我们经常会吐糟一件事“不科学”，可“什么是科学”呢？也许你听说过“科学是可证伪的”这样的说法，这种观点正确吗？科学理论究竟揭示了现实，还是说它只是一种工具？如果你对这类问题有兴趣，那么这本书……也给不了你答案……
（P.S. 文中内容多是从译者前言及书中摘抄，没看过原书可能会难以理解，仅仅是个人笔记，不是科普）
“科学是从事实中推导出来的”？
这个观点在 20 世纪初及 20 世纪之前十分流行，书中的前 4 章其实都是在讨论这个观点。这个观点想说明科学是建立在一个可靠的基础之上的，这个基础是被观察牢固确定的可信赖的知识。它有两个主要问题：
- 知觉经验一定程度上受观察者的知识背景和期望的影响。
- 对观察命题的真假判断一定程度上依赖于已知的或假设的知识。如果这些前提是可错的，那么“可观察事实”也是可错的。
“知觉经验不可靠”这一点直接上比较容易理解。同一幅图，色盲患者和非色盲患者看到的“颜色”可能不相同；同样的葡萄酒，专业的品酒师和非专业人士相信品尝的“味道”也不一样；同样的曲子，学声乐的和不学声乐的对曲子的“好坏”判断相信也会不一样。
而对于“可观察命题的可错性”，考虑“地球是静止的”这一“事实”，在我们不具备惯性等知识时，这一命题可以说是已经被观察了的事实。但现在的我们知道这个论述是错的，为了理解它是错的，我们需要惯性有所理解。换言之，对命题的真假判断随着知识的发展会发生变化。
我们所认为的“事实”不见得是“事实”，也不见得“可靠”。
归纳主义
如果假设有些事实是可依赖的，我们如何“推导”呢？归纳主义就是一种尝试。如果归纳推理出的论断是是合理的，需要满足：
- 构成归纳基础的观察数量必须很大
- 观察必须在许多不同的条件下可以重复
- 任何公认的观察命题都不应当与推导出的定律有冲突
然而上面这些要求都有问题。有许多例子表明大量的例证要求是不合理的（例子见书）；不同的条件要如何定义；也没有多少科学知识能完全达到不与现有的定律冲突。
归纳主义的另一个问题是“循环论证”，即如何证明“归纳原理”的正确性？有一种尝试说“归纳原理”推导出的不是“真理”，而是“可能的真理”，这样就不需要根本上“证明/演绎”论证归纳原理的正确性了。
这是一种“概率式归纳原理”的尝试，但它也是有问题的。直觉上，关于一个定理如果有更多的证据，该定理正确的可能性也越大。但这种直觉经不住检验，普遍的定理要提出的是关于无限可能事例的主张，因此不论证据有多少，除于无穷都是零。
当然归纳主义也是很有吸引力的，通过归纳得到定理和理论，我们就能用演绎得到更多的预见。
否证主义
波普尔在 20 世纪 60 年代提出了否证主义。在波普尔之前，人们认为科学的与众不同在于它是由事实推导出的，而且事实越多越好。波普尔看到弗洛伊德主义者和马克思主义者根据各自的理论对大量的历史事例进行解释，声称自己的理论得到证明。在波普尔看来，他们的理论留有足够的弹性，能兼容任何事例，所以表面看起来得到了各种例证，实际上什么也解释不了。他得出他的关键思想：科学理论是“可否证的”。
科学知识的发展是从以问题为导向的猜想开始的，提出猜想后就要对之严格的检验，经受检验并没有被否证的理论将保留下来，否则淘汰，科学是通过试错、猜想和反驳向前发展的。一个论述是否“可否证”本身是科学很重要的要求，因为它代表该论述能否提供新的知识。
否证主义有自己的问题：
- 怎么定义“否证”呢？预言未被验证，是因为实验前置假设不成立？还是理论本身不正确？
- 否证了怎么办？要如何更新现有的知识呢？拒绝观察还是拒绝命题？
- 另外否证的边界怎么定？有一些可以否证（且常常被否证）的论述人们倾向认为它们“不科学”。
另外，从否证主义开始，在考虑“什么是科学”时都带了一个隐藏的问题：“如何指导我们选择或淘汰理论”。在归纳主义时，理论与真理是等同的，而现在开始，理论只是“可能的真理”，那么延伸的问题是，两个可能的真理，哪一个“更真”？并且我们它是一种“实时的”而非“历史”的判定方法。否证主义的答案是被否证的理论被淘汰。
