科学实在论和结构实在论

作者：张华夏

科学技术哲学研究 2010年02期

　　中图分类号：N02 文献标识码：A 文章编号：1674－7062（2009）06－0001－11

　　在科学实在论和反实在论的长期反复的论争中，近年兴起了一种被称为结构实在论（Structural realism）的本体论和认识论的学说。它与本体论哲学、物理学哲学、数学哲学以及一般的自然科学哲学和社会科学哲学都有密切的联系。对于这个学说，斯坦福大学的哲学百科全书作出了这样的评价：“结构实在论被许多实在论者和反实在论者看作是科学实在论中最有辩护力的形式。”[1]1《科学哲学的国际研究》杂志也撰文指出“结构实在论近年来重新进入科学哲学的主流讨论。”[2]它的文献最近十年来在学术杂志和学术著作中迅速增长，在今天讨论到科学实在论的著述中，绝大多数都谈到结构实在论，有赞成的，有反对的，也有改进的。可见这种学说值得我们密切注意和认真研究。

　　一 科学实在论

　　结构实在论是当代的一种比较有辩护力的科学实在论，因此在讨论结构实在论之前需要简略说明什么是科学实在论、科学实在论有哪些主要论据以及科学实在论有哪几种不同的种类或不同的形式。

　　在科学哲学中有关科学理论的本体论地位、认识论的状态以及语义学的指称问题，实在论与反实在论之间有过旷日持久的大争论。争论的焦点是一种成功的或理想的科学理论意味着什么？它蕴涵了什么？（1）它意味着与理论相对应，有一些真实的（虽然未观察到或不可直接观察到的）实体客体存在着吗？这是一个形而上学的或本体论的承诺问题。（2）它意味着科学理论本身能正确地描述了这些真实的实体从而有真假之分吗？这是一个语义学的承诺和认识论的承诺问题。（3）科学理论有不断的进步吗？即随着历史的发展它不但会愈来愈获得成功，愈来愈解决更多的问题，而且会愈来愈接近客观的真理吗？这是一个对真理和科学进步的承诺问题。科学实在论对这三个问题的回答都是肯定的，即认为“成功的”、“成熟的”或我们所要追求的“理想的”科学理论，它的理论实体及其规律是真实的，即有外部实在的独立存在的客体与它相对应，它愈来愈成功愈来愈准确地描述它所指称的对象，从而逐渐获得真理，逼近真理。关于科学实在论的这个定义及其相关的语义论题、本体论论题和认识论与真理论论题早就有公认的观点，最近又由哲学家史洛西（S.Psillos）比较完整地指出来。[3]不过我们也可以不必这样咬文嚼字来理解科学实在论，它的大意不过是说在科学中的一些不可观察的实体或在现阶段还不可观察的理论实体，如基本粒子、电磁场、引力场和空间“弯曲”之类的东西，正如爱因斯坦所说的那样，如同我们坐在它上面的那张椅子一样实在，所以叫作“科学实在论”。这里所说的实在与日常生活中我们所说的实实在在的东西一脉相通。不过读者要注意一点，科学实在论并不是说我们一切科学中或教科书中读到的科学理论都一定在独立于我们的外间世界中有所指，都一定正确地描述了真实的世界，都一定是真理的东西。它只是说成熟的、成功的、理想的科学理论基本上有或它的中心概念有这些特征罢了。不过对于这样限定表述的科学实在论，反科学实在论的理论家们并不同意。例如，范·弗拉森（Bas Van Fraassen）就认为，科学理论根本不具有这些特征，科学实在论所开列的理想特征根本就达不到。科学理论不过是我们对经验的一种重新建构，使其能“拯救现象”、“预言现象成功”能有效表达可观察到的东西，那就是适当的了。所以，对于不可观察的理论实体没有客观上的真不真之分，只有经验上适当不适当（empirically adequate）之别[4]。有了像范·弗拉森的建构经验主义那样的反实在论的批评，科学实在论在争论中和反思中也就不断完善起来。

　　在为科学实在论进行辩护中有几个最为重要的论证，又有几种最为重要的类型迄今成为科学哲学的经典论题之一在进行着激烈的论辩，我现在将它简述如下：

　　（一）最佳解释推理（inference to the best explanation，简称为IBE）和无奇迹论证（the no-miracles argument，简称为NMA）。最佳解释推理是利普顿（Peter Lipton,1954－2007）在1991年的一本的同名的著作提出来的。[5]所谓最佳解释推理，就是对于比较充分的观察证据O，有各种现实的和可能的解释H[,1]，H[,2]，……其中最好的解释及其所包含的理论实体最有可能是真实的、反映了客观真理的。例如，阿佛加德罗的分子假说，认为所有同体积气体，在相同的条件（如温度、压力等）下分子数目是相同的，即一摩尔单位体积的克分子数为6.02×10[23]。我们通过布朗运动的分子动力学计算，通过粒子衰变的氦核的计算，通过X光的衍射图像，它指明原子点阵品格中原子的间距而进行的计算，通过密立根的最小电荷对金属电解质所包含的分子数的计算，还有通过黑体辐射中用普朗克常数来计算原子分子数等等。这些彼此独立的观察与测量都计算出一摩尔的克分子数是相同的。因此分子理论和它指明的理论的实体及其数量是对这些相当充分的观察现象给出了一个最好的解释。于是我们就能理性地推出分子这东西是真实存在的，我们获得了关于物体是由分子组成的真理。如果原子——分子学说不是真理，只是范·弗拉森所说的经验适当性，这么诸多不同种类的实验与测量会如此巧合地收敛到阿佛加德罗的克分子说，就简直是奇迹。不承认科学中的经验的、预言的和工具意义的结果到处都只是巧合的奇迹，而认为它有接近真理、接近真实的东西的特征，这种论证就叫作无奇迹的论证，它是科学哲学家普特南首先提出来的。普特南说：“对于实在论的正面论证就是，这是唯一的一种哲学，它使科学的成功不变成奇迹。”[6]73科学中有许许多多这样的实例说明，科学的不可观察的理论实体及其行为规律与结构，是最佳解释的推理和无奇迹论证结果。这里最佳解释的推理是一阶命题，而无奇迹论证是二阶命题，即关于最佳解释推理何以能导出实在论。例如物种的进化用自然选择来进行解释，这个解释是最佳的解释，自然选择是真实的就是这个最佳解释的推理。又如恒星的红移，最佳的解释是恒星离我们退行而去，这个最佳解释推论出红移与恒星离我们退行是真实的；这个解释连同其他证据我们还可以最佳解释宇宙膨胀和宇宙大爆炸的真实性。

