引言

从一个处于危机的范式，转变到一个常规科学的新传统能从其中产生出来的新范式，远不是一个累积过程，即远不是一个可以经由对旧范式的修改或扩展所能达到的过程。宁可说，它是一个在新的基础上重建该研究领域的过程，这种重建改变了研究领域中某些最基本的理论概括，也改变了该研究领域中许多范式的方法和应用。

——库恩

当科学的车轮滑过21世纪的时间节点，一方面，信息技术的迅速发展，使人不经意间身处一种信息大爆炸的时空当中，时刻感受着科技的繁华；另一方面，当我们感受到这种“繁华”的同时也不能忽视隐藏在其背后的科学的落寞：众所周知，科学的发展是以物理学为先导，但自广义相对论提出后的100年里，物理学的发展呈现出某种停滞不前的状态。为此，2013年物理学家西蒙顿还在《自然》发表了一篇文章称：爱因斯坦之后，科学天才已灭绝。或许，现在看来，西蒙顿的观点有些偏激，但在物理学中，的确还存在很多没有得到很好解决的问题，比如基本粒子问题。其他学科也一样，比如生物学还没有彻底掌握人类遗传的密码，化学还没有搞清楚分子作用的机理，人工智能还未能达到人类智能的水平……人类还是会得癌症；抗抑郁药也没有想象中的那么管用；“新冠病毒”导致的疫情依然在人类世界流行……总之，似乎“科学家们许诺了太多东西，却无法一一兑现”。

科学的停滞，也在一定程度上进一步引发了学界内的“恐慌”：1989年在明尼苏达州的古斯塔夫·阿多夫大学（Gustavus Adolphus）召开了一场专题讨论会，会议题目就是“科学的终结？”（The End of Science?）。其中一位与会者说：“我有一种日益强烈的感觉，即科学作为一种统一、普遍而又客观的追求，已经完全完结了。” 那么，科学是不是如其所说，真的要完结了？要回答这一问题，我们就要从科学发展的模式来“看”。诚如诺伍德·汉森（Norwood Hanson）在《发现的模式》一书中所说：“看是一件‘渗透着理论’的事情。” 假设约翰尼斯·开普勒站在山上观看日出，同他站在一起的是第谷·布拉赫。在开普勒看来，宇宙的中心是太阳，地球是围绕太阳运动的；而第谷的宇宙观则是追随托勒密和亚里士多德的，他认为地球是宇宙的中心，其他天体都是围绕地球旋转的。那么，我们是否可以说开普勒和第谷看到的是相同的事物？虽然可能他们都看到了太阳——一个圆形发亮的球体，但汉森强调物理状态和视觉经验是有差异的——开普勒和布拉赫通过观察形成了不同的看法。（这还只是我们“看”的一方面。另一方面，显然随着现代科学的发展肉眼已经无法满足我们看科学的条件，我们所看到的科学条件变得更复杂——我们需要借助大量的科学仪器来看。比如，生物学家看到的是显微镜下特殊形状的细胞，物理学家看到的是电脑屏上的一串数字）也就是说，当我们在“看”科学时，是有不同维度的。比如，汉森在《发现的模式》中就强调人们在“看”科学时有三种不同的维度——“看”“看到……”和“看作……”。“看见物体x，就是看见他可以以我们所知的朱x的实际行为方式，表现其行为：如果该物体的行为与我们所期望的朱x的行为不相符合，那么就会妨碍我们不再把他看作真正的x。”

众所周知，在科学哲学上，我们“看”科学的方式肇始于逻辑经验主义。逻辑经验主义对科学的理解主要是基于逻辑关系做一种理论结构的研究，即逻辑经验主义强调科学知识来自对经验事实的归纳，而科学的发展就是通过归纳而使得科学知识不断累积。由此，逻辑经验主义认为科学的发展就是一个线性的、累积式的发展过程。波普尔最早发现了逻辑经验主义的问题——归纳主义的问题。他认为科学的发展不是一个线性发展的过程，而是一个不断地证伪理论、推翻理论的过程：P1→TT1→EE1→P2。由此可以看出，科学的发展就是一场革命，而库恩则把这种“革命”的观点推向了极致。库恩认为科学的发展经过了前科学—常规科学—反常—危机—科学革命—新常规科学……即所谓的“科学革命的结构”理论。与库恩同时代，拉卡托斯从科学史出发创立了“科学研究纲领”，强调科学的发展就是研究纲领间的竞争而导致的优胜劣汰。

尽管从逻辑实证主义以来，科学哲学上对科学发展模式的描述各有不同，但无论是波普尔的猜想与反驳模型，还是库恩的科学革命模型，抑或拉卡托斯的科学研究纲领，其中都显露出科学的发展始终伴随着竞争与进化，并且是科学中的竞争推动了科学的进化。有竞争，就意味着在科学中存在着争论。事实上，自科学产生之日起，科学争论就从未停歇。比如亚里士多德与柏拉图关于世界本源的争论、亚里士多德与德谟克利特就原子和宇宙学说的争论；伽利略在运动的基本规律、宇宙的结构、潮汐的起因等方面与托勒密和17世纪的亚里士多德学派产生的争论；牛顿和笛卡尔、胡克、波义耳针对光的本源的争论；爱因斯坦与庞加莱和洛伦兹就空间和时间的争论，以及其与玻尔就量子力学定律发生的争论，等等。

