本书论述了科学哲学的有主题，科学是如何从哲学中相继产生的，哲学的划分是如何与科学相关联的，以及哲学史如何反映了科学所设定的问题议程，对试图更好地理解科学的性质、方法和限度的读者具有启发意义。
科学哲学是哲学的一个分支，它试图阐明科学研究的本质——观测程序、论证方式、表述与计算方法、哲学假设，以及从认识论、形式逻辑、科学方法论和形而上学的角度评价其有效性的依据。
本书介绍了科学哲学的有主题，包括科学与哲学的关系，科学说明的定义和模型，定律的然性和说明力，科学理论的建构和运作，科学史的挑战与科学革命的范式转变，后现代主义与“科学大战”，以及女性主义、相对主义等科学哲学面临的困难。
作者对该领域的现状进行了全面、复杂的介绍，试图更好地理解科学的性质、方法和限度的读者可以从中得到有益的启迪。

（这本书）树立了该研究领域的标杆，是任何严肃的科学哲学问题思考者的读书。
——W. Russ Payne，《教哲学》杂志

第四版序言 i
第 1 章 哲学与科学的关系
概 述
什么是哲学？
哲学与科学的产生
科学与哲学的划分
如果科学完成之后没有问题了怎么办
作为科学哲学的哲学的简史
小 结
研究问题
阅读建议
第 2 章 科学哲学为何重要？
概 述
科学问题与关于科学的问题
现代科学对哲学的意义
科学的文化意义
为什么科学是被普遍接受的西方文化一特征？
小 结
研究问题
阅读建议
第 3 章 科学说明
概 述
定义科学说明
定律在科学说明中的作用
覆盖律模型
覆盖律模型的问题
关于科学说明的一种竞争性构想
小 结
研究问题
阅读建议
第 4 章 为什么定律能够说明？
概 述
什么是自然定律？
支持反事实作为定律然性的一种征兆
反事实和因果关系
认真对待律则然性
否认显而易见的东西？
小 结
研究问题
阅读建议
第 5 章 因果关系、不精确定律和统计概率
概 述
原因作为说明者
“如果其他情况都相同”的定律
统计定律和概率原因
说明作为统一
小 结
研究问题
阅读建议
第 6 章 生物学和“特殊科学”中的定律与说明
概 述
对原因说明的不满
“特殊科学”中的专有定律
功能定律与生物学说明
说明目的还是把目的说明过去？
从可理解性到然性
小 结
研究问题
阅读建议
第 7 章 科学理论的结构
概 述
理论如何运作：牛顿力学的例子
理论作为说明者：假说 — 演绎模型
牛顿力学与理论的哲学意义
小 结
研究问题
阅读建议
第 8 章 关于科学理论的认识论和形而上学问题
概 述
还原、取代和科学进步
理论术语问题
科学实在论与反实在论
小 结
研究问题
阅读建议
第 9 章 理论构建与模型构建
概 述
理论与模型
理论和模型的语义与句法进路
案例研究：达尔文的自然选择理论
进化生物学中的模型与理论
小 结
研究问题
阅读建议
第 10 章 归纳和概率
概 述
归纳问题
统计和概率来解围？
贝叶斯定理到底能有多大帮助？
小 结
研究问题
阅读建议
第 11 章 确证、证伪、亚决定性
概 述
假说检验的认识论问题
归纳作为伪问题：波普尔的策略
亚决定性
小 结
研究问题
阅读建议
第 12 章 科学史的挑战
概 述
历史在科学哲学中的作用？
新范式与科学革命
科学研究纲领是理性的吗？
小 结
研究问题
阅读建议
第 13 章 科学哲学中的自然主义
概 述
蒯因与一哲学的屈服
自然主义、多重可实现性和随附性
自然主义的辩护问题
小 结
研究问题
阅读建议
第 14 章 科学的争议性
概 述
方法论的无政府主义
科学知识社会学的“强纲领”
后现代主义与科学大战
索卡尔骗局证明了什么吗？
科学主义、性别歧视和重要真理
小 结
研究问题
阅读建议
第 15 章 科学、相对主义和客观性
概 述
相对主义与概念图式
处理不可公度性
结语：概念图式的几个概念
研究问题
阅读建议
参考文献
