从十九世纪到现在，关于赖尔的科学方法论的探讨，大多集中于他的“均变论”，涌现出众多高质量的学术文献。这固然会使这种研究更加明晰但也导致了一个不幸的结果，那就是给人们造成一个印象，仿佛赖尔研究地质学采用的方法论与当时科学研究的一般方法：论是脱离的，二者截然不同，似乎地质学远离科学发展的主流。本文以赖尔的气候变化理论的建立作为案例分析，旨在澄清上述观点。气候变化理论在赖尔的《地质学原理》中占有显要的地位和相当的篇幅，自1830年提出后，赖尔从未对这一理论作过大的改动，他一生都为此感到自豪。气候变化理论不但在赖尔的地质学中，而且在当时一般的地质学中都起着枢纽作用。气候变化理论的建立最明显地反映出科学的一般方法论对赖尔的影响。

一

在赖尔刚踏入地质学研究的领域时，科学界正在广泛争论科学方法论问题。争论的主题是理论与观察资料之间的关系，有五种不同的观点：主张根据经验方法、或归纳方法，或类比方法、或vera causa方法、或假说方法，把观察资料上升为理论。关于这场争论的细节，限于篇幅，不得不省去。但是，我们必须表明赖尔的立场。他认为vera causa方法是最好的科学推理原则，能够避免由于运用假说方法而带来的没有事实根据的臆想，亦能避免由于严格遵循归纳法而导致的理论上的缺陷。赖尔力图把他的地质学体系建立在vera causa原则之上。

何谓vera causa原则呢？Thomas Reid在《论人类智能》（1785年）中对此作过著名的探讨：

“当人们自称要说明大自然的作用时，他们把这些作用归因于某些原因；艾撒克 · 牛顿爵士认为，这些原因必须符合两个条件，否则它们毫无益处。第一，它们应该是真的，是真实存在的，而不是那些靠猜想断定存在、没有证明的原因。第二，它们应该足够产生那种结果。”

第一点是说，我们必须拥有直接的观察事实，表明我们设想的那些原因确实存在。第二点是说，这些原因足以适合产生我们所指的那种结果。牛顿在他那著名的“哲学中的推理法则”的法则Ⅰ中写道：“除那些真实而已足够说明其现象外，不必寻求自然界事物的其它原因。”这或许是Reid提及的牛顿训言。

约翰 · 赫歇耳在（自然哲学研究初论）（1830年）中写道：“牛顿称那些原因为vera causa（正确原因），即在自然界中真实存在的原因，而不是头脑中猜想或臆造的原因。”赫歇耳在《初论》中详细地讨论了vera causa原则。

赖尔十有八九读过Reid著作中关于vera causa原则的论述。而且，毋庸置疑，赖尔与赫歇耳就vera causa原则作过讨论。赖尔很早就结识了赫歇耳，并成为挚友。这还是在赖尔写作（原理）之前，那时正值赫歇尔埋头写作他那篇对科学方法论很有影响的《初论》后面我们将看到，赫歇尔把赖尔的气候变化理论作为vera causa原则有效应用的主要例子。

赖尔也很可能读到Playfair关于vera causa原则的见解。Playfair用vera causa原则评价赫赖理论，他指出：如果赫顿的地下热理论的唯一证据是“那些有待于解释的事实”，那么接受地下热理论是不对的；只有那些真实存在的、独立的证据才能保证地下热理论的合理性。譬如，只有用那些在一般经验之内的现象，如温泉、火山、地震，才能证明地下热理论。

赖尔本人没有明确地阐述过vera causa原则，一个可能的原因是，当时哲学著作对那种方法已作了彻底的讨论。但是，我们可以把赖尔头脑中的vera causa原则重构出来。地质学家常碰到这类情况：在作观察时有些障碍难以克服，故不能应用归纳推理。于是，他们运用假说方法。赖尔指出，所有关于未观察到的原因或结果的假说，都必须坚实地建立在我们已观察到的事实上。无论是猜测已知结果产生的原因，或是猜测已观察到的原因导致的结果，我们都必须以在自然界中已观察到的现象为根据。可见，当归纳法失效时，赖尔便采用他所喜欢的方法论——vera causa原则。

