（二）理论要素之间、理论与理论之间相互作用及产生的问题类

型

科学不仅存在着实验、理论和问题之间的相互作用，而且也存在着理论内部各个理论要素之间的相互作用并且产生着相应的问题；也存在着科学理论与理论之间的相互作用，同时也产生着相应的问题，并通过这些问题及其问题解决推动着科学的进化或引发科学的革命。下面让我们研究这两种相互作用及其问题类型。

**理论要素之间的相互作用，**包括两个方面：理论要素的内容
方面的相互作用；理论要素在形式方面如逻辑方面的相互作用。前者常常引起理论不完善的问题，并通过这类问题的解决促使理论的内容丰富、完善；后者常常通过逻辑规则的作用发现理论的逻辑问题。解决理论要素之间逻辑关系问题，可以促使理论更加完美。

①理论要素的内容方面的相互作用

理论要素的内容方面的相互作用指的是理论内部的各个要素如概念、定律、解释性观念等要素之间的相互作用。例如，20 世纪建立起来的量子力学包括20 世纪之初建立起来的量子论不仅一开始在其理论内部存在着概念、定律关系的不和谐性，而且一直到今天似乎还存在着这类问题。物理学家为了该理论是否内在完备一直在争论着，如 EPR 佯谬到现在依然是个不解之谜。理论中的概念、定律和其它内容具有历史性、演化性，科学家在对其进行研究时，由于新的实验事实的出现，就会产生新的认识。例如，进化论中的“适者生存”的概念，在今天就不同于达尔文的时代，科学家们已经进一步认识到，“不适者”通过创造小生态环境也能生存。

例如，关于质量的概念，通过马赫等人对牛顿力学的批判也获得了“进化”，其内容在爱因斯坦创造狭义相对论后，更是发生了根本性的改变。此外，最主要的是，理论中如果存在着概念和概念以及其它理论要素之间的作用，那么对于认识理论的缺陷、揭示理论的问题将有很大的帮助。例如，马赫就发现牛顿力学的基本概念中，如质量、加速度等的定义存在着同义反复、循环论证的问题，他还发现，牛顿论证绝对空间存在的“水桶”实验并不能证明绝对空间存在。而这些发现事实上对于解除科学家对牛顿理论的迷信起了重要作用，为狭义相对论的奠基做出了重要贡献。（参见郑永令：“牛顿运动观的历史探讨”，《近代物理学史研究》，复旦大学出版社，1983 年版）

②理论要素在形式方面如逻辑方面的相互作用

我们仍以牛顿力学为例。牛顿力学是经典物理学乃至其他自然科学

的基础，在牛顿的《自然哲学的数学原理》问世并被人们接受后的 200

年中，牛顿力学受到的是一片赞扬声，但是到了 19 世纪后叶，开始有人对它提出了批评。受到批评最多的是第一定律。首先，由于牛顿对力没有一个独立于运动定律的定义，所以无法判断物体是否不受力，从而根本无法用实验检验第一定律，因而第一定律至多只是一个“物体不受力” 的定义。此外，还有参照系问题。不受力物体静止或作匀速直线运动是相对什么参照系而言的？实际上，第一定律只有在惯性参照系中才有意义，而根据第一定律才能建立惯性参照系，所以这是逻辑循环。这样一来，第一定律实际上是什么也没有说。第二定律中也存在着同样的逻辑循环。马赫等人对牛顿力学提出了如上的批评后，到本世纪 50—60 年代，又有许多科学家研究了这些问题，并提出了新的见解。在他们的研究中，不仅牛顿力学的内容得到了改进，而且其形式变得更加完善了。可见，理论要素在形式方面如逻辑关系上的相互作用有助于理论的进步。（仍请参见郑永令：“牛顿运动观的历史探讨”，《近代物理：学史研究》，复旦大学出版社，1983 年版）

再如场量子论，在其自身中还包含着电子质量、能量等向无限大发散的内部的逻辑问题。这类问题已经引起科学家们相当大的注意。我们相信，这种相互作用必定会推动理论解决其自身的逻辑问题，从而产生某种飞跃。

