弗朗西斯·培根在《新器官》（Novum Organum）扉页插画
人类从未停止过对自然的探索和改变。古希腊人仰望着未知的星空，凭借着肉眼观察，数学计算，以及理性的思考尝试着去建立科学理论。随着科学仪器和理论研究的不断进步，人类逐渐揭开了未知的自然的神秘面纱。但是在另一方面，不论是亚里士多德，伽利略，牛顿，爱因斯坦，科学家必须依赖语言来建立客观的科学理论。科学家不得不使用最基础的交流工具—语言—来分享、描述、解释他们的所见所闻。
弗朗西斯·培根在《新器官》（Novum Organum）一书中谈到，当科学家试图描述其实验时，他/她将会直面语言的局限性。让我们举个例子：“潮湿（humid）这个词同时拥有多个不同意义。培根表示潮湿（humid） 的其中一种意义指非固体的物质。如果我们从这种意义上理解它，火焰是潮湿的，细尘也是潮湿的。因此，很容易看出，这个概念只是从水、普通液体和普通液体中抽象出来的，没有经过任何适当的验证。”
培根指出了语言中的基础问题之一：语言的模糊性。而培根之后的哲学家们则意识到科学研究所面对的实际上是将主观经验转化为客观语言的挑战。正如戈德弗里-史密斯所指出的，“当一个科学家拥有一种经验时，他或她只能把这种经验用语言表达出来，使之与科学相关”。当观察者在描述某些现象或经验时，他们必须选择与特定概念或现象相关的特定词汇。然而，我们可能会质疑读者理解这些词的方式是否和观察者一样。观察者可能需要为一个特定的元素或对象创建一个新词来描述他们对它的感知。然而，由于其他人可能无法概念化这个词由于缺乏知觉，新单词可能会导致混淆和歧义。
概念的模糊性
我们不难发现，此类问题在科学研究中并未得到解决。举例来说：德国物理学家马克斯·普朗克对量子概念的介绍就面对语言概念的模糊性。根据科学家彼得·米洛尼的说法，“量子理论是从光与物质相互作用的研究中发展起来的。大约在本世纪初，实验物理学家报告了一些现象，证明了经典物理学的不足”。对于那些不熟悉量子物理的人来说，普朗克使用的词语和语言可能会让人感到困惑。有些人理解普朗克量子理论有困难的原因是他们不具备与普朗克相同的特定概念的知识。这可能是因为他们对光和物质的相互作用没有普朗克那样的理解。我们可以想象一个类似的例子，一些科学家在野外发现了一种新的动物物种。这些科学家给它起了一个独特的名字，并对这种动物做了一些描述。然而，由于我们自己从未遇到过这种动物，我们可能无法掌握与它的名字相关的参考资料。换句话说，我们有充分的理由质疑这些描述的真值，因为我们无法通过经验来验证它们。
然而，即使科学家使用大多数人都使用的常用词和语言，词汇概念的混淆也会发生。回到培根的词语“潮湿”的例子。根据培根的观点，这个词可以有多种含义：意味着它可以轻易地在任何其他物体上展开；它本身是不确定的，不能固化的；以及在任何方向上都容易屈服的东西；容易分裂和分散的东西；容易联合和收集自身的东西；那些容易流动并被投入运动的；以及那些容易粘附在另一个身体上并使之湿润的东西；那些很容易被还原为液体或固体的东西很容易融化。当科学家们用“潮湿”这个词来描述他们所经历的现象时，其他人可能不得不决定“潮湿”这个词的含义是什么。科学家们可能给“潮湿”赋予了与读者所理解的不同的含义。哲学家詹姆斯·伯根举了以下例子：“热量计算的支持者不会像研究人员用平均动能或辐射来考虑，描述或理解观察到的热实验结果的描述。”他们可能都使用相同的单词（例如“温度”）来报告观察结果，但没有以相同的方式理解它们。一种可能的解决办法是按照科学家的指示，进行与科学家相同的实验，重现他们的观察结果。然而，由于我们无法知道当时科学家的直接主观体验，我们无法确定我们的观察是否与科学家的观察相同。根据伯根的观点，“更糟糕的是，如果经验只有那些拥有经验的人才能直接获得，那么不同的人是否能够以同样的方式理解同样的观察句子就值得怀疑了。我们无法确定科学家的视觉经验是否和我们理解的科学家所报道的一样”。
从主观到客观
科学家必须面对把他们的主观经验转化为客观语言的挑战，使他们的理论能被大多数人所理解。然而，这就产生了统一科学家主观经验的问题。卡尔·亨佩尔认为，观察报告描述了观察者的主观感知体验，他称之为现象学解释。根据亨佩尔的观点，“经验数据可能被认为是感觉、知觉和类似的直接经验现象。事实上，有些人可能会认为“观察句除非报告观察者的主观体验，否则没有证据价值”。但在另一方面，不同科学家的主观体验可能有所不同。例如，一位科学家可能会在描述实验现象时表示某一物体的温度显著增加，而另一位科学家可能会声称温度变化不显著。由于科学家的科学理论和描述是建立在他们的感知和经验的基础之上的，所以感知的可靠性对于科学家而言是至关重要的。
