科學是什麼？從可否證性到典範轉移

占星術算不算科學？一道劃界的難題

想像你坐在咖啡廳，鄰桌兩個人正在爭論。一個說：「占星術當然有道理，我認識的天蠍座都很神祕。」另一個反駁：「那只是巧合，星座根本不科學。」

聽起來這是一場關於「準不準」的爭論，但其實藏著一個更深的問題：我們憑什麼說某個說法是「科學的」，而另一個不是？ 占星術有觀測（星象）、有理論（行星影響性格）、有預測（運勢），表面上看起來和氣象學沒什麼兩樣。那麼，氣象學是科學，占星術卻不是，這條界線究竟畫在哪裡？

這個看似簡單的問題，正是科學哲學（Philosophy of Science）的核心關切之一，哲學家稱之為劃界問題（Demarcation Problem）——如何區分科學與非科學（或偽科學）。接下來，我們會看到二十世紀幾位重要的思想家，如何給出彼此衝突卻又互相啟發的答案。

第一個直覺：科學就是「被證實」的知識嗎？

很多人對科學的第一印象是：科學家做了大量觀察與實驗，累積足夠的證據，於是「證明」了某個理論。這種觀點稱為證實主義（Verificationism），與二十世紀初的邏輯實證論（Logical Positivism）密切相關。維也納學圈（Vienna Circle）的學者主張，一個陳述若無法被經驗證實，就是沒有認知意義的空話。

這個立場很有吸引力，卻撞上一個古老的難題：歸納問題（Problem of Induction）。

蘇格蘭哲學家休謨（David Hume）早在十八世紀就指出：我們從「過去觀察到的所有天鵝都是白的」這個前提，推不出「所有天鵝都是白的」這個全稱結論。無論你看過多少隻白天鵝，下一隻仍可能是黑的——而事實上，澳洲就有黑天鵝。歸納推理永遠無法給我們邏輯上的確定性。

這意味著什麼？意味著科學理論永遠無法被徹底證實。牛頓力學曾被無數實驗「證實」，準確預測了行星運行兩百年，但仍在水星近日點進動的問題上敗下陣來，最終被相對論取代。如果連最成功的理論都可能出錯，那麼「證實」似乎不能作為科學的判準。

波柏的轉向：科學的標誌是「可否證性」

面對歸納問題，奧地利哲學家卡爾·波柏（Karl Popper）提出了一個聰明的逆轉。他說：我們確實無法證實一個全稱命題，但我們可以否證它。

「所有天鵝都是白的」雖然永遠無法被證實，但只要找到一隻黑天鵝，就能徹底推翻它。這個邏輯上的不對稱性，成為波柏整套科學哲學的基石。

於是波柏給出他著名的劃界判準：一個理論是科學的，當且僅當它是可否證的（falsifiable）。所謂可否證，意思是這個理論必須禁止某些事情發生——它要冒著被經驗推翻的風險，做出明確、可被檢驗的預測。

讓我們回到占星術。波柏正是用占星術當反例。他觀察到，占星術的預言往往模糊得無法被推翻：「這個月你在感情上會有變化」——無論發生什麼，總能被解釋為「應驗了」。一個無論發生什麼都不會被推翻的理論，看似無所不能，實則什麼都沒說。

相對地，愛因斯坦的廣義相對論預測：光線經過太陽附近會偏折特定角度。這是一個大膽的、可能出錯的預測。1919 年的日食觀測若沒看到偏折，相對論就完了。正是這種「敢於冒險被推翻」的特質，讓波柏認為相對論是優秀的科學。

看一個例子：兩種「解釋一切」的理論

波柏年輕時對兩種當時流行的理論印象深刻：佛洛伊德的精神分析與阿德勒（Adler）的個體心理學。他注意到一個奇怪的現象——這兩套理論似乎能解釋任何人類行為。

假設有個人把小孩推下河，又假設另一個人跳河救小孩。佛洛伊德學派會說：第一個人受到壓抑（repression），第二個人完成了昇華（sublimation）。阿德勒學派則說：第一個人有自卑情結需要證明自己敢犯罪，第二個人也有自卑情結需要證明自己敢救人。

