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摘要：狹義的科學哲學主要討論一般科學方法論，科學方法論中最為基礎的問題是科學理論的結構問題，繼邏輯經驗主義關于理論結構的“公認觀點”之后，又出現過語義學的理論觀、結構主義的理論觀和科學理論的模型觀，這種發展趨勢，從語言哲學的觀點看，有一種從語形學到語義學和語用學轉向的趨勢(因為自然化認識論更多的要涉及到研究者)；從具體方法上看，“公認觀點”強調科學理論是由命題集組成，而語義學的理論觀和結構主義的理論觀則強調科學理論是由數學結構組成，科學理論的模型觀最終是強調數學建模，也試圖直接以其中數學為其研究的主要內容。規范場論的理論結構明顯地比它之前的科學理論更好地體現了科學理論的結構觀的這種發展趨勢，甚至進一步促使人們認為，分析科學理論的結構最好直接分析科學理論中的數學。

關鍵詞：規范場論理論結構數學結構

正如江天驥先生總結的，“狹義的科學哲學(即一般科學方法論)主要研究以下三大問題：(1)經驗科學理論的性質與結構，(2)經驗科學理論的語義學，(3)理論之間的關系與理論變化。過去往往把科學理論簡單地看作一個全稱陳述(或幾個全稱陳述的合取)，第一個問題便不需要加以專門研究……但是，要能夠很好地解決理論評價問題也好，理論選擇問題也好，都必須首先弄清楚什么是科學理論。以往歸納邏輯或科學方法論教科書所舉的簡單的科學理論的例子(例如：‘一切天鵝都是白的’或‘所有行星都按橢圓形軌道運動’)作為說明某一邏輯要點的例子是可以的，作為說明科學家如何評價，選擇理論的例子，就完全失真。”[1](P1-2)可見，科學理論的結構問題是科學方法論中其它問題的基礎，科學理論結構問題的研究一定要結合具體的科學理論進行。那么，作為最能體現本義上的自然科學的純粹部分的規范場論[2]，對科學理論的結構和性質問題一定有重要的科學方法論意義。

一、科學哲學中的科學理論結構觀

在現代西方科學哲學中，隨著相對論和量子力學的建立，特別是用分析哲學的方法，加上現代數理邏輯的工具，在經驗論的基礎上，先后發展了四種關于科學理論結構的主要觀點：理論結構的“公認觀點”、語義學的理論觀、結構主義的理論觀和科學理論的模型。

1、理論結構的“公認觀點”

理論結構的“公認觀點”(thereceivedview)是邏輯經驗主義對科學理論結構的形式化構造，正如薩普介紹的“出于對物理學進展的回應，到二十世紀二十年代科學哲學界已熟知，把科學理論構造成公理運算就可通過對應規則給出部分可觀察的解釋，這種分析通常被稱為關于理論的公認觀點，(‘公認觀點’這個名稱最初由Putnam[1962]引入)。”[3](PⅤ)事實上，坎貝爾在1920年出版的《物理學原理》一書中，為了把所謂的科學理論同日常語言中對理論一詞的各種用法區別開，他指出“一個科學理論就是命題的一個連通集(aconnectedsetofpropositions)，它包括兩組命題：一組由關于這個理論所持有的一類觀念的陳述組成，即后來哲學家所謂的‘理論陳述’；另一組由關于這些觀念和其它性質不同的觀念之間關系的陳述組成，就是所謂‘對應定義’(賴興巴赫)或“符合規則”(對應規則)(卡爾納普)。”[1](P3)坎貝爾當時把前一組命題總稱為假說，把后一組命題稱為“詞典”，并強調“類比”在理論應用時的重要性。坎貝爾對理論結構的看法，被卡爾納普，賴欣巴哈，內格爾和享佩爾等邏輯經驗主義者授受并發展成所謂理論結構的“公認觀點”(或標準觀點)。按照內格爾的區分，科學理論有三個主要部分：(1)一種抽象的演算，(2)一套規則，(3)對抽象演算的解釋或模型。這套理論后來被享佩爾精致化為內在原理、橋接原理和導出原理三部分，并由于科學理論只是被部分地解釋，而稱之為科學理論的部分解釋觀。

