价物与未构想的替代理论
3.1 对比性不确定性：回归迪昂
3.2 经验等价理论
3.3 未构想的替代理论与新的归纳法
参考文献
学术工具
其他网络资源
相关文章
1. 初探：迪昂、奎因与不确定性问题
由不确定性引发的认知挑战并不局限于科学领域，这一点或许在古典怀疑论对我们知识的普遍攻击中最容易体现出来。勒内·笛卡尔（[1640] 1996）曾试图质疑他所有可能被质疑的信念，他假设存在一个无所不能的邪恶魔鬼试图欺骗他。笛卡尔的挑战诉诸于一种不确定性：他指出，如果我们所有的感官体验都是由这个邪恶魔鬼而不是由岩石和树木组成的外部世界引起的，那么它们将会完全一样。同样，纳尔逊·古德曼（1955）在其著作《归纳的新谜题》中也提出了这样一种观点：我们现有的证据完全可以用来支持与我们通常认为的截然不同的归纳概括，从而对未来事件的走向产生截然不同的影响。[1] 尽管如此，人们认为，在科学语境中，不确定性以各种独特而重要的方式出现，并非简单地重现这种极端怀疑的可能性。
关于科学不确定性的传统经典著作是皮埃尔·迪昂（Pierre Duhem）的著作。迪昂是一位生活在20世纪初的法国物理学家、科学史学家和科学哲学家。在《物理理论的目标和结构》一书中，迪昂以一种尤为清晰和令人信服的方式阐述了各种科学不确定性问题，尽管他本人认为这些问题只对我们在物理学中证实理论的努力构成了严峻挑战。20世纪中叶，W. V. O. 奎因（W. V. O. Quine）提出，此类挑战不仅适用于所有类型科学理论的证实，也适用于所有知识主张。他将这些问题纳入并进一步发展为对人类知识的一般描述的一部分，这是20世纪认识论最重要的发展之一。但迪昂和奎因都没有仔细系统地区分他们著作中发现的一系列根本不同的关于欠确定性的思想流派。或许最重要的区分在于我们称之为整体主义欠确定性和对比主义欠确定性的形式。当我们无法孤立地检验假设，导致我们在应对失败的预测或其他一些反证时处于欠确定状态时，就会出现整体主义欠确定性（下文第二节）。也就是说，因为假设只有与其他假设和/或关于世界的背景信念相结合时，才具有经验含义或后果。预测失败或经验结果被证伪，通常让我们有可能责怪并放弃这些背景信念和/或“辅助”假设之一，而不是我们最初打算检验的假设。但对比不确定性（下文第三节）涉及一种截然不同的可能性，即对于任何证实某个理论的证据，很可能存在其他理论也能被同一证据很好地证实。此外，关于这两种基本类型的不确定性的主张在强度和性质上可能存在多种差异：例如，人们可能会认为，在两种理论或两种修改信念的方式之间做出选择，仅仅取决于我们目前碰巧拥有的证据，而暂时取决于我们目前所掌握的证据；或者，相反，取决于所有可能的证据，而永久取决于我们目前所掌握的证据。事实上，科学探究所面临的各种形式的不确定性，以及这些不同类型的原因和后果，都极其复杂多样，以至于试图解决科学理论的不确定性问题，往往会引发相当大的混乱和相互矛盾的争论。[2]
此外，各种不确定性主张在性质和强度上的差异，对于解决这一问题的重要性至关重要。例如，在近期一些颇具影响力的科学讨论中，各学科的学者们常常会随意地援引关于不充分决定论（尤其是整体论）的论断，来支持这样一种观点：在科学语境中，除了证据之外，还必须有某种东西介入，才能进一步决定信念和/或信念的改变。其中最突出的或许是科学知识社会学（SSK）运动的拥护者和一些女性主义科学批评家，他们认为，通常是科学家自身的社会政治利益和/或对权力和影响力的追求，在决定哪些信念在面对相互矛盾的证据时被真正抛弃或保留方面发挥着至关重要甚至决定性的作用。然而，正如我们将在第2.2节中看到的，拉里·劳丹认为，这种论断依赖于对相对较弱或微不足道的不充分决定论形式与更强的不充分决定论形式之间的简单混淆，他们由此得出了关于科学中证据和理性范围有限的激进结论。在接下来的章节中，我们将力求清晰地刻画和区分科学语境中出现的各种形式的整体论和对比论的不确定性（并在此过程中指出它们之间的一些重要联系），评估支持和反对这些不确定性的各种论证的强度和意义，并思考哪些形式的不确定性对科学探究构成了真正重要的挑战。
