#CCCCFF 類比與科學理論的建構   類比,廣義地說,是涉及事物相似性關係的思維過程;而從科學方法論的角度來說,類比就是指從兩個或兩類事物之間的相似關係出發,根據對其中一方的特徵與規律的認識來猜測另一方的特徵與規律。與演繹法與歸納法相比較,它雖然比較接近於歸納法,但是類比法所要求前提條件是最少的,任何兩個系統之間的任何一點相似都可以成為類比推理的條件,而且類比的推理結論也最具有突破性與獨創性,在科學理論模型的醞釀過程中,直覺想像與聯想--即類比是其中最活躍與最基本的推理形式。但是類比的另一個特徵是它的模糊性,以嚴格的角度來說是它的或然性,即它的前提真實不能保證結論是真實,因為類比物之間雖然有某些特徵是共有的,但是也必然有一些特徵是它們所各自獨有。類比的模糊性有時使人們誤入歧途,可是當它與科學家特有的洞悉力相結合時,也導致了許多重要的科學新發現。

  凱庫勒(Friedrich August Kekule,1829-1896)關於苯環結構式的發現就是一個典型的類比創造的過程,在自述裡他寫到一八六五年的某一天晚上,爐中閃爍的火苗喚醒了以前的某個夢境「一條蛇咬住了自己的尾巴,團團轉,團團轉……」,凱庫勒在此之前對於苯分子結構已經做了長達十二年的艱苦探索,當環狀蛇的形象出現的一瞬間,他那尚未抑制的潛意識便迅速地將這一形象與苯分子結構問題聯繫了起來,這使他提出苯環結構式的理論 。一九二九年美國天文學家哈伯( Edwin Powell Hubble, 1889-1953)從 Doppler 效應得到啟發(基於聲-光傳播效應的類比), 認為恆星的光譜線紅位移意味著恆星正遠離我們而去,而且恆星離我們越遠,紅位移也就越明顯,其退行速度也越大,這就是著名的哈伯定律,在這個基礎上後來的天文學家提出了宇宙大爆炸學說。

  例如法國科學家庫倫( Charles Augustin de Coulomb, 1736-1806 )在研究電力與磁力的規律時,就將電荷、磁荷類比於牛頓力學當中的質點,從萬有引力得到啟發而選擇力與距離的平方反比關係,這一關係恰好完美地概括了他從電磁實驗中得到的大量測量結果 。又例如 Maxwell( James Clerk Maxwell , 1831-1879 )在比較了實際測得的電磁制電流強度與靜電制電流強度之後,由這兩個量的比值與光的傳播速度完全一致,而推斷電磁波與光波本質上是同一類型的波動,從而將光、電、磁現象在經典電磁理論的基礎上統一了起來。

  但是歷史上也有不少失敗的紀錄,例如人們曾經根據機械運動的力總是由某種物質來負載與傳遞的這一個常識,而猜想其他能量形式應該也有某種物質實體,於是便出現了「燃素說」、「熱質說」等等理論,這些假說後來被證明是錯誤的。又例如聲波是由空氣粒子作為介質來傳遞的,所以十九世紀末的科學家也因此假設光波也應該有其介質,可是在一八八七年 Michelson 與 Morley 關於地球相對於光介質乙太的相對運動速度為零的實驗,卻證實了光的傳播並不需要介質。在類比的過程當中,創新與冒險就是這樣有趣的相互伴隨著,我們可以說,類比既是智力的工具,也是認識的陷阱。

  類比參與理論模型的建構有兩種方式。一種是「直覺創造」的方式,這裡類比提供的只是種子概念,直覺類比通常是在人們醞釀與構思模型的過程中,由某種偶然刺激的觸發而下意識地完成的,因此科學家們有時會發現結論已經得出了,卻不知道是怎麼來的。其實,所謂的頓悟或靈感常常不過是這種下意識完成的類比的傑作。牛頓就是在家鄉的蘋果園中受到一個從樹上墬落的蘋果的啟發,而悟想到蘋果掉下來所受的力會不會與月亮環繞地球所受的力是一樣的?這一聯想進而導致了「萬有引力」概念的出現。類比參與理論模型建構的另一種方式是「經驗匹配」,即是人們有意識地將主觀猜測與客觀事實進行經驗匹配,同時根據這種匹配的相似程度來建立有關的類別,並且擷取事物的待檢證特徵,再根據檢證的反覆信息來修改與進一步完善其理論模型。

  從認識論的角度來看,我們不可能先驗地知道一個類比的極限,它的極限只有在實驗檢證當中才能暴露出來,所以類比只能適用於啟發聯想與特徵分類的思維過程上。在科學理論模型的建構過程中,我們既要善於捕捉不同系統之間的相似,又不能過分迷戀於某一種相似,既要充分利用類比所提示的每一條線索,也應該注意類比是有限的,類比本身並不提供科學理論之檢證的有效性。

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