实证方法、科学方法和实证科学可靠吗？ 马海飞 （ http://blog.sina.com.cn/gfis2014年4月7日） 所谓的“实证方法”也就是当今科学家们在从事科学研究中所使用的“科学方法”。用实证方法进行的科学研究就是实证科学。实证方法主要包括三大步骤：1、提出假说来解释自然现象，2、设计具体的实验和观察来检验假说；3、当实验和观察结果与假说吻合时，这个假说就成为了一个科学理论。这样就完成了一个完整的科学研究过程。例如，牛顿针对苹果落地和月亮挂在空中不掉下来的自然现象提出了万有引力的假说。然后设计了牛顿大炮的实验以及那个奠定万有引力公式的关系，即：引力大小与物体质量成正比，与两物体之间的距离平方成反比的关系。这些在后来通过具体的实验和观察都得到了验证。因为实验和观察结果与假说吻合，因此牛顿对万有引力现象的解释就作为一个科学理论得到了科学界的认可。爱因斯坦的理论也是如此。爱因斯坦针对万有引力现象提出了时空弯曲的理论，并预测了水星近日点进动的规律以及光线通过巨大天体附近时出现的弯曲等。这些在后来的实际观察中都得到了验证。于是爱因斯坦对万有引力的解释就成了一个科学理论被科学界所接受。 最早使用实证方法进行科学研究的科学家应该算是伽利略。他成功地运用设计好的物理实验解决了自由落体问题。因为这种方法在建立科学理论的过程中所起到的重要作用，以及它那种不可抗拒的“用事实说话”的特点，因此就被后人作为最为科学的方法所接受。直到今天还是如此，几乎所有的科学家都在使用这样的方法从事着他们的研究。并对通过实证方法验证了的科学理论坚信不移。 然而，众所周知，虽然牛顿和爱因斯坦的引力理论都是经过实证方法验证了的理论，而且都能够以不同的方式在不同程度上解释万有引力现象，但是，他们的解释都不能令人满意。而且，从哲学上讲，如果有两个理论同时可以解释同一个自然现象，而这两个理论又无法统一起来的话，就说明这两个理论都是不完整的。同时也就证明，建立这些理论的方式是不可靠的。因此，可以说，用实证方法建立起来的科学理论并不是终极理论。而是不彻底的过渡性理论。既然如此，也就说明实证方法本身是有问题的和并不十分可靠的。 那么，实证方法到底存在什么问题？为 什么用实证科学建立起来的科学理论会存在问题呢？实证方法不可靠的原因是什么呢？搞清楚这些问题对科学研究来说具有非常重大的现实和深远意义。
首先，我们必须要知道的是；“所有的自然现象都是综合现象，而不是单一现象”这个现实。所谓综合现象就是由多个原因共同导致的现象。例如，在地球表面观察物体自由下落的现象时会发现，其他条件都相同但密度不同的两个物体自由下落的速度是不同的。这就是因为，这样的物体自由下落现象是引力现象和空气阻力现象共同构成的一个综合现象的缘故。如果不把空气阻力现象和引力现象分解开来的话，就会得到亚里士多德的那个“物体越重，下落速度越快”的结论。今天人们认为亚里士多德的结论不科学的主要原因实际上并不是因为他没有把空气阻力与引力现象分解的缘故，而是因为他没有用数学公式去量化地表达出物体自由下落的规律。如果当时亚里士多德与今天的科学家们一样，首先制作出质量完全相同的“标准木球”、“标准铅球”和“标准棉花球”，并在标准大气压条件下通过物理实验来验证“物体越重下落速度越快”这个假说的话，得到的实验结果一定是正结果。而且，他也完全可以通过数学方法找出规律，分别建立起计算这些不同材质的球下落的相应公式。也可以建立“木球自由下落定律”、“铅球自由下落定律”和“棉花球自由下落定律”等等。而且这样的实验完全是可重复的。只要符合定律中的条件，相应的计算公式肯定都是正确的。所以，实际上，亚里士多德的研究方法与今天使用的实证方法并没有本质的区别。只是少了量化表达的过程而已。反过来说，今天的实证方法与亚里士多德的研究方法并没有本质上的区别。唯一不同之处是今天的研究方法只不过是在技术上增加了一个量化表达的过程，而使得表达方式显得更精确而已。