亚历克斯·罗森堡（Alex Rosenberg），美国杜克大学哲学系R.泰勒·科尔讲座教授、生物哲学中心副主任。曾任美国国家科学基金会、美国学术团体协会和古根海姆基金会研究员，1993年获拉卡托斯奖（Lakatos Award）。著有The Structure of Biological Science（1985）、Economics-Mathematical Politics or Science of Diminishing Returns?（1994）、The Atheist's Guide to Reality（2011）等。

李·麦金太尔（Lee McIntyre），美国波士顿大学科学哲学与科学史中心研究员。著有Respecting Truth（2015）、Post-Truth（2018）、The Scientific Attitude（2019）等。
张卜天，中国科技大学物理学学士，北京大学科学哲学博士，现任清华大学科学史系长聘教授，哲学系双聘教授，清华大学科学人文典研究中心主任，曾任国际科学史刊物ISIS编委。研究方向为西方科学思想史、自然哲学史、科学与宗教等。主编主译“科学源流译丛”“科学史译丛”“世界科普名著译丛”等丛书，翻译学术著作60余种，深受读者好评。
哲学与科学的产生
从哲学与科学的历史关系来看，这个定义有一个强有力的论据。
技术和工程在许多地方独立起步，有些地方比其他地方进步得更快。中国是许多重要的技术进步的策源地—造纸、印刷、火药，还有磁罗盘，这里仅举明显的例子。然而，科学似乎始于近东，并在希腊人那里起步。
从古希腊至今的科学史，是一个又一个哲学分支脱离整体并作为独立学科出现的历史。然而，从哲学衍生出来的每一个学科都给哲学留下了一系列独特的问题：这些学科无法解决这些问题，因此须暂时或永久地留给哲学去处理。例如，到了公元前3 世纪，欧几里得的著作使几何学成为一门与柏拉图学园中的哲学家相分离但仍被讲授的“空间科学”。
不久以后，阿基米德计算出无理数π 的近似值，并且找到了计算无穷级数之和的方法。但几乎从数学作为一门不同于哲学的学科的历史之初，数学就背弃了一系列人们可能认为数学家会怀有大兴趣的问题。
数学研究数，但它不能回答“数是什么”这个问题。请注意，这不是“2”或“Ⅱ ”或“10（二进制）”是什么的问题。它们都是一个数字、一种文字、一种书写，而且都命名同一个东西：数2。当我们问什么是数时，我们的问题并不是关于符号（书面的或口头的），而显然是关于事物。至少自柏拉图认为数是一种特殊的东西，尽管是不在空间和时间中的抽象的东西，之后，哲学家对这类问题给出了不同的回答。与柏拉图不同，另一些哲学家认为数学真理并非关于抽象的东西和它们之间的关系，数学真理之所以为真，乃是因为关于宇宙中具体事物的事实，并且反映了我们对数学表达式的使用。然而，在距离柏拉图2 500 年之后的今天，对于“数是什么”这个问题，人们仍然无法给出公认的正确答案。伽利略和开普勒的工作，以及牛顿在17 世纪的革命，使物理学成为一门独立于形而上学的学科。但几个世纪以来，物理学也给哲学留下了深刻的问题。这里有一个重要的例子。
牛顿第二定律告诉我们，F = ma，力等于质量与加速度的乘积。加速度则是dv/dt，即速度相对于时间的一阶导数。但时间是什么呢？这是一个我们都自认为理解的概念，也是物理学所要求的概念。但无论是普通人，还是离不开这个概念的物理学家，都很难告诉我们时间到底是什么。请注意，用小时、分钟和秒来定义时间，会把时间单位错误地当成它们所测量的东西，就像用米或码来定义空间一样。我们以同样精准度的米或码来测量空间。但假设我们问，什么是测量空间的正确方式？答案当然是，空间测量没有一套一正确的单位，码和米同样适用。同样，不能说码或米“定义”了或构成了空间。时间也是如此。几秒、几世纪、几千年仅仅是同一个“东西”的不同数量。我们想要定义的乃是以不同数量出现的时间。我们可以说时间是绵延，但绵延只是时间的流逝。我们的定义预设了我们想要定义的那个概念。
