（科学技术哲学专业论文）虚拟实验的哲学反思.pdf

摘要 摘要 历史表明，科学与技术的发展是建立在实验的基础之上的。科学技术与 实验具有相辅相成的关系，随着科学与技术的不断进步，实验的方式方法也 在更新和进步，并在各个阶段体现出不同的特点。虚拟实验就是伴随计算机 技术、网络技术、多媒体技术、虚拟现实技术等先进技术的发展而诞生的一 种崭新的实验方法。与传统的实验方式相比，虚拟实验的“新 表现在其具 有虚拟性、沉浸性、交互性、多感知性、构想性等特征。虚拟实验与现实实 验、思想实验、模型实验的差异具体体现在以下6 个方面：实验主体、实验 客体、实验手段、实验过程、实验环境、实验结果等。虚拟实验的出现，是 对传统实验方式的重大突破。 从哲学层面看，虚拟实验的实验对象不是现实的存在物，而是“虚拟 实在 ，它既不是物质，也不是意识，是物质与意识的中间状态。虚拟实在 打破了传统唯物论所做的物质与意识的二元划分，丰富了马克思主义的物质 观。虚拟实验，作为一种新的实践形式，我们称之为虚拟实践，它侧重交往 实践。虚拟实践主体、实践客体的虚拟性以及实践方式的超现实性，极大发 展了传统实践观的内涵。实践是认识的来源，故虚拟实践也能产生新的认识。 虚拟的虽不是实的，但却是真的，经由虚拟实践获得的知识也可以是可靠的。 此外，虚拟实验产生了有别于现实世界的虚拟世界，它是波普尔世界3 的延 伸，是新世界3 。 经反思表明，虚拟实验的出现既是计算机技术发展的必然结果，其存在 也有其哲学基础，未来将成为各学科领域的主要实验方法。一 关键词：虚拟实验；虚拟实在；哲学反思 a b s t r a c t a b s t r a c t t h e h i s t o r ys h o w st h a tt h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yi sb a s e du p o n t h es c i e n t i f i c e x p e r i m e n t s c i e n c e ，t e c h n o l o g ya n de x p e r i m e n t s s h o u l d b e c o m p l e m e n t a r yt oe a c ho t h e r w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , t h e m e t h o d so fe x p e r i m e n t sa ter e n e w i n ga n di m p r o v i n g a n di nd i f f e r e n tp e r i o d s ，t h e e x p e r i m e n t sh a v es o m ed i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c s v i r t u a le x p e r i m e n ti sa l la b s o l u t e l y n e we x p e r i m e n t a lm e t h o dw h i c hc a m ei n t o b e i n gw i t ht h ep r o g r e s s o fs o m e t e c h n o l o g i e s ，s u c h a s c o m p u t e rt e c h n o l o g y , n e t w o r kt e c h n o l o g y , m u l t i m e d i a t e c h n o l o g ya n dv i r t u a lr e a l i t yt e c h n o l o g y c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a le x p e r i m e n t s ， v i r t u a le x p e r i m e n th a sm a n yn e wc h a r a c t e r i s t i c s ，s u c ha sv i r t u a l ，i m m e r s i o n ， i n t e r a c t i o n ，m u l t i - p e r c e p t i o n ，i m a g i n a t i o na n ds oo n t h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nv i r t u a l e x p e r i m e n t a n dt r a