库恩的范式
归纳主义和否证主义对科学的说明都过于零碎了，它们过于注重理论与个别的或成组的观察例题之前的关系上，而似乎没能把握重要理论发展模式的复杂性。许多学者开始着眼于科学活动的理论框架。其中托马斯·库恩的范式和伊姆雷·拉卡托斯的研究纲领尤为突出。
库恩认为科学的发展方式为：
前科学 → 常规科学 → 危机 → 革命 → 新的常规科学 → 新的危机
库恩认为范式由一些普遍性的理论假设、定律及它们的应用方法构成。当某个科学共同体开始遵循某个单一的范式后，在一门科学形成前的混乱和多样化的活动会逐渐定向、成体系。当人们接受在诸如牛顿力学、波动光学、分析化学等范式下研究时，人们就在从事所为的常规科学。而在常规科学的活动中，人们不可避免地经历一些困难并遇到一些显见的否证，当这些困难推动控制，就会出现危机状态。之后一个全新的范式出现并吸引越来越多的科学家拥护直到旧的范式被抛弃，危机将被消除。这样过程称为科学革命 。如此反复。
“范式”的理论比起归纳主义和否证主义更好地阐明什么是科学。例如为什么“占星术”不是科学？波普尔的否证主义会它不可否证，而事实上，文艺复兴时期，占星家们也认真地从事实践，做出了一些可否证的预见（虽然结果也常常被否证）。而库恩指出，占星术和天文学的区别在于占星家们无法从错误中学习，换句话说，它们缺乏维持常规科学传统的共有的范式。
另外，库恩强调科学发展的非积累性，对于波普尔来说，一个理论取代另一个理论，只不过是一组主张被另一组主张替代，但库恩认为一场科学革命不仅仅涉及一般定理的变化，也涉及看待世界的方式变化，还涉及评价理论时所动用的标准的变化。这都是更令人信服的。
但是对于“什么是范式”，库恩并未能给出精确的概念，并且，他无法说明为什么人们会从支持一个范式转变为支持另一个范式（或者说为什么一个理论优于另一个），也因此库恩被很多人指责具有“相对主义倾向”。
研究纲领
拉卡托斯是波普尔的支持者，但也认识到否证主义的困难，因此它吸收了二者的思想，提出了“研究纲领”的概念来替换库恩的“范式”。
拉卡托斯认为一个研究纲领由“硬核(hard core)”和“保护带(protective belt)”组成。硬核是一些一般性的假说，构成了研究纲领的基础，而保护带是补充硬核的附加假说基础，而保护带是补充硬核的附加假说。
硬核由于“它的倡导者的方法论决策”而使得它是不可否证的，而对应的，如果与实验观察不符合时，保护带中的假设会被修改。进一步，拉卡托斯尝试解决“相对主义”的问题，他把研究纲领分为进步和退步的。一个研究纲领如果前后一致并至少间歇地导致被确证的新颖预见，它就是进步的，否则是退步的。而科学革命的过程，就是进步的纲领取代退步的纲领的过程。
作者对科学史中是否能发现拉卡托斯所谓的“硬核”，尤其是拉卡托斯强调的使硬核出现“不可否证”的特点的“方法论决策”提出质疑。另外，拉卡托斯也未能给出研究纲领的取舍标准，对于一个退步的纲领（如哥白尼理论发展初期），我们应当抛弃它还是希望它会恢复生机？总而言之，拉卡托斯的方法论过于宽泛，以致于可以于任何事相协调。
无政府主义
前面的各种方法和理论都在尝试说明科学是什么，侧面也希望说明科学的优越性。而保罗 ·费耶阿本德则对这些想保持科学方法特殊地位的尝试提出了挑战。他认为并不存在一种方法能说明科学是什么，科学也不具有某些特征使得它比其它形式的知识更优越。
费耶阿本德认为他本人已经证实，那种把握科学知识特有的、表明它优越于其它知识形式的特征的尝试都失败了。他得出结论说，社会赋予科学的崇高地位，认为它不仅超越马克思主义且超越诸如巫术之类事物的优越性，并未被证明是合理的。他认为尊重科学是一种危险的教条。费耶阿本德崇尚自由，认为应当培养个性，摆脱方法论的束缚从而增加人们的自由，使个人有自由在科学与其它知识之间进行选择。
