从归纳到证伪：卡尔·波普尔的科学哲学
True ignorance is not the absence of knowledge, but the refusal to acquire it.
——Karl Popper
归纳主义的兴起与基本思想
要理解波普尔的思想，不得不先从归纳主义讲起。
17世纪是科学的伟大世纪，是伽利略与牛顿在思想的战场上摧枯拉朽的伟大时代。然而站立在这些煌煌伟业背后的，是弗朗西斯·培根爵士与他的归纳法。
作为近代归纳法的创始人，培根认为，“科学方法的第一个要求是，自然哲学家应该清除偏见和倾向，以便重新成为一个站在自然界面前的小孩子。”
后人将他关于科学研究的归纳思想概括为“On-H-V-L”模型：
通过大量观察“On”( Observations) 形成假说“H”( Hypothesis)，在假说形成后，即寻找支持性证据以证实“V”( Verify) 假说，经过证实后的假说则被确立为定律“L”( Law) 。
具体来说，科学始于观察，始于观察者运用可靠的感官、不受任何个人主观因素干扰的客观观察，这一立场与洛克的经验主义拥有同样的哲学预设——“心灵白板”。洛克在否定了先验的思想后即曾说过，“那么我们且设想心灵比如说是白纸……我们的一切知识都在经验里扎着根基，知识归根结蒂由经验而来。”
弗朗西斯·培根爵士
1561——1626
近代归纳法的创始人
当然，任何由观察得出的陈述都不过是描述单个相关对象属性的单称陈述，真正构成科学知识的定律和理论都必须是做出一般性的断言，即全称陈述。
虽然观察提供了经验的累积，但现实是我们无法搜索遍所有情况以供观察，那么我们从有限的单称陈述中概括出普遍性定律的全称陈述是否合理？
归纳主义者认为，一个合理的概括需满足以下三个要求：
1.形成概括基础的观察陈述数目必定大；
2.观察必须能够在各种条件下予以重复；
3.没有任何公认的观察陈述和推导出的普遍性定律矛盾。
在归纳主义者看来，科学的可靠性与我们对待观察和归纳的态度紧密相关：形成科学基础的观察陈述是确实而可靠的，它们可以被感官确定，而当归纳所需要的条件均被满足时，观察陈述的可靠性也将转移给从它们中概括出的普遍性定律。因而，科学的大厦将建立在归纳主义的稳固磐石之上。
英国天文学家约翰·赫歇尔在《试论自然哲学的研究》中对培根的伟大成就不吝赞美：“由于哥白尼和伽利略的发现，诉诸自然界的事实终于推翻了亚里士多德的错误; 但仍然需要根据更广泛的和一般的原理来说明亚里士多德是怎样错的，以及为什么错的; 揭示他的哲理方法特有的弱点，并用一个更有利和更好的方法来代替它，这个重要任务是由弗朗西斯·培根完成的。”
科学初兴的年代，归纳法提供了使某些一般人持有的模糊观念形式化的论述，并在表面上呈现出比其他知识形式更加优越的可靠性，因而对科学界产生了极强的吸引力。当然，我们最后终将说明，归纳法存在极大漏洞，并在某些时候甚至会把人危险地引入歧途。
对归纳主义的批判
在对归纳法进行总结后，我们可以将它的核心简单整理为三个假定：
1.科学始于观察；
2.观察提供了科学知识赖以建立的可靠基础；
3.科学知识是用归纳法从观察陈述中概括推导而来。
下面我们将对它们逐一驳斥。
事实上，任何坚持“科学始于观察”的归纳主义者都不可避免地面临一个问题：是否存在作为观察前提的理论？
最纯粹的归纳主义者当然认为是不存在的，然而现实是，即使某些知觉经验可以为观察者直接获得，但观察陈述本身却又需要用公共语言加以阐述（也许我们会想起维特根斯坦？），观察陈述利用的理论或概念有多精确，观察陈述本身也就有多精确，阐述清楚的理论是精确的观察陈述的先决条件。
