科学的定义之科学的分界

读到感觉能表述科学观点的一段话分享给大家（转于知乎-难得糊涂）：

在日常生活中，我们经常说的“科学”隐含着“合理”“无神论”“正确”“真理”等内涵。

这种理解是非常不正确的。

其实，“科学”的定义并不容易讲清楚。人类对“科学”的理解在不同历史时期并不完全相同。

纵观科学发展史，科学的定义在不同的流派中是不同的。大体而言，有四种关于科学的定义。

第一种关于科学的定义，属于归纳主义科学观，即科学就是对事实进行归纳总结之后，所得到的理论。这种观念最早由科学之父伽利略确立。把科学和知识建立在事实基础上，这是一种巨大的历史进步。因为此前只有像《圣经》这样的宗教经典，或者亚里士多德这样的权威人士所说的话，才能被当成证据。

不过，这一科学观的问题有二：

第一，通过观察所得到的事实，并不一定都是可靠的；

第二，基于归纳推理得到结论并不严谨，在逻辑上跳了一步。这个问题最早由大哲学家David Hume提出，即有限的事实观察得不出无限或普遍的结论。

举个例子，大量的观察指出，天鹅是白色的。于是我们归纳出一个普遍结论：所有的天鹅都是白色的。后来证明，这个结论是有问题的，因为确实发现了极为珍稀的“黑天鹅”。

又比如，你每次观察发现太阳东升西落，于是得出结论：太阳东升西落。问题是，你凭什么这么认为呢？就凭你过去有限的观察？万一未来某次太阳东落西升呢？这种结论没有逻辑上的保证。

第二种关于科学的定义，属于证伪主义科学观，即如果一个东西是科学的话，那它一定是可以检验的，并且有可能被证明是错的。这个理论最著名的代表人物是上世纪最著名的科学哲学家Karl Popper。他之所以提出这个理论，就是针对归纳主义科学观的不足而提出来的。

还是举上述例子，即所有天鹅是白色的，这个判断之所是科学判断，不在于它是正确的，而在于它可以被检验，可能被证伪的。没有找到黑天鹅之前，这就是科学判断，当未来我们发现了黑天鹅，这个结论再予以修正。科学也就是在不断推翻已有结论的基础上不断前进的。

如果一套理论不能被证伪，怎么说都对，那就不是科学。比如在Popper看来，弗洛伊德的心理分析法，就不能算作是科学，因为什么事他都能解释，怎么讲都是他有道理。日常生活中，这样的例子也很多。比方说星座学，你今天运气好，它有一套解释，运气不好，它也有一套解释，反正无论怎么样，它都是对的。再比如阴阳八卦，也是同样的道理，反正绕来绕去，什么都能解释，永远正确。在证伪主义看来，一套什么都能解释的理论，就是什么也解释不了。一套不能被检验的理论，就没有价值。一套不可能出错的理论，就不是科学。从这个角度上来说，证伪主义是鉴别科学的神器。

特别需要指出的是，这一理论被广为接受，几乎成为学者对科学的基本判断。

然而，证伪主义有着自己的问题，即使一个理论被证伪了，也不一定就是错的。

举个例子，在“日心说”提出之前，人们都认为地球处在宇宙的中央，是静止不动的。但按照哥白尼的观点，地球是围绕着太阳运动的，而且还围绕着地轴自转，根本就不是静止的。我们现在都知道，哥白尼是对的，但在当时，很多人反对哥白尼的观点。

其中就有人说，我可以证伪哥白尼的观点，假如我跑到一座很高的塔上，然后从塔顶往下扔一块石头，如果地球会自转的话，那等到石头落到地上的时候，这个塔已经跟着地球转动了一点，所以石头肯定不会落在塔的地基上。但实际上，石头当然是落在塔的地基上的。所以我就能证明，哥白尼错了，地球根本就不会自转。

这是哥白尼的理论面临的最严重的威胁之一。因为按照当时的认识，这个实验已经证明了哥白尼是错的，他的理论站不住脚。当然了，我们今天已经知道了，这是由于物体具有惯性，石头在下落的过程中，也同时在延续着之前的横向运动。但在当时，哥白尼和他的支持者，面对这个证伪完全没办法，也没有作出回应，因为他们也不知道这是怎么回事，没法儿解释。

实际上，从哥白尼提出自己的理论，到他的理论被证实，中间经历了超过一个半世纪。如果按照证伪主义的标准，哥白尼的理论，在刚刚诞生的时候就应该被放弃了，因为在这一百多年中，有太多的证据都否定了他的理论。

所以，即使是在检验中被证伪的理论，我们也不能断定它就一定是错的，这主要因为目前人类的认知水平不够。

第三种关于科学的定义，属于结构科学观，即科学不是某一个具体的理论，而是许多理论在一起组成的一套理论结构。但这些理论，都在同一个框架里，这个“框架”就叫“范式”。我们看一个东西是不是科学，就看它有没有“范式”。这一理论的代表人物就是著名的科学哲学家Thomas Kuhn，主要思想凝结在他的著作《科学革命的结构》一书中。