二

1830年2月16日，赖尔写信给他的朋友Gideon Mantell，欣喜地告诉他：我已发现了气候变化的新理论，因此获得极大的满足。信中写道：

“目前我正忙于完成我那伟大的、新颖的气候理论，为此，我不得不求教于北部旅行家，Richardson，Sabine，及其他人：不得不攻读洪堡、Daniel最近的气候理论，等等。当书撰写完毕后，我再告诉你：无需诉诸于彗星震撼或任何天文变迁，或原始炽热地核的冷却，或地轴的倾斜或地心热，或火山释放的炽热蒸冷、水和其它秘方，我也能顺利地、自然地解释气候变化”。

为什么赖尔对他自诩为“伟大的、新颖的气候理论”感到如此满意呢？因为旧的气候理论都是建立在假设方法上的臆想，而他的理论则建立在vera causa原则上。这在当时是一项了不起的改进。为了解释以往气候变冷这一事实，在赖尔理论之前，已提出两个理论、第一理论认为：地球最初有一个未成熟或半成熟状态的时期，或者有一个生物界和非生物界的发展规律本来就和现在不同的时期。主张此说的人想象，地轴的位置，很久以来便与黄道面相垂直，所以有永久的平分昼夜和不变的季节；在大洪水以前地球上一直享受着这样“天堂”式的气候；但在洪水期间，不论是由于彗星的震撼，或者由于其它的激变，地球本身也失去了平衡，地轴也倾斜了，于是温带有不同的季节，两极的极圈内有长昼和长夜。随着天文学的进步，这种学说遭到摧毁。然而，另一种理论又应运而生，说是地球诞生的时候，原来是一个炽热的液态物质，从那时候起，逐渐冷却，缩小体积，并且形成一层坚硬的外壳。赖尔指出，这一理论也只是臆造的猜想，因而必须避免；另外，这一理论与赖尔深信的赫赖观念——地球的长期可居住性——相悖。

赖尔提出的气候变化的新理论，既能说明气候的变化，又与他的vera causa方法论原则，与他的赫赖主义信仰吻合。在《原理》中有三章探讨气候变化理论。第一章，赖尔力图使读者们相信，以往气候确实发生过变化。赖尔写道：“在讨论从最早的含化石地层形成时起所经过的气温变化的原因之前，我们必须向读者简单说明这类变迁所依据的事实。”赖尔对各时期变化石岩层作了细致的回顾和考察，最后断定：“自从生物肇始以来，地球表面上的气候曾经有过巨大的变化”。于是，赖尔立即转入论证的第二步，即确定一个合适的原因，它必须是存在的且是可观察的，以此说明以往气候变化。由于气候随时间变化极为缓慢，通过直接观察难以觉察。然而，我们可以考察随空间变化的气候。为此，赖尔报告了地质学家的成果：陆地和海洋的分布是决定现今气候的强而有力的因素。因此海陆变迁就是气候变化的“正确原因”（vera causa）。最后一章，赖尔力图表明，以往海洋陆地的变迁决定了以往气候变化。他竭尽全力重构以往地球的自然地理，并把它与以往气候变化联系起来。他得出结论：海洋陆地分布的变化是产生气候变化的“正确原因”。在完全阐述了气候变化理论之后，他对当时居统治地位的理论——地球内热减少理论作了简要的评述。

三

我们直接考察赖尔建立气候变化理论的第二步，即寻求气候变化的“正确原因”，或用赖尔的话来说，“我们现在进一步研究如何可以用现有的自然秩序来解释这些变化（一指前一章以往的气候变化）。”赖尔并非一直相信这是可以做到的。从赖尔1826年关于气候的论文中可以看出，那时他对气候变化的真正原因一无所知，文末他尝试性地提出：“对于如此困难的问题，如果我们能得到一个令人满意的解释，那么我们或许要归功于天文学。”他全然否定气候变化起因于地理变化。然而，地质学家揭示出以往的自然地理，并发现地理决定同一纬度上气候局部性起伏。赖尔评论说，把局部性气候变化归结于地理原因，这“在操作上太片面，在程度上太有限”，不可能产生出北半球那里发生的气候变化。

四年后即1830年，赖尔在《地质学原理》中认识到了自然地理变迁对气候变化的作用，他把前者看作是后者的原因。赖尔写道：“假使我们现在不去推测地球肇始时期的情况，专门集中我们的思想来讨论气候与海陆分布之间的关系，然后再考虑地球上过去的地理变迁对表面温度所发生的影响，我们能提出更近于事实的学说。”在这个过程中，赖尔对气候变化的天文、宇宙起源方面的原因不作考虑，他似乎认为，大气的热量不过是持续不断的太阳辐射与海陆分布的相互作用罢了。