再者，爱因斯坦说过，“正是理论才决定人们能够观察什么”，这里的理论包括了我们在行动之前的一切预想、目的、计划、方案等等，也是波普尔口中“期望的地平线”——理论总是在指导和限定观察的进行。
1964年，彭齐亚斯与罗伯特测量银晕气体射电强度时，发现总有消除不掉的背景噪音，在清初了所有可能的干扰因素后（包括杀死了栖居的鸽子），噪音依然存在。其实他们观测到的，正是天文学家们期待已久的宇宙微波背景辐射。这一真实案例清楚地说明，构成科学的知识的易缪和不完全理论可能给予观察者以错误的指导，这个问题必须通过改进与扩展理论来解决，而不是通过更多漫无目的的观察来解决。
对第二个假定的驳斥在于，纵然我们坚持观察必须排除主观因素的干扰，但被观察的现象从来只构成我们观察的一部分，观察的另一重要部分依赖于观察者的期望、文化教养、知识等等因素，即使在同一条件下观察同一事物，不同观察者的记录陈述也将不同，就像视觉经验总是不决定于视网膜上的映像。
对归纳最重要的关注在第三个假定上，科学知识能否用归纳法从有限的观察陈述中概括推导而来？
对归纳逻辑问题最早提出质疑的，是大卫·休谟和他著名的休谟问题。
大卫·休谟
1711——1776
休谟在《人性论》第一卷（1739）及其改写本《人类理解研究》（1748）中提出了“休谟问题”。
休谟对于归纳的质疑可以整理为两点：
1.归纳推理不能得到演绎主义的辩护；
2.归纳原理的正确性不能诉诸经验证明。
一个正确的演绎论证往往包含下述特征：如果前提是真，那么结论也必然是真。然而，归纳的问题在于前提是真的情况下，结论依然有可能是假。因为在归纳推理中, 存在着两个逻辑的跳跃：一是从实际观察到的有限事例跳到了涉及潜无穷对象的全称结论；二是从过去、现在的经验跳到了对未来的预测。而这两者都没有演绎逻辑的保证, 因为适用于有限的不一定适用于无限, 并且将来可能与过去和现在不同。
对这一问题最生动的说明是罗素归纳主义者火鸡的例子。
一只作为归纳主义者的火鸡细心地发现了主人总是在上午九点钟给它喂食，不论晴天还是雨天，周一周二还是周六周日，当它积累了大量的观察陈述后，他的归纳主义之心得到了满足，并得出结论：“主人总是在上午九点喂食”，然而在感恩节前夕，主人却没有给它喂食，在宰杀它时毫不含糊地证明了结论是错的。这便是一个前提是真的归纳推理却导致错误结论的例子。
当归纳无法诉诸逻辑时，它是否可以诉诸经验呢？例如从诸多行星位置观察中得出的行星运动定律多次成功预测新行星的位置，似乎这种方法使归纳原理得到了证明。
然而当归纳主义者诉诸经验时，他们便陷入了循环论证的困境，即：
某定理在A场合成功起作用；
某定理在B场合成功起作用；
……
某定理总是起作用，它是正确的。
这种诉诸经验的证明是完全不能接受的，因为它本质上运用的恰是正确性需要得到证明的那种归纳推理，而我们是无法用归纳证明归纳的。
后来，一些演绎主义学者试图为归纳推理增加一个被认为是普遍必然的大前提, 把它与归纳例证相结合, 以此确保归纳结论的必然真实性。约定论者则通过把归纳推理的大前提归之于某类主观约定或社会约定来为归纳辩护。然而问题是，我们怎么能够知道该附加前提或假设是真实的？进一步的论证将导致无穷的后退。
即使当归纳主义者寻求概率的帮助时——即认为归纳推理不是严格的正确，但可以达到某种程度的正确或“概然性”，也难以为归纳主义做出足以令所有人信服的证明，因为在有限数量的证据下，无论是不是科学的理论，所有理论的数学概率都等于零。
当归纳主义者遭遇到一个又一个困难，我们难免会想起布罗德的名言——“归纳法是自然科学的胜利, 却是哲学的耻辱。”
不可知论者休谟最终认为，科学无法用理性证明，对定律和理论的执著信念都不过是我们的一种心理习惯。休谟在逻辑上否定了归纳法，却又在心理上接受了它。