　　当然严格说来，这个最佳解释的推理应该这样来表述：（1）有足够充分的证据O；（2）我们足够充分地考察了所有现实的和可能的假说H[,1]，H[,2]，……H[,n]；（3）我们选择了最有理解力、最有解释力、最能说明事情的机制、最受证据支持、最为符合观察现象的、最简单和最能与其他公认的原理相统一等的最佳的解释H[,i]。则我们得出结论H[,i]及其不可观察的实体是真实的，具有真理性的。我们还必须注意：这个从前提到结论的推理不是演绎推理，而是某种形式的归纳推理或皮尔士所提出的，现在为科学哲学家和逻辑学家所广泛研究的，溯因推理（abduction）。这里所说的最佳解释的推理是指我们有足够的信念来说明它是真理的或接受它为真理，不是说我们已经证明了最佳解释就是完全的真理。所以对于一个理论具有实在性这样的本体论承诺和认识论状况的最稳妥的表述应该是：凡是经受住最佳解释推理考验的理论，依据无奇迹论证的原则具有逼近真理的性质。下面我们遇到的还是这个问题，不过是将这个问题更加具体化了。

　　（二）对科学实在论的第二个著名的辩护是卡特赖特的因果解释推理和哈金的实验实践论证。

　　南茜·卡特赖特（Nancy Cartwright）认为，最佳解释推理使我们相信能最佳地解释了现象的理论，它所谈到的不可观察的理论实体的存在是真实的，但并不表明这个理论有关这个实体所说的一切都是真的，但是至少有一点是真的，就是这些不可观察的理论实体的因果作用是真实的。说在密封容器中的温度提高会使其中的气体对容壁的压力增大是没有意义的，除非你承认这些不可观察的气体分子存在及其撞击容壁的因果行为是真实的。科学家们可以同时承认解释同样的经验规律的各种不相容的理论，说它们可以用于不同的实验场合，但科学家不会同时承认对同一现象的不相容的因果解释。所以对于同一现象只有一种因果解释是真实的，我们可以不接受最佳解释的推理，但我们必须接受那最佳解释的理论中所说到的最有可能的原因。卡特赖特说：“我相信理论实体，但不相信理论规律。通常当我试图去解释我有关理论规律的观点时，我遇到标准的实在论者的回答：‘如果这规律不是真的，它怎样能够解释（问题）呢？’范·弗拉森和迪昂教我们反驳道：‘如果它是真的，它怎样被解释呢？’是什么保证了这个解释是真的呢？我认为，当我们用一个规律来解释另一个规律的时候，是不能对这个问题作出合理的回答的。这个理由是因果的，接受一个解释就是承诺它的原因。……如果云雾室里没有电子，我就不能知道为什么有轨迹线。”“我们对理论实体的信念一般地是从具体的结果到具体的原因的推理的基础上形成的。这里就是对范·弗拉森和迪昂问题的一个回答。运用理论实体进行解释的特殊之处就在于它是因果解释，而存在就是因果链的一个内在性质。这与理论规律毫无类似之处”[7]93,99。可见她对于最佳解释的推理作了一个分析，认为在最佳解释推理中，只有因果解释能保障那不是什么别的东西具有，而只是理论实体具有客观实在性。所以我们可以称它为理论实体的因果实在论。