2. 整体论的不确定性及其对科学理性的挑战
2.1 整体论的不确定性：核心思想
迪昂最初对整体论的不确定性的论证是：或许并不出人意料的是，这与他关于证实整体论的论证密切相关：该论证认为，理论或假设只能以群体或集合的形式接受实证检验，而不能孤立地进行。这里的观点是，单一的科学假设本身并不包含任何关于我们期望在自然界中观察到什么的含义；相反，只有当一个假设与许多其他信念和假设结合在一起时，我们才能从中得出实证结果，这些信念和假设包括关于世界的背景假设、关于测量仪器如何运作的信念、关于原始假设研究领域中的对象与周围环境之间相互作用的进一步假设等等。因此，迪昂认为，当一个经验预测被证伪时，我们不知道错误是出在我们最初试图检验的假设上，还是出在我们同样需要并用于产生失败预测的众多其他信念和假设之一上：
一位物理学家决定证明一个命题的不准确性；为了从该命题推断出对某个现象的预测，并进行实验以表明该现象是否发生，为了解释该实验的结果并确定所预测的现象并未发生，他不仅仅运用该命题本身，还运用了他所接受的、无可争议的一整套理论。对某个现象的预测（如果该现象没有发生，则将无可争议地终止争论）并非源于被质疑的命题本身，而是源于与该整套理论相结合的论题；如果所预测的现象没有发生，实验告诉我们的唯一一件事是，在用来预测该现象并确定其是否会发生的命题中，至少存在一个错误；但这个错误所在恰恰是实验没有告诉我们的。([1914] 1954, 185)
迪昂用物理学理论中的例子来支持这一论断，其中一个旨在说明他从中得出的著名结论。迪昂认为，整体论的欠确定性确保了根本不存在“关键实验”（experimentum crus）：一个实验的结果被两个相互竞争的理论预测为不同的结果，因此可以最终证实其中一个理论并反驳另一个理论。例如，在一个著名的科学事件中，为了解决光由极高速运动的粒子流构成理论（光的粒子论或“发射”论）的拥护者与光由通过机械介质传播的波构成的观点（波动论）的捍卫者之间持续不断的激烈争论，物理学家福柯设计了一个装置来测试这两个理论关于光在不同介质中传播速度的相互竞争的说法：粒子论暗示光在水中传播比在空气中传播得快，而波动论则暗示光在水中传播得快。尽管实验结果表明光在空气中传播得比在水中快，[3]但迪昂认为，这远非对发射假说的反驳：
事实上，该实验宣称的错误在于牛顿以及在他之后拉普拉斯和比奥所接受的整套命题，即：我们由此推导出折射率和光在不同介质中传播速度之间关系的整个理论。但是，实验虽然谴责整个体系存在错误，却没有告诉我们错误在哪里。错误在于光是由发光体高速抛出的抛射体构成的这一基本假设吗？错误在于其他关于光粒子在其运动介质中经历的动作的假设吗？我们对此一无所知。如果像阿拉戈似乎认为的那样，相信傅科实验一劳永逸地谴责了发射假设，即一束光被一群抛射体吸收，那将是轻率的。如果物理学家们重视这项工作，他们无疑会在这个假设的基础上成功地建立一个与傅科实验相符的光学体系。 ([1914] 1954, 第187页)
从这个例子以及类似的例子，迪昂得出了一个相当普遍的结论：我们对一个理论的实验或观察证伪的反应总是以这种方式处于不确定状态。当世界不符合我们基于理论的期望时，我们必须放弃一些东西，但由于没有任何假设能够被孤立地检验，因此没有任何实验能够准确地告诉我们究竟是哪一个信念必须被修改或放弃，认为它是错误的：
总而言之，物理学家永远无法对一个孤立的假设进行实验检验，而只能对一整组假设进行实验检验；当实验与他的预测不一致时，他得到的结果是，这组假设中至少有一个是不可接受的，应该被修改；但实验并不能明确指出哪一个应该被修改。([1914] 1954,187)