然而，纵观哲学史，“大多数哲学家认为，在科学领域，争论是由可察觉的、可纠正的错误引起的，它们应该被划归到非科学的、非理性的区域中，它们对知识的生产没有影响。有时这种信念是如此深刻，以至于与其他学科或经验领域相比，没有或只有争论被解决了才被看作是科学知识的标志”。 ^[1] 比如说亚里士多德就强调知识需要被证明。培根在《新工具》一书中强调对科学而言，“为要钻入自然的内部和深处，必须使概念和原理都是通过一条更为确实和更有保障的道路从事物引申而得；必须替智力的动作引进一个更好和更准确的方法”。伽利略在《试金者》一书中也提道：“如果一种效应在其他场合被其他人所验证，但我们却未能观察到，这必然意味着我们的实验中缺少某种作为先前实验结果的原因的东西；并且，如果我们只缺少一种东西，那么它本身就是真正的原因……” 笛卡尔也认为“科学上也许没有一个问题，高明人士不是经常看法分歧的。然而，每逢他们有两个人对同一事物作出相反的判断，两人中间必定至少有一人是错误的，甚至可认为，两人中间没有一个是掌握了它的真正认识的；因为，若设他的理由是确定的、明显的，他就可以向对方提出，从而使他终于也能领悟”。对此种观点，莱布尼兹也表示认同，他说过一句很有名的话：“如果两个不同观点的人发生争论，那就坐下来，把自己的命题输入这个形式系统中去，然后让我们计算一下吧。”甚至，康德在《纯粹理性批判》中也说：

对属于理性的工作的那些知识所作的探索是否在一门科学的可靠道路上进行，这可以马上从它的后果中作出评判。如果这门科学在做了大量的筹备和准备工作之后，一旦要达到目的，就陷入僵局，或者，经常为了达到目的而不得不重新回头去另选一条路；又比如，如果那些各不相同的合作者不能像遵守这个共同的目标所应当的那样协调一致：那么我们总是可以确信，这样一种研究还远远没有走上一门科学的可靠的道路，而只是在来回摸索。而尽可能地找到这条道路，即便有些包含在事先未经深思而认可了的目的中的事情不得不作为徒劳的而加以放弃，这就已经是对理性作出的贡献了。

上述这种追求确定性的“非黑即白”的科学观就如同波普尔在《猜想与反驳》一书中所做的概括：“科学确实这样一种少有的——也许是唯一的——人类活动，有了错误就要接受系统的批判，并及时改正。” ^[2] 但事实上，“科学中事情的正常状态是未决定的和不确定的，没有哪项新研究会完全消除不确定性”。在这种不确定性的推动下，不难发现，整部科学史其实就是一部科学争论史。只不过在传统的科学观中，科学是理性的化身，是对客观世界的写照，科学争论可以通过客观标准和判断性实验得到消解。但是，库恩却认为：“一个科学理论，一旦达到范式的地位，要宣布它无效，就必须有另一个合适的候选者取代它的地位才行。科学发展的历程历史研究已经告诉我们。迄今为止根本就不像否证主义方法论框框所说的能直接与自然界做比较的过程。这种议论并不意味着，科学家绝不拒斥科学理论，也不意味着经验和实验在他们拒斥科学理论的过程中是不必要的。但它的确意味着最终将成为中心要点的东西——即导致科学家拒斥先前已接受的理论之判别行动，总是同时伴随着接受另一个理论的决策；导致做出这种决策的判断，包含着范式与自然界的比较，以及范式间的相互比较。” 并且，“正如在相互竞争的政治制度间作出选择一样，在相互竞争的范式之间作出选择，就等于在不相容的社会生活方式间做选择。正因为这样，范式的选择并不是也不能凭借常规科学所特有的评估程序，因为这些评估程序都部分依据某一特定范式，而正是这一特定范式出了毛病，面临争论，才有其他范式试图取而代之。当不同范式在范式选择中彼此竞争相互辩驳时，每一个范式都同时是论证的起点和终点，每一学派都用他自己的方式去为这一范式辩护”。

也就是说，“科学争论首先是一个历史的实在问题，而不是一个单纯的逻辑问题”。既然，科学争论是一个实在问题，那么存在不同类型的科学争论，主要包括：

其一，关于事实的争论：这是关于特定观察陈述的真实性或可靠性的论战，它将决定这一（组）陈述能否作为科学事实而存在。

这种争论易于导致某种重要的决定性或判决性实验，从而证实或反驳、提出或终结某一科学事实及其相关理论，如对“以太”的争论所引起的“迈克尔逊—莫雷”实验就是一个非常漂亮的例子。

其二，关于理论的争论；科学模型、假设或理论存在的多元性是这种争论的根源。它构成了科学活动的正常形态，科学发展的理智动力和科学知识进步的矛盾机制。如在关于光的研究中，粒子说与波动说的长期争论所具有的特征。

