科学发现的逻辑 作者:波珀-第23节

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定序列的节段有这十分大的长度——或换言之，“世界”延续得足够长——那么我们的随机性假定使我们能够期望出现一个方有引力定律似乎也适用的宇宙期，虽然“实际上”除了随机发散外什么也没有出现。借助某种随机性假定，这类“解释”可应用于我们选取的任何规律性。事实上，我们可用这个方式把我们整个世界，以及它的所有被观察到的规律性，“解释”成随机混沌中的一个阶段——纯粹偶然巧合的一种积累。

　　我认为很清楚，这类思辨是“形而上学的”，它们对科学没有任何意义。并且同样清楚的是：这个事实同它们的不可证伪性——我们能在任何时候和任何条件容许它们这个事实是有联系的。因此我的划界标准似乎同“形而上学的”一词的一般用法是完全一致的。

　　所以涉及概率的理论，如果它们不加特定预防措施而加以应用，就不应被认为是科学的。如果它们应在经验科学的实践中有用处，我们就必须排除它们的形而上学用法。

　　68．物理学中的概率

　　可判定性困难的问题只是方法论的，不是物理学的。如果要求提出一个实践上可应用的概率概念，物理学家也许会提供某种物理学的概率定义，其思路如下：有些实验，即使在受控条件下进行也得出不同的结果。在某些这类实验——“似机遇的”实验，例如用硬币做掷猜——的情况下，经常重复导致具有相对频率的结果，进一步重复，这些相对频率越来越逼近某个固定值，我们可称之为所说事件的概率。这个值是“……可用经验通过一长系列实验确定到任何逼近度”；顺便说，这说明为什么证伪一个假说性的概率估计是可能的。

　　数学家和逻辑学家会对根据这些思路下的定义提出异议，尤其是下列异议：

　　（1）这个定义与概率计算并不一致，因为根据Bernoulli定理，只有几乎所有非常长的节段才是统计学上稳定的，即其行为仿佛是收敛的。由于这个理由，概率不能用这稳定性，即用拟收敛行为来定义。因为“几乎所有”一词——它应该出现在定义中——本身只是“十分可几的”一个同义语。因此这定义是循环的；这个事实容易通过去掉“几乎”一词隐避起来（但不能取消）。这就是物理学家的定义所做的事；所以这是不能接受的。

　　（2）什么时候应说一系列实验是“长的”？不提供一个应称之为“长的”标准，我们不能知道我们何时，或是否已达到逼近这个概率。

　　（3）我们如何能知道所需要的逼近实际上已达到？

　　虽然我认为这些异议是合理的，然而我认为我们能够保留物理学家的定义。我将通过上节概述的论据来支持这种见解。这些论据表明当概率假说被允许无限应用时，它们就失去所有信息内容。物理学家决不会以这种方式使用它们。我将遵循物理学家的范例，不允许概率假说的无限应用：我建议我们作为方法论的决定决不把物理效应，即可复制的规律性，解释为偶发事件的累积。这个决定自然修改了概率概念：它使这个概念变窄了。因此异议（1）并不影响我的观点，因为我根本不主张概率的物理概念和数学概念是同一的；反之，我否认这种同一性。但是代替（1），出现了一个新的异议。

　　（1’）什么时候我们能谈到“累积的偶发事件”？大概在概率很小的情况下。但是什么时候一个概率“小”？我们可以承认的是，我刚提出的建议排除了使用通过改变数学问题的提法，从小概率中制造任意大概率的方法（前节已讨论）。但是为了执行所建议的决定，我们得知道我们应把什么看作是小的。

　　下面几页将表明所建议的方法论规则与物理学家的定义是一致的，问题（1’）、（2）和（3）提出的异议能借助它得到解答。开始，我脑子里只有一个典型的概率计算应用例子：我脑子里有一些可复制的宏观效应例子，这些效应能够借助精确的（宏观）定律——如气体压力——加以描述，并且我们把这些效应解释或说明为由于微观过程，如分子碰撞大量积累所致。其他典型例子（如统计涨落或似机遇的个别过程的统计）可没有很多困难地还原为这个例子。