精确地说明“时间”是什么，是至少300 年前科学留给哲学的一个问题。随着狭义相对论和广义相对论的出现，物理学家再次试图回答这个问题。阿尔伯特·爱因斯坦对时间进行反思，得出了不同参照系下时间间隔有所不同的结论，这在很大程度上归功于哲学家对牛顿绝对时空观的批判，即绝对的空间和时间是事物可以在其中被绝对定位和定时的独立容器。即使在今天，虽然有几位重要的物理学家提出了“为什么时间有方向”这个问题，但没有人试图解决“时间本身是什么”这个问题。这个问题要么为时过早，要么超出了物理学的范围。
直到19 世纪末，许多化学家都认为原子是否存在的问题超出了他们的学科范围。他们之所以拒绝争论这个问题，是由于他们的知识理论。作为关于原子是否存在的争论的赢家，那个时代伟大的科学家之一路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann），至死都相信他已经在关于我们能否认识原子的认识论争论中输掉了。在生物学中，问题从哲学一方转到科学一方尤其明显。直到1859 年，《物种起源》（The Origin of Species）才终将生物学与哲学（和神学）区分开来。许多生物学家和哲学家都认为，在达尔文之后，进化生物学从哲学中收回了解释人性或确认生命的目的或意义的问题。这些生物学家和哲学家主张，达尔文的学说表明，人的本性与其他动物的本性之间只有程度之别。他们认为，达尔文的伟大成就在于表明，宇宙中并不存在像目标、目的、意义或可理解性这样的东西，它的出现仅仅是我们“附加”在“适应”之上的东西，而适应实际上只是环境持续过滤盲目变异的结果。正是由于这个原因，进化论受到了广泛抵制。有些人拒绝接受生物学给出的关于目的、意义和人性问题的回答，而转向了哲学或宗教。无论人们是否同意达尔文的自然选择理论，这个令人印象深刻的例子都表明，科学研究将一些问题留给了哲学数个世纪，然后在它终认为自己能力具足时又决定研究这些问题。在20 世纪，心理学作为一门独立的学科从哲学中解放出来，开始讨论关于心灵、自我、意志和意识的本性，对于这些问题，哲学已经认真思考了2 500 年。当然，在过去50 年里，哲学对逻辑的持久关注已经使计算机科学成为一门独立的学科。
教益很清楚。任何科学都是由哲学孕育出来的。每一门学科终都搬出去了，但后却把“行李”留在了家中。


科学与哲学的划分
还有一些问题似乎是科学无法解决的，比如伦理学和政治哲学所讨论的价值、善与恶、权利与义务、正义与不义等基本问题。科学家也许对这些问题有自己的看法，事实上，他们之间的分歧可能与非科学家一样大，但由于科学家一般会就他们科学中广泛的问题达成一致，所以很难避免这样的结论：科学无法解决这些问题。
关于事情应当什么样，我们应该做什么，什么是好与坏、对与错、正义与不义，这些问题被称为“规范的”（normative）。而科学中据信是描述性的问题则被称为“实证的”（positive）。许多规范性问题在科学中有其近亲。比如，心理学会关注为什么一个人认为某些行为是对的而另一些行为是错的，人类学会思考关于什么是好的和什么是坏的之文化差异的根源，政治学可能研究以正义之名制定的各种政策的后果，经济学则会在我们应当把福利大化这一规范性假设之下思考如何将福利大化，但科学，无论是社会科学还是自然科学，并没有挑战或捍卫我们可能持有的规范性观点。
这引出了两个问题：首先是科学本身能否解决诸如“是否允许为了干细胞研究而破坏胚胎”这样的问题。如果科学不能解决这个问题，就会出现“为什么科学不能回答这个问题”这样的疑问。请注意，这两个问题都是在哲学中提出的。它们都是我们用来定义哲学这门学科的两类问题的实例。当然，在不同的时代，包括现在，一些哲学家和科学家都试图表明，科学实际上至少可以回答一些（如果不是有）规范性问题。如果它能做到这一点，我们就会消除在定义哲学的两类问题中的一个大标题之下的许多问题。试图将伦理价值建立在科学事实的基础上不仅非常有争议，而且显然会进一步证明，是科学制定了哲学的议程。