這種“公認觀點”最大的問題是，把科學理論中的名詞嚴格地分為“理論名詞”和“觀察名詞”不能截然分開，并且“因為它對觀察和理論區別的依賴使得它模糊了科學理論結構的一些認識論上重要并且具有啟示性的特征。”[1](P108)另外，公認觀點“困難的一個來源是這個可疑的假設：科學理論在其對象語言中含有一類語法對象(符合規則)，它們具有特殊的語義學的和方法論的功能(給予理論名詞的解釋)。”[1](P5)還有就是，“存在由漢森、庫恩、費伊阿本德和其它馬上起來反對‘公認觀點’的人所提出的科學哲學理論替代品，以及為其它理論觀和科學知識觀所作的爭辯。”[3](P4)而使這種觀點一蹶不振。

2、語義學的理論觀和結構主義理論觀

語義學的理論觀和結構主義理論觀都可統稱為語義學的理論觀(thesemanticconceptionoftheories)，相比之下，“公認觀點”由于主要集中于理論的語法分析，又稱為語法學(語形學或句法學)的理論觀。貝斯、范•弗拉森和薩普的語義學理論觀(這是他們對自己觀點的稱謂)和蘇佩斯，史尼德，施太格繆勒的結構主義(這也是他們對自己觀點的稱謂)都有一個共同的中心思想：“理論并不是演繹地相連通的語句或命題的集合，而是由數學結構(‘理論結構’)組成的，這些結構作為同實在的或物理地可能的現象處于某種表象關系而被提出來。”[1](P6)

在對“公認觀點”的批判過程中，語義學理論觀和結構主義理論觀逐漸明確“理論并不是命題或陳述集，而是可被大量不同語言形式描述或刻畫的超語言實體。”[3](P77)范•弗拉森把理論結構看作構形相空間(confabulatedstatespace)，認為理論結構的語義學理論觀中，重點應討論諸模型及它們的邏輯空間，以及理論結構與世界關系。[1](P173-P187)也就是說，理論結構與經驗結構之間的關系是同構關系，這是通過把理論看作一簇模型，模型又是與世界結構同構而達到的。正如薩普后來總結的，“語義學觀點把理論等同于某種抽象的理論結構（比如構形相空間），這種理論結構是建立在與現象的映射關系之中，理論結構和現象的關系是理論的語言形式系統的所指。其基本思想就是理論結構與合適地連通的模型簇等同。”[4](PP:S105)

受布爾巴基數學結構主義思想的啟迪，在亞當斯(E.Adams)尤其是蘇佩斯(P.suppes)的二十世紀五十年代集合論公理化思想的影響下，史尼德在1971年出版的《數學物理學的邏輯結構》標志著結構主義理論觀的建立，后來施太格繆勒和巴澤爾(Bazler,W)等人作了很大的修改和應用，并與庫恩合作用以解釋科學理論之間的發展問題。這種觀點試圖用集合論謂詞作為公理化的形式，將科學理論中多種函項，各種關系用謂詞表達出來，先展示出理論的內在數學結構，由核心(core)K和期望應用(intendedapplication)I所組成的對偶(K•I)理論元素(theoryelement)，在此基礎上形成理論網絡(theory-nets)，理論網絡又連成理論整體(theory-holon)[5](P13)。結構主義理論觀和范•弗拉森、薩普的語義學理論觀一樣，認為理論并不等同于提出理論時的命題集，而是語言外的理論結構，不過結構主義認為理論結構是可以用一個集合論謂詞來加以公理化的集合論對象，也就是說，結構主義所使用“模型”是一個集合論的謂詞。