**理论与理论之间的相互作用，**也包括两个方面：一是前后相继的理论（即旧理论与新理论）的相互作用；二是同一空间上的不同理论之间的相互作用，它又包括两种情况：对同一问题的对立回答或对立解决方案的两种理论的相互作用；对同一问题的的不同方面的不同回答或不同解决方案的两种理论的相互作用。第一种相互作用可以称之为理论在时间上的相互作用，后一种相互作用则可以称之为理论在空间上的相互作用。

①前后相继的理论（即旧理论与新理论）的相互作用前后相继的理论的相互作用有三种类型：

第一种类型：在新事实基础上形成的新理论同旧理论的相互作用，它往往表现为对旧理论的批判。

例如，现代原子理论对原有“原子论”的继承和批判就是一个很好的案例。本世纪初，科学家在实验过程中陆续发现了元素的放射性和放射性元素；卢瑟福-盖革实验又揭示了原子的核结构；后来的更为精密和高级的实验又使科学家们陆续发现了中子、中微子以及其它基本粒子，在此基础上形成的现代原子理论成了现代物理学的重要分支。那么，现代原子理论和 19 世纪的化学原子论（更不必说古代原子论了）有什么不

同和联系呢？很明显，现代原子理论和 19 世纪的化学原子论都承认原子的存在，除此之外两者似乎再也没有什么共同之处了。19 世纪的化学原子论认为原子是物质组成的不可变的、最小的单元，今天这两点都被证明是错误的了；但是，现代原子理论承认用化学方法不能改变原子，这点和 19 世纪的化学原子论的观点则是部分一致的，今天的现代原子理论认为，原子可以用物理的方法加以改变，即元素可以嬗变，而这在过去曾是炼金术士的幻想，是被 19 世纪的化学原子论批判和认为根本不可能的事情。

其实，许多新理论在建立之时并没有构成对旧理论的“当时”的批判，建立之后才发现它的革命性，例如哥白尼日心说建立时并不是直接针对托勒密地心说的，历史事实是教会的害怕以及革命的科学家对教会限制思想自由和科学发展的恶劣做法的反弹，才使哥白尼日心说成了一种革命性的象征，才发生了激烈的革命批判。

第二种类型：包含了新理论要素和旧理论要素的某种“混合体”式的新、旧理论的相互作用。

当产生了新的经验事实并且旧理论无法合理解释同时又没有其它理论可借鉴之时，有时会出现这样的情形，保留旧理论的某些理论要素，同时构造某些新的解释要素，即用新理论要素和旧理论要素相结合的方式构造一个新、旧混合体的理论。然而，这种构造方式毕竟是科学演化过程中的某种过渡性方式，它一般只反映演化过程中的新、旧理论交替的“临界”阶段的性质。

这方面的典型案例是早期量子论的演化。本世纪初，卢瑟福-盖革实验揭示了原子的内部核结构。按照卢瑟福-盖革原子有核模型，原子的中心集中了原子的绝大部分质量和正电荷，核外电子绕核作圆周（加速）运动。然而，按照经典电磁理论，核外电子的绕核运动由于是加速运动，因此要有辐射，而一旦辐射发生，电子的能量就会有所损失，电子的运动轨道就会越来越小，最终坍塌到原子核上。所以，按照经典电磁理论，卢瑟福-盖革的原子有核模型不具有稳定性。卢瑟福-盖革模型是建立在实验基础之上的，它的正确性已被证实，是无可怀疑的，经典电磁理论也曾有效地解释过大量电磁现象，就是它有错，也不会是完全彻底的错误，那么怎么办呢？丹麦科学家 N.玻尔在这种情况下，只好采取折中方式，即把理论假定建立在卢瑟福-盖革实验所揭示的原子有核结构模型和经典理论（包括经典力学和经典电磁学）基础之上，他硬是规定：a，当原子处于具有确定能量的所谓“稳定态”时，不辐射能量；b.只有当原子从一个稳定态过渡到另一个稳定态时才发射或吸收辐射能，而原子的能量变化就等于它发射或吸收的辐射光子的能量，即 E2-E11=hv。玻尔在这里利用了经典理论的确定轨道的概念；同时，这两个基本假定中，第一个假定与经典电磁理论所断言的电子必定辐射能量的结论相矛盾，而与原子能量量子化观念等效；第二个假定称为辐射条件，它包含能量守恒观念，但更突出的是引用了爱因斯坦的量子描绘（参见[美]R.瑞斯尼克：《相对论和早期量子论中的基本概念》，上海科技出版社 1978 年版，