　　哈金提出一个相反的进路，即我们不应集中注意科学理论所提出的理论实体及其因果作用，我们必须集中注意科学实验中的实验活动。他说，我们不能“被锁在一个表达世界中”，一个“旁观者”而不是参与者的世界中，“只有在实验实践（experimental Practice）的层次上，科学实在论才是不可避免的。”[8]154所谓实验的实践就是创生新的现象，创生那种在自然界中并不存在的或转瞬即逝的现象，使那些“效应”或“事件”得以发生。我们之所以相信宏观对象的实在性，因为在实验实践中，它以它的因果力作用于我们，而我们用我们的仪器干预操控了它们。同样，对于微观世界“我们使用不可观察实体的能力使我们相信它们在那里。”[8]160例如，对于电子，当密立根测量它的电荷时，我们可以不相信它真实存在。当我们发现了电子，我们也可以怀疑它的存在。但是，当我们制造了自旋电子枪PEGGY II，操控电子，利用电子的因果力去干预自然现象，我们就确信它的存在。“如果你能操控它们，它们必须存在”（If you can manipulate them,they must be real）。[9]这使我们想起笛卡儿“我思故我在”的逻辑，我拿起电子枪，我可以怀疑一切，怀疑我们关于电子的理论，我们关于电子各种属性的理论论述，但有一点我不怀疑，就是我操控着电子，我操控了电子的因果力，使我熟悉了通过电子显微镜去观察微粒的技巧。所以我相信我看到的东西。我通过电子枪干预了世界创造了微观世界的新结构。所以我深信电子和它的明确的、稳定的因果力是存在的。这个思路可简化为：“我造物故物在”。他和卡特赖特一样讲的是通过实验操控来确信实体的存在。这是一种实验实体实在论而不是科学理论的实在论。哈金的优点和缺点都体现在这里。哈金对实体及其因果力的存在作了一个有力的论证。但对于整个科学的理论和实践来说它只是局部的实在论（local realism），它未能说明科学理论及其规律何以是近似地正确的。他脱离了科学理论进行实体实在的论证。那他怎样知道他所操控着的实体就是与某个科学理论框架下的理论谓词或理论术语相对应的呢？是某个理论词所指称的而不是别的东西呢？他还是要依靠某个理论对实体行径的某种诠释，而这个理论对于理论实体及其特征的种种描述是正确也反映了客体世界吗？而为要解决这个问题，归根到底还要依靠科学理论的实在性是它的最佳解释的推理和无奇迹论证。实体实在论可以看作是最佳解释推理或无奇迹论证的一个特例，但它却是一个最为有力的特例。于是问题又回到了起点，不过是比较具体地回到起点。但是对于这个起点我们还得仔细地推敲，这就有必要看看科学的反实在论是怎样回应科学实在论的。

　　概括本节所说的内容，我们讨论了科学实在论的根据。在讨论的过程中，我们划分出四种科学实在论：（1）科学理论实在论。它得到了最佳解释推理和无奇迹论证的支持。（2）科学理论实体实在论。它得到最佳因果解释和因果链无奇迹论证的支持。（3）科学实验实体实在论。它得到改造世界的实践论的支持。不过这些讨论只注意实体的实在性，对于科学理论所论及的结构、机制与规律的实在性则不甚了了，下面我们将要讨论第（4）种科学实在论，即结构实在论。

　　二 结构实在论

　　（一）反实在论对实在论的反驳

　　这种反驳有两个基本论证，即证据对理论的不充分决定性（Underdetermination）论证和悲观元归纳论证（Pessimistic metainduction argument）。我们在这里着重讨论第二个问题。前面说到最佳解释推理和无奇迹论证从科学理论上说明科学实在论的合理性以及因果解释推理和实验实践论证从科学实验上说明科学实在论的合理性，给最佳解释推理的实在性以有力的补充。这些科学实在论的论证说明成熟的科学和成功地解释和预言了各种现象的科学理论，它的中心概念和理论规律是真实的，至少是接近正确的，但这些论点遭到反实在论的有力反驳。其中最重要的一个论证是劳丹（Larry Laudan）提出来的。他在《科学哲学》杂志1981年第1期的一篇论文中写道：科学史本身曾经是获得经验上成功的种种科学理论的“墓碑”系列。像18世纪光学、电磁学的以太学说和医学上的“体液”学说在解释、预言和控制现象上都曾获得很大成功，但后来都一个一个地走入坟墓。他指出如果过去取得了很大成功的科学理论在历史上都一个一个地被发现为错误的东西，根据归纳原理，我们有什么理由相信实在论所说的现在取得成功的理论是逼近真理的呢？我们有什么理由采取如此乐观的态度呢？这个论证被称为“悲观的元归纳。”[10] 雷蒂曼（James Ladyman）将悲观的元归纳论证表达为下列三点：

　　“（1）在科学史上有许多经验上成功的科学理论随后被拒绝了。而按照现行的我们的最好理论来看，它的理论词是没有指称的。

　　（2）我们现时的最好的理论在种类上与被抛弃了的理论并没有区别，所以我们没有理由认为它不会最终也被替代。

　　（3）从归纳的观点看，我们有肯定的理由相信我们现时最好的理论将会被新的理论所代替，对于这些新理论来说，我们现时的最好理论的中心理论词是没有指称的，因而我们不相信我们现时的最好理论的理论词逼近真理。”[1]6

　　劳丹在这篇论文中，为过去获得辉煌成功而后来走向消亡的理论开列一张清单，什么元素说、热质说、泛生论、地质灾变论、牛顿时空论、光以太、电磁以太等等仿佛是一个个逝去了的理论的坟墓。其中以太学说占着几十个墓碑中最大一个墓碑。所以我们用以太学说为例来说明劳丹的“坟墓论”。按菲涅尔光的波动理论，光不是某种微粒，而是某种周期性的振动，通过某种渗透一切的媒质向周围传播。这种媒质叫作“宇宙以太”，它弥漫宇宙，密度极小而切变弹性系数极大。运用这种波动光学理论，菲涅尔预言光的绕射：置一个不透明小圆屏阻挡平行单色光行进。如果光是粒子的直线飞行的，则圆屏后面的观察屏幕上理应有一个圆形的影子。但按波动学说，光行进在圆屏四周发生绕射，在观察屏幕上，将看到一个白色亮点，并在四周有一圈一圈的明暗圆条纹。调整圆屏的大小和它与观察屏幕的距离，这个白色亮点清晰可见。菲涅尔提出这个预言时在法国科学院引起同行的极大怀疑，但实验的结果却出乎常人意料，奇迹地成功。难道这是一件偶然巧合事吗？根据无奇迹的论证，应该不是的。它一定说明了某种正确或至少近似正确的东西。它至少说明某种科学实在论是很有吸引力的。