赖尔乐意声明，他大大受惠于洪堡的新气候理论。洪堡主要依据他本人的观测，积累了大量的气候数据资料，在这方面，他超过其他任何科学家。他关注全球范围内的气候变化。赖尔在《原理》中写道：“在考虑调节地球上热量扩散的规律时，正如共堡所说，我们必须当心不要把欧洲气候作为其它同纬度地区的典型温度。这些哲学家说，自然科学常常把最初研究的地方作为标准；在地质学方面，人们常把意大利火山现象作为其它火山现象的典型，而在气象学方面，旧世界的一小部分，即欧洲初期文明的中心，久被作为全世界相同纬度上气候的参考标准。但是这个仅仅占据整个地球七分之一的地区，最后被证明为常轨的例外。为了同样的理由，我也可以警告地质学家，请他提高警惕，不要草率地把现代地球上的温度作为最普通的类型看待，因为他所默想的各时期中，海陆变迁的规模，远超过现在使欧洲气候与其他同纬度地区的气候发生差别的海陆位置的变迁。”由此可见洪堡对赖尔的启发之大。

赖尔指出，仅仅取自地球上一小部分地区的观察资料为依据建立地质学理论，必然是错误的。原因有二，第一，那些地区不具有典型性或代表性；第二，忽视了地理本身可以作为原因的重要性。

洪堡的另一发现对赖尔亦有很大的启发。洪堡发现，“南北半球温度不同，是两个半球大陆面积不等带来的结果，相比之下，地球轨道的向心力是次要的。”赖尔由此推理，既然大陆和海洋的自然地理是决定南北半球气候的主要因素，那么，气象学家何必还去考虑什么天文变迁或地球内热变化。也许，自然地理适于解释所有的气候变化一现在的和过去的。自然地理可以观察到；地球内热则不能或至少不能直接观察到，而天文构象的变迁更是成问题。于是，赖尔开始深入研究这一思想：气候变化的主要原因是自然地理。洪堡通过他在南美洲和中美洲的观测，已确立：大陆和海洋的分布对气候有戏剧般的影响。跟海洋地区的平均气候相比，大陆有严冬和酷暑两个气候极端。赖尔的睿智在于，他认识到根据现今地理决定气候可以构造一个解释，说明过去气候的变化。他把大陆和海洋分布不是永恒不变的这一事实，看作是地质学中最牢固确立的事实。整个欧洲地层表明，大部分大陆在相当晚近的地质时期，还沉没于水中。对水的冲蚀能力所作的观察表明，大陆没于水中时，它被冲蚀。冲蚀物成为新大陆的原料，在海洋中沉积。赖尔对这个事实感到很满意。”由于大陆、海洋逐渐地、永不停息地移动其位置，全球性气候亦相应发生变化。这种思想被证明是富有成效的。它不仅提供了解释现今气候随地理变化的原因，而且提供了解释以往气候变化的潜在正确原因。地质记载表明，过去大陆和海洋的相对位置发生过变动。“在各地质时期中，地壳的形态曾经过无穷的变迁，因此海陆的位置与高度和深度，不断地随着改变。”于是，赖尔开始猜测，“气候的变化，它必然伴随着地理特征的变化”。在考虑可能是由于海陆分布变化而引起的气候变化时，赖尔仍然留心方法论问题。“为了使我们的讨论局限在类推法的严格范围之内”，赖尔构思了一个思想实验，以保证假想出来的地貌与目前海陆分布的状态尽可能地相似。这个思想实验受到四个条件的限制；第一，海陆的比例始终相同。第二，升出海平面以上的陆地面积，是一个常数；平均高度和极端的高度都只有极微的变化。第三，虽然有局部的变化，海洋的平均深度和极端深度，总是不变。第四，陆地集中成大陆是自然法则中的必要过程。赖尔声明，他并不认为其中一个条件或所有条件在以往任何时期都适用。相反，他力图想象出地球史上发生的微小地貌变化，使之与众所周知的事实——海洋、大陆并非一直占据着它们现在的位置——相符合。因此，前三个条件旨在保证最基本的地形性质变化——大陆、海洋的面积和体积的变化——降低到最小程度。赖尔指出，“最后一条假定是恰当的，因为，控制地下力和同时向某一方向活动的规律，可能不得不在每一世代中产生连续的山脉；所以整个陆地分割成无数岛屿的机会，可能不多。”现在赖尔到了紧要关头有人反对说，陆地的最高的高度和海洋的深度，可能不是不变的，所有陆地集中在某几个部分，也可能不是经常的现象，甚至于海陆面积的比例，也可能不是永久的。赖尔答复说：“我要提出的论证将更有力，如果地球表面上的这许多特性，对现在的类型有很大的偏差。”

