隐喻建模的理想化表征及其逻辑特征.doc
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1、第 34 卷 2 0 1 8 年 第 1 期 1 月 自 然 辩 证 法 研 究 Vol 34, No 1 Jan , 2018 文章编号 : 1000 8934( 2018) 01 0015 06 Studies in Dialectics of Nature DOI:10.19484/ki.1000-8934.2018.01.004 隐 喻 建 模 的 理 想 化 表 征 及其 逻 辑 特 征 摘要 : 杨烨阳,郭贵春 ( 山西大学 科学技术哲学研究中心,太原 030006) 理想化是科学合理性的关键因素,而基于理想化假设的隐喻 建模在广义 的方法 论意义 和逻辑 学意义上 体 现了科学合
2、理性 。 在方法论意义上,隐喻建模的理想化表征本质 上是一种简 单化的 过程,在相似 性的基 础上建 立起 意向性的关系系统,体现了科学表征的普遍性特征 。 在逻辑学 意义上,理想化的 理论陈 述应该被 看作是 一种特 殊的 反设事实条件句,而反设事实的理想化逻辑具有非经典性 。 关键词: 理想化; 隐喻建模; 语境; 反设事实 中图分类号: N031 文献标识码: A 理想化的假设普遍存在于科学表征中,然而, 1 靶向建模语境中的理想化 传统观点认为理想化 假设实际上偏离了科学合理 基于某个简单的特定目标进行的科学建模 ,我 性的理想,因而往往忽略了理想化假设在科学表征 中所发挥的基础性作用
3、,从而也将其排除在科学方 法论的范畴之外。实际上,科学实践中并不能完全 消除理想化的表征,科学的逻辑本质上包含着理想 化的逻辑,理想化恰恰是科学合理性的关 键因素。 可以说,理想化弥合了我们的认知局限性与现实世 界的复杂性之间的鸿沟,而基于理想化 的隐喻推理 作为一种特殊的表征手段,在科学建模的方法论实 践中体现了科学理论所具有的统一的逻辑特征。 一 、 理想化与隐喻建模 由于人类认知能力的局限性和认 知环境的复 杂性,迄今为止,我们对现实世界中的具体情境、它 们的动态性、及其与其他实体的关系所进行的完美 表征,都不是在日常的物理语境条件下进行的,而 是在理想化的科学语境中进行的。换言之,大部
4、分 的理论陈述只有在高 度理想化的模型中才具有真 理性 而科学隐喻表征的过程中也常常诉诸理想化, 的方法,以期实现对自然科学中的事物或现象的部 分的表征。 们称之为 “靶向建模 ”,它针 对一个具 体的目标 系 统,并生成关于这个具体目标在其特定语境中的预 测和解释。 “ 在理 想化中,我们以一个具体 对 象来开始,并在心理上对其中一些不易获得的特征 进行重新排列 但是,我们实际上并不能消除这 些因素。相反,我们会用其他更易于把握或更易于 计算的因素来代替它们。 ” 靶向建模是最简单的建模类型,它包括三个方 面: 发展模型、分析模型、使模型符合于目标。具体 而言,基于隐喻推理的靶向建模的基 本
5、过程是: 科 学家对目标系统的因果结构提出假设,然后 “应 用 微积分 ”写下模型描述,最后再将模型与我们的 真 实世界目标进行对比。第一,科学家在建构隐喻模 型的过程中,致力于选择对他们的目标具有充分表 征力的结构,而隐喻模型的表征力是确证模型预测 适当性的一个必要条件。例如,洛特卡 沃尔泰拉 方程,它是一种典型的种群动态模型,描述了掠 食 者与猎物的互动状态。第二,靶向建模所涉及的模 型解释可能会随着时间而改变,或者随着其应用语 境的不同而发生改变。例如,沃尔泰拉将数学结构 应用于生物学中,而古德温又将沃尔泰拉模型应用 于经济学语境中,用以描述经济增长与收入分 配之 收稿日期: 2017