作者肯定了费耶阿本德反对存在一种普遍的非历史的科学方法的主张。但指出费耶阿本德的观点实际上未排队一种可能性，即科学中存在着一些方法和标准，它们可能因学科不同而不同，且在某一门科学中是可以变化的，并且会越变越好。作者认为费耶阿本德的对自由的理解过于偏激，过分强调人个自由就会影响它人的自由，且现实中很多情况下科学家们是无法选择的（包括工具、资金等各种资源）。
贝叶斯方法
牛顿定律早已被证明是有误的，按照波普尔的否证理论，牛顿定律是错误的。但在时常生活中，我们依旧对它抱有信心，相信谁也不会怀疑用牛顿定律计算出哈雷彗星回归的时间。
贝叶斯学派认为，哲学家们所强调的理论的可错性程度或许被夸大了。波普尔认为一个得到充分确证的理论概率为零（因为分母是无穷），贝叶斯学派认为这是不恰当的。他们尝试以贝叶斯定理出发，来说明理论的概率是非零的，以此，能说明在计算哈雷彗星或宇宙飞船的轨道时，牛顿理论具有很高的概率。
贝叶斯定理是一个概率计算公式：
$$ P(H|e) = P(H) \frac{P(e|H)}{P(e)} $$
其中 $P(H|e)$ 代表得到证据 $e$ 后假说 $H$ 的概率；$P(e|H)$ 代表如果假说 $H$ 正确，则现象 $e$ 发生的概率；$P(H)$ 代表在不知道 $e$ 相关知识的前提下，假说 $H$ 的概率；而 $P(e)$ 代表在 $H$ 正确性未知的情况下 $e$ 发生的概率。
贝叶斯学派能很好地说明一个实验的确证是如何让一个假说变得更可信。它也指出了不同实验确证的地位是不同的。如果证据 $e$ 的出现是概率很高的，那么它的确证给假说带来的增强也会是很少的，因此人们不会通过观察石头落到地面来增加对牛顿定律的信心。
贝叶斯学派也有自己的问题，如何衡量/确定 $P(H)$ 的值呢？一个理论出现时，我们并不了解它的概率，如果客观上对所有可能的理论取平均值，将有无穷个理论，结果为0，依旧解决不了概率为零的问题。
另一派“主观贝叶斯主义”称这个概率是以科学家实际持有的信念为根据的。例如相对论刚出来时，科学家可能对它的信念较小，之后再通过确证不断增加对它的信念。
主观贝叶斯主义者似乎能反驳波普尔所有理论概率为零的主张，但却会导致一系列的不幸后果。作者认为它们描述科学家的个人主观信念程度是完全主观的，没有经过批判分析的。他们难以说明，以此为基础如何得出客观的评价。例如，如果一位科学家持有的信息是如此之高，那结果是不论什么样的证据都撼动不了它的信念呢？另一个问题是，贝叶斯学派回答不了相互竞争的理论的相对价值是什么，也无法解释在什么意义上可以说科学是进步的。
新实验主义
上面的这些理论都尝试对“科学是什么”作出说明，但都存在这样那样的问题，于是哲学家们开始反思，正是在这样的背景下产生了新实验主义。
新实验主义者寻求从实验而非观察中为科学寻找一个相对可靠的基础。他们声称实验有自己独立的生命，不依赖大规模和高层次的理论。他们试图把实验知识和理论知识区分开，认为科学的进步就是实验知识的积累。
作者认为新实验主义已经以一种非常有益的方式使科学哲学变得脚踏实地，而且它是对过分强调理论支配方法的一种有效矫正。但他同时指出，实验不依赖理论的程度，并非像新实验主义者声称的那样，并且“理论也是有某种重要生命的”。
作者以史为据说明，许多实验的结果是依赖理论才能作出评价（参考前四章，“科学是从事实中推导出来的”？），并且也没法说明，如何将实验环境内获得的知识输送到那些环境之外，并应有于其它地方（这属于后面的本体论）。它过于强调实验，却未能解释理论在科学中的关键作用，使得它的解释有失偏颇。
为什么世界应当遵循规律？
前面所有的讨论都是“是什么”，这属于认识论的问题，即怎样诉诸证据为科学知识进行辩护的问题，以及这些证据的本质问题。而接下来是“为什么”的问题，这是本体论 的问题，即关于这个世界的存在物的种类问题。现代科学假设或证明这个世界存在哪类实体？