第 245 页）。这样在量子论中，既包含旧理论要素（经典力学和经典电磁理论）又包含新理论要素（量子化观念和概念）。它的人为特征表明该理论是不完善的，新、旧两种要素共处一个理论之中其实是不能长久的，在本质上也是不能并存的。换句话说，它们暂时地通过人为的设定而“和平共处”于一个统一体中，而最终必定要以新理论要素克服旧理论要素并形成新理论完成这种相互作用，实际上，科学史的发展证明了这一点。

第三种类型：旧理论拓深到新领域，再加以新方法，形成新理论。有些旧理论包含有更多的真理成分，在对自然界的对象的描述和解释过程中，它的理论是适用某个方面或局部的；在以后的发展中，在对这个方面的描述和解释上，该理论并没有过时，但是，人们发现，自然界除

了该理论所描述和解释的那些方面外，还有另外的方面是该理论力所不能及的。这种无能，不是理论错了，而是理论只研究了自然对象的某些方面，只适用那所研究的方面。如线性科学就只适用于物质关系是线性的对象，而非线性科学则适用于物质关系是非线性的对象。最近，我国学者对于非线性量子力学的探索是很有意义的。就我们所讨论的情况而言，非线性量子力学不能取代线性量子力学，只是量子力学拓展到新的领域的新理论。这种新、旧理论的相互作用是一种继承和发展。

②同一空间上的不同理论之间的相互作用它包括两种类型：

第一种类型：对同一问题的对立回答或对立解决方案的两种理论的相互作用，这是对立理论之间的相互作用。在这种相互作用中，也有若干种类，如从内容上看，有正确理论与错误理论的斗争；两种都是片面性的理论之间的相互作用，如地质学上火成学说与水成学说、海相生油与陆相生油学说之间的争论；生物学上各种生殖学说之间的争论；物理学上关于光的本质的微粒说和波动说的争论，等等。如从形式上看，又有两种理论在逻辑上自洽不自洽的相互作用，如麦克斯韦电磁理论和伽利略相对性原理不相协调，等等。

第二种类型：对同一问题的不同方面的不同回答或不同解决方案的两种理论的相互作用。对同一问题的不同方面做出不同回答，或提出不同解决方案，这时两种理论其实有时是可以相容的，有时也会证明这两种解决方案是等效的。例如在解决量子现象时就曾提出过矩阵力学和波动力学两种等效的理论。有时这种相互竞争的理论则不是等效的，然而，在相互作用的过程中，两种理论自身是无法解决其矛盾的，所以只好采取一种等待实验来裁决的作用方式而作用。例如关于超导的本质的理论现在就有若干个，究竟哪个是正确的，理论自身是无法解决的，因此只好等待实验的新事实的裁决。

四科学认识活动中的“序参量” 和“控制参量”

按照自组织科学理论的基本观点，系统中的各个子系统或要素之间的竞争和合作构成了系统自组织演化的动力；系统中各个于系统或要素之间的相互作用的发展将产生推动系统或支配系统演化的“序参量”；进一步地看，“序参量”对不同系统是不同的，换句话说，每个具体的系统的运动都有自己的序参量，序参量是特殊的，不可普遍化的。当我们把科学演化作为一种认识活动看待时，按照我们在前文中对科学系统的研究，我们是把科学活动划分为三个层次的，即以科学家个人作为活动承担者的科学研究；以科学家群体或团体为活动承担者的科学学科研究和学科分支演化；最后，科学的宏观演化即科学总体的分化和综合演化过程。

