2.5 科學說明

科學的基本目的一向被認為在於「說明」(explain)現象。簡單地說，針對「為什麼問題」(why-question)而給予科學答案。

一、涵蓋律模式

韓培爾(Carl G. Hempel)和歐本漢(Paul Oppenheim)在他們的<說明的邏輯之研究>("Studies in the Logic of Explanation,"1945)提出了涵蓋律模式(covering-law model)，包括「規律演繹模式」(deductive nomological model, D-N model)和「統計歸納模式」(inductive statistical model, D-N model)以做「科學說明」。

以一個簡單的實例來討論「規律演繹模式」

問題：為什麼玩具會浮出水面？

因為：

1. 任何物體放入水中，若物體重量大於同體積液體的重量，則物體沈入水中；反之，若物體之重量小於同體積之液體重，則物體會浮出水面；若兩者重量相等時，則物體可停留在液體中的任何地方，不浮不沈。(普遍定律)
2. 此玩具被丟入水中；
3. 池中液體是水；
4. 此玩具重量較同體積的水輕。

故，玩具浮出水面。

1 是普遍定律(general law)，因為它沒有指涉任何特定的固體，它以「任何物體」為主詞，是個「全稱語句」。而2, 3, 4 表達特定的事件，它們的主詞「此玩具」、「池中液體」指稱特定的對象，它們描述已發生的事件，故稱作「先行條件」(antecedent conditions)，最後一句是結論。

根據這個例子，我們可以把這說明加以形式化：

普遍定律：L1, L2, ... Ln    

先行條件：C1, C2, ... Cm   說明項(explanas)

結論：E (待說明的經驗事件之描述)     被說明項(explanadum)

其中，E要邏輯地從L1, L2, ... Ln和C1, C2, ... Cm中演繹出來。

韓培爾主張所有的科學說明，原則上都可以被分析出這個結構。可是並非任何滿足上列邏輯形式的，就是科學說明。一組科學說明的語句除了滿足上列邏輯形式結構外，必須再滿足下列四個適切性條件(conditions of adequacy)。

1. 說明項邏輯地蘊涵被說明項。
2. 說明項必定擁有普遍定律，乃是演繹被說明項時所必要的。
3. 普遍定律必須得到高度驗證。
4. 先行條件必定為真。

其中，前兩者又稱「邏輯條件」，後兩者稱「經驗條件」。 

林正弘(1988)舉例論證一個科學說明要同時滿足這四項適切性條件，乃是不可能的事。首先，普遍定律很難得到高度驗證，因為普遍定律通常陳述的是「理想狀況下」的事態。

除了「規律演繹模式」之外，邏輯經驗論者承認另一種主要的說明模式，即統計歸納模式，或簡稱為統計說明模式。例如：

前提一：這桶裡的咖啡豆有百分之八十是甲級的，百分之二十是乙級的。

前提二：任意拿出一顆咖啡豆來。

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結論：此咖啡豆有百分之八十的機率是甲級，百分之二十是乙級。

在歸納邏輯上，我們又把這種說明模式稱作「統計三段論」。前提一又稱為「統計律」(statistical law)，前提二則是先行條件。

二、科學預測

科學為什麼有力？因為它能做精確和可靠的預測。它的預測是從科學定律中邏輯地演繹出來，邏輯保證了它的必然性。例如：

前提一：每年三月二十一日太陽從正東方向升起。

前提二：明年三月二十一日來臨時。

結論：太陽將從正東方向升起。

科學預測和科學說明，似乎有相同的形式，兩者唯一的差別是，科學預測的先行條件和結論是未來的，尚未發生的。如果一個特殊事件已發生，則這個演繹是說明；如果它還沒發生，則是預測。

韓培爾說一個說明之所以是科學說明，在於它也能從說明項中演繹出預測來。換言之，「預測」其實是「科學說明」的一個適切條件。亦即「一個適切的科學說明」，應該要能進行成功的預測。說明只是預測的一種次類。科學知識最根本的功能，就是對可觀察對象的預測。

三、說明、驗證與知識

驗證決定了定律或理論能否被接受，而被接受的定律或理論就是科學知識。

科學知識的成長是一個不斷累積的過程。例如伽利略的慣性定律(intertial law)和落體定律(law of falling bodies)可以被牛頓力學理論(三大運動定律和重力定律)演繹出來；而且克普勒行星三大定律(Kepler's laws of planet)也可以被牛頓力學所說明。又如，相對論可以演繹出牛頓力學，牛頓力學只是相對論的一個特例。

歷史上，科學家以簡化(simplified)、理想化(idealized)的模型來進行推導。牛頓導出克普勒橢圓軌道定律也是一種簡化、理想化的模型下來進行。換言之，他只考慮太陽和一顆行星。二顆行星以上的三體問題，牛頓本人也無法處理。

如果科學哲學家堅持邏輯經驗論，主張科學知識必定要得到驗證，而驗證是一種說明，說明是一種演繹，科學知識透過說明、驗證、演繹而累積成長。但這套觀點卻不合實際的科學史。


(陳瑞麟(2010)科學哲學：理論與歷史。台北。群學。P66~76)