d i t i o n a l e x p e r i m e n t se m b o d ye x p e r i m e n t a ls u b j e c t , o b j e c t ， m e t h o d s ，p r o c e s s ，e n v i r o n m e n ta n do u t c o m e i naw o r d ，v i r t u a le x p e r i m e n ti sag r e a t b r e a k t h r o u g h s e ef r o mt h ep h i l o s o p h i c a lp e r s p e c t i v e ，t h eo b j e c to fv i r t u a le x p e r i m e n td o e sn o t e x i s ti nt h er e a lw o r l d i ti sv i r t u a lr e a l i t y a n di ti sn o tm a t t e ro rm i n d b u ti ti s b e t w e e nm a t t e r a n dm i n d v i r t u a lr e a l i t yb r e a k st h r o u g ht h et r a d i t i o n a ld u a l i s ma n d m a t e r i a l i s ma n di m p r o v e st h ec o n n o t a t i o no fm a t t e r a saw a yo fp r a c t i c e ，v i r t u a l e x p e r i m e n ti sc a l l e dv i r t u a lp r a c t i c ew h i c ha n g l e st o w a r dc o m m u n i c a t i v ep r a c t i c e m o r e t h ep r a c t i c a ls u b j c o ta n do b j e c ta r ev i r t u a l ，a n dw a y so fp r a c t i c eo v e r r u nt h e r e a l i t y , a n dt h e ne n r i c ht h ec o n c e p to fp r a c t i c e k n o w l e d g eo r i g i n a t e si np r a c t i c e s o k n o w l e d g ec a na l s ob ea c q u i r e dt h r o u g hv i r t u a lp r a c t i c e v i r t u a lt h i n g sa r en o tr e a l ， b u tt h e ya r et r u e t h u st h ek n o w l e d g ef o r mv i r t u a lp r a c t i c ei sr e l i a b l e b e s i d e s ，v i r t u a l e x p e r i m e n tg i v e sb i r t ht oan e ww o r l d - - v i r t u a lw o r l dw h i c hi st h es t r e t c h i n go f p o p p e r sw o r l dt h r e e ，an e ww o r l dt h r e e a f t e rr e f l e c t i o n s ，w ek n o wv i r t u a l e x p e r i m e n ti s t h ei n e v i t a b l eo u t c o m eo f c o m p u t e rt e c h n o l o g y a n d i th a saf i r mp h i l o s o p h i c a le l e m e n t v i r t u a le x p e r i m e n tw i l l b e c o m eap r i n c i p l ee x p e r i m e n t a lm e t h o di nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：x r h - t u a le x p e r i m e n t ；v a x u a lr e a l i t y ；p h i o s o p h i c a lr e f l e c t i o n s 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得直昌盔堂或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学在一( 矧他狮：2 。