我们认为，在以科学家个人作为科学活动承担者的科学研究这一层次上，“序参量”是科学研究中的问题，即“问题”起着支配科学研究中的其它变量的作用；关于这一点我们已在第一章和第五章第二节中作了讨论，这里不再赘述。这里需要说明的仅是：这里的“问题”仍然是指每一个具体研究中的具体问题。所以，问题作为“序参量”仍然是特

殊的、具体的。

在以科学家群体或团体力活动承担者的科学学科研究和学科分支演化的层次上，“序参量”是什么呢？我们认为仍然是“问题”，不过此时的问题不是一个具体科学研究中的微观性的问题，而是一种“中观” 性质的问题，即学科演化过程中各种研究相互作用发展出的“问题”，它涉及学科与学科的内容的相互作用、形式和逻辑上的相互作用，它由它们产生，而一旦产生又反过来支配着上述相互作用的发展方向、演化趋势等。

最后，在科学的宏观演化即科学总体的分化和综合演化过程的层次上，“序参量”是什么呢？这个问题比较复杂。因为它涉及到科学、技术和社会。不过我们可以反过来看这个问题，即问一问是什么支配着科学的宏观演化？是社会吗？社会确实影响着科学演化，而且影响程度还相当大，但科学决不是受社会支配的被动物。是技术吗？技术也对科学演化产生着巨大影响，但与其说技术支配科学毋宁说科学支配技术。看来还是要在科学本身中寻找动力。在科学的宏观演化即科学总体的分化和综合演化过程的层次上，我们认为是两种因子在支配科学的运动和发展，这就是科学发展过程中自然而然形成并突现出来的科学演化目标：一个可以称之为“经验适合性”，另一个则应称之为“理论普遍化”。前者驱动科学要符合它所研究的经验世界，使其受经验检验，具有越来越丰富的经验内容；后者驱动科学朝理论的抽象程度增强的方向演化，它内在地使科学内部统一、各个部分相互一致，它要求科学的逻辑基础在演化过程中越来越简单。在经验适合性因子的驱动下，科学分化的趋势得到了较充分的展开和发展；而在理论普遍化因子的驱动下，科学综合的趋势得到了充分的支持。例如，科学的分化主要表现为学科的细致化；而学科的细致化的依据就是自然界物质性质和运动性质的多样化及其科学家对此的认识的深化。所以它是受经验适合性支配的即科学必须随认识的深入而划分为更细致的分支学科，再例如，科学的综合主要表现为出现了交叉学科和横断学科，这些学科的出现在认识上主要是综合和抽象出它赖以作为基础的分支学科的那些共同的性质的结果。因此，相比而言，交叉学科和横断学科都比它们所综合或抽象的学科更为概括、更为普遍化。所以，学科的综合是受理论普遍化因子的支配的。反过来说，即“经验适合性”和“理论普遍化”是支配科学宏观演化的“序参量”。

按照自组织科学理论的基本观点，系统的自组织演化也要受到外部环境的物质、能量和信息的影响。外部环境以提供“控制参量”的方式影响系统的自组织演化过程。从科学作为社会活动的观点看，外部环境即社会所提供的“控制参量”主要是科技政策，它控制着社会向科学系统的输入。从科学作为一种认识活动的观点看，外部的认识环境所提供的“控制参量”应该包括一般认识的“问题库”、认识所需的工具和社会需要。由于这些问题属于科学演化的环境和条件范畴，我们在科学演化的环境条件论中再作详细讨论与研究。

五科学研究认识活动的竞争和协同特征

科学研究作为一种探索未知的认识活动时，它有两个显著特点，而这两个特点都与科学认识活动中的各个要素之间的竞争和协作有密切的关系。现在先让我们讨论这两个特点，然后再研究它们和知识要素的竞争与协同关系。