　　让我以这种类型的宏观效应为例，该效应由一个得到很好确认的定律来描述，这个定律可还原为微观事件的随机序列。设这个定律断言在某种条件下某物理量为p值。我们假定效应是“精确的”，因此没有可测量的涨落发生，即与p的离差不超过间距±o（不精确性的间距；参阅第37节），在此间距内我们的测量由于现行测量技术固有的不精确性，无论如何会有涨落。现在我们提出假说：p是微观事件序列α内的概率；其次，n个微观事件促使产生效应。于是（参阅第61节）我们能够对每一个选取的δ值，计算出概率αnF（△P），即测定值将落在间距△P内的概率。补概率可用“E“来表示。因此我们有αnF（△）＝ε。根据Bernoulli定理，随n增加至无限，ε趋向零。

　　我们假定ε“小”到可以不计（在这个假定中有“小”是什么意思的问题（1’），马上就要讨论它）。显然，△p应解释为间距，测量在此间距内逼近p值。由此我们看到三个量：ε，n，和△p与三个问题（1’），（2）和（3）相应。△p或ε可任意选取，它限制了我们选取ε和n的任意性。由于我们的任务是演绎出确切的宏观效应p（±φ），我们不去假定δ大于φ。就可复制效应p而言，如果我们进行的演绎满足δ≤φ，它就是令人满意的。（这里φ是给定的，由于它是由测量技术来确定的。）现在让我们选取δ使它（近似地）等于φ。于是我们就将问题（3）还原为两个其他问题（1’）和（2）。

　　通过选取δ（即△P）我们已在n和ε之间确立了一种关系，因为对于每一个n，现在都有一个ε值惟一地与之相应。因此（2），即什么时候n有足够长这个问题已还原为（1’），即什么时候ε小这个问题（反之亦然）。

　　但是这意味着只要我们能够判定ε的哪一个特定的值可被认为“小到微不足道”而不计，所有三个问题都可得到回答。现在我们的方法论规则等于是决定忽略不计小的ε值；但是我们不准备老是去讨论某个确定的ε值。

　　如果我们把问题交给物理学家，即如果我们问他，他准备不计什么样的ε——0．001或是0．000001，或是……？他大概会回答E根本不使他感到兴趣；他选取的不是ε而是n；他已这样选取n，使n与△P之间的相关大大独立于我们愿意造成的ε值的任何变化。

　　由于Bernoulli分布的数学特点，物理学家的回答是有道理的：对每一个n，确定ε和△p之间的函数关系是可能的。对这个函数作一检查就可表明，对于一切（“大的”）n都存在一个表示特征的△p值，使得在这个值的邻域，完全不受ε的变化的影响。这种无影响性随n的增加而增加。如果我们取我们在极端大数现象情况下应该期望的一个数量级的n，那么在它的特征值的领域△p完全不受ε的变化的影响，以致即使ε的数量级改变，△p也几乎根本没有变化。现在物理学家将把很小的值附加于规定得更明确的△p界限上。并且在研究所限的典型的大数现象的情况下，我们记得，能够使△p与精确度为±φ（取决于我们的测量技术）的间距相对应；并且这个间距没有明确的界限，只有我在第37节所说的“缩聚界限”（condensation　bound）。所以当△p在它的特征值（我们能够确定这个值）的领域的无影响性至少有如此之大，甚至ε数量级的改变引起的△p值仅在±φ的缩聚界限内涨落时，我们才称n是大的。（如果n→∞，则△P变得完全不受影响）。但是如果是如此，我们就无需再操心ε的精确测定：即使我们没有精确地说出必须把什么看作是“小的”，决定置小的ε于不顾也就够了。这等于是决定利用上述不受ε的变化的影响的△p的特征值。