迪昂在此指出的困境并非科学哲学家们的临时难题，而是科学实践过程中不断出现的方法论挑战。出于实际目的和具体情境，我们的信念总是会因为明显正确、最有希望甚至最合理的证据而发生一次修正，这根本不正确。举一个经典的例子，当牛顿的天体力学未能正确预测天王星的轨道时，当时的科学家并没有简单地放弃该理论，而是通过挑战太阳系仅包含七颗行星的背景假设来保护它免遭反驳。尽管牛顿理论本身存在谬误，但这一策略仍然卓有成效：通过计算一颗假设的第八颗行星对天王星轨道的影响，天文学家亚当斯和勒威耶最终于1846年发现了海王星。然而，当试图通过假设“火神星”（位于水星和太阳之间的另一颗行星）的存在来解释水星轨道近日点的推进时，同样的策略却失败了。在爱因斯坦广义相对论出现之前，这一现象一直未能得到令人满意的解释。因此，迪昂的观点似乎是正确的，他不仅认为假设必须作为一组或一个集合进行检验，而且认为，对于这样一个集合中的哪一个成员，如果经验检验失败或存在错误推论，就应该被抛弃或修改，这绝非一个必然的结论。事实上，这个例子恰恰说明了为什么迪昂本人颇为乐观地呼吁科学家自身在决定何时应放弃某个假设时拥有“良好判断力”，但这几乎无法缓解整体论者普遍面临的欠确定性困境。
如上所述，迪昂认为他所描述的那种欠确定性只对理论物理学构成挑战，但后来科学哲学的思考倾向于认为，迪昂所描述的困境适用于所有科学研究领域的理论检验。例如，如果不预设一系列关于基因是什么、基因如何运作、我们如何识别基因、其他基因在做什么等等的更深层次的信念，我们就无法检验关于特定基因表型效应的假设。20世纪中叶，W. V. O. 奎因将证实整体论及其相关的欠确定性关注融入到他对普遍知识的极具影响力的论述中。奎因（1951年）在其著名的批判中指出，人们普遍接受的真理区分是分析真理（根据定义，或仅就逻辑或语言而言为真）和综合真理（基于关于世界存在方式的某些偶然事实而为真）。他认为，我们在任何特定时刻持有的所有信念都联系在一个相互关联的网络中，而我们的感官体验只在其边缘受到影响：
我们所谓的知识或信念的整体，从最偶然的地理和历史问题，到最深奥的原子物理学定律，甚至纯数学和逻辑，都是人造的织物，它只在边缘影响经验。或者，换个说法，整体科学就像一个力场，其边界条件是经验。与边缘经验的冲突会导致力场内部的重新调整。但整体力场在很大程度上受其边界条件——经验——的不确定程度所限，以至于在根据任何单一相反经验重新评估哪些陈述方面，存在很大的选择余地。除非通过考虑影响整个力场的平衡而间接地将特定经验与力场内部的任何特定陈述联系起来，否则任何特定经验都不会与力场内部的任何特定陈述联系起来。(1951, 42–3)
这种人类知识总体图景的一个后果是，我们所有的信念都只能以作为一个整体的经验来检验——或者正如奎因有时所说，“经验意义的单位是整个科学”(1951, 第42页)。[4]网络整体引导我们预期的结果与我们实际获得的感官体验之间的不匹配，会导致我们的信念发生一些变化，但究竟该做出何种调整才能使网络整体重新符合我们的体验，则完全取决于这些体验本身。用奎因的例子来说，如果我们发现“榆树街上有砖房”的信念与我们直接的感官体验相冲突，我们可能会修正对榆树街上房屋的信念，但我们同样也可能会修改对砖块外观、我们当前位置或构成互联网络的无数其他信念的信念。在紧要关头，我们甚至可能认定我们当前的感官体验只是幻觉！奎因的观点并非是说，这些信念中的任何一个都是对难以控制的体验（事实上，他解释的一个重要部分是解释为什么它们并非如此，而是认为它们同样能够使整个信念网络与我们的经验相一致。奎因坚持认为，如果“榆树街上有砖房”这个信念对我们来说足够重要，那么我们就有可能“无论发生什么”（以经验证据的方式）地保留它，只需在信念网络的其他地方做出足够彻底的调整即可。奎因认为，原则上，我们甚至可以修改关于逻辑、数学或我们术语含义的信念，以应对难以驾驭的经验；例如，对于量子力学中某些长期存在的难题，拒绝经典逻辑的排中律（允许物理粒子在给定时间既具有某些确定的经典物理属性，例如位置或动量），这似乎是一个诱人的解决方案。奎因认为，检验一个信念的唯一标准是它是否符合一个与我们整体经验相符的相互关联的信念网络。他坚持认为，由于这使得该网络中所有信念至少有可能根据我们持续的感官经验或经验证据而受到修正，因此，根本不存在任何信念能够像最初设想的那样，在经验面前免于修正，或者无论世界如何都保持真实。