　　但是后来证明菲涅尔的“光学以太”（Luminiferous ether）说都是彻底错误的，19世纪20年代它为麦克斯韦电磁场理论所代替。按照麦克斯韦的理论，光不过是电场强度与磁场强度周期交替变化的结果。这就是电磁场，它是按空间中每一时点电磁场强来定义的，是一个不可还原的事实，所以正是它的后继理论电磁场理论证明它的先驱理论是“根本”错误的。但是麦克斯韦理论后来又被爱因斯坦无静止质量的“光子”（Photons）学说所代替。后者证明麦克斯韦的波动理论的基本概念，它的“理论实体”和“理论规律”又是根本错误的。而这些新的“理论实体”即“光子”不服从经典物理学的规律而服从概率性的量子力学规律。劳丹认为科学史是由一连串的错误理论所组成的。尽管它们在解释现象和预言现象上是成功的，我们有什么理由说当前的或今后的科学理论就不是由一连串带根本错误的理论所组成的呢？劳丹最后得出一个总结论：“非常清楚，实在论即使从自己的角度也不能解释许多理论的成功，而这些理论的中心术语明显是没有指称的，它的理论规律和机制都不是近似地真的。不可避免的结论是，许多实在论者想要解释科学是怎样工作的，并按这个标准来评估它们的认识论上的适当性。不过它远不能解释这件事，他们的认识论超过他们力所能及的范围了。”[10]47-48应该说，悲观的元归纳论证对传统的科学实在论的打击是沉重的。我们不能认为，成熟的科学，经验上和实践上成功的科学，它所包含的不可观察的理论实体是一定有指称的，是一个接一个地逼近真理的。但是也不能说它就一定错误的，而且一定会被推翻的，尽管劳丹开列的过去科学的十来个不可观察的理论实体（热质、以太之类）确实以后被推翻了。这个问题科学哲学界仍在激烈争论中，我们暂且将它悬置起来。但是，劳丹的悲观元归纳论证有一个根本性的问题，科学史是由一个个错误理论更替组成，那么在科学更替和革命的过程中难道就没有什么实质性的东西继承着、持续着和连贯着吗？这个问题促成了结构实在论的兴起。

　　（二）结构实在论的兴起

　　当科学实在论与反实在论的论争相持不下的时候，英国伦敦经济学院的沃勒尔（John Worrall）于1989年以他的一篇论文“结构实在论：两个世界的最优选择？”（Structural realism:The best of both worlds?）打破了僵局。[11]一方面他不承认标准的科学实在论这样的一个论点，即认为成熟的科学或经验上实践上成功的理论都能正确地描述了不可观察的实体，他根本就怀疑这一点。他径直地放弃了描述和理解不可观察的实体的企图。另一方面他极力反对反实在论关于理论变革时，从一个旧理论转向一个新理论时没有任何持续性、没有任何东西继承下来的主张，他认为从一个旧理论向一个新理论的转变不仅有成功的经验内容从旧理论转移到新理论，而且有理论的形式从旧理论转移到新理论，这就是物理世界的形式的和数学的结构。不同理论之间，特别是它的不可观察的实体可以大不相同，但却可以具有共同的结构，因此科学实在论没有被推翻，它只是改变了形式，成为一种结构实在论。世界和事物的结构是实在的，是我们可以认识的；我们的认识，在认识结构上是可以有持续、积累和进步的。

　　在这个方面，他继承和发展了彭加勒的结构实在论观点和对菲涅尔波动理论到麦克斯韦波动理论转变中结构知识如何保持下来的研究。

　　彭加勒说，根据科学理论的繁荣与衰亡的周期报告，科学展示出一个理论接着一个理论走向毁灭的图景，在这方面，他有点像后来劳丹提出的“坟墓论”。但是不是这些理论的建构是徒然无益的呢？没有那个理论像菲涅尔理论那样曾经建立于巩固的以太运动的基础上，而现在却为麦克斯韦理论代替了，是不是菲涅尔的工作是徒劳无益呢？“不是的，菲涅尔的目标并不是想要知道，以太是否真实存在着，如果它存在，是否由某种原子组成，而这些原子又以什么方式运动的。他的目标是要预言光学的现象。菲涅尔理论即使在今天也能做到这一点，而事实上它在麦克斯韦以前就已经能做到了，但微分方程总是正确的，它们总是能用同样的方法积分出来，而积分的结果总是保持它们的数值……这并不是说将物理学还原为一种实用的处方。这些（从菲涅尔转到麦克斯韦的）方程表达了一种关系，而如果方程是真的，那是因为这些关系保持它的真实性（reality），它告诉我们，在这样那样的事物中存在着这样那样的真实的关系。只不过是这样那样的事物原来叫作（以太的）运动，而现在叫作电流。它们是我们想出来替代真实客体的名词，而这些真实客体永远隐蔽于我们视野之外，我们唯一能达到的实在就只是这些真实客体之间的关系。”[12]这就是说无论我们对客体的理论有怎样的变化，我们所能了解到的“深层结构”是真实存在的，彭加勒已经表达了结构实在论的基本思想。沃勒尔在这个基础上重构了现代结构实在论新形式，它的要点是：

　　（1）引进本体论范畴，将不可观察的本体（noumena亦有时用ontic form）划分为两个部分，一部分是它的实体（entities）或对象客体（objects）；另一部分是这些实体的关系或结构、形式。前者是不可认识的，后者是可以认识的即可知的，特别是可以通过数学的结构来加以把握，前者是在理论变更中不断作出根本性的改变的，而后者是在理论变更中能持续下来的，表现出科学革命中的持续性和积累性。