逻辑推理的本性及其在有科学中的作用，也反映了哲学研究的是科学无法回答的问题。有科学，特别是定量科学，在很大程度上依赖于逻辑推理和演绎有效的论证的可靠性；但科学也依赖于归纳论证，即由有限的材料得出一般理论的论证。然而，没有一门科学能够直接回答为什么一类论证总是可靠的，以及为什么我们应该使用并不总是可靠的第二类论证。科学要想证明自己的方法是正当的，一的方式就是使用这些方法本身！毕竟，它没有任何其他方法。但是，任何对科学方法的这种“辩护”都是循环论证，也就是把它旨在证明的东西当作假设。试想一下，仅仅基于一个人总是信守承诺这样一种希望，就去接受一个偿还贷款的承诺。由于存在着关于科学推理本性的问题，这些问题是科学本身所无法回答的。


如果科学完成之后没有问题了怎么办？
我们的哲学定义对科学史是公正的，对关于价值和规范的科学探究与非科学探究之间的分工似乎也是公正的。这也说明了为什么逻辑学、形而上学、伦理学和认识论应当构成同一门学科，尽管它们具有异质性：它们都解决了科学提出但尚未回答的问题。但如果我们再考虑一下这个定义，它就须面对一个挑战。回想一下，正如我们对哲学的定义，哲学所讨论的一组问题是科学即物理科学、生物科学、社会科学、行为科学等现在无法回答、或许永远也无法回答的问题。
但假设有人认为，事实上没有什么问题是科学现在无法回答或终无法回答的。人们也许会说，任何永远无法回答的问题实际上都是伪问题，是伪装成合法问题的一种毫无意义的噪声，比如“绿的观念疯狂地睡觉吗”，或者“ 当格林尼治标准时间是正午时，太阳上是几点”，或者“宇宙和宇宙中的一切事物的尺寸、电荷和其他任何物理量在过去都加倍吗”，或者“我们如何证明宇宙和宇宙中的一切不是5 分钟前被创造的”，对似乎没完没了地研究似乎不会有确切答案的哲学问题感到不耐烦的科学家可能持有这种观点。他们也许会承认，科学的确还不能回答一些问题，比如“宇宙大爆炸之前发生了什么”“无机分子是如何产生生命的”“意识仅仅是一个大脑过程吗”……但他们认为，只要有足够的时间和金钱，足够多的理论天才和实验，那么有这些问题以及任何其他真正的问题都可以得到回答。在研究结束时，科学所留下的未被回答的问题将是伪问题，智力上负责任的人不关心这些问题。当然，像我们这样的智慧生物在宇宙历史中的存在可能不足以完成科学，但由此并不能断定科学及其方法原则上无法回答有有意义的问题。
然而，声称科学可以做到这一点是需要论证的。数个世纪以来，像“数是什么”或“时间是什么”这样的问题一直没有得到回答，这一事实无疑表明，科学也许永远也回答不了严肃的问题。这些真的是伪问题吗？我们只能根据论证或合理的理由来接受这样一个结论。倘若有人主张，鉴于有这些事实，“研究结束”时留下的任何问题都定是伪问题，那么作为哲学家，我们可以想到一些论证来支持这一结论。但我们所能想到的这些论证都有两个相关的特征：一，它们都在很大程度上利用了科学本身所无法提供的一种对科学本性的理解；第二，这些论证都不是科学本身所能建构的，它们是哲学论证。这是因为它们援引了科学的规范性前提，而不仅仅是事实性前提。
例如，主张科学永远无法回答的问题实际上是（科学没有义务解决的）伪问题，它基于这样一种假设，即科学应当回答而且确实有义务关注一些问题。但我们如何判定科学应当解决什么问题呢？科学应当解决的，大概是那些至少可能获得知识的问题。但那样一来，科学的责任又将转向知识的本性、范围和基础，但这是研究知识的本性、范围和理由的认识论的问题。这意味着哲学是不可避免的，即使是在论证，没有什么问题是科学（无论现在还是终，或者仅仅是“原则上”）所无法回答的。
