粒子是否真實存在?——科學哲學在搞甚麼

粒子是否真實存在?——科學哲學在搞甚麼
Photo Credit: CERN, CC BY-SA 4.0

日常生活中,我們談及或接觸到的事物,譬如自然景物、生物、人造的物件……我們都會承認它們存在。它們的存在是那麼顯然,我們幾乎不會懷疑它們是否真實存在、只是腦裡虛構的事物。

為什麼?這很大可能源於我們可以直接觀察到(可以直接看到、摸到)它們。但科學理論裡,許多科學家提及的東西,譬如基因、電子、力場、光子等等,我們都不可以直接觀察到它們。那麼,我們如何肯定它們真正存在呢?

有人可能說:我們還是可以觀察到它們啊,譬如電荷,我們可以從安培計裡看到有多少電荷在流動。但請想清楚,當你在實驗室裡用安培計測試電流,透過安培計報告那裡有多少電流通過時,你並非真正見到有電荷在流動,你只是見到安培計裡的數值,然後才報告那裡有多少電流。

當代科學理論提到的許多東西都不可直接觀察,雖然科學報告裡描述到它們像是可被直接觀察似的,譬如「兩個粒子現在正碰撞」、「不同的基因在重新組合中」……但嚴格而言,這些報告有誤導成份,科學家不可能真的觀察到兩個粒子在碰撞,他們只是透過各類儀器、數據,間接地推測這些東西如何活動。

讓我們把這些科學理論所假設的,卻無法直接觀察的物件,稱為「理論存有物」(theoretical entity),譬如粒子、力、波、電子、場等等。同時,我們把稱謂這些理論物件的名詞稱為「理論名詞」,例如「粒子」這詞是理論名詞,它稱謂粒子這理論存有物。

科學實在論:理論存有物真的存在嗎?

現在問題來了:我們能否用證明日常事物存在的原則,證明這些理論存有物存在?答案似乎否定。因為這些理論存有物無法直接觀察,我們不能用相同的原則──如果我們能夠直接觀察到某個東西,則這個東西是真實存在──推論它們存在。

假如你開始懷疑理論存有物的真實性,恭喜你,你已正式踏入科學哲學的領域。

有些科學哲學家認為理論存有物是真實存在。他們的想法是:如果我們相信科學理論為真,而理論存有物是科學理論所假設的東西,那麼我們應該很自然地相信它們存在才對。譬如,我們相信電子理論為真,那麼我們應該很自然相信電子存在,否則一方面相信電子理論為真,另一方面卻否定電子存在,豈非矛盾?

上述的想法可以寫成如下的論證:

(1)如果某個科學理論為真,則這理論所假設的理論存有物是真實存在。
(2)這些科學理論為真。
(3)所以,這些理論存有物真實存在。(根據1,2)

這個論證是確當的(valid),我們質疑這個論證,只可以質疑它的前提。

反對(1)︰我們可以重寫科學理論

有些哲學家反對(1),認為即使科學理論為真,也不代表理論存有物真實存在。哲學家羅素就反對(1),他的進路是:我們可以透過某種重寫的方式,使得這些本來需要假設理論存有物存在的理論,變成不再需要這些假設。

譬如,現假定電子理論為真。羅素認為,我們可以把理論裡假設電子存在的描述或內容全部進行改寫。改寫後的新理論,或是完全不需要使用到「電子」這理論名詞,或是理論裡照樣有「電子」這理論名詞,但它只是某種形式定義,並無真正指涉事物(如電子)。羅素相信,通過這種重寫,即使科學理論為真也好,它根本不需要假設這些理論存有物存在,因此也就不能推論出它們真實存在。

反對(2)︰科學理論是真的嗎?

有些哲學家反對(2)。當這些哲學家反對(2)時,他們關注的是科學理論是否反映著世界的真實面貌。他們大多認為,當我們說一個科學理論為真,這變相承認它描述了世界的真貌,譬如電磁學理論告訴我們有多少電荷在電線裡流動,假如電磁學理論為真,電線裡便真的有電荷流動。

但反對(2)的哲學家認為,無論這些理論多麼有用,預測多麼準確、可以透過各種實驗去保證它們有某種合理性也好,這些理論只不過是人類理智的工具,它們並不描述世界的真實面貌。我們可以用一個誇張或嚴厲的說法表述這想法:科學理論並不配有「真」或「真實」的名號。

譬如基因工程逐漸變得和製造鋼鐵一樣普遍平凡,但這些哲學家會說:不要被騙了,不要以為真的有一串串很長的胺基酸分子在串連一起。當生物學家用金屬線或彩色球建構基因的模型,這些模型可以幫助生物學家更仔細思考生物學的問題,去發展更新更有用的微型科技(microtechnology),但不代表它反映事物的真實圖象。

理論作為模型工具

這就是說,科學理論只是我們的模型工具,我們可以建構各式各樣的模型工具去解釋、預測、發展科技,但我們不能說這些模型工具真實地描繪世界。也許,讀者會問:這種說法有道理嗎?

我們可以嘗試用以下例子回答:我們能夠用滑輪、槓桿、滾球軸承、法碼等,做個經濟模型。重量代表貨幣供應量、角度傾斜度代表通貨膨漲率,而天平盤上的滾球軸承代表失業工人的數量。當貨幣供應的重量減少,通貨膨漲率的角度便會降低,而天平盤上代表失業工人量的滾球軸承便會增加。

在這個模型裡,我們可以有正確的輸入與輸出,但它只是經濟模型,幫助我們思考經濟是什麼回事,我們不會說通貨膨脹率就真的是那些角度的傾斜度。同理,一串串很長的基因模型只是幫助我們思考生物學的問題,不代表真的有像模型般一串串很長的基因分子結構存在。

兩種科學實在論

通過上面的討論,哲學家Ian Hacking認為我們可以區分兩種科學實在論:存有物的實在論與理論的實在論。

  • 存有物的實在論主張,許多理論存有物確實存在。存有物的反實在論則認為,理論的存有物都是虛構的,它們只是某種形式的邏輯建構,或是科學家的工具。又或者,比較不獨斷地說,我們沒有任何理由假設它們真正存在。
  • 理論的實在論則主張,科學理論至少是以真理為目的,而真理則是反映世界的真象。當一個理論為真,就表示它反映了世界真實的一面。理論的反實在論則認為,理論頂多只是實用、可接受它有某種合理性,但絕不反映世界真實的一面。

Ian Hacking提到,理論的實在論與存有物的實在論並沒有必然的邏輯關係,你可以接受其中一者,但反對另一者。現在,我們可以看到四項選擇:

(一)同時接受理論的實在論與存有物的實在論
(二)同時反對理論的實在論與存有物的實在論
(三)接受理論的實在論,反對存有物的實在論
(四)接受存有物的實在論,反對理論的實在論


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