呷扩月凇日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名( 手嘏哆 签字日期1 锈侈月洲日 导师签名( 手写) ：锄丫写 签字吼叼年，纱月嘶 第1 章引言 第1 章引言 1 1 问题的提出 科学与技术的发展能够取得现在的辉煌成就，我们无法否认科学实验在其中 起到了举足轻重的作用。一部科学史抑或是技术史，在一定意义上来说，就是 一部不断实验的历史。如果没有实验，我们无法想象现在的科学与技术会是怎 么样的。德国著名历史哲学家斯宾格勒曾经说过：“科学，作为精神上占有世界 的一种形式，是建立在实验基础之上的。 这句话表明了科学与实验具有密不 可分的关系。在实验中，科学理论得到暂时的证实或证伪得以进步，技术得到 改进或创新。 在科学技术的发展史上，科学家们重视实验作用的事例不胜枚举，比如意 大利著名物理学家、天文学家伽利略伽利莱( g a l i l e og a l i l e i ) 认为实验是进 行科学研究非常重要的方法。他本人也身体力行，做过很多实验，如自由 落体实验、单摆实验，最著名的是“两个球同时落地”的实验，通过实验， 证明如果不计空气阻力，质量不同的两个物体同时落地，与本身质量无关， 从此推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成正比疗的学说，纠正了这 个持续了1 9 0 0 年之久的错误结论，充分显示了实验的力量。伽俐略也自然 成了近代实验科学的先驱。史蒂芬霍金( s t e p h e nh a w k i n g ) 说，“自然科 学的诞生要归功于伽俐略，他这方面的功劳大概无人能及”。圆实验派的另 一个典型代表一一阿尔伯特爱因斯坦( a l b e r te i n s t e i n ) ，他是具有唯理主 义倾向的物理学家，主要以量子理论、相对论的创立而闻名于世。十九世纪末， 物理学经历了一次大变革，爱因斯坦从实验事实出发，重新考察了物理学的基 本概念，在理论上做出了重大突破，创立了狭义相对论和广义相对论，否定了 经典力学中牛顿的脱离物质的绝对时空观，指出时空与物质不可分，且随物质 运动状态而改变。这些结果大多数是爱因斯坦能过思想实验得出的，尽管他很 少做现实实验，这也不能否定他对实验的重视程度。迈克尔孙曾亲口对爱因斯 i 苏】格姆达夫里扬技术文化人【m 】石家庄：河北人民出版社，1 9 8 7 ，1 7 。s t e p h e nh a w k i n g ：g a l i l e oa n d t h eb i r t ho fm o d e r ns c i e n c e a m e r i c a nh e r i t a g e si n v e n t i o n & t e c h n o l o g y , s p i n g2 0 0 9 ，v 0 1 2 4 ，n o 1 , p 3 6 第l 章引言 坦说，没想到他的实验竟然会引出相对论这个眠陉物 。 对实验的重视，不仅存在于自然科学家中，哲学家们也开始意识到科学实 验对于人类社会的重要性。作为哲学家的弗兰西斯培根，他充分肯定科学的 重要性，重视实验，并指出当时科学不发展的原因就是人们轻视实验的研究。 他认为人类要支配、控制、改变自然，要达到这个目的，只是对自然进行描写 和分类是不够的，还必须描写人类干涉、影响自然界的结果。科学的重要性就 在于它能够“更改、变化并基本上改变自然 。培根所论述的实验，意义比较广 泛，是指每一种有意识的对自然界的干涉，其中包括一切劳动过程，一切与农 业和手工业有关系的艺术和技术。实验也就是他所说的“新工具”。马克思将培 根称为“整个现代实验科学的真正始祖 。马克思指出：实践的基本形式有三种， 一是变革自然的生产实践活动，二是处理社会关系的实践活动，三是科学实验 活动。通过科学实验建立科学理论，指导生产活动，或者说从科学实验得到应 用型成果，直接用于物质生产活动中。简言之，他认为，科学实验可以提高物 质生产和改造人类社会活动关系的水平。 由此可见，无论是科学家还是哲学家，对实验的重视程度都在日益加 强。实验已经成为人类实践的重要形式之一，科学技术发展到今日，各个 发展阶段实验的具体方式方法也表现出不同的特点，这些差异表现在实验 主体、实验客体、实验手段、实验过程及实验效果等多方面，也就是说， 在这个信息化高速发展的时代，现在的实验手段与以往出现的实验手段存 在较大的差异。