时间来到20世纪，随着科学革命的到来，科学哲学也势必面临新的一场变革，卡尔·波普尔，便是属于科学革命时代的旗手。
从真伪不对称性开始
即使我们发现了一万只白天鹅，也无法证明“天鹅都是白的”这句话的正确性，因为一只黑天鹅的出现就能将它轻易击倒。
这便是真伪的不对称性。
波普尔说，“这个不对称来自全称陈述的逻辑形式，因为，这些全称陈述不能从单称陈述中推导出来，但是能够和单称陈述相矛盾。因此，通过纯粹的演绎推理，从单称陈述之真论证全称陈述之伪是可能的，这样一种对全称陈述之伪的论证可以说是朝‘归纳方向’（就是从单称陈述到全称陈述）进行的唯一严格的演绎推理。”
波普尔充分利用了真伪不对称性这一发现，并结合他的另一观点——科学的过程始于问题与尝试性的假说，而不是归纳主义者口中的的观察——提出了任何假说或假说的体系，要被承认具有科学的地位，不在于是否被证实，而在于是否具有可证伪性的论断，即“经验的科学的系统必须有可能被经验反驳”。
被证伪主义者猛烈批判的便是弗洛伊德的精神分析学说，例如弗洛伊德强调人早年的经历和经验对人格形成和发展的重要作用，然而我们无法回溯时间并对此作出检验。应用了弗洛伊德理论的心理治疗师会让分析对象在催眠状态中讲述行为动机与历史原因，但真实原因是否就是催眠状态下发现的原因，我们无法考证。
一个真正的科学理论之所以是可证伪的，正在于它对世界提出的是如此明确的看法。用波普尔的话说，“一个科学陈述由于它的逻辑特性与可能的单称陈述冲突的可能性越大，它所传达的关于世界的肯定性信息量就越大。”，“所禁越多，所述越多。”
乌鸦与天鹅
黑与白
为了说明这一点，我们可以举例两个观点：
观点一：火星以椭圆形轨道围绕太阳运行。
观点二：所有行星以椭圆形轨道围绕它们的太阳运行。
毫无疑问，对于科学来说，观点二比观点一更有价值，它包含了观点一，并告诉了我们更多的内容。观点二相对于观点一也是更易证伪的，对观点一的证伪可立即形成对观点二的证伪，反之不然。
可以对理论证伪的观察陈述我们称之为潜在证伪者，如果观点一的潜在证伪者是一个集合，那它必然是观点二的潜在证伪者的子集。因此不难看出，观点二比观点一更可证伪，但也因此更有价值。
既然更可被证伪的理论却是更有价值、信息含量更多的理论，那么欲实现科学的进步，便必须甘冒付出错误的风险，向着信息含量越来越大、越来越对检验敏感、越来越易缪的方向发展。在波普尔眼里，科学家就像是探险家，他们每大胆地往前行走一步，便更容易滑入深渊，但他们也因此能看到更光明的未来。
“像我这样的证伪主义者宁愿通过大胆的推测，试图解决一个有意义的问题，即使这个推测很快被证明是假的，而不愿详述一连串无关的老生常谈。”
这也许就是波普尔试图告诉我们的，我们总是从自己的错误中学习。
在证伪主义的基础上，波普尔提出了P1→TS→EE→P2这一模式来描绘科学知识的积累，“P1”( Problem) 代表最初的问题，“TS”( Tentative Solution) 是对问题的试探性解决；“EE”( Error Elimination) 是对试探性假说或方案的批判性考察，旨在消除其中隐含的缺陷或错误；“P2”是新的问题，它来自为解决最初问题而做的第一次批判性尝试，从而导致第二次、第三次……的尝试。
我们或许错了，但我们离真理也更近了。
对科学进化与知识的研究
1919年，英国天文学家爱丁顿带领一支日食观测队成功观测到了星光行经太阳时发生偏转的现象，广义相对论大获全胜，17岁的波普尔也在科学革命的震颤下心潮澎湃。那一年，他聆听了爱因斯坦在他家乡维也纳的演讲，从此，爱因斯坦成为了他一生的偶像。
