科学理论的结构与形而上学

科学理论的结构与形而上学

刘华军

作者简介：刘华军(1971- )，男，江苏连云港人，哲学博士，贵州大学马克思主义学院副教授，研究方向为科学哲学。贵阳 550025

人大复印：《科学技术哲学》2018 年 03 期

原发期刊：《科学技术哲学研究》2017 年第 20176 期 第 1-6 页

关键词： 结构实在论/ 本体论/ 形而上学/ 内在性/ 因果关系　　structural realism/ ontology/ metaphysics/ individual internality/ causality/

摘要： 科学结构实在论没有处理好形而上学论题。第一，结构实在论作“本质”与“结构”二分，从“本质”的坏之中区分出“结构”的好，错误理解和使用所谓“指称的因果论”。第二，以“结构”的客观性否定反实在论对于客观性的消解，可是“没有关系者的关系”又如何才能说明结构的客观性。没有客观性，结构的实在性又如何保证。第三，ESR与OSR是个体及其内在性讨论的两个进路。内在特性不可知将会导致形而上学与认识论之间出现裂隙。当追问个体内在特性，OSR须以不充分决定性命题否定个体内在性。相反，若承认结构关系与因果关系能够互换，则要承认个体的内在性。第四，OSR把结构作为本体论，却无法回答“空的结构如何起到解释原因的作用?”

结构实在论论争的焦点是“结构是以什么样的方式出现”。认识论的结构实在论(epistemic structural realism，以下简写为ESR)和本体的结构实在论(ontic structural realism，以下简写为OSR)提出以理论内部结构的连续性，来解决科学变化引发的问题，以结构主义视角探索维护科学实在论。

把结构作为一种认识论论纲，无论是宏观还是微观，随着认识层级不断深入，构成结构的实体将无处藏身，结构与结构方法都将失去意义。结构实在论将无法应对不可知论的解读，而现代物理学与宇宙学需要实在论作为支撑，否则发展将失去方向。既然结构实在论承认结构的本体论地位，也不否定基本本体的存在，所以要想处理好个体、性质与关系之间的关系，就不能仅将性质赋予个体或者只是用个体之关系来解释性质，需要在某种普遍性预设之下解读结构的性质。因而，理解实在论与反实在论纷争需要加入形而上学视角。

一、理论需要表征

结构实在论认为，菲涅耳所提供的数学方程被麦克斯韦保留，菲涅耳光学理论与麦克斯韦电磁理论存在结构上的连续性。“纯粹在数学层面，旧理论与新理论假定(用方程解释术语)非常一致。”[1]如果说数学反映变量之间的结构关系，那么从菲涅耳到麦克斯韦理论的结构关系没有改变。连续性隐含在科学理论内容自身所具有的结构性阐述之中。理论连续在于理论术语的结构关系，而不是理论术语的内容。相反，理论实体的内容是通过理论的结构来认识。

理论内容可以用拉姆西语句(Ramsey sentence)来表达。以逻辑术语表达非逻辑术语，在带有新的变量的语句中替换理论术语，表达理论的变化。理论将去除描述实体的本质部分，而只留下描述结构的部分。在拉姆西语句应用于不可观测实体时，不允许有实体(substanctial)谓词。

拉姆西语句将遇到两个问题，其一，理论内容的某一部分在理论变化中被保留下来，这部分用结构关系来表达，结构-内容这种说法并不准确。[2]正常情况下部分相互间不一致，并且得不到所有可观察结果。部分若无穷尽，理想相关将塌缩于经验相关，拉姆西语句的效应将降低。[3]其二，拉姆西语句只能使用逻辑和观察术语，不能告知任何不可观测的世界。这也是拉姆西语句遭到纽曼(Newman)反对的基本理由。[4]显然，把结构归因于理论的数学结构，那么势必面对拉姆西语句在结构实在论中的困境。

