论科学理论的简单性

论科学理论的简单性
　　摘要：简单性是科学理论的一个重要特点。本文探究了简单性的内涵、分类、简单性不是什么、简单性和经济性的关系、简单性与科学美、简单性原理的功能、简单性与真以及是否存在本体论的简单性等重要问题，并对简单性的功能提出自己的看法。
　　关键词：科学理论简单性功能
　　简单性是科学理论的一个突出特色，作为一种认识论和方法论的简单性原理贯穿在科学的整个历史中。卡西尔开宗明义：“科学开端于对简单性的追求。简单标志真理似乎是它的基本意愿之一。”在前科学时代，就有毕达哥拉斯的万物皆数，奥卡姆的剃刀——“如无必要，毋增实体”。此后，牛顿的节约原理、莫佩尔蒂的最小作用原理、马赫的思维经济原理、彭加勒的力戒特设假设、爱因斯坦的逻辑简单性原则、惠勒的质朴性思想，就是绵绵不绝的简单性思想潮流中的有代表性的浪花。在19和20世纪之交，简单性观念在科学中相当流行，乃至成为一种智力时尚，这种遗风一直绵延至今。数学家外尔这样说过：

　　在自然定律中，正如我后来将要更精确地确立的，简单性是本质的。如果我们不添加在数学上受简单的定律支配的陈述，那么自然受严格定律支配的断言就缺乏一切内容。这件事类似于化学中的倍比定律：除非我们添加组合以相对原子量的小整数倍数发生，否则它就丧失了一切内容。莱布尼兹在他的《论方法》中已经指出，当容许任意的复杂性时，定律的概念就变成空洞的。因此，简单性在自然科学中变成工作原则。
　　叫人匪夷所思的是，科学中的简单性本身却是一个十分复杂的概念。它到底意指什么，它的内涵都有那些东西，也许在运用和鉴赏它的个人的心中也不是十分清楚的。下面，我们将集中诸家诸派之洞见和智睿，尽可能地厘清简单性的内涵。
　　简单性的一种比较简洁、比较直观的涵义是，理论中包含的假设、概念、关系、实体、属性等在数目比较少。例如，赫兹所谓的简单性意指，在同样适当和独特的两个理论中，“包含较少数目的多余的或空洞的关系那一个图像更简单”。彭加勒和爱因斯坦对简单性的理解大体上亦是如此；他们的高明之处在于，要求作为理论的逻辑前提的假设是基本的、普遍的，并且在数量上尽可能地少。当今有人认为，O-R简单性（奥卡姆剃刀简单性）比若干其他类型的简单性较少规定性，而且较多地与我们的许多直觉协调。也就是说，给定两个与事实一致的可能的假设或理论，当一个假设或理论比另一个有较少的原理、定律、属性或实体时，则说它是较为O-R简单性的。
　　不少学者对简单性的特征和标识罗列得比较详尽，使我们能够领略简单性内涵的多义性和丰富性。N。麦克斯韦认为，简单性显然意指定律或理论的形式的简单性——理论的函数、方程简单的程度。但是，它也意指这样一些东西的程度：理论是非特设的，或说明的，或雅致的，或统一的，或在概念上融贯，或具有爱因斯坦所谓的内在的完美，或在另外语境中的美，或可理解性，或明白易懂。他特别提及目标取向的经验论（aim-orientedempiricism）对简单性是什么这个问题的解决方案：物理学中的基本理论Tn是被接受必须满足的非经验要求的更强的统一理论。因此，关键的概念是统一——基本动力理论的全体内容的统一。给出两个竞争的总括理论Tn和Tn＋1，Tn＋1比Tn简单，当且仅当Tn＋1比Tn更好地作为物理主义的例子，即Tn比Tn＋1更不统一。麦卡里斯特同样也强调这一点：
　　简单性概念与统一能力的概念密切相关：科学理论可以在这样的程度上称为简单的，即它们确定了原先认为不同现象之间的统一。
　　他还说：“科学家希望理论显示出的简单性的最简要的可能说明，必定固定在两个参量的值上：他希望在理论中看到简单性的形式，以及理论应该显示出那种简单性的形式的程度。这两个参量是相互独立的。”拉德纳（R。Rudner）则把理论描述的简单性分为：从一个理论使用概念的特点如概念的个数来判断的客观记法的简单性；依概念的优雅、我们对其熟悉的程度、操作的有效性、方便和其他美学特征来判断的主观记法的简单性；人们主要讨论客观逻辑和主观逻辑的简单性，后者是人们对理论逻辑结构是否简单的主观评价。记法简单性是因人为的记法不同而造成的表面的简单，逻辑简单性是理论由其内容决定的较深层结构的实质的简单。再则，古德曼从计算谓词的复杂性值，凯梅尼从陈述或陈述的逻辑测度出发，探讨了理论的简单性问题。