不断革命，正是波普尔对于壮阔的科学时代的回答。
18世纪时，康德尽管已经将人的思维理性运动起来，认为认识主体仿佛地球围绕太阳运动般围绕着自然界运动观察并主动进行创造，但整个科学体系，在他看来却已经在牛顿那里找到了终极形态。
在波普尔的哲学世界里，科学永远是一个动态发展的过程，这里没有什么终极形态，有的只是“革命、冲突，突变”，以一种猜想代替另一种猜想，以一种理论代替另一种理论，不断批判，不断革命。理性不在于永远正确，而在于永远批判谬误。科学之所以是科学在于它既可以被证伪又不服从任何权威，它只服从于经验事实的最终裁决。
这一“适者生存”般的过程就像波普尔所说，“大体上是关于知识增长的达尔文理论。从阿米巴到爱因斯坦，知识的增长过程总是相同的：我们试探着解决我们的问题，并通过淘汰过程，获得在我们的试探性解答中某些接近适应的东西。”
创立进化论时，达尔文一定不会想到，他的学说未来会在社会科学里引发如此强烈的思想海啸。
但是，既然所有的理论都是有待证伪的猜想，那么有待证伪的猜想如何成为真理？真理中怎么可能混入谬误？
这里波普尔引入了另一个评价标准——逼真度。
逼真度表现了理论逐渐逼近真理的程度，它是根据真理问题提出的一个相关的度量概念。逼真度的意义在于可以决定不同理论之间的判断标准。逼真度包括了两部分内容，第一个是理论的真理性，第二个是理论所包含的内容，即通过对理论的内容进行真实内容与虚假内容的区分来确定逼真性的程度。
如果a的逼真度用Vs（a）表示，真实内容的量度用CtT（a）表示，虚假内容的量度用CtF（a）表示，那么逼真度用公式可以表示为：Vs（a）=CtT（a）-CtF（a）。如果一个理论被证伪了，它依然需要逼真度这个标准进行评价。因为不存在绝对的真理，任何出现的科学理论都有可能最后被证伪，所以逼真度是指没有最高，而只有更高，科学家的目标只有一个，就是不断的寻找最接近真理的那一个，并且一直在不断的接近真理。例如牛顿力学与伽利略的理论相比，前者更加接近真理，而且更容易被人们所接受，即使这两者的理论在今天都已经在一定程度上被证伪。
牛顿的学说虽已不再被奉为绝对真理，但仍无愧于人类历史上最伟大的科学家之一。
既然全部知识在本质上是猜测的，具有不确定性。所以，柏拉图那种认为科学在于寻求确定性的知识的看法是不符合新思想要求的。在这个意义上，波普尔提出了世界3理论。
波普尔的世界分为三个部分：第一世界是包括物理实体和物理状态的物理世界，即世界1；第二世界是精神的或心理的世界，即世界2；第三世界是思想的客观内容的世界即客观知识世界，即世界3。
波普尔感兴趣的作为知识世界的世界3除了客观性与实在性之外，还具有自主性，自主性观念可以视为波普尔世界3理论的核心部分。具体来讲，波普尔认为世界3有着自身的特性与规律，世界3一旦在理论上存在，就开始有自己的生命和历史，创造着客观知识。它在客观上蕴含着迄今没有人意识到的问题和推论，人们可以发现它们，但总不会完全发现它们。
前人关注知识的可靠性与可证明性，波普尔则将注意力转向了知识的增长问题（虽然增长不意味着我们可以完全掌握），那就是在什么意义上我们可以论及知识的增长或进步，以及我们怎样才能取得知识的增长和进步？他的回答便在世界3的自主性特征中：“尽管第三世界是我们创造的，但基本上是自主的。但是自主性只是部分的：新的问题导致新的创造物或构造物，因而可以把新的客体补充到第三世界中。并且，每一个这样的步骤都将创造出新的预想不到的事实，新的预想不到的问题，并且也常常创造出新的反驳。”
“Science must begin with myths, and with the criticism of myths.”