接下来再让我们回头看看牛顿的理论。如果我们使用牛顿的引力计算公式去计算空气中不同材质球的自由下落过程，得到的数据肯定与观测结果不符。原因很简单，牛顿的引力公式是从天体之间的关系中推测出来的。而天体之间是真空的。不存在空气的影响。所以，在牛顿的引力公式中没有空气影响这个因素存在。实际上牛顿的引力公式是一个在理想状态下才成立的公式。也就是说，它是一个在任何可以影响到万有引力现象的因素都不存在的情况下才适用的公式。后人在实际应用的过程中发现牛顿的引力公式有时会出现计算不准确的现象，那是因为在那些实际应用过程中所涉及到的具体现象都是综合现象导致的，而不是牛顿引力公式本身的问题。例如，当使用牛顿理论计算水星近日点进动时，得到的结果误差很大。这是因为水星近日点进动这个自然现象并不是一个单纯的引力现象，而是一个除了引力现象之外还涉及到水星处于高速运动以及它的运行轨道不是正圆等多种因素导致的综合现象。其实，使用牛顿引力公式去计算水星近日点轨道的做法就好像是使用一台标准的精密电子秤去称量一个沾了很多泥土的萝卜的重量一样，称出来的重量肯定与萝卜本身的重量之间有很大的误差。在这种情况下，使用不太标准的秤称出来的萝卜本身的重量反而可能更准确一些。这个例子是想说明，可重复的科学实验或观察结果并不一定是证明一个科学理论是对还是错的合理证据。相反，如果使用不恰当的实验结果去证明一个原本正确的理论是错误的，其结果就会把科学引入歧途。用水星近日点进动的观察结果作为证据，把牛顿公式说成是一个近似公式的结论就是如此。因此而导致了后人放弃了在牛顿理论基础之上的发展，使得对万有引力现象的研究步入了歧途，并越走越远。
显然，人们使用爱因斯坦的引力理论去否定牛顿引力理论的过程就是这样一个过程。爱因斯坦的理论是对综合现象的描述，因此，比较符合个别的实际观察结果。例如，用爱因斯坦的方法计算水星近日点进动的结果比较接近实际观察结果。这就好像在有空气存在的自由落体运动研究中使用木球的下落公式去计算木球的下落规律一定是正确的道理一样。如果要用同样的公式去计算铁球下落的话，就必须对公式进行修正。爱因斯坦的引力公式就是如此。如果把爱因斯坦计算水星近日点进动的公式原封不动地套用在其他场合时，计算出来的结果一定是有误差的。这就是为什么我们在日常生活和生产实践中不使用爱因斯坦计算方法的主要原因。在发射卫星的时候，真正使用的还是牛顿的计算方法，而不是爱因斯坦的方法。道理也是如此。爱因斯坦理论的例子同样说明，实证方法并不是一个可靠的科学方法。
实证方法很容易带来片面的结论。例如，两个人对坐在同一张漆得很亮的桌面前，一个人背靠窗户，另一个人面对窗户。窗外很明亮。室内的灯光昏暗。这时，背靠窗户的人说，桌面的颜色是桔黄色的，而面对窗户的人却说桌面的颜色呈现的是白色。如果他们请第三者来验证的话，任何一个人只要处于他们的相同的位置上看到的结果都与他们的描述是一致的。今天的实证方法很大程度上就是使用了这样的验证方法。尤其是与相对论有关的研究结果都是如此。你只要与爱因斯坦保持一致，也就是说只要你站在相对论的立场上，就会发现相对论中的结论都是对的。但是，如果你站在相对论的对面就会发现，相对论的结论都是错的。所以说，实证并不是一个可以证明理论是否正确的可靠方法。它只是一个参考的方法而已。
在科学研究过程中，并不是所有的观察和实验结果都可以作为证据使用。例如，当我们观察太阳的日周期现象时所得出的结果是早晨太阳从东方升起，傍晚太阳到西方落下。如果用这个观察结果作为证据来证明太阳是围绕地球旋转的话是完全符合实证科学原则的。它不但是一个实际存在的观察结果，也是一个具有可重复性的观察结果。在所有人的眼里看到的结果都是如此。但实际上，我们知道，太阳并不围绕地球旋转。观测到太阳围绕地球旋转的这个结果实际上是来自地球本身的自转这个物理机制。
所有的实例都可以证明，实证方法并不是一个可以决定科学理论是否正确的可靠方法。那么什么样的方法才可靠呢？我认为唯一可靠的方法就是从机制上对自然现象进行研究和作出解释的方法。或许我们可以把这种方法叫做“机制研究法”。也就是说，真正的科学方法应该是机制研究法，而不是实证方法。