科学和技术的发展与实验的发展相辅相成，一方面，科学技术 的进步，推动了实验水平的提高，包括实验工具、实验手段、实验方法的改进， 另一方面，实验方式方法的改进和多样化，更促进了科学与技术的进一步发展。 所以说，科学的发展离不开实验，过去的科学发展离不开现实实验、思想实 验及模型实验，而今天的科学发展也需要有一种崭新的实验手段。 2 0 世纪中期以来，随着计算机科学与技术的飞速发展，实验的主体、客体、 手段、方法等各方面与传统的实验相比都发生的巨大的变化。伴随着计算机技 术、网络技术、多媒体技术等信息技术、虚拟现实技术的发展而兴起了一种重 要的科学技术手段与方法一虚拟实验。虚拟实验就是适应现代科学技术发展 而诞生的崭新的实验手段。如今，虚拟实验已渗透到人类生活的科学、政治、 经济、文化等各个领域，由此掀起的一股虚拟化浪潮不仅深刻影响到人们认识 。王士舫，董自励科学技术发展简史【m 】北京：北京大学出版社，2 0 0 1 ，1 7 6 2 第1 章引言 世界、改造世界的能力和方式，而且不知不觉地改变着人们学习、工作、生活 和娱乐的方式和环境，以至于人们开始习惯生活于虚拟实验创造的虚拟世界中， 有时候分不清是身在现实世界还是虚拟世界了。比如让一个现实世界中的人戴 上数字头盔，或者数据手套，抑或是紧身数字衣等，它能让人深切地感受到在 虚拟世界中的一切，仿佛自己身在其中，这种经历与现实世界中一样真实甚至 更加真实。 虚拟实验出现之前的实验都可归入传统实验的范畴内，因此我们认为，传 统实验包括思想实验、模型实验与现实实验。事实表明，虚拟实验是当今各学 科门类中应用较多的实验手段和方法，它已经充分应用到物理学、化学、生物 学、天文学等学科领域，也已经渗透到人类社会的政治、经济、文化、生活、 娱乐等各个方面。我们无法回避虚拟实验对我们社会各方面产生的影响，我们 不仅要接受这种新的实验方法和技术，更应该认识它的本质，了解它的特征及 影响，这样才能更好地发挥虚拟实验的作用。 虚拟实验给我们社会带来的影响，是每个社会成员无法否认的。哲学，作为 时代精神的精华，就应当把握时代的脉络，在这个虚拟实验广泛应用的时代， 作为从事哲学的工作者，更应该正确地认识虚拟实验，从哲学的角度来考察虚 拟实验，探索虚拟实验的哲学内涵，换句话说，我们应该从哲学的高度来认识 虚拟实验，并思考虚拟实验引发的一些新的哲学问题。 1 2 选题的意义 一、理论意义与学术价值 1 虚拟实验的出现，给传统哲学的本体论、认识论、实践观、价值论以及 方法论带来了很大的冲击和挑战，让人们重新思考“什么是物质? 什么是实践? 实践是否仍是检验认识的唯一标准? 虚拟的是不是真的? 什么是真? 什么是 实? 由虚拟实验获得的知识是否可靠? 虚拟实验这种方法是否可以广泛运 用? 这一系列问题的解决，将使人们丰富与发展马克思主义哲学的物质观、 认识论、实践观，尤其是认识论，开创了马克思主义哲学在新时代的发展。 2 通过对虚拟实验的考察，分析了虚拟实验这种新的实验手段、新技术、 新方法在科学中的地位与作用，并反思这种新技术可能带来的机遇与挑战，将 丰富技术哲学的相关理论。 3 第1 章引言 3 虚拟实验中的虚拟空间，是对波普尔三个世界理论的发展，丰富了波普 尔的第三世界客观知识的世界的内容，同时也让人重新审视和认识波普尔 哲学的价值。波普尔认为，第三世界也是真实的，与第一世界一一物理世界一 样真实。虚拟实验具有虚拟性，但它也是真实的，这与波普尔的客观知识的世 界有相似之处。 4 为了阐明虚拟实验的概念，本文将用语义分析的方法，详细分析了什么 是虚拟以及实验的一般定义，然后综合起来，试着给虚拟实验下定义，而且文 章将澄清与虚拟相关的一些哲学概念，如对虚拟与可能、虚拟与真实、虚拟与 现实概念的辨析，这将为虚拟实验在各学科的运用奠定了理论基础。 二、现实意义与应用价值 1 虚拟实验由于自身的虚拟性特征，如实验主体、实验客体、实验空间等 的虚拟性，将大大降低对实验的投入，节约人力、物力和财力，且能避免现实 实验可能带来的危险，而且将达到传统实验所达不到的效果，提高技术的创新 效率，提升实验的水平。 2 通过对虚拟实验的哲学研究与反思，让人们更好地理解虚拟实验的含义， 从而使虚拟实验在科研、生产以及教学等方面得到更广泛的运用，充分发挥虚 拟实验在认识世界和改造世界中的巨大潜力，使之更好地造福于人类社会。 3 虚拟实验对科学与技术本身的发展尤其是科学的发展带来了机遇与挑 战。 1 3 国内外研究现状概述 虚拟实验，是2 1 世纪伴随着信息技术的兴起而出现的新兴的实验方法和手 段，已有较多研究人员纯粹从技术角度来研究虚拟实验的兴起、特点等，但从 哲学和方法论角度来研究虚拟实验的文献目前并不是很多。相对来说，国外对 虚拟实验的研究比国内要早一些。 