论地球科学研究中的溯因推理

摘　要：溯因推理是科学发现所不可或缺的一种独特推理模式。本文从溯因推理的逻辑结构出发，运用案例分析，逻辑结构解析等方法，探讨溯因推理的思维模式和特征，并结合地球科学进行理论阐述。

关键词：溯因推理；地球科学；皮尔士；汉森

　　古希腊的亚里士多德在历史上最早对溯因推理做出过研究，后来的笛卡尔、莱布尼茨、惠威尔、康德都有过相关的讨论。将这种思维过程确立为推理方法的是皮尔士(Charles Sanders Peirce，1839—1914)。20世纪50年代末,美国科学哲学家汉森(N. R. Hanson) 在《发现的模式》中,以经典粒子物理学和基本粒子物理学的推理过程为例, 进一步阐述了皮尔士的溯因推理过程。
一、 溯因推理的逻辑结构
　　溯因推理的推理过程既不同于从个别到一般的归纳推理，又不同于从一般到个别的演绎推理，也不同于从特殊到特殊的类比推理，它是由个别现象推出深层本质，从结果倒推出原因，其结论是从后天的经验推导出的。在地球科学研究的过程中，常常需要通过各种地质事件遗留下来的地质现象与结果，利用现今地质作用的规律，反推古代地质事件发生的条件、过程及特点，利用溯因推理的方式进行研究。
　　案例一：“沧海桑田”说
　　我国北宋沈括（公元1031-1095年），观测到太行山“山崖之间，往往衔螺蚌壳及石子如鸟卵者，横亘石壁如带”1，便做出了“此乃昔之海滨”的论断；之后的朱熹（公元1130-1200年），则提出“尝见高山有螺蚌壳，或生石中，此石乃旧日之土，螺蚌即水中之物，下者却变为高，柔者却变为刚”2。他们都采用了溯因推理，其模式可表述为：
　　（1）山石之间发现有螺蚌壳（C）。
　　（2）如果这一带曾经是海  （A）， 山上有螺蚌壳（C）就是理所当然的事。
　　（3）∴这一带以前曾经是海（C）。
　　在这一推理过程中，意外的事实：“山石间有螺蚌壳”被观察到，然后，提出了一个假说：“这一带曾经是海”，用以解释这一意外的事实。他们都正确的说明了地壳的构造运动现象及化石的成因。
　　在《发现的模式》一书中，汉森以开普勒发现行星椭圆形运动轨道的推理过程和伽利略关于重力加速度是一个常量的发现为例，阐述了皮尔士的溯因推理理论。然后以经典物理学中的引力定律和粒子物理学中的波粒二象性为例，将皮尔士的推理模式发展为更为复杂的逻辑结构。
　　案例二：大陆漂移假说
　　1915年魏格纳在其著作《大陆和海洋的起源》一书中系统的阐述了大陆漂移学说。其溯因推理模式可归结如下：
　　（1）大西洋两岸的海岸线相互对应  （P1）
              大西洋两岸构造相互呼应      （P2）
              相邻大陆古生物群具有亲缘关系（P3）
              石炭纪——二叠纪时的冰川遗迹 (P4)
　　（2）如果大陆曾经是连接在一起的，在后来的演化过程中渐渐漂移开去，形成今天的地貌(H)，那么P1、P2、P3、P4等就能被合理解释而变得不奇怪
      （3）∴有充分理由去推敲大陆漂移假说（H），使得它能够成立
　　大陆漂移理论提出以后，地球物理学家们把其发展为更为全面的板块构造理论，从根本上改变了我们关于地球演化史的观念。
　　从地球科学史的例证来看，溯因推理在提出科学假说上，比演绎推理和归纳推理更具创造性。
二、溯因推理的主客观条件
　　汉森在《发现的模式》第一章中举了这样一个例子：假设开普勒和第谷一起去看日出，他们在黎明的东方是否看见了相同的事物？我们都知道，第谷是托勒密和亚里士多德的“地心说”的追随者，而他的后继者开普勒信奉的是哥白尼的“日心说”。那么，他们在黎明的东方看见了相同的事物吗？如果就生物反应来看，他们的视网膜确实纪录下了相同的太阳的影像。但就经验来说，第谷看到的是围绕地球转动的一颗火热的星体升起的景象，而与之相反，开普勒看到的是地球围绕太阳转动而产生的东升西落现象。