6、09 12 : “ ”( 16JJD720013) 。 基金项目 教育部人文社会科学重点研究基地重大项目 科学解释与科学哲学的现代性研究 贵春 作者简介: 杨烨阳( 1986) ,女 ,山西汾西人,山西大学 科学技术 哲学研 究中心博 士研究 生,主要研 究方向: 科 学哲学; 郭 ( 1952) ,山西沁县人 山西大学科 学技术哲学研究中心教授 主要研究方向, , : 科学哲学 。 1 187 15 自然辩证法研究 第 34 卷 第 1 期 间的关系。尽管这两个模型 具有相同的数学结构, 但二者由于语境的不 同而被看作是不同的隐喻模 型。第三,科学家通常会将隐喻模型作为目标系统 的替代来分析
7、,并在这种分析过程中对隐喻模型与 真实世界的现象进行协调,而这种协调是建立在模 型与世界之间的相似性关系基础上的。例如,以直 线方式来表征实际上并非直线型的程序。 另外 靶向建模力图将目标系统的所有关键的, 因果要素都包括在模型中,然而,当我们所面对的 系统变得越来越复杂,甚至对一个简单的初始条件 集进行直接计算都是不可能的。例如,当我们面对 地球大气这个巨大的系统时,我们并不能通过 直接 计算来进行模型分析。于是,我们可以建立一个模 型集,其中的每个模型强调不同的因果要素,而它 们的集合则解释了所有关键的因果要素。实际上, 一个整合起来的高度 理想化的模型集不仅有助于 我们发展更真实的理论,
8、而且也增加了一个理论框 架的普遍性。 2 无特定目标的隐喻建模中的理想化 科学表征不仅涉及对个体现象的研究,而且还 涉及对现象类别的模型进行探究,即 “无特定目标 的建模 ”。 第一 普遍化的隐喻建模是对各种具体目标进, 行抽象化表征的一种结果,它说明了建模何以从世 界的具体现象中被解耦,然后成为科学 家所谓 “纯 粹理论 ”的一部分。例如,在建构种群基因模型的 过程中,通过具体生物体的生命周期、空间分布、交 配互作等来对基因型作出预测分析,从而表征一个 种群中的基因适当性的分布,并在此基础上对普遍 的进化特性进行探究。实际上,普遍化建模对目标 的表征方式类似于靶向建模,二者之间的主要差异 在
9、于对目标的抽象度上,而非模型与目标的关系本 身上。一方面 普遍化建模有助于回答何以可能的, 问题,例如,离散的等位基因何以产生了类似连续 变异的现象呢? 另一方面,普遍化建模有助于建构 一个把握了现象发生的核心因果机制 的 模型。例 如,类鸟群模型表征了对鸟类的集群行为产生影响 的所有核心因果要素。 第二,假设性的隐喻建模是指为非存在的目标 进行的建模实践。事实上,科学表征力图将可能性 的域与不可能性的域区分开来,我们研究不可能的 目标的模型并不仅仅 是为了研究不可能的目标本 身,而是为了更好地理解和解释现实目标或现实系 16 统。实际上,假设 性的建模暗示着一种 可能性,因 为我们可以通过反
10、设事实的方法为不可能的目标 进行建模,从而理解: 为 什么我们的世界不可能具 有这个模型系统,以及我们需要改 变哪些自然法则 以便使其具有 可能性。例如, xDNA 是一种分子 扩 大了的 DNA,它增加了我们信息编码的可能性。然 而,自 然界中可 能并不存 在 xDNA,但 我们可以 在 xDNA 的基础上建构一个完善的基因系统,根据 xD- NA 的某些特性( 例如,热力学稳定性和荧光性) 对 自然发生的 DNA 进行考察 从而为我们探测地球上, 或是其他星球上的生命形态提供了可能性。 第三,无目标的隐喻建模所研究的唯一对象是 模型本身,而不涉及模型所表征的任何真实世界系 统的内容,这种建