一、国内研究现状 从虚拟认识论方面来看，虚拟实验带来了人类认识方式的变革。虚拟实验 的本质特征就是虚拟性。甚至可以说，虚拟实验引发了认识论的虚拟转向。这 种转向表现在认识主体的虚拟化、认识客体的虚拟化、认识空间的虚拟化以及 认识中介的虚拟化。曾国屏教授在虚拟现实项变革认识方法的技术 4 第1 章引言 一文中，讨论了虚拟现实技术带来的认识论方法论上的一些变革，提出三个“i ”， 即人们在虚拟世界的感受，其特点是：沉浸性、交互性和构想性( i m m e r s i o n - - i n t e m c t i o n i m a g i n a t i o n ) 。他指出虚拟现实技术作为一种模型方法，具有逼真性 和虚拟性。曾国屏教授的观点为我的论文论述虚拟实验所得的知识的可靠性分 析奠定了基础。 从技术哲学方面来看，国内较少从技术本身来考察虚拟技术，陈志良在2 0 0 2 年发表的虚拟：人类中介系统的革命一文中有相关论述，他认为，虚拟技 术是人类思维中介系统发展的第三个阶段即行为中介语言符号中介数 字化中介( 是前两个中介的否定之否定或者说扬弃) ，从“行为是思维”发展到 “思维是思维”，然后到“思维是行为”。同时指出虚拟的本质是人类的思维中 介系统，是“真的假 或“假的真 ，既不是真也不是假，既是真也是假。陈志 良教授对虚拟的本质的论述为我更好地理解虚拟实验及界定什么是虚拟实验提 供了可参考的材料。还有胡小安老师的博士论文虚拟技术若干哲学问题研究， 胡老师在论文中对虚拟技术做了详细介绍，包括虚拟技术的概念、发展历程、 类型、应用、特点。还探讨了虚拟空间的本质及特点，文中还涉及到虚拟与可 能、真实等概念的比较以及虚拟实验的产生和特点等。他们的论文为我的选题 “虚拟实验的哲学反思 的写作奠定了稳固的基础。本论文拟在更深层次 上讨论虚拟实验的发展及特征、虚拟实验的可信赖程度等。另外还有陈志良的 虚拟：哲学必须面对的课题、张雷的虚拟技术在“三个世界”中的位置 等论文，都将使我在写作中受到启发。 从科学实践方面来看，对于虚拟实践的研究，以张明仓博士2 0 0 5 年出版的 虚拟实践论最为集中与突出。他从考察技术一实践一人的内在联系入手， 考察了虚拟实践的历史发生，并对虚拟实践的主体、客体、中介、本质及哲学 意蕴等作了深入的分析，并认为在当代技术革命的推动下，虚拟实践正在成为 人类新型的存在方式和活动方式，虚拟社会将成为人类社会的新形态。在本篇 论文中也将会说明，实践性是虚拟实验的基本特征之一，虚拟的不是虚构的， 虚拟的也是真的，虽然不是物理的存在，但也是数字化的存在。 总的来说，国内对虚拟实验的相关研究比较少，而且比较零散，系统性不 强，很难找到从哲学和方法论角度专门论述虚拟实验的相关文献。 二、国外研究现状 对传统科学实验的论述，由法国克洛德贝尔纳著，夏康农、管光东译的 5 第1 章引言 实验医学研究导论一书可以说是讲述传统实验方法的很有代表性的著作， 书中区分了观察与实验的定义，论述了传统实验方法在生物学、生理学、病理 学中的运用，详细介绍了传统实验的整个过程，这本著作对于我们把握传统实 验的方法、特点、价值很有帮助。本论文第二章节的内容虚拟实验与传统 实验的比较分析，其中对传统实验的性质、特点可以从实验医学研究导论 中归纳出来。 在虚拟认识论方面，g o r d o mg r a h a m 在t h ei n t e m e t ：ap h i l o s o p h i c a li n q u i r y ) ) 一书中对虚拟实在在本体论分析的基础上对虚拟现实的认识论与实践论都进行， 了很有启发意义的论证。而f r a n kb i o c c a 在( ( i n t e l l i g e n c ea u g m e n t a t i o n ：t h e v i s i o ni n s i d er e a l i t y , i nc o g n i t i v et e c h n o l o g y ：i ns e a r c ho fah u m a n ei n t e r f a c e ) ) - 书中专门对虚拟技术作为一项认知技术是如何推动人类认识的深化与发展的作 用与价值进行了非常精致的论证。 在技术哲学方面，有保罗莱文森的思想无羁技术时代的认识论、 数字麦克卢汉等书及论文，他对麦克卢汉的技术决定论进行了修正，并发 展了其媒介定律。美国学者c a l i e ns h a f f e r 虚拟实在与胡塞尔现象学一文 对虚拟技术的起源进行了追溯。英国物理学家戴维多伊奇在真实世界的脉 络一书中从科学和科学哲学的角度对虚拟技术本身发展的前景提出了一些新 观点。并提出了一些很有价值的问题：虚拟现实的环境是不是真实的? 判断世 界真实的标准是什么? 虚拟现实技术的最终极限是什么? 