理论被分枝化(Ramsification)之后无法超越经验层面，实现结构的连续性。拉姆西语句指称的是同一实体，这种纯粹描述不能解决科学理论元归纳问题，元归纳问题根本原因在于缺乏连续性表征。英语presentation译作“表述”，representation表示在表述的基础上“再表述”，又译作“表征”。科学哲学中意为“弄清楚(物理理论)数学形式体系的意义，即在该形式体系所描述的具有因果关系的实体层次中基本的实体是什么”[5]。结构实在论需要处理理论的表征问题。

如何才能够接受理论与世界的关系，即解决表征问题呢?范·弗拉森以观察和理论二分为基础，赋予理论以经验的内容，不过他的结论是反实在论。ESR和OSR主张实在论，但结论完全不同。ESR主张能够为人所知的只是结构，在结构之外还有不能够用理论表征的东西。对于OSR来说，世界所有的都是结构，世界中的客体除了结构之外没有其他特性。

数学是主体建构的系统，数学的客体只是“结构系统中的命题”，数学理论就是描述这些客体和系统。有学者称，数学家做出数学描述以一种“共享结构”(shared structure)为基础，根据“共享结构”建构数学理论模型。因为数学客体是同构的(isomorphism)，所以在理论模型和数据模型之间有“共享结构”。然而，从数据模型到现象之间的“表征(representation)”并非“共享结构”所能做到的。

对于“共享结构”，OSR认为最关键的是如何更清楚的表达“共享结构”，如果说群论是当下最好的共享结构，那么群论应用到量子场论中只是借鉴群论中结构关系，只有一部分数学结构进入物理结构。[6]可是“共享结构”做不到，怎么办?OSR以“无奇迹命题”来应对，以科学的成功弥补理论在经验方面的缺陷。显然，这不能令人信服，似乎应该在结构主义命题中加上一点点什么。[7]弗伦奇(Steven French)认为应该把“加点什么”理解为约束条件，但约束条件是什么呢?是结构还是经验内容?这又回到原先的命题。

结构实在论相信结构是纯粹数学的，但是从表述中看来，其结构在数学和物理结构之间摇摆。用概念表征世界与物理学所采用的模型是一致的，物理学模型大多是以数学来表示的，所以数学结构能够成为OSR表达的结构。但是，对于结构来说，获得内在理论关系有两个途径，一个是向下的，从理论模型到数学模型，一个是向上的，从物理理论到数学理论。事实上，群论只注重数学结构，忽视结构和世界自身的关系。当然，在理论建构中必须协调好理论表征和世界之间的关系。OSR内部有人就主张，结构既具有数学特性，又具有物理特性。[8]

所有结构实在论在关于本质的论述中区分出结构。他们相信科学史是一种纠错模式。比如，19世纪关于以太本质的论述是错误的，但是关于电磁场理论的结构方程是正确的。也就是说，应该相信理论的结构而不是本质。结构实在论把理论区分为结构与结构之外。做出这样的二分，实际上是在科学理论中分出好与坏，是从“本质”的坏之中区分出“结构”的好。[9]

“本质”坏的原因在于错误理解和使用所谓“指称的因果论”。指称的因果论是说指称并不确定，只是存在某种初始的明示。术语通过与他者交流形成因果关系，继而指向初始的承担者。在这种情况下，科学能够把理论术语指向某种可观测的现象，然后制造某种作为不可观测实体基础的术语。其最终必然形成数学和形而上学之间的矛盾。

二、结构的客观性

在量子力学中，量子粒子无法以时空轨迹来界定，两个或更多粒子纠缠在一起，具有单子和关系特性。量子粒子具有同样的能量特征态、同样的位态，但没有同样的量子态。量子粒子有时呈现同样的内在和外在特性。比如，两个电子确实是两个不同个体，它们也确实具有所有同样的特性，但要想做到个体化，则必须要有某种超验的东西，使它们能够个体化。于是，出现一个悖论，要么存在某种超验的东西使量子粒子能够个体化，宣布不可区别同一性原理(the principle of identity of indiscernible，简写为PII)失效；要么量子粒子不是个体。量子力学引发形而上学的不充分决定性(underdetermination)。不充分决定性一直是反实在论的论据。[10]