一种观点认为规律只不过是事件之间的实际规则。作者认为这种规则观没有区分偶然的规则和有规律的规则，且规则既不是构成规律的充分条件，也不是必要条件。作者进一步指出，这种观点无法确定因果依赖的方向（如吸烟导致肺癌而不是反过来）；同时也无法解释由实验环境内获得的规则如何应用到实验环境以外。
作者倡导的是另一种观点，认为原因与规律是密切联系在一起的。这种观点承认并强调因果。它认为有规律的活动是有有效的因果作用引起的，而规律表征的是事物的倾向、能动力量、能力或趋势。这种规律的因果观的优势是“它从开始就承认所有科学实践隐含的意义，即自然是能动的。它阐明了什么使得系统按照规律活动，且它以一种自然的方式把规律与因果作用联系在一起”。
但是，作者也指出，自然中有些活动是不受因果规律约束的，因而有些规律并非是对因果作用的表征。典型的示例是热力学第一和第二定律及基本粒子物理中的一系列守恒定律。况且，对一个系统的演化进行全面的详细说明，也并不需要有关因果过程的详细知识。
实在论 vs 反实在论
有一种哲学观点认为，我们无法通过直觉或其它任何方式直接接近实在，并解读有关它的事实，我们只能从人为的视角观察它，并有我们的理论语言来描述它。这是所谓的“全面反实在论”。对此，作者指出，尽管确实我们不使用某种概念框架就无法描述世界，但我们仍然可以通过对世界的相互作用来检验那些描述的适当性。由于实在论与反实在论都把科学看成是以真理为目的的，因此都是“全面反实在论”的对立面。
而实在论与反实在论的分歧在于：是否应该不加限制地把科学理论理解为真理的候选者？换句话说，人类的这些活动能否直接接近“实在”？
反实在论者强调，科学理论包含的仅仅是一组可被观察和实验证实的主张。从强调实用的意义上，他们有时也被称为“工具论者”。但作者指出，反实在论者认为理论有真假，而工具论者否认这一点，这是他们区别。
反实在论把知识分为可观察层次上的知识和理论知识，认为可观察层次上的知识是可以被可靠证实的，而理论知识不可能被可靠证实。而作者认为反实在论面临着和新实验主义相同的难题，即如何用一种独立于理论的方式阐述和证实知识中在实验上有用的那一部分？另一个问题是，如果不论理论至少近似地为真，自私解释理论在预见上取得的成功？
科学实在论认为科学的目的是在所有层次上提供有着实在和世界活动的真命题，科学已经获得了至少近似真实的理论并做出了某些至少符合实际的发现，就此而言，它在朝着这个目的前进。和以前的理论相比，现在的理论更“真实”，即使将来被更精确的理论取代。
波普尔及其信徒们提出“猜想实在论”，试图弱化上述观点，他们强调知识的可错性，不主张我们现有的理论是“近似真实”的，也不明确地认定世界中存在的某些事物。作者指出他们的主张软弱无力，质疑和反实在论有何区别。
作者是一位实在论者，他提出他所谓的“非表象实在论”，认为科学试图表征实在的结构，并在表征的精确程度方面取得渐近的成功，从这种意义上讲，科学是实在论的。
一些思考
了解“科学是什么”有什么用？进一步地，学哲学有什么用？
我认为在思考哲学问题的过程中，首先会让我们了解更多“未解之谜”，让我们“知道自己不知道”。其次，在了解他人想法的过程中，有助于塑造我们自己的想法，而这些想法会有潜移默化中影响自己的行为。
例如，对深度学习的一个批评是它没有可解释性，那么如果你是从业人员，在学习和使用过程中会对它的可解释性抱有什么态度呢？我个人觉得这两种偏向有点像工具论和实在论的区别，从工具论的角度，也许是能解释最好，不能解释但能用也行；而从实在论的角度也许就会纠结于一定要给出解释。也许你没有真正思考过自己属于哪一种，但实际上应该会有自己的偏向，这种偏向最终又会影响你的行为。而如果了解过工具论与实在论，也许对理清自己的偏向有帮助。