众所周知，物理现象背后有物理机制，化学现象背后有化学机制。所有现象的背后都有它相应的机制存在。只有从机制上把产生现象的原因搞清楚了，才有可能确切地知道相应的理论是否正确。例如，要想知道爱因斯坦理论是否正确，就要从机制上去研究。爱因斯坦说：大质量的物体可以导致时空弯曲。那么从物理机制上我们就要问：“时空”到底是一种什么样的物理存在？大质量物体，例如地球，在导致其周围时空弯曲的时候是从南向北弯曲还是从东向西弯曲？这些物理机制上的问题至少都是可以在纸上画出来的。如果有人说“时空是从南向北弯曲”的话，我们就不禁要问：为什么就不是从北向南或从西向东弯曲呢？是什么决定着时空弯曲的方向呢？显然，从物理机制上讲，爱因斯坦的时空弯曲理论完全是解释不通的。这说明时空弯曲理论是一个数学理论，而不是物理学理论。把它当作物理学理论使用是完全错误的。不过，假如我们离开爱因斯坦的立场，换个角度，把爱因斯坦说的那个时空看成是一个包围在物体周围的球形场，那就不存在向哪个方向弯曲的问题了。这样，从物理机制上也就解释得通了。
另一方面，牛顿把引力现象解释成是“两物体之间的相互吸引作用导致的”。这种解释只不过是一个没有任何根据的想象。因此它完全不符合物理机制。从物理机制上看，引力加速度只能出现在引力之前，而不能出现在引力之后。因此万有引力现象不可能是由引力导致的。而且，相互吸引的拉力大小应该与距离无关。但在万有引力现象中，引力大小却与距离的平方成反比。也就是说，引力大小遵循平方反比定律。那平方反比定律的物理机制又是什么呢？似乎并没有人对这个机制进行过研究。其实这个机制非常简单。我们知道，球形面积的大小与半径的平方成正比。由此就很容易理解，在物理现象中，平方反比定律的物理机制实际上就是相应的物理量与球形面积成反比的关系。
这样，我们从物理机制上就不难看出，说来说去，其实牛顿和爱因斯坦在引力问题上面对的都是同一个与球形场有关的问题。只不过从他们所在的立场上看不出它是个“球”罢了。因为这个球太大了，爱因斯坦只看到了球的局部，因此把它用时空描述成是一个弯曲的几何形状而无法解释弯曲的物理机制。另一方面，因为在牛顿的脑子里根本就没有场的概念，所以他从来都没有想过还有球形场存在的问题。因此，他完全是从圆形轨道上去解释万有引力现象。殊不知，圆形轨道也只不过就是一个球面上的一条线而已。所以说，实际上牛顿和爱因斯坦所研究的都是同一个球。但因为他们都没有从物理机制上对万有引力进行研究，因此他们都不知道在万有引力现象中还有一个球形场的物理机制存在。这就像亚里士多德不知道在太阳围绕地球转的现象中还有地球自转这个物理机制的存在是一样的。可以肯定地说，只有从球形场的机制上去解释万有引力现象才能把这个现象解释清楚。也才能把牛顿和爱因斯坦理论中正确的部分统一到一起。否则，任何针对万有引力表面现象的解释都是片面的和无法统一的。
经过上述分析我们可以看出，今天人们所使用的实证方法是多么地不可靠了。而当今物理学教科书里的物理学理论几乎全部都来自实证方法。可见，这些理论的正确性都是值得怀疑的。我们必须一个一个地用物理机制去检验它们。实验和观察结果不但不能成为检验一个理论的可靠证据，反而可能会误导人们把错的理论当成是对的，把对的当成是错的。这对科学研究来说是一个非常严重的问题。这个问题不解决的话，科学是绝对无法沿着正确方向发展下去的。这样说一点都不夸张。因此可以说，那种迷信实证而忽视机制的研究方法应该到此为止，不能再继续使用下去了。千万不要被“实证方法”，“科学方法”和“实证科学”等幌子遮住了视线而无法识别理论的对与错。真正的科学方法应该是建立在机制研究的基础之上。只有通过对机制的研究而建立起来的理论才有可能成为真正的科学理论。
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