依照PII，有两种具有同样内在特性(property)的客体就可以断定这是同一客体。显然量子物理学违背这一原则。按照标准模型，不论是玻色子还是费米子，都具有质量、自旋和电荷等性质，但无法将其个体化。个体性(individuality)和内在性之间形成宏观世界不曾出现的冲突。因此，OSR否认个体性存在，消除客体存在，主张理论所有实在都是结构。“追求以一种能够驱散传统实在论问题的方法，阐明什么是结构实在论，主要针对理论变化和不充分决定性命题。需要把结构看作是原初的本体论上的存在。”[11]没有经验方法也能够解决不充分决定性命题，在量子层面挽救失效的PII已没有必要。

站在实在论基本立场上，OSR不主张以“与形而上学再见”手法解决不充分决定性命题。而是借鉴范·弗拉森的“剩余结构”，认为解决不充分决定性问题最好办法是放弃个体性，以结构术语重建个体。[12]比如说，“场不是什么东西，它是一种结果的体系，从这个体系来看，根本没有什么个体元素在时间长河中以‘自我认定’能够孤立出来，并永久保留。某种意义上，个体电子不再有任何物质性，自身不是自身，它只存在与场的关系中。”[13]

物理客体能否屈尊于其描绘的结构，需要坚信其为本体论身份的借口。数学客体只有转换成结构方能理解，并且依赖于物质、场和时空点才能确定是否作为基本本体。量子粒子和时空点不是个体，但它们是最小意义上的客体。当非个体客体是一阶变量的值。逻辑上作为一阶变量值的客体是否只是唯一的个体客体，也就是，从更加本质意义上是否存在个体。答案是，要么在数学上要么在逻辑上才能实现没有关系者的关系。只是这二者都缺乏经验的证实。

OSR做不到从根本上处理好结构本体论与形而上学的关系。除了结构，场什么也不是。可是怎么才能做到“没有关系者的关系”。以“结构”的客观性否定反实在论对于客观性的消解，可是，“没有关系者的关系”又如何才能说明结构的客观性。没有客观性，结构的实在性又如何保证。弗伦奇和雷迪曼(Ladyman)的做法被称为“消除主义”，在OSR内部也受到质疑，许多哲学家认为不能如此激进地把结构剥离的一干二净。

意大利学者莫干迪(Morganti)主张采取折中办法。“实体有时但并不总是确定其身份，它们总是自我认同。”[14]比如量子力学中粒子的混合本性，在某些方面是个体的，而在另一些方面则不是，个体的内在性通过涌现以整体方式呈现出来。但这不足以支持OSR的论点。如果客体衍生于结构，那么量子领域内所呈现的特殊性就非传统本体论能够解释的。美国圣母大学查克拉瓦第(Chakravartty)认为替换本体论需要排斥原有本体论框架的理由，替代框架要有解释功能。结构由关系来定义，关系有关系者才能够说明。

具体关系的存在与关系者的不存在相耦合，这二者是矛盾的。客体在结构中构建、说明的角色无可替代。“除非承认事物是相互联系的，否则从知识上根本无法赞同关系的实在性。”[15]换句话说，没有个体的结构或者说没有元素的集合何以可能?抽象实体的结构和物理世界结构之间的区别是什么?客体和关系都不具有本体论的优先性。

实体实在论蕴含着对于所描述实体的怀疑。实体实在论为悲观元归纳命题留有操作的空间，很难确认前后实体之间连续性，也无从谈起成功理论谁优谁劣。对于不可观测实体来说，不可能孤立地获得实体知识，它与测量实体的设备(控制实体)以及实验所依据的理论都存在关联。