　　（2）科学实在论的主要论证，最佳解释的推理和无奇迹论证仍然有效。因为科学理论的预言与成功主要是由理论所表达的结构做出来的，而有关这些理论所表达的结构的本体是可以被认识的，可以是近似地正确、近似地为真的。预言和经验与实验上的成功并非奇迹巧合，是有实在性基础的。科学理论的作用和意义，绝不只是“经验地恰当的”而是包括正确地或比较正确描述客观的结构。

　　（3）由于存在着后继理论比先前理论的积累性的（“cumulative”）或半积累性（quasi-cumulative）的进步，“悲观的元归纳论证”不能成立。但这只是在结构方面不能成立，在其他方面，例如在实体的实在性方面，结构实在论仍然持一种并不乐观的归纳态度，就他认为人们对于实体的认识是不可知的这一点来说，他对于人们的认识能力的确持一种悲观的态度。

　　

　　这个方程组完整无缺地保留于麦克斯韦的电磁场理论中，并且从麦克斯韦方程中可以将菲涅尔方程推出，新的观点对于旧的论证来说只是重新诠释了它的变量。菲涅尔将振动强度说成是以太粒子之间的振动最大距离，而麦克斯韦说这是电磁波的振幅的平方。从麦克斯韦观点看，菲涅尔对实体解释完全错了，根本没有什么以太粒子这东西，至于麦克斯韦的经典电磁场，后来又为量子力学的光子所代替。尽管科学对实体的认识像走马灯式的不停地转换，但他们的方程式及其表现出来的结构则是正确的、真的。它在理论的转折中和革命中持续下来，坚持下去，表现出科学发展的连续性，和科学本体的某种实在性，即结构实在性。至于不可观察的实体，科学能否得到有关它的真理，他确实持一种悲观的态度。所以沃勒尔认为，“结构实在论提供了一种‘综合’，将主要的先前的实在论论证，即无奇迹论证与反实在论的主要论证，即‘消极悲观的归纳’论证综合起来”[13]。

　　沃勒尔的主要功绩就在于他提出或重提了结构实在论，它在近20年的科学实在论与反实在论的论战中起到一石激起千重浪的作用，使这个争论返回科学哲学研究的主流，引发了一连串的有关科学本体论、科学实在论、数学哲学、物理学哲学的问题。而沃勒尔的结构实在论的主要问题，就是他在性质与关系，实体与结构间引进了非比即彼的二分法，又在二分法上引进了康德不可知论的精神。什么是实体及其性质？什么是实体之间的关系及其组成的结构呢？是不是以及为什么我们只能认识实体（或个体）之间的关系结构，特别是它们之间的数学结构，而不能认识实体及其内在性质呢？用可知与不可知的康德论题来划分实体与结构、性质与关系，尽管似乎有许多科学证据，但毕竟是令人很难想得通并适当加以安置的问题。尽管沃勒尔的论文没有正面提到康德主义，但结构主义学派中有一些直率的学者则明确谈到结构实在论是“康德物理主义”（Kantian Physicalism），法兰克·杰克逊（Frank Jackson）说：“我们对于世界的内部性质永不可知，我们能知道的只是它连带的因果关系”[14]。有关这个问题我们将在第四节中进行讨论。

　　三 认识的结构实在论和本体的结构实在论

　　认识的结构实在论（epistemic structural realism）主张人们不能认识客体、实体或个体及其内部性质，而只能认识它们之间的关系与结构。上节谈到的结构实在论的兴起所讨论的结构实在论主要就是认识的结构实在论这种形式。至于为什么人们只能认识客体之间的、特别是不可观察的客体之间的关系与结构而不能认识客体本身及其内在的性质呢？结构实在论者们除了从康德那里找到某种普遍的根据外，在20世纪的哲学中，他们从罗素那里找到最早的根据，这个根据如此深刻，无论赞成也好，反对也好，一直到现在还是一个哲学难题。罗素在1927年发表了他的《物的分析》（The Analysis of Matter）一书，提出了三条认识论原理：（1）自我困境原理：“我们只能进入我们的感知，获得感觉、知觉的知识，感知就是我们唯一的直接知识，而感知不能给予我们有关外部对象的直接知识。”[15]197 20世纪英国逻辑经验论者艾耶尔（Ayer,A.J.）后来称这原理为“自我中心的困境”（Egocentric Predicament）。（2）黑尔姆霍兹－韦尔原理（Helmholtz－Weyl Principle，简称为H－W）：不同的结果（即感觉）由不同的原因（外部刺激）引起。这个原理又称为依随性原理（Supervenient Principle）即感觉依随于它的原因，即外部刺激。（3）感觉与客观对象同构原理，感觉之间的关系与它们的非感觉的原因（对象）之间的关系是一一对应的，具有相同的逻辑——数学的结构。[15]252由这三条原理罗素得出结论：由感知的结构，我们可以“推知物理世界的结构，但不是物理世界的内部性质”[15]400。所以严格地说来，我们的认识至多只能认识到我们的感知世界与外部世界的同构对应关系，这是一种外部世界的二阶结构（一阶结构是外部世界实体之间的关系结构和感觉之间的关系结构。而实体结构与感知结构之间的同构关系应属于二阶结构）。我们主要是通过外部世界的二阶结构即实体的数学结构（或称为抽象结构）来认识实体之间的具体的物理结构的。这就是我们不能认识实体的内在性质而只能认识物理世界的结构的一个认识论根源，所以叫作认识的结构主义。当然这个论证还有不少问题。他的刺激感应的认识观，忽略了认识主体的建构作用，不过这还没有完全影响到主客观之间某种同构或同态（部分同构）的关系，只是附加了一些限制条件，并且罗素在这里特别强调的数学在认识物理结构中的作用，倒还是耐人寻味的。它可以用下列图式来表示：