其三，关于原则的争论：这种争论不在于对可选择理论自身的合理性争论，而在于对该理论的本体论、认识论或方法论原则的争论，即关于理解解释或理论评价的原则的争论。由于它涉及关于整个科学研究方法的普遍原则，因此它本质上是一种“元科学”的争论。如牛顿及其批评者关于力的概念的争论、爱因斯坦和玻尔关于量子理论的完备性争论、20世纪50年代关于“大爆炸”宇宙学的争论等，都从力、时间、空间或能量守恒等问题上，引出了关于宇宙结构及其本质的原则性的争论，就是很明显的例证。

其四，“混合”争论：以某种方式包含着科学以及伦理和政治性原则的争论，即包含着科学与非科学双重因素的争论被称为“混合”争论。关于原子能技术的研究及其应用的各种争论，就是这样一种混合争论。

其五，关于优先权的争论：这种争论是关于科学发现或发明的权利的争论。比如，牛顿与莱布尼兹关于发现微积分的争论，胡克与欧登堡关于发明钟表游丝的争论等就属于这种争论。

特别是随着科学知识社会学的兴起，科学争论作为科学知识社会学研究的主要论题也引起了科学哲学家的关注。科学知识社会学研究的主要案例包括：哈里·柯林斯（Harry Gollins）对建造TEA激光器的过程中知识转移过程的争论研究；布鲁诺·拉图尔（Bruno Latour）对围绕促甲状腺释放因子（Thyritripin Releasing Factor，简称TRF）的合成的争论；特雷韦·平奇（Trevor Pinch）对探测中微子实验中科学家的意见分歧；大卫·特拉维斯（David Travis）对科学家争论涡虫实验是不是科学实验的争论……

但是，有别以往，随着科学的发展，当代科学争论已从围绕科学方法、科学机制直逼科学事实本身，这在探测引力波实验中体现得尤为突出：如果要评选本世纪最伟大的科学实验，探测引力波实验必然会榜上有名。引力波是由双黑洞合并，双中子星碰撞，超星星爆发，或者其他宇宙突变事件所产生的时空涟漪。2015年，美国“激光干涉引力波天文台”（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,简称LIGO）在人类历史上第一次直接探测到了一个质量为29倍太阳质量的黑洞与另一个质量为36倍太阳质量的黑洞碰撞合并产生的引力波。这个距我们约13亿光年远的事件被称为“GW150914”。该实验引发了一场天体物理学革命，这些在现实中难以捉摸的引力波已经开始揭示天体的秘密，开启了所谓“多信使宇宙学观测”的新时代。因此，毫无悬念，2017年瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布将该年度的诺贝尔物理学奖授予美国麻省理工学院教授雷纳·韦斯（Rainer Weiss）、加州理工学院教授基普·索恩（Kip Thorne）和巴里·巴里什（Barry Barish），以表彰他们在LIGO探测器和引力波观测方面的决定性贡献。

然而，在人们为这场科学盛宴欢呼的同时，对探测引力波实验的质疑也不绝于耳。那么，在实验原理、实验步骤、实验结果的判定都表现出很强的不确定性时，科学实验是如何进行的、其所带来的认识论挑战又有哪些，这是本书所要解决的主要问题。为此，本书研究主要沿两条线索展开：其一，关注科学事实层面，侧重于讨论探测引力波实验中所涉及的科学争论类型、产生原因及争论解决过程和机制；其二，关注科学价值层面，侧重于讨论探测引力波实验所涉及的科学争论给当代认识论带来的挑战。围绕上述两条线索，本书研究分为三部分：

第一部分，讨论探测引力波实验的理论基础，对应第一章，主要从物理理论层面对何为引力波、引力波是如何产生的、引力波探测器建造的物理原理，以及引力波探测实验的难度进行理论分析。

第二部分，讨论探测引力波实验所涉及的主要争论类型，其中又分为两个层面的研究：第一个层面，着眼于探测引力波实验本身所涉及的三大争论：（1）探测引力波实验早期，围绕韦伯探测引力波实验所引发的争论；（2）探测引力波实验中期，围绕美国探测引力波LIGO实验室的建设所引发的争论；（3）探测引力波实验后期，针对LIGO第一次在世界范围内宣布人类首次探测到了引力波信号——GW150914信号的可信度的争论（对应第二、四、六章）。第二个层面，主要针对由上述三场大的科学争论所引发的哲学思考的讨论，即关于“实验者的回归论题”、大科学实验的不确定性问题，以及科学实验的可信任度的建构问题、技能与专长的社会规范性问题（包括第三、五、七、八章）的讨论。

第三部分，基于本书第二部分研究，对当代科学争论的特征做整体性反思。所讨论的问题主要包括当代科学争论的特征和当代科学争论解决的可能路径——公众参与的讨论。

[1] Peter Machamer,Marcello Pera,Aristides Baltas, Scientific Controversies:Philosophical and Historical Perspectives ,Oxford University Press,2000,pp.3-4.

[2] Karl Popper, Conjectures and Refutations ,Basic Books,New York,London,1962,p.216.