赖尔基于洪堡的观察——等温线与地球的纬度不平行——指出，“不管何时，在极地一旦聚集起大片高地，气候便变冷；而在热带之间或附近，如果有更多的海洋，气候亦变冷。”大片陆地趋于使气候极端化。在北纬，大陆在冬天变得比岛屿更冷，后者的气候得到海洋的平衡。如果大陆有许多高地，气候会更冷。夏天，这个趋势正好倒转过来。同样；在热带，岛屿比大陆冷。因此，我们发现在地球表面有“岛屿性气候，那里一年四季温差不大；也有极端气候，那里冬季、夏季的温度成强烈的对照。”为了阐明由于岛屿性气候变成极端气候所带来的显著的效应，赖尔举了一例。他说，设想格陵兰沉入大西洋，那么作为补偿，在Lapland与Spitzbergen的北极岛之间必然出现一架陆地桥。这种变化，赖尔指出，与我们已知的发生在相当晚近时期的地中海和阿尔卑斯山之间的变化相当。欧洲的气候因此更趋于大陆化，而美洲，更岛屿化。接着，在大西洋两岸的动物和植物群落遭到毁灭性的破坏。许多欧洲物种由于气候太冷而灭绝，许多美洲种由于不适应岛屿性气候而死亡。假如北半球所有陆地都聚集到北极附近，那么，北半球的气温将大大降低。如果发生了相反的情况，北半球会变温暖。如果与此同时，南半球的大陆朝南极漂移，整个地球的平均温度将降低。但是，赖尔没有深入研究这些地理变化，只说：我们对于控制升降和沉浮的力的活动规律没有足够的了解，故不能预知这些是否会发生。赖尔就这样通过改变大陆和海洋的位置，论证：改变整个地球的气候，原则上是可能的。

当然，从赖尔的观点看，他所设想的机制有一个最大的优点，就是它是可逆的。与那种认为随着地球内热的耗散，气候持续冷下去的理论不同，赖尔的理论丝毫没有暗示说，气候最终会更冷，更极端化，因而赖尔能够说明地球的持续可居住性。赖尔认为，南北半球的气候，甚至全球气候，将摆荡于极冷、极热之间。然后，赖尔详细地描述这两个极端气候——他称之为“巨年”的冬季和夏季或“地质循环”——如何可能产生。如果气候再次变暖，那么这幅景象就会出现：“森林中，巨大的禽龙悠悠地游荡，大海里，Icthyosaus自在地遨游，翼手龙在蕨树丛中展翅飞翔。”该章节结束时，赖尔提醒读者，他未必能看到这幕，因为气候变化是极其缓慢的。只有在局部性的突变不断重复发生的情况下，地球的自然地理才能改变。

至此，赖尔已确立：地貌的变化是气候变化的“正确原因”，并探索出气候变化原则上究竟有多大。

四

在气候理论的最后一章，转入讨论这个问题，就是确立：过去实际上发生过的那种类型和大小的地理变迁，导致气候逐渐变冷。首先他承认，尽管他是打算考虑全球性气候变化的理论，但是他掌握了北半球海陆变迁的证据。当然，他没有掌握最早的含化石地层（那时认为是石炭纪）出现之前的证据，所以只能考察自那时以来的地理变迁。在确立这一说法——存在一个有待解释的气候变迁——过程中，赖尔集中思想考察相当晚近的第三纪地层。利用他人收集的资料，赖尔下结论说：石炭纪岩石表明，那时整个北半球都是一片汪洋大海，点缀着若干小岛。

这个结论并不怎么新奇。在此之前的几十年内，正统的地质学认为，北半球的海洋比现在辽阔。如赖尔强调，“任何地质学家都不曾否认，在最古老的贝壳岩石产生之时，在温带和赤道以北的北极地域，缺少大陆。”赖尔的新颖之处在于，他推论，正是石炭纪时期的不同地理，造成了不同的气候。许多地质学家都看到气候变化与地理变化是同时的，且是独立的，将二者联系起来正是赖尔的创造。这是对气候变化问题的经济解答，只需在现有知识的解释中作微小之调整。