曹天予认为OSR忽略两个重要事实。其一，数学结构、逻辑和群论结构等形式结构在没有外在输入情况下是不能处置世界质的方面，因果论上是无效的；相反，物理结构涉及质的问题，并且在因果论方面是有效的。其二，形式结构纯粹是关系的，作为站位者的关系者它们的存在完全来自于本体论上初始结构的功能与位置，并不能成为本体论上的存在。而物理结构只能根据本体论上初始成分来定义。[16]也就是说，如果结构是独立于个体和性质的本体论，那就无法讨论结构关系。没有个体的本体论命题，只能把结构的统一性当作本体论上的原初事物。可是，无法确定原初结构统一性，而且无法回应无奇迹论证命题。面对个体化的解释学意蕴，则需要证明个体化是通向结构的唯一之路。

三、个体的内在性

经典物理学依据不可穿透性(impenetrability)原则，认为没有两个粒子具有相同时空特性。时空特性有利于对于粒子的辨别。个体客体性质上是可以认定的(identical)。个体化动因并不是存在的个体性(haecceity)或者原初此在(primitive thisness)。量子物理学中，基本粒子的单子阐释受到挑战，粒子的非内在与态独立特性驱使粒子以整体性展示出来。[17]比如量子纠缠——没有能归因于粒子的态，与许多内在和相关特性缠绕在一起。两个费米子单重态是成对的结果，任意方向自旋彼此相反，原因不在于粒子本身。量子要么并非个体的，要么此个体超越存在的个体性。

量子粒子是否是个体，不能为经验充分认定。虽然量子粒子不可区别，但是量子粒子又占有原初此在的地位。诉诸原初此在就落入形而上学，就不存在经验上不充分决定性。而诉诸经验，量子粒子又不是个体，则不存在内在特性。但是，关系需要关系者。关系必然有某种引发它的东西，这种东西位于关系之中。当抽象结构回到物理世界中，由物理世界引发的具体关系将出现问题。

OSR因此否认个体客体，把关系者(relata)作为没有内在性的个体处理。这种做法的合理性受到怀疑。查克拉瓦第否认没有内在本质就没有结构，因为关系与关系者之间依赖的关系是“因果依赖”。[18]客体一个重要作用是能够解释变化的意义，客体有特性是因为客体因特性而存在。物理学中以定律形式呈现的数学方程通常是用来表征客体特性的关系。没有客体的本体论给说明变化带来麻烦。以关系来解释从一个事态(state of affairs)如何得出下一个事态，将无从知晓什么原则能够促使一组关系进入另一组关系。结构的节点不可能只是幻觉，解释学应该让位于形而上学。特性就是为解释提供便利。

但是，如何既能坚持结构的本体论地位，又为客体存在找到理由呢?查克拉瓦第和曹天予主张建构新类型自然种。传统上实体(entity)为结构所改造，实体不再是一个确定自然种，而是一个历史建构的、随着时间变化可以修正的自然种。[19]实际上自然种的讨论仍旧在形而上学的圈内打转。结构约束虽然为自然种的确立选择一个新的办法，但是结构约束不能够确证自然种。物理学家以结构术语构想希格斯玻色子的存在，但是，如何来证明其真实存在呢?

若以内在特性界定自然种，则无法在本体论与自然种之间刻画出严格区别所在。所以又回到结构，用结构说明内在本质。比如氢和氧间共价关系构成水的本质。也就是说，如果把内在特性置换为“关系”特性，那么因内在特性而使同一性(identity)为难的情况就不会出现。但是，内在特性是区别于其他客体的性质，内在特性往往依赖于个体存在而存在。外在特性呈现为客体关系，它不依赖个体存在。

ESR认为，科学理论揭示物理客体关系，而不是内在特性。物理客体有关系之外的内在特性，以关系代替。这一点得到OSR认同。通过在客体与人类意识或者测量工具之间建立因果关系获得物理客体知识。但是，ESR不主张内在特性与关系之间有联系，也就是说，不主张关系依附于关联客体的内在特性。关系不具有本体论地位，可是它却代表物理客体。OSR认为ESR论述是矛盾的。因为很难在结构和内在特性之间画出一个清晰的界线。如果理论变化，那么结构就会变化。这样将与结构实在论初衷相悖。