11、模类型与纯粹的数学分析是 最相 似的。例如,三性 生物是一个不存在的 系统,为 它 进行 建模仅仅 出于理论 需要,而非出于 实践的 需 要。再如, “细胞自动机 ”为模拟包括自组织结构在 内的复杂现象提供了一个强有力的方法,关于它的 一个简单说法是 “生命游戏 ”,这个游戏通过的一个 无限的网格具有图灵完备性,它可被用于计算任意 可计算的函数。换言之, “生命游戏 ”与相关的细胞 自动机可为我们提供关于生物学、物理学等方面的 知识,部分 上是通过 促进我们 提高想象 力而实 现 的。因此,无目标的隐喻建模实际上意味着一种抽 象的直接表征,其研 究对象是有关经验现象的一个 已建构的模型,例如晶
12、体生长和进化发展。 综上,理 想化的 隐喻建 模是一 种多样 化的实 践,它具有一定的灵活性,可被用于表征一个简 单 目标、一组复杂目标、一个普遍化的抽象目标、甚至 是已知的并不存在的目标对象。 二 、 理想化的方法论特征 理想化是一种意向性的简化表征过程,它使我 们 “至少实现了对某个事物的部分上的理解 ” , 在相似性的基础上建立起意向性的关系系统,最终 证明理想化是科学表征中的普遍特征,原则上具有 不可消除性。 1 简单化与近似真理 理想化的语义学形式可被 简述为: 一个模型 M 是对一个基础模型 M 的一种理想化表征,当且仅当 M 是 M 的一种简化的替代形式,同时, M 会根据 M
13、的某些特征 F1, F2, Fn 来对其进行表征,而且 这个 M 在某语境 C 中必定具有科学意义。例如,科 学家用一个简谐振子 模型来表征一个共价键的振 动属性,这个简单表征被普遍应用于光谱学中,从 而避免对整个分子的多维势能面进行计 算。实际 上,理想化表征对模型的简化过程分为两 种情况: 模型收缩 和模型置换。一方面,模型收缩是指在科 学表征的过程中将目标系统的某些属性忽略,从而 极大降低模型表征的复杂性,这是一种非建构性的 理想化。例如 为了确定某种不导电物质的介质常, 数 k,在对平行板电容器之间的电容量进行测量的 过程中就忽略了 “杂散电容 ”的影响。另一方面,模 型置换则是用其他
14、更简单的属性( 结构) 来代替目 标模型的某些复杂属性( 结构) ,这是一种建构性的 理想化,其结构本质上与其所表征的系统之间具有 异质性。例如,质量点常常被用作是对星体或粒子 的理想化。即使质量点并不具 有星体结构或粒子 结构的某些属性特征,但是,它在某种重要意义上 与星体结构或者粒子结构具有经验上的相似性。 隐喻建模语境中的理想化恰恰是 一种建构性 的理想化 其所产生的模型是对目标系统的近似表, 征,理想化的世界与其所表征的现实世界之间在结 构特征、因果特征和动态特征等方面具有 相似性。 不过,理想化世界与真实世界之间的关系是一种具 有部分等值性的表征关系,例如,计算化学家通过 对分子的近
15、似波函数进行计算来预测分子属性,尽 管随着 21 世纪电子计算机的发展,我 们可以精确 地计算出中型分子的波函数,但这个数值仍然是近 视值。因此,在科学隐 喻的理想化表征语 境中,消 除了各种特殊的干扰和复杂的互动,甚至是现象类 别中的个体要素的特性,借助于隐喻描述而对实体 及其动态性进行科学建模,从而实现了对现实世界 的状态及其动态演化过程的简化表征。例如,欧拉 方程式是对纳维 斯托克斯方程式所表征的模型 的一种简化。因为欧拉方程式假设 “并不存在沿着 流体运动的方向而反作用于流体运动的黏性力 ”, 而纳维 斯托克斯 方程式则是一个将粘性流体纳 入考察范围之内的二阶方程,欧拉方程式在某种意