然而，我们可以对科学家的感知和理论的真值提出两个问题。首先，正如笛卡尔在《第一哲学沉思录》中所指出的，我们的感知会误导我们，在某些情况下，我们应该被视为不可信赖的。科学家罗宾·金莫勒声称，“我们（是）可怜的近视人类，既没有迅猛龙远距离敏锐的天赋，也没有家蝇全景视觉的天赋”。“我们有理由怀疑，科学家们是否根据他们的感知对一项实验做出了准确的描述。对于观察者来说，主观的看法可能是正确的，但是对于同样的现象，其他人可能有不同的看法和衡量标准。其次，将主观经验转化为可分享和客观语言的过程似乎存在问题。观察者的主观感受是不能被他人分享的，因为他人不能成为观察者，也不能拥有与最初观察者完全相同的经验。”
科学家的反驳
许多科学家在发展科学理论和提供描述时也注意到了语言的局限性。以下科学家表达的反对意见也可以看作是他们对解决语言问题的尝试。
1.更好的设备
对于语言和科学理论的问题，一些科学家认为：科学家所提出的不准确或不客观的理论是由不精确的观察引起的。因此，如果观测者配备更好的观测仪器，他们将能够避免描述性不准确。
但是哲学家相信更优秀的设备并无法解决语言问题。拥有更好设备的观察员比没有设备的观察员观察得更准确。然而，重要的是要承认是科学家而不是设备进行了观察。戈德弗里-史密斯说：“观察不能作为检验理论的唯一有效方式，因为观察判断受到观察者的理论信念的影响。如果科学家们在开始观测之前就坚信某种科学信念，那么他们是否有更好的设备就变得无关紧要了。”例如，当一个相信托勒密天文学的人对行星的运动进行观察时，他很可能会提出支持托勒密天文学的描述和科学理论。相反，如果有人相信哥白尼的天文学，并且观察了同样的行星运动，他很可能会提出有利于哥白尼天文学模型的理论。库恩举了一个类似的例子：如果伽利略和亚里士多德的物理学家观察过同样的钟摆实验，他们就不会看到或关注同样的事情。亚里士多德的范式（paradigm）要求实验者测量石头的重量，石头的垂直高度，以及石头达到静止所需要的时间，忽略半径、角位移和每次摆动所需要的时间。因此，那些已经相信某些范式的科学家的观察结果有助于重申这些范式。换句话说，如果两个相信不同范式的科学家观察同一个实验，他们会产生不同的科学理论。区别不在于科学家在观察什么，而在于他们如何理解和解释他们的观察。一方面，这些行为维护了科学传统。另一方面，一个科学家要放弃旧范式的假设和理论是极其困难的。库恩认为，“当个体科学家可以理所当然地认为范式是理所当然的时候，他就不再需要在他的主要著作中试图重新构建自己的领域，从最基本的原理出发，为引入的每个概念的使用辩护”。“很难想象，当我们把牛顿物理学的范式转换为一个全新的物理体系时，会抛弃牛顿力学提供的所有术语和概念，比如力、质量、空间和时间。”因此，观察者在进行观察之前必然会做出某些假设。剩下的问题是，当目前的范式不能解释这些现象时，科学家是否愿意并能够拒绝目前的范式，并发展出一种新的理论。然而，此类问题要求科学家持有更开放和进步的科学研究态度，与观测设备本身无关。
2.没有语言，只有数据
消除科学语言歧义的另一种选择是使用纯数据记录实验并生成科学理论。部分科学家认为设备记录的只是客观数据，因此不会产生偏见，也不会产生语言混淆。然而，如果不应用他们的知识和假设，科学家就无法根据原始数据得出科学理论。科学理论是用来预测和解释经验和现象的，而纯数据本身并不能具备这些功能。事实上，科学家从数据中得出结论有两种方法。第一个是分析数据找到“因果关系”。第二种是建立非因果统计分析。当科学家使用设备生成数据时，他们必须运用相关知识来解释数据。当科学家基于数据生成理论时，他们使用数据来检验理论的有效性。为了构建具有预测能力的科学理论，科学家必须选择某些变量来找出它们之间的因果关系。换句话说，如果没有因果、统计和相关论证，科学家从数据中几乎得不到什么。“例如，我们有理由问一个遗传学理论，精神分裂症父母或父母的后代出现一种或多种相关症状的可能性有多大（在相似的环境中受到类似的教育）。但是，要求数据预测或解释某一特定诊断测试中患者的相应得分，或者为什么诊断专家在对精神分裂症患者父母的子女的采访报告中写了一篇特别的条目，都是相当不合理的。原始数据本身没有任何解释或预测能力，而科学家知道去哪里找，知道去找什么。运用范式和科学理论，科学家可以建构新的科学理论。然而，将相关理论和知识应用于原始数据的过程意味着维护现有范式。同样，两位科学家在研究相同的数据时，他们或许会选择使用范式相关的术语和概念来发展不同的理论。生成原始数据可能能够消除一些感知偏差;然而，这样做不能阻止科学家使用概念、术语和旧的科学理论来解释他们收集到的数据。因此，语言混乱将继续存在。
结论
许多科学家已经认识到我们语言的局限性，以及这些局限性将如何破坏他们科学理论和描述的清晰度。然而，语言的一些局限性是建立在我们感知能力不完善的基础上的，而另一些局限性则是主观经验向客观解释转换的结果。此外，我们几乎不可能要求科学家变得完全摆脱所有的科学假设。因此，科学家在试图寻找减少语言在科学理论和描述中的局限性的方法时，仍要面临以上这些棘手的挑战。