赖尔提出了气候变化理论，它能说明以往气候变化。但是，作为均变论者的赖尔：如何说明以往气候降温的非均匀性呢？他立即把气候的非均匀变化与物种灭绝的非均匀性联系起来。为了说明气候的非均匀变化，赖尔提出一个基本假设，就是“那些控制地下力的规律是恒定的、均匀的”。他要做的是描述一个原因（地下力）的有规律的作用，如何导致一个非均匀的结果（气候的变化）。而且，这反过来会导致植物和动物较为突然的和大规模的灭绝。这一点很有趣，因为居维叶持这种观点：缓慢的、规律性的变化不会导致突然的、灾难的结果，这种观点在当时很有影响。赖尔的观点与居维叶根本相反，他要表明：在自然法则中，一个看上去是大扰动，如何受缓慢的、均匀变化的原因所决定。为了追寻以往气候的非均匀变化是怎样产生的，赖尔预设：相同大小的地理变化，总需要相同的时间。如果陆地只是从赤道的一边漂移到另一边，这不会改变气候的一般温度；如果陆地从低纬度漂移到高纬度，这将导致所有纬度的平均气候显著下降。因此，同样大小的地形变化，虽需要的时间相同，然而对气候的影响大不一样，这取决于地形变化发生的地点。在最坏的情况下，赖尔相信，“几乎原先活着的所有动物都不会幸存。”因此，地质学家不该“认为，相等的时间间隔总伴随着相同数量的有机生命的变化，因为地球平均气候的巨大起伏——它可以认为是导致动物、植物种族灭绝的最有力的原因——在不同的时期，需要的时间是不等的。”

一般认为物种的大规模灭绝发生在白垩纪和第三纪之交，这与赖尔研究的结果相符。他表明，这个突然的变化，实际上是均匀的原因，而不是灾难性的剧变导致的结果。

在本章的剩余部分，赖尔转而驳斥那些地质学家，他们根据地球内热减小理论来说明气候变化。第一，赖尔指出，截至1830年，一些地质学家既相信地球正在冷却，又相信地球之初是一片汪洋，而这两种观点是相互矛盾的。第二，赖尔指出，Fourier和Gordier的工作似乎巩固了地球内热减少理论，其实不然。因为随着地球为冷却，地球逐渐缩小体积；但是没有肯定的证据可以证明，地球的内热是随着体积的缩小而减低。他引证拉普拉斯说，至少在过去约二千年中，地球并没有因冷却而发生可以觉察的收缩；因为如果地球果然在缩小的话，甚至于为量非常小，日子一定会缩短，但在这个时期内，日子的长度充其量不过缩短1/3000秒。

赖尔感到，他的气候变化理论，建立在vera causa原则上，优于任何一套“模糊的猜想”。赖尔诋毁假说方法。他坚持认为，应该首先证实地球内热的存在，充分调查它的变化，然后它方可作为解释地球史上所有疑惑事件的万灵药。相比之下，你本人的理论有一优点，就是我们确实知道地核的外在构型多次发生过巨大的变化，我们可以肯定它们对气候必然产生了某种效应。

五

约翰 · 赫歇尔对气候变化理论的反应最使赖尔感到喜悦。在《初论》中，赫歇尔选取赖尔的气候变化理论——陆地海洋的位置改变是气候变化的原因——作为科学推理中运用vera Caura的主要例子。他指出，其它各种原因，如地球冷却、火山爆发释放大量热能，我们不知道它们是否确实发生过。赫歇尔收到赖尔的礼物《原理》第四版之后，回信说：它将彻底改变人们的观点，在地质学中产生一场大革命。在另一封信中他写道：“我希望其它科学按照你的路子走”。赖尔回信道：“当皇家学会由于我的著作而决定授予我皇家奖章时，我很高兴。但是，你那全面而有趣的评论更使我感激、更受鼓舞，它们给我力量和自信，有助于我作进一步研究。”尽管赫歇耳热情地赞同赖尔的气候变化理论，但是普遍的反应是谨慎的。当皇家学会授予赖尔皇家奖章时，他们明确地表示：这个理论是“一个有争议的问题”。直到1858年赖尔被授予Copley奖章时，他的理论才获得科学共同体的认可。惠威尔的反应是有代表的。“该理论的独创性和似合理性是毋庸置疑的，”他赞赏地说。但又说：“这个问题……涉及到如此众多的热学的和才蒸汽学的规则，又是在复杂的条件下起作用，无疑它是个极端困难的问题。”

[Rachel Laudan，"The Role of Methodology in Lyell's Science"，Stud. Hist. Phil. Sci，Vol. 13，No. 3，1982]