3、科學理論的模型

從邏輯經驗主義到語義學的理論觀和結構主義的理論觀，都涉及到“模型”，但它們中的“模型”互相不同，與“科學理論的模型”也有差異。在邏輯經驗主義中，也常為了直觀起見，建立一個已被完全解釋了的體系(也可稱為模型)，用來說明通過對應規則而被完全解釋了的形式體系，它與部分解釋了的形式體系的區別在于認識論結構方面，前者是邏輯上居先的命題決定出現在它下面的層次中的術語(或命題)的意義，也正因如此而有解釋作用。而語義學的理論觀和結構主義的理論觀中的“模型”主要是指理論的一種邏輯演算的形式，正如“范•弗拉森認為的，‘模型’一詞的用法是從邏輯與元數學中派生出來的，模型一詞指的是‘模型類型’”。[6](P91)事實上，邏輯經驗主義時代之前的模型一直處于被漠視的地位，直到語義學理論觀那里，模型才開始得到應有的重視。R.B.Braithwaite在《經驗科學中的模型》開始認為模型具有與理論不同的認識論結構，而語義學理論觀和結構主義理論觀中的“模型”也得到重視，幾乎達到與理論同等地位看待。到語義學理論觀階段，已有“理論是模型集”的口號[4](PPS111)。但是總體上來說，模型在科學哲學仍然被看作“是邏輯經驗主義者的傳統”[7](P34)。

近年來，在科學哲學中研究科學模型是為了“評定科學事業中模型的實際作用、功能。”[7](P34)當然，人們是逐漸認識到模型在具體科學中的作用的，“功能不同的模型都能發揮出一個突出作用就是：解釋(例如,Harre,1960;Hesse,1966;Achinstein,,1968)，理論模型的解釋優勢經常與類比的應用相聯系。”[7](P348)最后，人們認識到適合描述科學理論的模型，所具有的說明能力和創造性功能，這基本上體現在常說的“建模”活動中。而對模型的科學哲學研究，也進入到“從模型在科學中的作用到它們在人類認知中的作用”的階段，也促使對科學模型的研究轉向為自然化認識論的一部分。

二、規范場論的科學方法論意義

1、對現有科學理論觀的分析

從上節對已有科學理論觀的介紹，我們就知道各種已有科學理論觀是有其優點和缺點的。從理論結構的“公認觀點”到語義學的理論觀和結構主義理論觀，由于“公認觀點”強調科學理論是由命題(或陳述)集組成，對科學理論的分析也就是利用現代邏輯對其中的科學語言進行句法學(語形學)的分析，其中雖有語義方面的分析，但只表現為一種經驗語義學。相反，不論是語義學的理論觀還是結構主義的理論觀，都否認理論是命題的集合，而認為理論是由數學結構組成的，考察科學理論的結構重點是看這些數學結構與現象之間的一種語義關系。而科學理論的模型，則從語義學理論觀中逐漸對模型的重視，試圖轉變為直接研究科學模型，尤其是突出科學模型的自然化認識論作用。可見，科學理論結構觀的這種發展趨勢，從語言哲學的角度看，只是一種從語形學到語義學和語用學轉向的趨勢(因為自然化認識論更多的要涉及到研究者。)

另外一個重要的角度，從數學的觀點看，“公認觀點”強調科學理論是由命題集組成，而語義學的理論觀和結構主義的理論觀則強調科學理論是由數學結構組成，科學理論的模型最終是強調數學建模，也試圖直接以數學為其研究的主要內容。可見，這里有一種趨勢，就是認為科學理論由命題集組成向科學理論是由數學結構組成轉向的趨勢。這種轉向到底正確與否，值得我們反思。雖然，薩普后來回憶道：“公認觀點是邏輯實證主義的知識論的核心，在有一千二百多人作為聽眾的那個夜晚它死亡了，那是1969年3月26日——一個關于科學理論的結構的Illinois會議的第一天晚上……C.享佩爾這位‘公認觀點’的主要發展人，作為會議開始發言人，人們指望他提出公認觀點的最新方案，相反他卻告訴我們他為什么放棄公認觀點及其賴以存在的句法學公理化方法(Hempel1974)，突然我們意識到戰斗勝利了，而會議變成我們現在應向何方的熱烈探討。”[4](PP.S102)這是薩普在1998年的兩年一度的科學哲學聯合會上的回憶，并指出“公認觀點”為什么失敗的主要原因的頭兩條是“理論不是語言實體因此是不適合個體化的”和“對應規則帶來的混亂”。但是，三十年后，語義學和模型的命運又如何呢？1998年的會議上，NewtondaCosta和StevenFrench總結道，“8年后，在《科學理論的結構》（1969年Illinois會議的總結性論文集）一書出版時的后記中，薩普聲稱‘語義學的理論觀……是作為取代分析科學理論的‘公認觀點’的唯一競爭者’(1977，709)。20年后，他堅持認為‘今天語義學的理論觀可能是科學哲學家們廣泛持有的關于理論性質的哲學分析’(Suppe1989,3)。30年后我們在哪里呢？大量的工作是關于科學模型的性質、它們的應用及其與理論之間的關系問題。”[8](PP.S119)并在最后總結道：“或許在科學哲學中我們所面臨的最基本問題是科學實踐的表征。”[8](PP.S125)這種回顧表明科學哲學家們對科學理論結構問題的探討還是以理論和模型的關系為重點，并更看重科學實踐。