你看出問題了嗎？無論一個人做什麼，理論都能自圓其說。 這種「解釋力」表面上是優點，波柏卻認為它恰恰是弱點：一個與任何可能觀察都相容的理論，等於放棄了被檢驗的資格。科學的力量不在於能解釋一切，而在於敢於排除某些可能。

不過這裡要小心一個常見迷思：波柏並不是說精神分析「錯了」或「毫無價值」，他只是說它（在當時的形式下）不屬於科學。不科學不等於無意義——神話、形上學、倫理學都不可否證，卻對人類思想至關重要。劃界是分類，不是價值判斷。

庫恩的挑戰：科學家其實不太愛否證

波柏的圖像乾淨俐落：科學家提出大膽假設，努力嘗試推翻它，失敗了就暫時接受，成功了就拋棄重來。但美國科學史家湯瑪斯·庫恩（Thomas Kuhn）在《科學革命的結構》（The Structure of Scientific Revolutions, 1962）中，給出了一幅截然不同的、更貼近歷史的圖像。

庫恩研究真實的科學史後發現：科學家在日常工作中，幾乎從不嘗試否證自己的核心理論。當實驗結果與理論不符時，他們的第一反應通常不是「理論錯了」，而是「我哪裡做錯了」「儀器是不是有問題」「是不是有某個未知因素」。

庫恩提出兩個關鍵概念來描述科學的真實運作：

典範（Paradigm）：一個成熟科學社群所共享的整套東西——基本理論、研究方法、判斷什麼是好問題與好答案的標準，甚至包括教科書裡的範例。典範不只是理論，更是一種「看世界的方式」。

常態科學（Normal Science）：絕大多數時候，科學家在既有典範內「解謎」（puzzle-solving）。他們不質疑典範本身，而是用典範提供的工具去解決一個個具體問題，像在拼一幅圖案已知的拼圖。

典範轉移：科學如何真正改變

那麼科學如何進步？庫恩的答案是：透過革命，而非平穩累積。

過程大致如此：常態科學在解謎過程中，會不斷遇到解不開的異常（anomalies）。起初科學家會忽略或擱置這些異常。但當異常累積到一定程度、且觸及典範核心時，科學進入危機（crisis）。此時會有人提出全新的典範，若新典範能解決舊典範的危機並開啟新的研究方向，科學社群便會（往往伴隨激烈爭論與世代更替）轉向它。這就是典範轉移（Paradigm Shift）。

從地心說到日心說、從牛頓力學到相對論、從燃素說到拉瓦節的氧化理論，都是典範轉移的例子。

庫恩最具爭議、也最深刻的主張是不可共量性（Incommensurability）：新舊典範之間沒有一個中立的、共同的標準可以直接比較優劣。因為兩個典範下，連基本概念的意義都變了。牛頓的「質量」是恆定不變的，愛因斯坦的「質量」卻會隨速度變化——它們用同一個詞，講的卻不完全是同一回事。庫恩甚至用了一個強烈的比喻：典範轉移後，科學家「彷彿生活在一個不同的世界」。

動手試試：辨認你身邊的「典範」

試著用庫恩的眼光重看一個你熟悉的領域。問自己幾個問題：

1. 這個領域的「典範」是什麼？ 例如在經濟學中，「理性人假設」長期是個典範；在心理學中，行為主義曾是典範，後來被認知革命取代。
2. 有哪些「異常」正在累積？ 行為經濟學發現人其實常常不理性（如康納曼的展望理論），這對古典經濟學典範構成挑戰。
3. 這是否構成一場「危機」或「革命」？ 還是只是典範內的微調？

你會發現，許多學科的歷史都能用「常態科學—異常累積—危機—革命」的節奏來理解。但也要提醒自己：不是每個爭論都是典範轉移，多數時候科學只是在典範內穩步解謎。把每個新發現都喊成「範式革命」，反而是對庫恩的誤用。

第三條路：拉卡托斯的研究綱領

波柏太理想（科學家其實不否證），庫恩又似乎太相對（科學進步像是社群的集體轉向，缺乏理性判準）。匈牙利哲學家伊姆雷·拉卡托斯（Imre Lakatos）試圖在兩者間找出第三條路。

