科學發現有規律可循嗎？

(原文圖11)科學發現的心理邏輯模型(蔡曙山，2013)

　　科學發現有無規律可循?這一直是一個令科學家著迷和不斷進行研究探索的重大問題。最近一項研究提出，科學發現的重要方法包括溯因方法、歸納方法、類比和隱喻方法，這3 類方法在科學發現中被用來尋找和提出假說;而演繹推理則用來驗證假說。研究指出，在人類認知活動中，所有邏輯過程同時也是心理過程，因此，所有邏輯都是心理邏輯。研究者建立了包括溯因、類比、歸納3 個并行通道和演繹的1 個串行通道的科學發現的心理邏輯模型。該模型是基于認知科學理解的綜合模型，較之已有的任何同類模型都更為先進，對經典的科學發現也有更強的解釋力。根據此模型，作者對與科學發現有關的一些重要問題進行討論，并得出一些有意義的結論。

　　該研究成果發表于《科學通報》2013年12月58卷34期，由清華大學心理學系教授、清華大學心理學與認知科學研究中心主任蔡曙山獨立完成。

　　因果性是事件或對象的恒常關系在人們頭腦里的反映。科學發現就是尋找事物或現象之間的因果關系及其規律的人類認知活動。隨著當代認知科學的發展，人們逐步從腦與神經科學的層面認識了腦與因果性和因果推理的關系。可以認為, 因果性是人類在進化中形成的對外部信息進行加工時腦和神經系統的一種重要的聯結方式。

　　大腦的因果關系信息加工分為兩種基本的方式，從因及果和由果溯因，前者包括演繹推理(deduction)，皮爾士(C. S.Peirce)稱這類推理為“解釋前提”(explicative)的推理。由果溯因的推理叫溯因推理(abduction)，它是探求因果性和科學發現的最重要的方法。皮爾士將溯因推理和從有限樣本的屬性推出整體屬性的歸納推理(induction)合稱為“擴展前提”的(ampliative)推理。此外，還有一類皮爾士未納入其推理體系而在當今認知科學中受到青睞的類比推理(analogy)。

　　研究者認為，科學發現所使用的邏輯方法主要是溯因、類比和歸納，演繹不能用于科學發現，但卻是驗證科學假說的重要方法。

　　古希臘亞里士多德、歐幾里得對演繹推理進行研究，分別建立歷史上第一個邏輯公理系統和幾何公理系統，在西方乃至整個人類科學史、思想史和文化史上留下深遠的影響。蘇格拉底和柏拉圖則已經在其教育實踐中使用了溯因推理。類比推理是中國人和東方人擅長的推理方式，過去不受重視甚至被貶低，但在認知科學建立后，成為人類認知的重要方法。

　　該研究取得的進展和主要的理論貢獻是：

　　第一，提出人類心智的邏輯過程同時也是心理過程，因此，所有邏輯都是心理邏輯。逐一分析演繹推理、歸納推理、溯因推理和類比推理的心理邏輯特征。這樣一來，從弗雷格(G. Frege)開始一個多世紀以來邏輯學與心理學相互隔絕的局面就結束了。

　　第二，建立認知邏輯的學科框架。研究者將認知科學的學科框架映射到現代邏輯的背景之中，得到認知邏輯(cognitive logic)的學科框架。在這個框架中，我們有哲學邏輯、心理邏輯、語言邏輯、人工智能的邏輯、文化與進化的邏輯以及神經系統的邏輯。認知邏輯是對現代邏輯的“重新洗牌”，適應于認知科學背景下邏輯學的發展。

　　第三，將心理邏輯安放在認知邏輯的合理框架內，心理邏輯取得了合理存在的理由。心理邏輯有以下特征：心理邏輯以心理要素為自變量，以邏輯要素為因變量;心理邏輯是邏輯學，心理邏輯是心理因素的邏輯函數;邏輯思維或邏輯推理受心理因素的影響。

　　第四，在心理邏輯的思想主導下，將科學發現看作一個心理邏輯過程，而不是一個孤立的理性過程和邏輯推理過程，也不是一個孤立的經驗過程和心理直覺過程。在此基礎上，作者建立科學發現的心理邏輯模型。這個模型包括由溯因推理、歸納推理和類比推理組成的并行通道和它們與演繹推理組成的串行通道。人類思維和科學發現的心理邏輯特征充分體現在這個模型之中。(見圖1)

　　第五，使用這個模型，較好地說明和解釋了科學史上的很多著名的理論和發現，如大陸漂移和板塊結構理論、大爆炸宇宙論、培根機器的定理證明等等。

　　第六，其他一些思想觀點。演繹與溯因是密切相關而又互逆的思維過程。例如，定理的求證是由果溯因，使用溯因推理;定理的證明是由因及果，使用演繹推理。

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