因此，我們認為“公認觀點”和后來的理論結構觀都有偏頗。公認觀點雖然由于把理論視為語言實體，進而分成理論語言和經驗語言兩個層次，又不得不用容易引起混亂的對應規則連接起來，其最大優點是使用了大家所熟知的以命題為要素的公理化體系，符合人們對理論結構的處理習慣，比如發現理論與觀察不一致時，可適當調整某些命題；其最大缺點卻是如此劃分的結構有許多內在不一致性，并且不利于整體把握理論與理象之間的適宜性，而語義學的理論觀和結構主義理論觀，雖然克服了公認觀點的缺點，但是它對句法學的排斥也就不利于直接指導科學理論中命題的修改，也不如“公認觀點”中句法學和經驗語義學那么精細；其優點就是對理論的整體把握，以及對其中的數學結構的凸顯有利于整體評判，其中對模型的強調也彌補了理論與現象分裂的一些缺點。而科學理論的模型只是一種試圖直接以科學模型為研究對象的努力。

2、規范場論的科學方法論意義

規范場論最完備的數學基礎應該是纖維叢理論，纖維叢理論是相對完備的一套數學體系，要想越過纖維叢理論，而直接對像規范場論(包括量子場論)這樣的物理理論進行句法學的分析，特別是找出明確的對應規則與具體的經驗名詞逐條對應就會出現前述公認觀點的困難。實際上對于量子場論的解釋分歧也很大，比如P.Teller(1990)的諧振子解釋，試圖用量子化的諧振子描述量子場論，認為量子場形式地等效于諧振子的無窮集，從而我們就能想象按形式上等效于振子的量子化方法對場進行的量子化，正如他所說的“我們比量子場更好地理解量子化振子”。而另一種關于量子場論的解釋是玻姆（1987）的因果性解釋，這種解釋認為量子場有跟經典對應物同樣的本體論，雖然其動力學完全不同，那么我們能理解經典場到什么程度我們就能理解量子場到什么程度。然而，NickHuggett和RobertWeingard認為，量子場論只能在某些范圍內可用諧振子的方式解釋，諧振子的方式至少在某些方面是誤導，相反可能有些解釋會比Teller的更好，而玻姆的解釋也有諸如不滿足洛侖茲變換等問題。[9](PP.370-388)事實上，能從規范場論中直接推演出一些能用實驗測定的參數就很不容易，比如標準模型中三代物質粒子的質量，必須通過引入所謂的湯川耦合項，使其成為標準模型中待定的參數，可見，要找到“公認觀點”中的觀察名詞幾乎是不可能的。

相比之下，由于語義學的理論觀和結構主義的理論觀的確避免了對應規則和觀察語與理論語言區分的麻煩，強調具體的有個性化的理論分析，使其更有活力。比如范•弗拉森的量子力學模態解釋，結構主義對經典物理和相對論的解釋都是很好的例子。但是，如果把它們用到規范場論上，雖然理論結構會更清晰，但是也會有其麻煩，比如用語義學的理論觀分析規范場論，一定要尋找規范場論的超語言的結構，不論是抓住其中的對稱性引起的群結構，還是幾何屬性引起的纖維叢理論這種數學結構，仍然面臨當這些數學理想化條件滿足時，它們與現象如何聯系起來之類的問題。不論是薩普用實驗檢驗的辦法以達到一種準實在論的終點，還是范•弗拉森強調每個真實系統只是理論描述的狀態空間中的一種可能情況以強調其模態解釋觀，或者結構主義強調理論元素形式的網絡結構以便闡明科學理論的動力學變化，都會因為仍然固守經驗主義的教條，最終避免不了形式主義的特征，也就是用各自的科學哲學框架去套某一科學理論是如何與現象結合的，卻達不到預期目標。這正印證了DavidPearce和Veikk.Rantala所作的評論，“首先，完全拋開句法來描述理論T等于把語言的有意義方面連同無意義方面一起拋棄了。沒有語法和語匯，對理論T的邏輯分析或證明論分析就幾乎是不可能的。其次，不難看到，使用語言學和語義學概念所能作出的區分比集合論描述所能作出的更為精細。”[1](P329)