　　当沈括在高山上发现螺蚌壳时，他和山上的砍柴人看到的是相同的事物吗？当魏格纳观察地图时，他和大陆漂移说的反对者看到的是相同的事物吗？汉森说：“看是一种经验。”“是人而不是人的眼睛在看”。 “看”是一件‘渗透着理论’的事情。我们先前的知识和实践经验深刻地影响着我们观察事物的方法和得出的结论。如果没有先前知识的积累沈括和魏格纳就无法提出正确的假说。这些假说的形成和地学研究的突破，与他们先前就具有的知识体系是分不开的。因此，溯因推理得以可能的条件之一，就是观察者必须具备提出假说所应有的知识储备。
　　“并不是伽利略的洞察力、牛顿的天才和爱因斯坦的想象力本身改变了我们关于存在什么的知识：他们所说的都是真实的事物。”3法国天文学家李希尔根据时钟的变快变慢，提出了地球形状是桔状的椭球体的假说；李四光从构造形变逆推地壳形变，创建了地质力学体系；潘钟祥采用溯因法逆向推理，提出陆相生油理论。溯因推理的“被解释项”必须是观察或考察而得出的真实结论，也就是客观事实。只有以客观事实为依据，才能进行溯因推理。因此，溯因推理得以可能的条件之二，是观察到的事物必须是真实的。
　　“一个范式的观察者，不是那种只能看普通观察者之所看，只能报告普通观察者之所报告的人，而是那种能在熟悉的对象中看见别人前所未见的东西的人。”4当全球地图绘制出来以后，为什么提出大陆漂移说的是魏格纳而不是别人；当看到苹果落地时，为什么想到地心引力的会是牛顿。由此我们得出溯因推理得以可能的条件之三，是观察者必须具备比一般人更高的创造力。
三、溯因推理的特征
　　从溯因推理在地学研究中的应用来看，溯因推理具有以下几个特征：
　　第一，溯因推理过程的创造性
　　事物的本质难以进行直接的经验性描述，对它的认识要依靠创造性猜想。地球科学家研究的地球历史是人类无法亲身体验的物质世界的历史，因此只能根据不完整的资料和现存的地质现象去思考、判断和重塑已经消失的地球历史，创造地球科学理论。魏格纳的大陆漂移学说，并不是纯心理学的猜测，而是根据大量观察现象所作的概括性描述，是一种经过创造性思维加工的逆推结果。潘钟祥在陆相地域发现了油田之后，经过大胆猜测，逆推出了陆相生油理论。显然，没有进行创造性思维，就不可能洞察现象背后的本质。
　　第二，溯因推理在科学发现中的依赖性
　　科学理论的创立过程中，溯因推理必须要与归纳和演绎相结合。皮尔士在谈到科学研究三个阶段所使用的三种不同的逻辑方法 时认为：首先发现和形成假说要通过溯因推理；然后通过演绎推理从假说中推导出可以进行验证的命题；最后用实验手段和归纳推理使假说成立。要证实溯因推理提出的假设正确与否就必须借助演绎推理和归纳推理，甚至类比推理。
　　第三，溯因推理结论的非唯一性
　　溯因推理是“一果多因”的，具有可错性和猜测性。溯因推理过程是一种试错过程。地球科学的语言通常是“可能是”什么，而不是“是”什么。地球物理反演时地球物理场值观测范围的有限性，通常会造成地球物理反演的多解性；而地质构造事件的不可重复性，也通常使得地质构造的成因无法通过实验来检验。因此在地学研究过程中运用溯因推理时，其结果常常具有或然性。
四、结论
　　从亚里士多德到弗兰西斯·培根，从皮尔士到汉森，对人类思维方式和科学研究方法的探索一直没有停止。溯因推理以其独特的创造性不断推动着科学向前发展。而在具有“将今论古”传统的地球科学研究过程中，溯因推理法越来越显示出它的优势和重要性，这一方法将帮助我们更深刻的理解我们所处的物质世界。

参考文献:
⑴ N.R.汉森著，邢新力、周沛译，《发现的模式》，中国国际广播出版社,1988
⑵ 戴维·R·奥尔德罗伊德著，杨静一译，《地球探赜索隐录：地质学思想史》，上海科技教育出版社，2006年7月，第一版
⑶ 刘盛佳，《地理学思想史》，华中师范大学出版社，1990年11月
⑷ Lorenzo Magnani等主编，于祺明等译，《科学发现中的模型化》，中国科学技术出版社，2001
⑸ 王子贤、王恒礼，《简明地质学史》，河南科学技术出版社，1985

1 沈括，《梦溪笔谈》，中华书局，2009
2 王星贤，黎靖德，《理学丛书：朱子语类》，中华书局，1986
3 N.R.汉森著，邢新力、周沛译，《发现的模式》，中国国际广播出版社,1988，第29页
4 N.R.汉森著，邢新力、周沛译，《发现的模式》，中国国际广播出版社,1988，第33页