然而，可不可以没有内在特性，却可以有客体存着呢?OSR采取二阶特性优于一阶特性的观点。客体的一阶特性是指质量、因果效验等，从中可以推导出一个承受者，即拥有这些特性的客体或者实体。二阶特性是指这些一阶特性之间的关系。一阶特性是基础。如果放弃一阶特性，那么整个结构将处于危险境地。而从二阶特性出发，考量结构，其中有形而上学的问题。抽象的时空秩序，事先确定了关系构成的范围。当抽取关系构成时，就不是终止于因果效验的结构，而是终止于一种抽象。抽象的个体是客体结构，客体的抽象依然继续，但最终将是一无因的客体，即所谓的结构，为实验所不可及。[20]

ESR与OSR是个体及其内在性讨论的两个进路。ESR落脚点为认识论，OSR则致力于本体论。形而上学与认识论是相互关联的，内在特性不可知将会导致形而上学与认识论之间出现裂隙。形而上学要求在世界基本层次上存有客体，客体拥有内在基本特性。可是这种认识论要求内在范围内不能触及这些特性。OSR主张结构的本体论地位，当然也就承认形而上学上的关系或者结构。不可能把所有关系还原到内在特性。即使世界包含具有内在基本特性的客体，也必须有某种关系：至少时空结构不取决于内在特性。客体和特性属于形而上学，结构实在论应该看作形而上学命题。确认客体存在的目的，是为了判断客体与现象之间一一对应关系是否存在。

四、两种关系的冲突

在《论原因的概念》一文中，罗素不赞成因果律(the law of causality)的提法，他甚至说“因果律”是旧时代的遗迹，“原因”一词完全可以从哲学词汇中剔除。他主张因果关系用结构关系所替代，并让这种做法与休谟的因果论契合。

“很简单，为什么旧的‘因果律’很长时间能够盛行于哲学家之中呢?因为他们不熟悉函数的观念，所以他们找到一种不太恰当的表述。无疑重复着同样的因产生同样的果的做法；科学定律的恒久性，并不包含于因果的同一性之中，而是在关系的同一性之中。……宇宙任何时刻的状态与宇宙任一部分在那个时点上变化率之间有恒定的关系，这种关系以多对一，即当宇宙状态既定时，变化率已经决定。如果‘因果律’是科学实践中可观测的东西，那么上面论述对于定义‘因果律’来说，比哲学家的教科书上的定义要正确的多。”[21]

在结构主义背景下理解因果关系，由事件形成的因果链在结构中相似，必须考虑“结构持续性”或者说结构的保留。但是没有考虑性质上的持续性。因此需要更加具体的来确定持续性是什么。对于任一进程说，其特征的持续性说明这个进程的原因。而关于特征的说明应该考虑客体和客体的特性。OSR认为罗素的观点与科学的因果关系不相干，且与传统的因果过程理论相冲突。如果罗素观点是错的，原因在于罗素坚持的还原论和原子论致使他觉得物理学有权利也有能力深入到本体论之中。而现实中，非还原论在科学中盛行，以非还原论模式重新界定形而上学势在必然。

前者虽然强调非结构特性是因果关系的必要条件，但是仍然主张结构持续性不足以说明结构关系。这说明其并没打算以结构关系替代因果关系，因为结构关系不是因果关系的全部。但令人疑惑的是，OSR坚持结构实在论主张，把结构作为本体论看待，又为什么否定结构关系代替因果关系?其实，这是OSR的软肋所在。如果给出一个肯定答复，将无法回应“空的结构如何起到解释原因的作用”这样的质疑。然而，更加麻烦的是，如何在不考虑结构的情况下对因果关系较好的说明。