可見，無論是從語言哲學的層面看，關于科學理論結構的語形學(句法學)、語義學到語用學考察的轉向，還是從分析工具的角度看，認為科學理論由命題集組成到科學理論是由數學結構組成的轉向，都強調科學實踐的作用，前者通過強調語用學維度而強調對科學理論的整體性把握，后者通過強調科學理論中的數學結構而強調了科學工作者的實際工作中對數學工具的依重。其實，在一般哲學層面上，阿佩爾在論述科學主義和先驗解釋學的關系時就指出：“在分析哲學的發展進程中，科學哲學的興趣重點逐漸從句子法學轉移到語義學，進而轉移到語用學，這已經不是什么秘密。”[10](P108)。而在具體方法上，如果說P.蘇佩斯的著名口號“科學哲學的正確工具是數學，不是元數學(Metamathematics)”[1](P178)中的“數學”，還不是科學理論中的數學，而是指使用數學研究科學理論而不是使用邏輯方法的話。那么，我們認為對科學理論結構的分析也應跳出語言和經驗論的范圍，重新思考。

在一般哲學層面上，退一步回到科學知識的先驗基礎，比如在康德認為本義上的自然科學包括先天綜合判斷，其中的先天性即普遍必然性是可以通過數學表現出來的，康德甚至強調本義上的自然科學的純粹部分中有“形而上學和數學的構想在其中交互影響”，那么對于最好地體現了本義上的自然科學的純粹部分的一些物理學基礎理論，從牛頓力學，麥克斯韋電磁理論、相對論、量子力學到量子場論、規范場論等，其中的科學理論的結構和性質先天地和所使用的數學聯系在一起。

在具體方法上，就要進一步進入到科學理論的數學基礎，所以在科學理論結構的分析中，我們始終要抓住其中使用的數學，這是是完全有必要而且可行的。在科學方法論中，對科學理論結構的分析最好是直接分析其中的數學及其與經驗之間的關系。當然，這種分析在一般自然科學本身內部就是如此進行的，表面看來對于科學哲學來說是無意義，因為這是科學工作本身，而不是哲學研究。但是，站在現代數學的高度綜合這一特征的角度看，規范場論是完全可以用纖維叢理論形式體系化的，纖維叢理論本身就是對規范場論的最好公理化體系，或者說最好的理論結構，最好的數學模型。只要我們比蘇佩斯用數學分析科學理論更進一步，我們就要直接分析科學理論中的數學。而相比之下，如果說已有的科學理論觀有其存在的必要的話，是因為它們能規范地研究各種不同的科學理論，找出不同科學理論的共同結構，從而好進一步研究這些科學理論的解釋，不同理論的比較，相互關系以及評價等問題，但這些工作用在一般科學理論上或者對這些科學理論進行泛泛的研究是可以的，而面對象物理學中的規范場論這種基礎理論進行深入分析顯然不夠，也沒有必要。

事實上，把纖維叢術語和規范場術語對應起來之后，人們發現可以從流形的觀點看幾乎所有的理論物理學的各個分支，甚至各種時空觀、物質結構觀和自然界中的四種相互作用都可以從流形的觀點給出一種統一的說明。而從牛頓力學、麥克斯韋電磁理論、相對論、量子力學到規范場論等各種理論之間的關系完全可以在同一個框架下比較，包括對同一種理論的不同理論提法也可比較研究。當然這種觀點是從規范場論開始才明顯的，所以我們稱它為規范場論的科學方法論意義的表現。

參考文獻：

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