　　

　　图1 罗素的认识结构实在论

　　这个认识具体物理结构的过程是：（1）研究感知或观察结构所具有一定的关系模式。（2）由此我们能够通过溯因推理，包括最佳解释的推理，从观察结构中抽象出了一个抽象结构或数学结构，它就是观察结构与物理结构共有的同构关系类（the same isomorphism class）。（3）诉诸于H－W原理等认识论三原理，从同构关系类中推出具体物理结构，它是已具有某种物理意义的方程组等等。

　　对认识的结构实在论的另一个论证是兰姆西的论证。兰姆西（Frank Plumpton Ramsey 1903－1930）是20世纪初英国剑桥的一位年轻的哲学家和逻辑学家，1930年逝世时只有26岁。但科学哲学家卡尔纳普重新发现他的一篇题为《理论》的论文的价值（该论文作为他的《数学基础》遗著中的一篇论文出版）。卡尔纳普在《科学哲学导论》（1966）一书第26章中，用了整章的篇幅加以介绍。[16]所谓兰姆西语句的原意，是要研究一个理论的理论词所指称的实在性问题。兰姆西使用了下列的方法：

　　第一步，将任何一个理论写成逻辑表达式：

　　

　　兰姆西语句的特点是具有原来表述理论的语句的全部解释功能和预言功能，但却不出现理论词，因而不存在有关“原子”“质量”之类的理论词指称了什么这样的本体论状态问题，即世界有那一些实体的性质与它相对应等问题。但是在兰姆西语句中理论实体本身没有被排除，只是我们不知道它的内部性质，但它存在着，即（），（读作存在着一个可代换理论词的谓词变量）并处于一定的关系中，但要说明它，要借助于在理论T中的结构关系。因为兰姆西语句只留下了观察语言和结构描述。这样它就以量词、谓词变量、观察内容等复杂的被数学扩展了的观察语言来描述说明理论实体，不是对理论实体的内在性质进行描述，而是对它的关系结构进行描述。这就是卡尔纳普和沃勒尔等人运用兰姆西语句对认识的结构实在论的一种论证和支持。它的思路和要表达的东西与罗素论证如出一辙，只是表达方式不同。

　　结构实在论的第二种形式是本体结构实在论（Ontic Structural Realism，简称OSR）。有一些结构实在论者从更加激进的观点来看待问题，首创者为雷蒂蔓（James Ladyman,1988）和法兰克（Steven French,1998）。他们认为我们不仅要从认识论看待结构实在论，而且要从本体论的立场看待结构实在论，既然在科学的变迁和理论更替中，只有结构持续下来，并发生积累的进步。我们知道的只是结构，而不是事物的自身。所以从本体论来看，我们应该放弃那些对事物、实体及其内在性质的承诺，而主张结构是根本性的、第一位的。世界上只有结构真实存在，实体不过是结构关系的“纽结”和“交叉点”是可以还原为结构的东西。所以“客体就是结构”“客体必须概念化为结构”。[17]

　　法兰克和雷蒂蔓根据康德和新康德主义者卡西尔（Ernst Cassirer）的论证进一步指出，“电子是什么？它不是一个个体的对象客体。如果我们根据日常的语言（因为目前还没有关系逻辑的资源）来谈论电子客体，则这个谈论只能是‘间接的’。不是将它看作被给予的个体或客体自身，而是将它描写成一定关系的交叉点（points of intersection）。我们所知道的一切仅仅是关系……其中有某些关系自我保存下来并具有持久性（self-subsistent and permanent），因而我们称之为客体。”[18]39 OSR的创始人明白要将实体（或客体）与关系的地位颠倒过来，即将关系看作比实体（关系者）更根本的东西，关系是第一位的并在某种意义上先于并决定实体的存在，这个论题是OSR能否成立的关键论题。法兰克和雷蒂蔓等人为此运用了两个主要论证：逻辑论证和量子物理论证。首先我们来看他们的逻辑论证。法兰克和雷蒂蔓发现，结构主义受到现代逻辑和集合论的伤害。因为这些理论用变量来保留了个体客体的经典框架。它们的变量是个体变元，它是谓词的主语和谓词变量的值域的元素，所以从现代逻辑和集合论的观点看，个体客体或个体实体是占第一位的。函数必须有个值域，实体就在值域中，谓词必须有个主词，它就是客体。连奎因这样的大逻辑学家也据此谈论“存在就是约束变量的值”。法兰克和雷蒂蔓想到的解决方案是，在比较适当的结构主义形而上学的逻辑形式建立起来之前，可以利用现代逻辑和集合论做这样的“插入进路（spatchcock approach）”：将表达实体的逻辑变元或逻辑常项当作“占空位”（Placeholder，直译为位置标志或占位符，相当于社会学中某种未定位的角色）。“这个占位符允许我们定义和描述这样的相关关系，它承担了全部本体论的份量”。[18]41我现在联系到系统科学对“插入进路”作如下的解释：如果一元谓词去掉变元就表现为P（），多元谓词即关系去掉个体变元就成为R（，，）。这就是所谓占位符，可以先有谓词与关系，在它的约束下，再来确定个体实体，就像先有空着的总统职位，然后按它的职责要求去选举总统一样。这样实体就被定义为关系的函数。