拉卡托斯提出研究綱領（Research Programme）的概念。他說，我們不該孤立地評價單一理論，而該看一整個研究綱領隨時間的表現。每個綱領有一個受保護的硬核（hard core），外圍則是一圈可以被修改的保護帶（protective belt）輔助假設。當遇到反例時，科學家會調整保護帶來保護硬核——這本身是合理的，連波柏推崇的牛頓力學當年也是這樣運作的（海王星就是為了保住牛頓理論而被預測出來的）。

關鍵在於：這個綱領是進步的（progressive）還是退化的（degenerating）？進步的綱領能不斷預測新的、出乎意料的事實（如預測出海王星的存在）；退化的綱領則只是不斷打補丁來事後解釋已知的反例，從不做出新預測。占星術之所以是偽科學，不是因為某一次預測失敗，而是因為它作為一個綱領長期退化——永遠在事後解釋，從不開拓新知。

重點回顧

• 劃界問題問的是：如何區分科學與非科學。這不是「準不準」的問題，而是「夠不夠格被檢驗」的問題。
• 休謨的歸納問題指出，再多觀察也無法在邏輯上證實一個全稱理論，這動搖了「科學=被證實的知識」的素樸觀念。
• 波柏主張以可否證性作為科學的判準：好的科學理論敢於做出可能被推翻的大膽預測，而非無所不能地解釋一切。
• 庫恩從科學史出發，指出科學進步並非平穩累積，而是常態科學與典範轉移（科學革命）的交替；新舊典範間存在不可共量性。
• 拉卡托斯綜合兩者，主張以研究綱領是「進步」還是「退化」，作為更動態、更貼近實作的評價標準。

深入探討（研究所視角）

進入研究所層次，科學哲學的討論會從「劃界」延伸到更根本的科學實在論（Scientific Realism）之爭：成功的科學理論所談的不可觀察實體（電子、夸克、黑洞）究竟真實存在，還是僅僅是好用的計算工具？

實在論者最有力的論證是無奇蹟論證（No-Miracles Argument）：如果電子不存在，那麼基於電子理論的科技為何能如此成功運作？理論的成功若非因為它大致為真，就只能說是奇蹟。反實在論者（如范·弗拉森 Bas van Fraassen 的建構經驗論）則回應：理論只需「經驗上適切（empirically adequate）」即可，我們沒有理由相信其關於不可觀察世界的字面描述為真。

對實在論最尖銳的歷史挑戰是悲觀歸納（Pessimistic Meta-Induction），由勞丹（Larry Laudan）提出：科學史上充滿了曾經極為成功、後來卻被證明為假的理論（燃素、以太、熱質說）。既然過去的成功理論大多被推翻，憑什麼相信今天的理論不會步上後塵？這個論證與庫恩的典範轉移遙相呼應，逼使實在論者退守到結構實在論（Structural Realism）——主張理論變遷中保留下來的不是實體，而是數學結構（如方程式的形式關係），這才是科學真正把握到的真實。

另一條值得深入的線索是理論負載（Theory-ladenness of Observation）：庫恩與漢森（N. R. Hanson）指出，根本沒有所謂「純粹中立的觀察」——你看到的東西，總是被你既有的理論與概念框架所形塑。這對波柏的否證主義構成深層威脅：如果連「觀察」本身都受理論影響，那麼「用中立觀察去否證理論」這件事還可能嗎？這與當代知識論中關於整體論（Holism）的迪昂—蒯因論題（Duhem–Quine Thesis）相連——任何假設都不是孤立受檢驗的，而是與一整套背景假設一起面對經驗，因此理論上總能透過調整背景假設來保住任何核心理論（呼應前述拉卡托斯的保護帶）。

最後，科學哲學在當代與多個領域深刻交織：在人工智慧中，機器學習模型的「可解釋性」與「歸納偏誤」直接呼應休謨的歸納問題；在教育研究裡，量化與質性研究的典範之爭，本質上是庫恩式的不可共量性在方法論上的體現；在Educational Omics這類多模態學習資料的整合分析中，我們如何從認知、語言、生理、社會等多維資料「歸納」出學習機制的因果結論，正是歸納問題、理論負載與實在論爭議在真實研究情境中的當代翻版。理解科學哲學，不只是認識科學的歷史，更是學會謙卑而清醒地審視我們自己宣稱「知道」的每一件事。