举个例子，在现代化学诞生以前，人们认为世界上有一种东西，叫做“燃素”，所有的物质在燃烧的时候，都会释放出燃素，火就是由燃素构成的。这些关于燃素的理论，都在一个框架里，是一个范式。后来“化学之父”拉瓦锡提出，燃烧这种现象不是燃素导致的，而是跟氧气有关，是一种氧化现象。他还提出，物质是由各种元素构成的，还弄出了一个包含33种元素的化学元素列表。这个元素理论，也是一个范式。

在现代化学诞生以前，研究者都接受燃素论，这个范式就相当于给所有的化学理论提供了一个框架，各种理论都要在这个框架之内进行探索，它们共同组成了一套科学体系。而现代化学的范式，就是物质是由各种元素构成的，科学家在元素理论这个框架之内，再来进行研究，各种研究成果结合在一起，共同构成了现代的化学科学。

同时，另一位科学哲学家叫做Roby Lakatos，也是结构科学观的倡导者。他说我们可以把一个科学体系分为“硬核”和“保护带”，这个硬核，其实就是一门学科里的基础理论。比如说，哥白尼天文学的硬核，就是地球围绕着太阳转，同时还自转；牛顿物理学的硬核，就是运动三定律，加上万有引力定律；马克思主义的硬核，就是经济基础决定上层建筑。在这些硬核的基础理论之外，还有很多延伸出来的理论，就像是一圈围绕着硬核旋转的保护带一样。

在结构科学观的支持者看来，所有成熟的科学，都要有一个处于核心地位的基础理论，也就是要有一个被大家广泛接受的范式。如果要区分科学和非科学的话，就是看一门学科中存不存在这样的范式。如果存在的话，这门学科就能够进行常态科学的研究，就可以进步，所以属于科学。如果不存在的话，大家各说各话，相互吵架，谁都不服谁，出了错之后也没办法进行改进和修正，那就不是科学。

但是，这种科学观最大的问题是范式的地位太重要了，不同的范式所面对的问题，对事实的判断，都完全不同。在这种情况下，就算出现了一个新的范式，科学家也很难接受。如果用这种方法来定义科学，指导科学研究的话，要想取得科学进步是很难的。

第四种关于科学的定义，属于贝叶斯主义科学观。我们回想一下，证伪主义科学观认为，任何科学理论，都是有可能被证伪的。从这个意义上来说，任何一个理论都不能说自己是绝对真理，即使是牛顿的经典力学这样伟大的理论，最后也被证明是有适用条件的。所以在贝叶斯主义的科学观看来，一套科学理论的对错，是一个概率问题。这个理论的精髓就是，我们可以根据新出现的证据，来描述一件事情发生概率的变化。

举个例子，假如你去看赛马，看到其中的一匹马身强体壮，战绩辉煌，觉得它肯定跑得快。于是你就认为，这匹马有50%的概率能得第一。但是等到这匹马被牵到跑道上的时候，你却发现它大汗淋漓，站都站不稳，喘粗气，肯定是生病了。由于出现了这个新情况，你就觉得，这匹马跑第一的概率不是50%，而是只有5%了。

在贝叶斯主义者看来，一套科学理论对不对，就跟赛马能不能跑赢一场比赛差不多。比如牛顿的理论，在以前的成立概率是很高的，因为几百年来的实验证据都在不断地推高这个概率。但是到了20世纪，一系列跟牛顿理论不符合的新证据出现了，它的成立概率自然就逐渐变低了。但是爱因斯坦的相对论呢，在刚提出的时候，它成立的概率是相当低的。可是不断地有新证据出现，不断地经过调整，根据计算，相对论的成立概率就变得越来越高了。

不过，这一科学观存在着非常严重的问题，在贝叶斯理论的算法中，我们必须先给一个理论赋予一个概率，再来进行计算，而这个概率的给定完全是根据主观信念得出的。这导致科学的客观性受到巨大挑战。

上述观点，我主要借鉴Chalmers在What Is This Thing Called Science?（《科学究竟是什么》）中的归纳。

需要指出的是，上述关于“科学”的定义，其实主要指自然科学和人文社会科学，它们研究的对象要么是自然现象，要么是社会现象，因此是狭义的“科学”。

在广义的科学领域，还有一类，它不研究具体的自然和社会现象，而是研究抽象的形式系统，如抽象的概念、概念与概念之间的关系，这类科学叫做形式科学（formal

science）。形式科学包括数学、逻辑学、理论计算机（包括信息论、系统论等）、统计学等。

尽管形式科学不以现实世界（自然界和人类社会）为研究对象，但它的方法被用来建造和检验观察真实世界的科学模型。

爱因斯坦说过一句名言：

数学为何得到比所有其它科学的珍重，就是它的定律是绝对肯定和无可置疑的。而其它科学却有一定程度的争论和存在由于新事实的发现而被抛弃的危险。

这句话实际也道出了形式科学的本质内涵，即形式科学是逻辑和先验方法的科学，它的内容和有效性和任何经验的过程无关。