　　。

　　对于这个本体结构实在论的观点，法兰克、雷蒂蔓等人从现代物理学中，特别是量子物理学找到了支持。大家知道，传统的形而上学或本体论自亚里士多德以来主流的观点认为，存在，主要是个体事物的存在。逻辑经验论拒斥形而上学失败之后，后逻辑经验论的第一本形而上学专著就是斯特朗逊的《个体——论描述形而上学》。[19]但是量子物理学说明，在微观世界中“个体性”成了问题。当然在经典物理学中，同类的基本粒子，在个体性质（静质量，电荷，自旋等）上是不可区分的，不过相对于时空坐标来说，它是可以区分的。这就是说，只有在这种时空点上的个体性才能存在。但是从量子力学的观点看，两个基本粒子能不能在两种状态上进行区分呢？请看它们的排列组合：

　　（1）粒子a与粒子b处于状态A。

　　（2）粒子a与b处于状态B。

　　（3）粒子a处于状态A，粒子b处于状态B。

　　（4）粒子a处于状态B，粒子b处于状态A。

　　经典物理学将1／4概率分配给每一个状态分布的可能性，这就是麦克斯韦-玻尔兹曼的统计分布。但是量子力学却认为（3）与（4）是不可分辨的。所以只有三种可能的分布（a，b都处于A；a，b都处于B；a，b处于不同状态）。这就是a，b在个体性上的著名的不可分辨假说，即在基本粒子中不存在着明确的个体性。既然基本粒子没有明确的个体性，因而就不可承诺谁是关系的承载者，于是只有关系真正存在着。雷蒂蔓称自己的这种观点为排除主义即“世界上只存在结构，不存在个体”。对于这种没有关系者的关系，雷蒂蔓辩护说，首先对于现象世界用内容的一部分来把握并不恰当，“形式的性质”独立于作为“例示的内容”，关系重于实体属性，因此在进一步对形式关系进行分析时必须丢弃关系者，可以发展出一种无个体的对象的一阶非经典逻辑，其中如下的同一律不成立，即（x）（x＝x′）或（x）（x≠x′）不成立。其次，我们要注意量子世界的特点：存在着一种关系或关系的事实，它们并不依随于（supervene on）它们的关系者的内在的关系和时空的性质，而取决于量子的缠结。这就与传统形而上学有根本的区别，传统形而上学包括亚里士多德的和休谟的物质论以及莱布尼兹的单子论都认为，结构是由个体及其内部性质组成，所有的关系结构都依随于它，可是量子缠结和EPR的实验否定了这种依随观和还原论，而认为“如果存在着内部性质这种第二性质，则它应由关系的性质加以推出”[1]sec.4。

　　四 结构实在论的贡献与问题

　　结构实在论，它在历史上源远流长，在现代物理学和其他科学中根深蒂固。从近代科学的发展来看，尽管伽利略说出了它的至理名言：要阅读自然界这本书，自然界的书是用数学的语言写成的。但是在运用数学方法研究科学方面，牛顿在力学上甚至后来麦克斯韦在电磁学上，都表现出诚惶诚恐，生怕自己走上了数学神秘主义立场，所以他们力图在数学方法与经验研究上保持一定的张力，用范·弗拉森的话说，他们力图在“具体化论证”和“结构主义”两极之间来回振动。但随着的科学概念的困难和科学中不断增长的数学特征和数学应用，到了19世纪末“新的一代物理学家将以前貌似缺点的东西看作是一种光荣”[20]。从数学神秘主义走向数学万能论便成为结构主义在科学中涌现的又一个认识论根源。于是科学家和科学哲学家们将它建构成各种不同版本的结构实在论，它一直可以追溯到柏拉图、毕达哥拉斯，特别是后来的康德以及现代的彭加勒、迪昂、罗素、卡尔纳普、怀特海。至于现代所有著名的科学哲学家几乎无一不谈结构主义或结构实在论。特别是现代结构实在论者将他们的研究扩展到现代物理学、现代数学和现代系统科学时，便在科学中特别在量子力学和量子场论中找到自己的巩固基础。

　　结构实在论的主要贡献就在于它在科学实在论与反实在论的论战的近十多年的僵局中闯出了一条新道路：既保留了科学实在论的无奇迹论证的论题，承认科学有逼近真理，正确反映世界（的结构）因而科学变迁有连续性进步的本质特征，又支持了反实在论关于世界在某些方面的不可知的论述，承认科学在描述不可观察的实体及其机制方面是根本地非连续的，从而支持了“悲观的元归纳”主张。这样在科学哲学的逻辑分析学派与文化历史学派之间的旷日持久的争论中，他们断然走上了一条中间道路，既承认逻辑分析学派的积累进步观和适当的还原主义又承认在理论实体层次上不同范式之间的不可通约性。应该说结构实在论立论是新颖的，论证是严谨的并有长时间的哲学历史发展的渊源和最新自然科学的根据，因此，它就大大推动了数学哲学、物理科学哲学、系统科学哲学和一般科学哲学的发展。

