1
物理学理论的目的与结构
1.7.5.2 恰当地讲,物理学定律既不为真也不为假,而是近似的
恰当地讲,物理学定律既不为真也不为假,而是近似的

常识定律只是普遍的判断;这种判断或为真或为假。例如,以日常观察揭示的定律为例:在巴黎,太阳每天在东方出来,上升到天空,然后下落并沉入西方。在这里,你拥有一个真实的定律,而无先决条件或限制。另一方面,再举这一陈述,月亮总是满月。这是一个假定律。如果询问常识定律的真理,我们能够用是或否回答这个问题。

对于达到充分成熟的物理科学以数学命题陈述的定律来说,情况并非如此;这样的定律总是符号的。现在,恰当地讲,符号既不为真也不为假;它宁可说是或多或少充分地选择用来代替它所描述的实在的某种东西,而且它确实以或多或少精确的、或多或少详尽的方式描绘那个实在。但是,在把词汇“真理”和“谬误”用于符号时,则不再有任何意义了;关心词汇的严格意义的逻辑学家将如此回答任何询问物理学是真还是假的人:“我不理解你的问题。”让我们评论一下这一回答——它看来好像是自相矛盾的,但是对于任何自称了解物理学是什么的人来说,理解它则是必要的。

实验方法在物理学中实际运用时,并非产生与唯一一个符号判断对应的给定事实,而是产生与无数不同的符号判断对应的给定事实;符号不确定性的程度是所述实验的近似程度。让我们列举一连串的类似事实;发现这些事实的定律,对物理学家来说意味着发现包含这些事实中每一个的符号描述的公式。与每一个事实对应的符号的非决定性承担把这些符号结合起来的公式的非决定性;我们能够使无限不同的公式或相异的物理学定律对应于相同的事实群。为了使这些定律中的每一个被接受,应该对应于每一个事实的不是这个事实的(the)符号,而是在数目上无限的、能够描述这个事实的符号中的某一个;这就是当物理学定律被说成仅仅是近似的时所意指的东西。

例如,让我们想象,我们不愿满足于常识定律提供的信息:太阳每天在巴黎从东方出来,爬上天空,下降,沉入西方;为了有一个从巴黎看到的太阳运动的精确定律,一个向巴黎的观察者指明太阳在每一时刻在天空所处位置的定律,我们才致力于物理科学。为了解决这个问题,物理学家将不利用感觉到的实在,说太阳像我们看到的那样正在天空照耀,而是将使用理论借以描述这些实在的符号:实在的太阳不管其表面不规则,不管它有许多隆起,它都将在他们的理论中用几何上完美的圆球代替,它将处在这个理想球体的中心位置,这一点才是这些理论将力求决定的;或者恰当地讲,如果天文学折射不使光线偏离,如果周年光行差不更改天体的表观位置,那么它们将力求决定这个点所占据的位置。因此,正是符号,被用来代替向我们观察提供的唯一可感觉的实在,代替我们的透镜可以观测的闪耀的圆盘。为了使符号对应于实在,我们必须得到复杂的仪器,我们必须使太阳的边缘与用测微计装备的透镜的十字线重合,我们必须在圆度盘上刻画许多读数,并使这些读数经受各种矫正;我们还必须展开冗长的和复杂的运算,而运算的合法性依赖于所承认的理论,依赖于光行差理论和大气折射理论。

在符号上称为太阳的中心的点,还不是由我们的公式获取的;公式只告诉我们这个点的坐标,例如黄经和黄纬,在不了解宇宙结构学定律的情况下不能理解坐标的意义。除非借助一组预备的决定——位置子午线、它的地面坐标等的决定,否则就无法赋予你用你的手指指出的或望远镜能够观测的天空中的一点以坐标值。

现在,假定已经做出对光行差和折射的矫正,我们不能够使太阳中心的单一的黄经值和单一的黄纬值对应于太阳圆盘的确定的位置吗?确实不能。用来观测太阳的仪器的光学功能是有限的;要求我们仪器的各种操作和读数具有有限的灵敏度。设太阳圆盘处在这样一个位置,它距下一个位置的距离足够小,我们将不能察觉其偏离。在承认我们不能以大于1′的精确性知道天球上一个固定点的坐标的情况下,为了决定太阳在给定时刻的位置,知道近似于1′的太阳中心的黄经和黄纬将足够了。因此,为了描述太阳的路径,不管它在每一时刻仅占据一个位置的事实,我们将能够针对每一时刻给予黄经不只一个值,而给予黄纬仅仅一个值,但是针对每一时刻却给予无数值,除非对于给定时刻而言,两个可接受的黄经值或两个可接受的黄纬值之差将不大于1′。

我们现在着手寻找太阳运动的定律,也就是说,寻找容许我们分别计算在一个周期的每一时刻太阳中心的黄经和黄纬各自的值的两个公式。为了把黄经的路径描述为时间的函数,我们将能够不采用单一的公式,而采用无限不同的公式,倘若对于给定的时刻所有这些公式给予我们的黄经值之差小于1′,这难道不是显而易见的吗?对于黄纬来说,相同的情况难道不是显而易见的吗?于是,我们将能够用无限不同的定律同样充分地描述我们关于太阳路径的观察;这些不同的定律将用代数认为是不相容的方程来表达,若这样的方程之一被证实,则其他的不能被证实。它们每一个将在天球上勾勒不同的曲线,说同一点在同一时间描述这样两个曲线会是荒谬的;然而,对于物理学家来说,所有这些定律同样都是可以接受的,因为这一切定律以比能够用仪器观察到的更准确的近似决定太阳的位置。物理学家没有权利说,这些定律的一些为真而排斥其他的。

毋庸置疑,物理学家有权利在这些定律之间做出选择,他一般地将选择;但是,指导他的选择的动机将不具有相同的类型,或者将不像迫使他宁要真理而不要谬误的迫切需要那样被强加。

他将选择某一公式,因为它比其他公式更简单;我们心智的脆弱强使我们把巨大的重要性放在这类考虑上。有一个时期,物理学家设想造物主的理智也染上同样的衰弱,这些自然定律的简单性作为一种无可争辩的教条被强加,以这个教条的名义任何表达太复杂的代数方程的实验定律都受到排斥,简单性似乎把超越于提供定律的实验方法的那些确定性和范围授予定律。这正是拉普拉斯在谈到惠更斯发现的双折射定律时所说的:“直到现在,这个定律只是观察的结果,是在最精密的实验隶属的误差限度内的近似的真理。现在,它依赖的作用的规律的简单性应该使我们认为它是严格的定律。” [29] 那个时代不再存在了。我们不再受简单的公式施加在我们身上的魔力的愚弄了;我们不再把那种魔力看做是较大确定性的证据了。

当一个定律来自物理学家认可的理论时,他就特别偏爱它而不是另外的定律;例如,他将需要万有引力理论,以决定他在所有能够描述太阳运动的公式中应该偏爱哪一些公式。但是,物理学理论仅仅是分类和汇集实验所隶属的近似定律的工具;因此,理论不能更改这些实验定律的本性,不能授予它们以绝对真理。

于是,每一个物理学定律都是近似的定律。因而,对于严格的逻辑学家来说,它既不为真也不为假;任何以相同的近似描述相同实验的其他定律,也可以像第一个定律那样,有权要求真定律的头衔,或者更精确地讲,有权要求可接受的定律的头衔。