　　必须把极度不可几性置于不顾的规则（只有根据上述才成为十分明确的一条规则）与要求科学的客观性是一致的。因为对我们的规则的明显反对显然是，最大的不可几性始终是一种概率，不管这种概率有多么小，因此甚至最不可几的过程——即我们建议置之不顾的过程——终有一天会发生。但是这个反对意见可通过恢复可复制的物理效应概念来予以解决，这个概念与客观性概念有密切联系（参阅第8节）。我不否认不可几事件会发生的可能性。例如我并不断言在小量气体中的分子在一短暂时间内不会自发地聚集成为这容量的一部分，或者在大量气体中压力的自发涨落永远不会发生。我断言的是，这些偶发事件不是物理效应，因为根据它们的极度不可几性，它们不能随意复制。即使一个物理学家碰巧观察到这种过程，他也完全不可能去复制它，因此永远不能判定在这种情况下实际发生了什么，他是否有可能犯了一次观察上的错误。然而，如果我们发现一些可复制的离差，这些离差不同于按上述方式从概率估计中演绎出的宏观效应，那么我们必须假定概率估计已被证伪。

　　这些考虑可帮助我们理解Eddington的下述看法，他区别了两类物理定律：“某些事情永远不会在物理世界中发生，因为它们是不可能的；另一些则因为它们也是不可几的。禁止前者的定律是一级定律；禁止后者的是二级定律”。虽然这种表述也许并不能摆脱批评（我宁愿不去对极度不可几的事情是否发生作出不可检验的断言），但它与物理学家对概率论的应用完全一致。

　　可应用概率论的其他场合，如统计涨落，或似机遇个别事件的统计，可还原为我们一直在讨论的场合，即可精确测定的宏观效应场合。我理解的统计涨落就是Brown运动那样的现象。在这里测量精确度的间距（±o）小于对效应起促进作用的微观事件数n特有的间距△p；因而可期望不同于p的可测定离差是高度不可几的。发生这些离差这一事实是可检验的，因为涨落本身成为一种可复制效应；并且我以前的论证可应用于这种效应：涨落超过某一大小（超过某个间距△p），根据我的方法论要求，必定不是可复制的，朝同一方向涨落的长序列也是如此，如此等等。相应的论证也会适用于似机遇个别事件的统计。

　　我现在总结我的关于可判定性问题的论证。

　　我们的问题：概率假说——我们已看到它们是不可证伪的——如何能在经验科学中起自然律的作用？我们的回答是：概率陈述，就它们是不可证伪的而言，是形而上学的和没有经验意义的；就利用它们作为经验陈述而言，利用它们作可证伪的陈述。

　　但是这种回答提出了另一个问题：概率陈述——是不可证伪的——可用作可证伪陈述，怎么可能呢？（它们能如此使用这个事实是毋庸置疑的：物理学家知道得十分清楚，什么时候认为概率假定已被证伪。）我们发现这个问题有两个方面。一方面，我们必须根据其逻辑形式使利用概率陈述的可能性成为可理解的，另一方面，我们必须分析支配它们用作可证伪陈述的原则。

　　根据第66节，公认的基础陈述可以多少令人满意地与某种所提出的概率估计一致；它们可更好或稍差一些代表概率序列的一个典型节段。这为某种方法论规则的应用提供了机会，例如要求基础陈述和概率估计之间的一致应该符合某种最低限度标准这一规则。因此规则可引出某种任意的思路，并且规定只有适当代表性的节段（或适当“公平的样本”）才得以“允许”，而不典型的或没有代表性的节段是被禁止的。

　　对这种意见作更仔细的分析向我们表明，什么被允许和什么被禁止之间的分界线的划定并不一定像起初想象的那样任意。尤其是无需“宽容地”划定这条分界线。因为有可能用这种方式形成这条规则，使什么被允许和什么被禁止之间的分界线，正如其他定律的情况一样，由我们的测量能达到的精确度来决定。

　　我们根据划界标准提出的方法论规则，不禁止不典型节段的出现；它也不禁止离差（当然，对于概率序列是不典型的）的重复出现。这条规则禁止的是系统离差的出现可预测和可复制，例如朝特定方向的离差，或肯定是不典型的节段的出现。因此它要求的不单是粗略的一致，而是对于可复制和可检验的一切，简言之，对于所有的可复制效应可能是最佳的一致。

　　69．定律和机遇

　　人们有时