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粒子是否真实存在?

日常生活中,我们谈及或接触到的事物,譬如自然景物、生物、人造的物件……我们都会承认它们存在。它们的存在是那幺显然,我们几乎不会怀疑它们是否真实存在、只是脑里虚构的事物。

为什幺?这很大可能源于我们可以直接观察到(可以直接看到、摸到)它们。但科学理论里,许多科学家提及的东西,譬如基因、电子、力场、光子等等,我们都不可以直接观察到它们。那幺,我们如何肯定它们真正存在呢?

有人可能说:我们还是可以观察到它们啊,譬如电荷,我们可以从安培计里看到有多少电荷在流动。但请想清楚,当你在实验室里用安培计测试电流,透过安培计报告那里有多少电流通过时,你并非真正见到有电荷在流动,你只是见到安培计里的数值,然后才报告那里有多少电流。

当代科学理论提到的许多东西都不可直接观察,虽然科学报告里描述到它们像是可被直接观察似的,譬如「两个粒子现在正碰撞」、「不同的基因在重新组合中」……但严格而言,这些报告有误导成份,科学家不可能真的观察到两个粒子在碰撞,他们只是透过各类仪器、数据,间接地推测这些东西如何活动。

让我们把这些科学理论所假设的,却无法直接观察的物件,称为「理论存有物」(theoretical entity),譬如粒子、力、波、电子、场等等。同时,我们把称谓这些理论物件的名词称为「理论名词」,例如「粒子」这词是理论名词,它称谓粒子这理论存有物。

科学实在论:理论存有物真的存在吗?

现在问题来了:我们能否用证明日常事物存在的原则,证明这些理论存有物存在?答案似乎否定。因为这些理论存有物无法直接观察,我们不能用相同的原则──如果我们能够直接观察到某个东西,则这个东西是真实存在──推论它们存在。

假如你开始怀疑理论存有物的真实性,恭喜你,你已正式踏入科学哲学的领域。

有些科学哲学家认为理论存有物是真实存在。他们的想法是:如果我们相信科学理论为真,而理论存有物是科学理论所假设的东西,那幺我们应该很自然地相信它们存在才对。譬如,我们相信电子理论为真,那幺我们应该很自然相信电子存在,否则一方面相信电子理论为真,另一方面却否定电子存在,岂非矛盾?

上述的想法可以写成如下的论证:

这个论证是确当的(valid),我们质疑这个论证,只可以质疑它的前提。

反对(1)︰我们可以重写科学理论

有些哲学家反对(1),认为即使科学理论为真,也不代表理论存有物真实存在。哲学家罗素就反对(1),他的进路是:我们可以透过某种重写的方式,使得这些本来需要假设理论存有物存在的理论,变成不再需要这些假设。

譬如,现假定电子理论为真。罗素认为,我们可以把理论里假设电子存在的描述或内容全部进行改写。改写后的新理论,或是完全不需要使用到「电子」这理论名词,或是理论里照样有「电子」这理论名词,但它只是某种形式定义,并无真正指涉事物(如电子)。罗素相信,通过这种重写,即使科学理论为真也好,它根本不需要假设这些理论存有物存在,因此也就不能推论出它们真实存在。

反对(2)︰科学理论是真的吗?

有些哲学家反对(2)。当这些哲学家反对(2)时,他们关注的是科学理论是否反映着世界的真实面貌。他们大多认为,当我们说一个科学理论为真,这变相承认它描述了世界的真貌,譬如电磁学理论告诉我们有多少电荷在电线里流动,假如电磁学理论为真,电线里便真的有电荷流动。

但反对(2)的哲学家认为,无论这些理论多幺有用,预测多幺準确、可以透过各种实验去保证它们有某种合理性也好,这些理论只不过是人类理智的工具,它们并不描述世界的真实面貌。我们可以用一个夸张或严厉的说法表述这想法:科学理论并不配有「真」或「真实」的名号。

譬如基因工程逐渐变得和製造钢铁一样普遍平凡,但这些哲学家会说:不要被骗了,不要以为真的有一串串很长的胺基酸分子在串连一起。当生物学家用金属线或彩色球建构基因的模型,这些模型可以帮助生物学家更仔细思考生物学的问题,去发展更新更有用的微型科技(microtechnology),但不代表它反映事物的真实图象。

理论作为模型工具

这就是说,科学理论只是我们的模型工具,我们可以建构各式各样的模型工具去解释、预测、发展科技,但我们不能说这些模型工具真实地描绘世界。也许,读者会问:这种说法有道理吗?

我们可以尝试用以下例子回答:我们能够用滑轮、槓桿、滚球轴承、法码等,做个经济模型。重量代表货币供应量、角度倾斜度代表通货膨涨率,而天平盘上的滚球轴承代表失业工人的数量。当货币供应的重量减少,通货膨涨率的角度便会降低,而天平盘上代表失业工人量的滚球轴承便会增加。

在这个模型里,我们可以有正确的输入与输出,但它只是经济模型,帮助我们思考经济是什幺回事,我们不会说通货膨胀率就真的是那些角度的倾斜度。同理,一串串很长的基因模型只是帮助我们思考生物学的问题,不代表真的有像模型般一串串很长的基因分子结构存在。

