《科学理解的方法论 01》

二 科学理解的方法论

亚里士多德在他的自然哲学里承认知识来自于感知和经验，但他并不强调实践，而是侧重于逻辑演绎对于建立科学知识的功能。培根却认为逻辑演绎不能产生新的知识。新的知识必须依靠归纳法。而归纳法无法穷尽所有的事物和个例，这样使得新的知识不可靠。卡尔纳普调和了两者。他认为新的知识来源于归纳法，而知识又要经过逻辑演绎的验证和清理。科学知识和理解就是在这样的循环过程中增长。事实上，哲学思辩对新的知识产生是必不可少的。下面，我就二千年来人类对太阳系的理解过程进行阐述。

在亚里士多德时代，希腊人已经知道地球是圆的。当远处的船驶向岸边时，希腊人先是看到船帆，然后才是船体，认定地面不是平的，是弯曲的。类比于太阳和月亮，希腊人猜测地球也是圆的。希腊人认为球形是最完美的形体，是天体应该具备的。当然我们现在知道地球只是一个近似的球体。它的两极的距离略微短于赤道的直径。另外，通过对月亮盈亏月相的细心观察，巴门尼德发现月亮光亮的一面总是向着太阳。希腊人推断出月相的变化是因为太阳光的照射，也理解了月食和日食的机理。月食是因为地球遮扫了太阳投射到月亮的光。在月食过程里观察暗影的形状，希腊人证实了地球是圆的，并且能估算出地球与月亮大小的比例。再后来，希腊人在同一个的晌午，测量出分隔两地的立杆在太阳光下投影的长度，从而推算出地球的半径。

由此，希腊人可以得出月球的大小。又通到月球视角的测量，得出月球离地球的距离。希腊人阿利斯塔克较亚里士多德晚一些。他的一个极富有创造性也非常精细的观察是，在月亮处在半月月相的时候，在地面上观测的月亮和太阳的夹角是略小于直角的87度。通过三角关系，太阳到地球的距离就可以推算出来。又通过太阳的视角，算出太阳的大小。有意思的是，太阳的视角和月亮的视角很接近，所以我们可以看到日全食和日环食。就这样，阿利斯塔克将日月地三体系统的大小和距离完全确定下来。我不禁佩服他这一整套利用观测，推理，和几何知识来完成科学认识的过程。另外，当时的希腊主流文化仍然相信众神是世间万物的主宰。科学的研究需要洞察力和勇气。其实在当今的现代也是如此。我们应该如何突破固有的观念和社会的影响。

每天太阳早上从东方升起，晚上在西方沉落。这是人人皆知的常识。具体来说，太阳每天在天空从东往西运行。更多的观察告诉我们，月亮，还有所有的星星，也是朝同一方向由东往西运行。阿利斯塔克得出一个结论，地球在自转。在这里，有两种可能的合理的解释：一是地球静止，太阳，月亮和所有的星星绕着地球转；二是地球自转，而太阳，月亮和所有的星星处于静止状态。很明显，第二次解释更加简单，更让人觉得是真的。这就是哲学思辩中的简单性原理。直觉上，让所有物体运动远不如让一个物体运动简单。如果第一种说法是真的，我们还需要解释为什么所有的星体都朝同一个方向转动。这不是一件容易的事。而阿利斯塔克能得到第二种更简单更真实的解释是因为他们已经知道地球是圆的。当我们不知道地球的形状时就无法确定地球的运动。事实上，亚里士多德的以及以后托勒密的地心说都没有引入地球自转的概念。当时的基本认识是地界的物体运动规律不同于天界的星体。如果地球是转动的，物体将不可能静止停留在原地。这种天地之别的观念直到伽利略和牛顿才被打破。

除了由地球自转带来的运动，绝对多数的星星是相对静止不动的。人们依然可以观察到太阳相对这些作为背景的星星的从西往东的缓慢移动。沿着太阳的轨道人们可以标定出黄道十二宫，安排了十二星座为太阳运行和地球自转定位。太阳绕行一周就是一年，和地面上的日晷影迹变化周期一致。希腊人通过星宿的高低位置变化已经认识到地球的自转轴偏离黄道平面23度，但是没能将它和四季更替现象联系起来。除了太阳，还有几颗星星会移动，希腊人把它们称作行星，有水星，金星，火星，木星和土星。金星是其中最亮的一颗。它每天伴着太阳东升，叫启明星，又伴着太阳西落，叫长庚星。
 

--写于2022年6月20日（图片来自网络）