赫尔姆霍兹(Helmholtz)曾说过一句话，“我们明白，当我们有不同知觉，就可以推导出，真实的潜在条件不同”。被维利(Wely H.)在《数学哲学和自然科学》中引用。希罗斯(Psillos S.)把它称之为赫尔姆霍兹-维利(Helmholtz-Wely)原理：如果两种刺激同一，那么感知结果将同一。赫尔姆霍兹-维利原理构成认识事物(事物本身的世界)可能性的基础。依照罗素的观点，这个世界能为人所知的是其结构。唯有世界的外在结构，也就是形式的、数理逻辑的特性可知，而所有一阶特性不可知。可想而知，不被感知(不可观测)世界有一个确定可知的结构。从被感知现象(知觉的世界)结构中，数理逻辑结构当然可以推导出来。如果把赫尔姆霍兹-维利原理和时空连续性原理联系起来(即原因在时空上与结果连续)，“在刺激与知觉之间有一一对应关系，当认识感知时，能够演绎出刺激的某种数学特性，相反，当认识这些刺激的数学特性，能够推导出这种感知”。“大量关于刺激结构的知识。”[22]其中，隐含着一个形而上学假定，即知觉差异由其原因(刺激)不同而产生。

尽管罗素坚持认为“物理学中没有东西依靠实际性质”，能够认识的只有世界的结构，但是并不表示罗素对于结构中客体的否定。从经验论视角看，这种推理是合理的，这样的结论将为人所接受。“客观对应物形成一个与现象界同样的结构，所有关于真理的命题都是以抽象术语表示，都适用于现象。”[23]当然，一味强调只有现象(知觉的世界)可知，即使它们存在，它们的客观对应物也不可知，这并不应该是罗素的本意，这是OSR所持观点。同胚映射要求同样的知觉与同样的刺激，而这种情况若能成立将是个奇迹。事实上，同样刺激产生不同感知。感知世界和刺激世界间的同胚映射不足以揭示它，刺激的“内在特征”(即原因的本质)仍将不可知。

维利主张，“世界客观影像不承认任何多样性不能以知觉多样性来阐述”[24]。希罗斯把它叫作赫尔姆霍兹-维利原理的逆命题，换句话说，就是不同的刺激，不同的感知。“不可辨别感知不需要确切相似的刺激。”(罗素，1927)知觉与刺激之间可能是一对多，而不是一对一关系。因为一对多关系造成感知的结构不能确定刺激的范围，也不能确定结构本身。如果两个或多个不同刺激引起同样的感知，那么感知的结构就不能面对刺激的结构。赫尔姆霍兹-维利原理的逆命题为建构现象结构与(不可观测)世界的同胚映射奠定基础，使不可观测世界演绎知识成为可能。

一对多的关系给客体表述提供两种可能。一种可能是转向唯理论(idealism)，除了结构其他毫无所知。“内在本质”只能以结构来表示，结构特征的不同，刺激带来不同感知意味着感知结构无法从刺激结构差异体现出来。“一对多”给认识不可观测世界造成困难，只能用结构作为寻找不可观测世界不同于现象世界的原因手段。所以认识结构就认识了全部。一种可能是坚持物质主义立场，“一对多”并不说明客体不在，只是意味着旧的方法论在不可观测世界失效。

不可观测世界面临的新情况把形而上学引入一个崭新场景。世界结构和现象结构间离散关系不应是事先错误的。结构关系和因果关系随着历史变迁交织在一起。一方面，因果关系不能再与决定论与目的论相联。不可观测世界有一个“额外结构”至少原则上是可能的，即结构不必非以现象结构来阐述。“客观实在性不是事先给定，而是被建构的。”这些新论点不能成为不可知论的理由。另一方面，结构关系完全替代形而上学因果性缺乏有力论证。不仅表现在现象与(不可观测)世界之间的同胚映射并不能成为因果关系，而且关系、客体与特性之关系因结构与经验之间矛盾而陷入本体论无限循环论证，结构约束不是使问题简单，而是更复杂。

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