　　但是我们也应看到结构实在论，无论是那一个版本的结构实在论都存在着相当大的问题和困难，这些问题与困难我认为可以粗略地表述如下：

　　（1）关于实体（性质）与结构（关系）的二分法问题。实体及其内在性质，结构及形成结构的相互关系本来是一对范畴，是不能截然分开的。结构实在论给它们以一种本体论和认识论的根本区别。对ESR来说，关系结构是可知的，而实体是不可知的。但如果结构是由实体组成的，是实体之间相互作用、相互联系的结果，如果实体不可知，则对于结构是怎样形成的，是怎样发挥作用的也就不可知。这样不可知的实体便对结构的可知性和结构知识的可靠性形成极大的约束和限制。例如，实体之间有许多关系，不可能只有唯一一组关系组成结构，不知实体，只有抽象的可能性，我们怎样决定那一组关系结构为真呢？反过来说，知道实体之间的关系与结构虽然不能唯一地推出实体的“性质描述”，但它却会为实体及其内在性质提供了许多信息。“a是b的母亲”这种关系，可以推出a是女性的，并且是为人父母。电子与电子之间以及与其他基本粒子之间的关系，可以推出电子的许多内在性质，如具有负电荷，有质量等等。追查一个罪犯就是通过各种关系将他缉拿归案，验明正身的，怎样会是关系可知，关系者不可知呢？对于OSR，即本体结构实在论，它不存在这个问题，因为它认为世界上根本就没有实体，只有结构；没有关系者只有关系成立。但没有关系者的关系是什么？没有情人甚至没有个人存在的恋爱关系又是什么？这是很难想象的。如果关系与结构独立于实体、个体及其性质而存在，我们甚至不能谈论关系与结构、同构或同态。所以如何解决实体（它由实体的内在性质来定义）与关系的截然二分是结构实在论尚待解决的一个问题。我认为，解决这个问题的方向是以某种方式从本体论上召回实体，并研究对实体的认知途径。不过这样的结构实在论就转变为实体的结构实在论了。波士顿大学的曹天予教授正在进行这个工作，不过他的哲学论证工作还比较单薄，而且未受到足够的重视和正面的讨论。

　　（2）理论范式转换中的持续性与非持续性问题。

　　首先，在结构实在论的讨论中，有人质疑理论范式转换中微分方程保持不变的菲涅尔－麦克斯韦案例的典型性。我个人认为，理论转变中，某种数学结构及其某种物理意义保持不变是相当普遍的。比如，热力学中卡诺循环引出热力学第二定律，最初用热质说来解释，后来又用分子运动论从有序到自发无序进行解释；甚至牛顿力学可以作为特例用相对论力学在v＜＜c的条件下进行解释，牛顿力学方程也在理论范式转变中持续下来等等。这些都说明菲涅尔－麦克斯韦案例有普遍性。不过值得注意的是，结构实在论只承认结构，特别是数学结构在理论变迁中有持续性，而不承认理论所描述的实体本身在理论变迁中有持续性这仍然是一个问题。除结构外，某些非结构的理论内容也可能保持下来。例如，粒子的内部性质，它的质量，平均寿命，同位旋，自旋，电荷，宇称可能在理论范式的转变中保持下来；门捷列夫周期表中各种化学元素作为实体及其性质，它们的酸碱性质、价健性质、活性和稳定性质可能在它的不同解释的范式转换中（如经典解释转变为玻尔半经典的外层电子的轨道解释以及再转变为量子力学，例如电子云与量子场的解释中）也会保持下来。我个人的理解是：虽然在理论转变中，有相当大量的例子说明结构性质会保持持续性；而相对说来，实体的描述，不可观察理论实体的说明更多地具有非持续的特征。但这似乎不能一概而论。问题的实质在于在理论的转变中，在范式的变换中应该划分为两个部分。一个部分是具有持续性的部分（无论实体内在性质还是关系的结构性质，也无论是物理内容的性质还是数学形式的性质），另一部分具有非持续性的部分。这和库恩晚年对不可通约性作出“局部不可通约性”（Local Incommensurability）即“局部可通约性”的解释是一致的。这种划分对于保持沃勒尔结构实在论的优点，即同时承认“无奇迹论证”和“悲观元归纳论证”具有同样的效果。

　　（3）关于现象世界（感知的世界）与物理世界（刺激的世界）的同构关系问题。科学哲学家史洛西（Stathis Psillos,2001）和丹诺普劳斯（Demopoulos,William,1985）质疑罗素的同构实在论。[21-22]他认为，第一，罗素只是粗略地说了具体现象世界的结构与具体物理世界的结构（引起人们感觉的外部刺激）一一对应。即某种感觉有某种外部刺激与之相对应这是同构的。但是反向的H－W原理就很难成立。即同一刺激在不同的时间、不同的情景下会产生不同的感觉，这就不是同构的。第二，即使反向的H－W原理成立，感觉只能与感觉到的物理世界相对应，必定有许多未曾感觉到的物理结构的元素与关系存在，它们是“额外的结构”。因此严格来说具体的感知结构与相应的物理系统的结构、现象与不可观察的世界“并非同构关系而是嵌入的关系”[21]S15。即感知世界嵌入物理世界之中。而没有这种同构关系，从本文图1中可以看出，结构实在论者不能推出（infer）物质世界的结构。而若排除“额外结构”来建立同构关系并补充上主观建构出“额外结构”，则向“唯心主义让步太多”。对罗素同构实在论的这个质疑虽然是罗素同构实在论面临困境，但也不是不可以通过改进罗素的结构实在论来认识客观的物理结构。我个人认为现象世界的结构与物理世界的结构之间的关系，可以是同构的关系，也可以是同态对应的关系。同态对应关系既容纳了非反向的H－W原理，又容纳了“额外结构”，并且容纳了某种程度的主观建构，因为客观实在论并不是通过一一对应而给予人们的，而是人们重构的。这正是打破罗素同构实在论的机械唯物论因素和刺激——反映的行为主义因素，这就需要建构同态实在论来替代罗素同构实在论。我们的认识论不是客观对象的反映论者，也不是主观概念的完全建构论者，我们是同态实在论和同态建构论者。

　　以上几点，可以作为我们进一步研究结构实在论、批评结构实在论或发展结构实在论的参考。

　　［收稿日期］2009－06－29

作者介绍：张华夏，中山大学哲学系，广州 510275 张华夏（1932－），男，广东广州人，教授，研究方向为科学哲学、系统科学哲学、道德哲学。