《科學理解的方法論 01》

二 科學理解的方法論

亞裏士多德在他的自然哲學裏承認知識來自於感知和經驗，但他並不強調實踐，而是側重於邏輯演繹對於建立科學知識的功能。培根卻認為邏輯演繹不能產生新的知識。新的知識必須依靠歸納法。而歸納法無法窮盡所有的事物和個例，這樣使得新的知識不可靠。卡爾納普調和了兩者。他認為新的知識來源於歸納法，而知識又要經過邏輯演繹的驗證和清理。科學知識和理解就是在這樣的循環過程中增長。事實上，哲學思辯對新的知識產生是必不可少的。下麵，我就二千年來人類對太陽係的理解過程進行闡述。

在亞裏士多德時代，希臘人已經知道地球是圓的。當遠處的船駛向岸邊時，希臘人先是看到船帆，然後才是船體，認定地麵不是平的，是彎曲的。類比於太陽和月亮，希臘人猜測地球也是圓的。希臘人認為球形是最完美的形體，是天體應該具備的。當然我們現在知道地球隻是一個近似的球體。它的兩極的距離略微短於赤道的直徑。另外，通過對月亮盈虧月相的細心觀察，巴門尼德發現月亮光亮的一麵總是向著太陽。希臘人推斷出月相的變化是因為太陽光的照射，也理解了月食和日食的機理。月食是因為地球遮掃了太陽投射到月亮的光。在月食過程裏觀察暗影的形狀，希臘人證實了地球是圓的，並且能估算出地球與月亮大小的比例。再後來，希臘人在同一個的晌午，測量出分隔兩地的立杆在太陽光下投影的長度，從而推算出地球的半徑。

由此，希臘人可以得出月球的大小。又通到月球視角的測量，得出月球離地球的距離。希臘人阿利斯塔克較亞裏士多德晚一些。他的一個極富有創造性也非常精細的觀察是，在月亮處在半月月相的時候，在地麵上觀測的月亮和太陽的夾角是略小於直角的87度。通過三角關係，太陽到地球的距離就可以推算出來。又通過太陽的視角，算出太陽的大小。有意思的是，太陽的視角和月亮的視角很接近，所以我們可以看到日全食和日環食。就這樣，阿利斯塔克將日月地三體係統的大小和距離完全確定下來。我不禁佩服他這一整套利用觀測，推理，和幾何知識來完成科學認識的過程。另外，當時的希臘主流文化仍然相信眾神是世間萬物的主宰。科學的研究需要洞察力和勇氣。其實在當今的現代也是如此。我們應該如何突破固有的觀念和社會的影響。

每天太陽早上從東方升起，晚上在西方沉落。這是人人皆知的常識。具體來說，太陽每天在天空從東往西運行。更多的觀察告訴我們，月亮，還有所有的星星，也是朝同一方向由東往西運行。阿利斯塔克得出一個結論，地球在自轉。在這裏，有兩種可能的合理的解釋：一是地球靜止，太陽，月亮和所有的星星繞著地球轉；二是地球自轉，而太陽，月亮和所有的星星處於靜止狀態。很明顯，第二次解釋更加簡單，更讓人覺得是真的。這就是哲學思辯中的簡單性原理。直覺上，讓所有物體運動遠不如讓一個物體運動簡單。如果第一種說法是真的，我們還需要解釋為什麽所有的星體都朝同一個方向轉動。這不是一件容易的事。而阿利斯塔克能得到第二種更簡單更真實的解釋是因為他們已經知道地球是圓的。當我們不知道地球的形狀時就無法確定地球的運動。事實上，亞裏士多德的以及以後托勒密的地心說都沒有引入地球自轉的概念。當時的基本認識是地界的物體運動規律不同於天界的星體。如果地球是轉動的，物體將不可能靜止停留在原地。這種天地之別的觀念直到伽利略和牛頓才被打破。

除了由地球自轉帶來的運動，絕對多數的星星是相對靜止不動的。人們依然可以觀察到太陽相對這些作為背景的星星的從西往東的緩慢移動。沿著太陽的軌道人們可以標定出黃道十二宮，安排了十二星座為太陽運行和地球自轉定位。太陽繞行一周就是一年，和地麵上的日晷影跡變化周期一致。希臘人通過星宿的高低位置變化已經認識到地球的自轉軸偏離黃道平麵23度，但是沒能將它和四季更替現象聯係起來。除了太陽，還有幾顆星星會移動，希臘人把它們稱作行星，有水星，金星，火星，木星和土星。金星是其中最亮的一顆。它每天伴著太陽東升，叫啟明星，又伴著太陽西落，叫長庚星。
 

--寫於2022年6月20日（圖片來自網絡）