16、义上比纳维 斯托 克斯方程式具有计算上 的简易 性,因而常常被应用于真实系统中。 2 意向性的关系系统 本质上,理想化首先是一种二元关系,即: xy, 其中的 x 和 y 涵盖了精确的集合论意义上的结构或 隐喻建模的理想化表征及其逻辑特征 模型,既然可能世界在哲学上类 似于模型,那么, x 和 y 就涵盖了由可能世界所组成的集合 U。在理想 化的关系系统中,构成前者的类型和关系所组成的 集合是构成后者的类型和关系所组成的集合中的 一个子集。然而,基于隐喻推理的理想化模型的关 系系统中,还应该包含着隐喻假设所牵涉的各种关 系和属性所组成的集合,因此,我们可以用一个 三 元关系来描述理想化,即:
17、xyz。其中,第一元关系 是根据第三位中的各种属性和关系对第二元关系 的一种简化。 实际上,理想化的隐喻模型可被描述为意向性 的关系结构的部分世界,它与真实世界之间的等值 关系仅仅是部分上的等值关系。于是,理想化关系 即: 一种意向性的关系结构 wi 是另一种意向性的关 系结构 wj 的一种理想化,当且仅当 wi 是对于 wj 的一 种极小 的部分的科学表征( 当且仅当存在着某个结 构 e i,它是 Ei的一个元素,同时, ei 在语境 C 中与 ej 之间具有 程度上的、经验上的近似等值关系) ,同 j i 上的同构性并不是科学表征的必要条件,理想化的 隐喻模型与其所表征的现象或系统之间不一
18、定具 有部分上的同构性,如果理想化的反设事实所涉及 的模型具有经验上的近似真值时,其论证结论就被 判定为是正确的。例如,行星的轨道与质量点的轨 道之间具有相似性,我们可以通过有关质量点和重 力的推理而将其结果应用于行星的 研究中。因而, 当一个模型具有近似地符合于我们在真实世界中 所观察到的某些系统的经验结论时,这个模型就具 有表征意义,同时,如果 这个模型比它所表征的系 统更简单,那么它就是一 种理想化。因 此,从经 验 科学的视角来看,理想化的表征模型是被表征结构 的一种经验替代。 3 理想化的普遍性与不可消除性 隐喻建模是一种建构性的理想化过程,卡特赖 特曾指出: “物理学旨在表征的简
19、单性,但是,自然 实际上却是错综复杂的。因此,在抽象的理论表征 与所表征的具体情境之间就不可避免地产生了一 种不协调的现象。其结果是 ,抽象的阐述并不能描 述实在,但却能描述虚构的建构。 ” 例如,铁 磁性的伊辛模型。在固态物理学中,所有真实的固 体都是不完美的,并且是由大量相互作用的粒子所 构成的。因此 为了便于计算晶体的电子光谱和晶, 格振动光谱,我们常常假定 “固体是一个自旋为 + 1 17 自然辩证法研究 第 34 卷 第 1 期 或 1 的完美的粒子晶格 ”。此外,晶体的电子光谱 和晶格振动光谱在现实中常常发生着因果互动,但 我们并不能同时对二者进行考察,因此,当我们考 察晶体的电子
20、光谱时,我们通常会将晶体振动设定 为 0,这样,我们就可以对固定在完美晶格上的离子 场中的电子状态进行计算了。然而,由于所有真实 固体的形状都是无限大的,而晶格会在晶体的表面 终止。我们可以假定波函数消 失在边界上,但是, 因为驻波的产生,波函数会反射在表面,这并不容 易计算。于是 我们就假设, : “晶体可以在空间中进 行周期 性的扩展 ”,如果晶体的一个维度是 1,那么, 我们就可以假设 ( x) = ( x + l) ,其中的 ( x) 是 波函数且是周期性的。 但是,卡特赖特也认为包含着理想化条件的推 导都是不牢靠的,因此,要使基本的解释性陈述更 适用于真实情境就必须消除各种理想化 假
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- 隐喻 建模 理想化 表征 及其 逻辑 特征
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