　　还有一些学者对简单性的指标列举得相当具体。雷舍尔表示，当各个理论的其他情况等同时，对简单性的偏爱是建造科学理论的普遍实践。例如，一维的描述模式优于多维的描述模式，定量的特征描绘优于定性的特征描绘，较低阶多项式优于较高阶多项式，线性微分方程优于非线性微分方程。总之，x比y简单，如果它们相互之间处于如此这般的描述种类的关系中。撒加德（P。Thagard）提出衡量理论T的简单性的定量量度：T的简单性＝1－（T的共存假设数／被T说明的事实数）。两个例外是，理论的共存假设（cohypotheses）数目比它说明的事实多（在这种情况下该理论的简单性规定为零），理论未说明任何事实（该理论的简单性未确定）。他把共存假设定义为要完成对该理论的说明必须联合到T中的辅助假设。从这个公式得到的简单性的度量能够给已有的理论排序——排序是客观的——而不依赖于科学家的审美情趣。还有人概括了科学中的简单问题或一种理论所确定的简单现象的七个特征。
　　为了对简单性的内涵有进一步的了解，我们不妨涉及一下简单性的分类。邦格把简单性分为四种：句法的（syntactical）、语义的（semantical）、认识论的和实用的简单性。他进而又把实用的简单性细分为算法的（algorithmic）、记法的（notational）、心理的、实验的和技术的简单性。句法的简单性把我们带入语法领域而非韵律领域，即考虑形式的而非内涵的要素。邦格本人称此为形式简单性。在科学中，线性定律在句法上比非线性定律简单。语义的简单性实际上是理论的能力，即预设的经济，因为比较普遍的命题自然地经济，它把线性的几个无明显联系的陈述浓缩为同一线性的一个陈述。然而，最终的能力寓居于这样概括正常承担的说明和预言的范围之广度。于是，狭义相对论在语义上比电磁理论简单。很清楚，我们在这里处理的不是形式的要素而是内涵的要素。认识论的简单性并非总是可以达到的或称心如意的，因为它有时导致肤浅。事实上，物理学家常常选择在认识论上是复杂的（和在经验上达不到的）术语，像弯曲时空，因为它们具有语义的简单性。认识论的简单性把现象还原为违反我们通常理解的概念和理论，同时它向我们提供知识的更确定的基础。在某种意义上，认识论的简单性向我们提供比较简单的答案，以回答我们对科学的终极题材的疑问。实用主义简单性的算法方面可以等价于理论的雅致的一个方面，因为算法的简单性或计算的容易属于理论的风格。在这里，我们有形式的要素，该要素未谈到理论的较大意义。记法的简单性同样是这样，它往往有助于理论的雅致或（形式的）简明。它不是具有基本重要性的要素。实用主义的简单性的心理方面是最难对付的，也是最主观的要素。心理的简单性或同化（assimilation）的容易已经在18世纪就被克鲁萨（Crousaz）避开，他相信在某些场合，我们的情绪变活跃，以致能享受不同的观念或命题的阐明的乐趣，从而引起审美的愉悦。我们能够把心理的简单性的特定要素这样描绘：它不需要增加我们对世界的理解，但至少符合我们对（假设或定律或）理论的正确性的直观感觉。它也包括与理论的适意与和谐地生存的能力；因为在这个要素中，主观的东西如此突出地显露出来，以致它实际上近似地落入内涵的要素之内。至于实用主义简单性的实验和技术方面，望文即可生义。邦格还认为，不存在总括的简单性，因为意识几个方面根本不能相互共存，也不能与科学的某些必要因素共存。麦卡里斯特的分类比较简明，他以物理学为例，认为科学理论的简单性有四种形式：(责任编辑：一枝笔写作)