波普尔的思想几十年来多有批驳，然而谁都无法否认的是，波普尔鲜明的的批判精神与探索意识，是为人者都应当具有的品质，更值得每个求学者尊敬。
拉卡托斯：科学研究纲领
在波普尔之后，对证伪主义作出重要发展，并将之推向“精致证伪主义”的，是他的学生伊姆雷·拉卡托斯。
经验是否可以证伪理论？在波普尔看来这毫无疑问，然而拉卡托斯在思考后给出的回答是：“经验的破坏性的反驳并不能淘汰一个理论。”
观察本身是易缪的，经验的主观性会使人对于同一事物有不同的观察结果。虽然波普尔承认这一点并坦陈“客观科学的经验基础并不是绝对的，科学并不建立在坚固的岩床上。可以说大胆的科学理论结构是建立在沼泽之上的。”并试图通过强调公共的观察陈述与个人的私人知觉经验间的差别来为辩护，然而观察陈述的易缪依然说明了定论性证伪的不可能，我们缺乏充当证伪依据的完全可靠的观察。
除此之外，理论除了理论本身，还应当具有一定的前提条件，经验观察与理论冲突时，也许错误的乃是某个被忽略的前提条件而不是理论本身。另一值得注意的点在于，科学作为一个庞杂体系，任何理论都在与其他理论相联系，有着自己的“背景知识”，如果我们观察到一颗行星不符合牛顿力学定律，那这是牛顿力学定律的失败，还是我们对于其他例如行星分布的知识不够完善？（可参考人类对天王星轨道的观察与海王星的发现）
拉卡托斯认为波普尔的主要失误在于未能建立一个可靠的证伪基础，他强调应当将理论看做有结构的整体——“精致证伪主义区别于朴素证伪主义的一个重要特征，是用理论系列的概念取代了理论的概念。”这个理论系列，拉卡托斯称为科学研究纲领。
伊姆雷·拉卡托斯
1922——1974
他的突然离世令人扼腕
科学研究纲领由四部分组成：作为最基本理论的“硬核”、辅助性假设构成的“保护带”、保卫硬核的反面启示法与发展理论的正面启示法。
一般来说，硬核不容反驳，它的被证伪意味着整个研究纲领被否定，但通常我们可以利用辅助性假设构成的“保护带”将经验反驳的矛头从硬核引向自身来保护硬核，修改、调整各种辅助性假设以使硬核不被经验反驳。反面启示法指不得在研究纲领发展过程中修改与触动硬核的要求，正面启示法包括了研究方向、研究方法等用以发展理论的规定，它不依赖经验的反常而出现，事实上它先于反常出现，反面启示法应付这些反常，排除干扰，配合正面启示法探求未来，着眼于长远研究，以从根本上消除反常，改变被动。
如果一个研究纲领，经过调整辅助性假设后可以解释与预见的经验内容增加，那便是一次进化，否则，将是一个退化的研究纲领。同时拉卡托斯坚持不能用经验事实的反常否定一个退化的研究纲领，只能用一个更进步的研究纲领去否定它（当然在具体何时才能确定一个研究纲领的退化和被证伪时，拉卡托斯并没有给出明确的回答，也因此受到了质疑）。
科学哲学的思想博大精深，我仅想对其中一隅稍作了解便已深感不易，还好胡适曾说，“怕什么真理无穷，进一寸有一寸的欢喜。”我且将最近的所见所思记录于此，纵然浅薄可笑，亦足以宽慰了。
参考文献：
卡尔·波普尔 《科学发现的逻辑》
艾伦·查尔默斯《科学究竟是什么——对科学的性质和地位及其方法的研究》
舒炜光、邱仁宗《当代西方科学哲学述评》
陈波《休谟问题和金岳霖的回答——兼论归纳的实践必然性和归纳逻辑的重建》
刘瑞、郑长龙《从归纳主义到否证主义：科学学习理论的科学哲学反思》
宗惠《波普尔知识进化论述评》
马蕾《波普尔科学研究的逻辑》
更多精彩内容阅读
请点击↓