请注意，这并不是说哲学家有某种特殊的立场或观点来追问和回答科学家所无法考虑的一系列问题。这些关于科学及其范围和限度的问题既是哲学家的问题，也是科学家可以贡献回答的问题。事实上，在许多情况下，正如我们将要看到的，要么科学家能够更好地回答这些问题，要么科学家的理论和发现在回答这些问题方面起着至关重要的作用。但重要的是看到，哲学是不可避免的，即使有人相信，有真正的问题、有值得回答的问题，终只能由科学来回答。只有哲学论证才能支持这一主张。这个论证，以及相反的论证，需要科学哲学的有资源。
此外，正如科学哲学中的许多工作所表明的，哲学问题与科学问题（特别是那些在不断变化的科学前沿提出的问题）之间存在着实际的区分，这一点绝非清楚。本书稍后将实际探讨一些令人信服的论据来得出这个结论。这意味着根据我们所提出的定义，可以期待对永恒的哲学问题做出重要的科学贡献。


作为科学哲学的哲学的简史
通过哲学与科学的关系来定位哲学，既依赖于哲学史，也依赖于科学史。
至少从笛卡尔开始，在17 世纪初，欧洲哲学中形而上学和认识论的议程一直是由科学确定的，初是由物理学和数学，后来则是由生命科学。
笛卡尔以引入系统怀疑的方法来确保知识的基础而闻名。他同样感兴趣的是发展一种可以用数学方程来表达的物理学理论，这种理论没有为目的、目标或任何类型的“目的论”（来自希腊语telos，意思是事物努力达成的目的）留出余地。在这方面，开普勒和伽利略用数学来表达自然规律性的巨大成功影响了他。他没有陈述事物的目的，而是寻求机械论定律，他所表述的三条这样的定律与牛顿后来发起物理学革命的定律非常相似。笛卡尔对目的的拒斥当然并非基于一种成功的非目的论理论，而是基于一个哲学论点，即目的在物理的自然中并不存在。笛卡尔相信“微粒论”，即宇宙的基本组分是不可穿透的“原子”，有物理过程都源于这些原子的运动以及它们之间的碰撞、结合和分裂。这种关于实在本性的“形而上学”理论可以追溯到古希腊的德谟克利特和原子论。值得注意的是，堪称20 世纪下半叶具影响力的美国物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）认为，实在是原子式的，这是物理学中重要的观念。这使笛卡尔和17 世纪的有微粒论哲学家都有了先见之明！
这种微粒论有两个大问题：一个是，引力，一种任何东西都无法屏蔽的力，似乎可以以无限的速度穿过完全的真空。因此，引力不能被微粒或原子携带着通过真空，因为真空中没有任何东西，包括原子。笛卡尔的大部分工作都是为了解决这个问题，但他一直没找到解决方案。
第二个问题是，鉴于我们无法观察到这些微粒或原子，我们如何才能了解它们。约翰·洛克在17 世纪末的大部分著作都致力于回答一个认识论问题，即我们是否以及如何能够了解这些原子。洛克主张，不可观察的原子及其组合产生了我们的经验，我们经验的一些特征类似于这些原子和由原子构成的东西的性质。在洛克看来，类似于物体（即产生我们经验的微粒集合）特征的那些性质，恰好是17 世纪物理学所援引的那些性质：大小、形状、物质等。然而我们经验的颜色、气味、味道和质地等特征，则是我们经验的主观属性，它们与产生这些经验的事物的真实属性并不相似。当然，洛克并没有诉诸物理学来为这一主张辩护。至于为什么我们的经验至少在某些特征上表征了实在，他认为可以做更深刻的哲学论证。由此，洛克的认识论被称为“表征实在论”。
很少有科学家和哲学家对洛克的理论感到满意，因为没有办法将我们的经验与其原因进行比较，以确定前者是否与后者相似。事实上，他们认为，对于我们如何能够拥有超出我们直接观察范围的科学知识，洛克对这个问题的解决只是激励了人们对科学主张的怀疑。出于对洛克观点的普遍不满，哲学家和科学家在其认识论（即关于知识的本性、范围和辩护的理论）方面走上了两个不同的方向：经验论和唯理论。
这两种知识理论将在本书中反复出现，因此有要简要说明它们及其区别。这两种认识论之间初的争论涉及我们是否拥有关于世界及其本性的先验知识。笛卡尔主张先验