两种科学实在论

通过上面的讨论,哲学家Ian Hacking认为我们可以区分两种科学实在论:存有物的实在论与理论的实在论。

存有物的实在论主张,许多理论存有物确实存在。存有物的反实在论则认为,理论的存有物都是虚构的,它们只是某种形式的逻辑建构,或是科学家的工具。又或者,比较不独断地说,我们没有任何理由假设它们真正存在。 理论的实在论则主张,科学理论至少是以真理为目的,而真理则是反映世界的真象。当一个理论为真,就表示它反映了世界真实的一面。理论的反实在论则认为,理论顶多只是实用、可接受它有某种合理性,但绝不反映世界真实的一面。

Ian Hacking提到,理论的实在论与存有物的实在论并没有必然的逻辑关係,你可以接受其中一者,但反对另一者。现在,我们可以看到四项选择:

(一)可以算是坚实的科学实在论者。通常有一班称为「工具主义者」的人支持(二),这些工具主义者认为科学理论只是思考世界的理智工具,所以理论中假设的理论存有物同样是工具,并非真实存在。(三)是有可能的,譬如上述提到的罗素,他就是一个理论实在论者,但存有物的反实在论者。

至于(四),Ian Hacking认为也是有可能的,譬如,虽然我们没有完备的电子理论描述电子,但我们有很好的理由相信电子存在。我们的理论常常被修改,而且为了不同目的,我们可以使用不同的电子模型理论,这些电子模型理论都不应被理解为反映了世界的真貌,或者正确地描述了电子的特性;但无论如何,电子的确存在。

Ian Hacking更提出了一个宗教上属(四)的有趣例子,他认为很多神父都相信上帝存在,但同时认为任何人类所构造出来描述上帝的理论都不可能是真的,因为人类无法真正了解上帝。

科学实在论只是哲学家的玩意吗?

有些人听到这里,可能认为这样的讨论很无聊,只是哲学家的玩意。尤其是一些科学家,他们认为整个科学实在论与反实在论都是虚假的问题,没有实质的意义,也对科学完全没有影响,如同Richard Feynman的名言:「科学哲学对于科学的用处,如同鸟类学对于鸟的用处。」(Philosophy of science is as useful to scientists as ornithology is to birds.)

我自己对这问题的回应是:不全对,也不全错。科学哲学的问题确实只有哲学家会关注,科学哲学也对科学发展没有影响。不过,即使如此,这也不代表科学哲学只是一种「无聊的玩意儿」。当我们严肃、认真地看待我们的知识,并作出最基本的反省──即使这是琐碎无用的哲学反省也好──我们还是可以问「原子是否真的存在?」这样的问题并没有错误,即使问得愚蠢也好,它也是人类愚蠢得来最深刻、最漂亮的反省。

其实,科学界里都会有实在论与反实在论的讨论,不过主要针对的是个别理论,并非所有科学理论。譬如,在哥白尼时期,天文学家不愿意相信哥白尼的理论,他们坚信宇宙的中心是地球,虽然他们承认太阳中心系统有助于运算,但这不代表世界的真象。

在一些时期,物质主义者(materialist)主张存在的事物都是由微小的物质所构成,他们相信原子存在,却反对非物质的力场存在。到了现代,量子力学诠释的讨论中,也掀起了一些实在论的讨论:我们应该说粒子的确有确定的位置和动能却无法测知,还是我们应该说波包塌缩(Wave packet collapse)是它和人脑的某种活动效应。

问题能够以科学解决吗?

不过,Ian Hacking提醒我们,这些个别理论的反实在论问题都可以藉由科学解决。譬如统计力学发明者之一James Clerk Maxwell,曾认为气体并非真的由那些很细小、像软皮球的东西所组成,这些东西只不过是模型,方便我们解释温压效应。但当这个模型愈来愈能解释物理现象,他便倾向实在论。在科学界,某种理论或理论存有物的反实在论者,最后因理论成果愈来愈出色而逐渐成为实在论者的情况十分普遍。

有些人可能因此主张,所有反实在论的问题都可以通过科学的发展解决。譬如,当弦论、黑洞理论变得愈来愈成熟,最后怀疑这些理论的反实在论者都必定要闭嘴和投降。

不过,我认为,科学家和哲学家讨论「实在论v.s.反实在论」,是两种完全不同的层次。科学家讨论的是某个科学理论是否足够成熟、有很高的可信度,比其他理论为佳,假如答案是肯定的,它就属实在论。哲学家讨论的则是退一步的问题(后设问题):我们是否应该视科学理论为反映世界真貌的真实理论?

如果我们的立场倾向工具主义,便会认为科学理论再成熟也好,我们仍是无法确定它们是否反映世界真貌、没法确定这些理论所假设的理论存有物是否真实存在。或者,我们应该更进一步地问,何谓「真实性」(reality)、「真理」(truth)、「真实存在」(really exist),如何回答这些问题,也将令我们游走于实在论与反实在论之间。

粒子是否真实存在?

我对科学哲学有兴趣,是因为我中学时,从科普书里认识到霍金理论有所谓虚时间的东西。数学家用√-1定义虚数,虚数似乎没有任何物理意义。如果说宇宙中存在着虚时间,它到底是什幺东西?它只是一个数学模型,可以方便我们进行预测、应用,还是反映了世界 (时间)的真实一面?假如你对这些问题有兴趣,那就表示你可能有兴趣踏入科学哲学的讨论里。

Reference
Ian Hacking:Representing and Intervening: Introductory Topics in the Philosophy of Natural Science, Cambridge University Press, 1983




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