当然，奎因承认，许多逻辑上可行的、为了应对顽固经验而修正信念的方法，在我们看来，仍然是临时性的、荒谬的，甚至更糟。他（1955）认为，我们对信念之网的实际修正，力求最大限度地发挥简单性、熟悉性、范围性等理论“优点”，以及与经验的一致性，以及其他一些观点表明，我们通常会根据“保守主义”原则，试图解决信念网络与感官体验之间的冲突，即尽可能少地改变最不核心的信念，以使信念网络与经验相协调。也就是说，奎因认识到，当我们遇到难以驾驭的经验时，我们通常不会不知所措地决定要修改哪些信念，但他声称，这仅仅是因为从基础心理学的角度来看，我们强烈倾向于选择那些需要对现有信念网络进行最小程度破坏的修改，和/或最大限度地发挥他明确认为具有实用主义特征的美德。事实上，在奎因看来，信念是更核心还是更边缘，或者与感官体验“接近”程度的大小，本身就应该被简单地理解为我们是否愿意根据难以驾驭的经验进行修改。也就是说，一个信念比另一个信念“更接近”网络的感官边缘，似乎仅仅意味着，如果修改前者能够使网络整体与原本难以整合的感官体验相一致，我们更有可能修改后者。因此，奎因认为，传统的分析信念与综合信念之间的区别，仅仅记录了一个心理连续体的端点，该连续体根据我们准备修改信念的难易程度和可能性，对信念进行排序，以便将网络整体与我们的整体感官体验相协调。
2.2 挑战科学的合理性
这种整体论的欠确定性被认为对科学事业的根本合理性构成了威胁，这或许并不令人意外。声称仅凭经验证据不足以确定我们对失败预测或难以预测的经验的反应，甚至似乎会引发这样的思考：系统地填补这一空白，进一步挑选出一个或几个候选答案来应对不确定的证据，这种做法本身就不合理，至少在本质上是不合理的。伊姆雷·拉卡托斯和保罗·费耶阿本德都认为，由于欠确定性，经验上成功与失败的理论或研究方案之间的差异，很大程度上取决于倡导者的才能、创造力、决心和资源的差异。至少自托马斯·库恩（Thomas Kuhn）的著作以来，一种重要的科学思想认为，最终决定科学家自身（在相当广义的意义上）如何回应反证的，是他们自身的社会和政治利益，从而决定了任何特定科学家或科学界在实证、方法论和其他方面的进一步承诺。玛丽·赫塞（Mary Hesse）认为，奎因的欠决定论揭示了为什么某些“非逻辑”和“超经验”的考虑因素必须在理论选择中发挥作用，并声称“从这种科学哲学到提出这样的观点只有一步之遥：这些标准在不同群体和不同时期会有所不同，其采用应该由社会因素而非逻辑因素来解释”（1980，33）。当今这一思路最突出的捍卫者可能是科学知识社会学 (SSK) 运动和女性主义科学研究中的学者，他们认为，通常是科学家的职业兴趣、政治立场、思想忠诚、性别偏见和/或对权力和影响力的追求，在决定面对相互矛盾的证据时哪些信念应该被放弃或保留方面发挥了关键甚至决定性的作用（SSK 的经典著作包括 Bloor 1991、Collins 1992 和 Shapin 和 Schaffer 1985；在女性主义科学研究中，参见 Longino，1990、2002 以及最近的评论 Nelson 2022）。这里共享的论证模式是，整体论的不确定性确保单凭证据无法对失败的预测或难以应对的经验做出独特的回应，因此必须由其他因素介入来完成这项工作，而科学知识社会学家、女性主义科学批评家以及其他利益驱动的科学理论家各自都有自己偏爱的建议。（更多有用的讨论，请参阅Okasha 2000。需要注意的是，科学史学家在呈现“反事实历史”时也诉诸不确定性，以探索重要的科学历史发展可能与实际结果大相径庭的方式；例如，请参阅Radick 2023。）