等等。这些问题是我 们在对虚拟实验进行哲学反思时必须要解答的。 此外，约瑟夫劳斯著，盛晓明，邱慧、盂强译的知识与权力走向 科学的政治哲学一书，探索了实验以及实验室在科学实践中的地位，指出实 验室的本质是建构现象之微观世界的场所，那么虚拟实验的作用就是对微观世 界的建构。 虚拟实验对科学技术带来的挑战方面，由n a t h a n i e li ，d u r l a c h 和a n n e s m a v o r 在( ( v i r t u a lr e a l i t y ：s c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a lc h a l l e n g e s 一书中有论 述。作者认为，尽管虚拟现实已经引起了人们的广泛关注，但对包含虚拟环境、 扩张现实及遥控操作在内的人造( 综合) 环境的研究则仍然比较零散。虚拟现 实技术创造了一个虚拟的环境，在其中人们仍能有视觉、听觉、触觉、嗅觉、 味觉等享受，还能对虚拟环境中的物体提出指令，进行控制。文中还论述了虚 拟现实的应用领域，如教育、培训等领域。 6 第1 章引言 总之，国外对虚拟实验的研究要比f 内早，研究也相对深入些，但都比较 零散地分布在相关学科的相关著作中，未成系统，专门从哲学角度全面系统地 论述虚拟实验的论文或著作很少，所以说，虚拟实验的哲学研究还相当薄弱， 对虚拟实验带来的新的哲学问题还未引起哲学界同行们的足够重视。 1 4 本文的逻辑框架及研究方法 本论文分为五个部分( 即5 章) ，层层深入。第一部分( 第1 章) 是论文的 引言，主要阐述选择“虚拟实验的哲学反思”作为论文题目的依据及选题的意 义、国内外对虚拟实验研究的现状、本文的逻辑结构和研究方法以及论文的重 难点和创新之处。接着本文在引言的基础上，进入论文第2 章，该章论述了现 实实验、思想实验以及模型实验等传统实验的概念及特点，此外，对虚拟实验 的思想起源用技术发展历程进行了初步的探讨。紧接着开始的第3 章，将虚拟 实验与传统实验进行了详细的比较分析，即把虚拟实验与现实实验、虚拟实验 与思想实验、虚拟实验与模型实验分别作了比较，从实验主体、实验客体、实 验手段、实验中介、实验环境等各方面，概括出虚拟实验与传统实验的主要差 别所在，并试着总结出虚拟实验的主要特征。通过比较，虚拟实验的优越性得 到了彰显，因而虚拟实验得到极其广泛的应用。与此同时，它的流行也给人类 传统的认识论、物质观、实践观等带来明显的冲击。于是人类开始重新思想一 些哲学问题及哲学概念。比如虚拟实验的哲学基础何在? 虚拟实验产生了一种 新的存在虚拟实在，那么，虚拟实在是物质还是意识? 对传统的存在论及 物质观有何发展? 在认识论方面，虚拟实验带来的知识是否可靠? 与通过其它 实验方法得来的知识有什么区别? 虚拟实验作为实践形式之一，与传统意义上 的实践有什么差异? 虚拟实验创造出一个虚拟世界，它与波普尔三个世界理论 有什么关系? 等等。这一系列不断涌现的问题，是伴随着虚拟实验而来的，是 人类必须面对、思考和解决的。对以上问题的尝试性解答构成了论文的第4 章， 也是将虚拟技术与哲学理论联系起来的关键部分。第5 章提出了本论文的结论 及展望，总结得出，虚拟实验可以给人类带来可靠知识，虚拟实验方法将成为 未来各领域的主要实验方法。 研究方法上，总的来说，该论文既注重技术层面的考察也重视理论层面的 论证和阐释，把分析建立在学理和事实的基础之上，把实证分析与哲学思辨结 7 第1 章引言 合起来，把理论分析与经验研究结合起来，把科技史与科学哲学结合起来，把 历史与现实联系起来。具体说来，有以下方法：1 历史与逻辑相一致的方法； 2 比较研究法，论文中将详细分析比较虚拟实验与现实实验、思想实验及模型 实验的异同，阐明各自的优缺点；3 理论联系实际的方法，论文不仅从理论上 阐述了虚拟实验的哲学基础，而且也将虚拟实验与现代科学技术相联系，以说 明虚拟实验对科学技术发展的推动作用；4 语义分析法，本文为了让读者更 容易理解虚拟实验的含义，故将与虚拟相关的词语进行了语义分析，如虚拟与 模拟、虚拟与可能，虚拟与现实，虚拟与真等概念迸行了词义上的详细比较， 以便更好理解虚拟的含义：5 文献综合与分析比较法等。 1 5 论文的重点、难点及创新之处 本篇论文的重点在文章的第三章和第四章，第三章是将现实实验、思想实 验、模型实验分别与虚拟实验进行比较，比较主要从实验主体、实验客体、实 验中介、实验过程、实验环境等方面进行，从比较中突显虚拟实验对传统实验 的超越性，所以把它独立于前三种实验方式。这一章是下一章的前奏，从比较 中，我们才能更加深入地认识虚拟实验及其特征，从而为下一章对虚拟实验的 哲学反思奠定稳固的基础，所以本章占了较大的篇幅。第四章是虚拟实验引起 的哲学问题的思考，这章是论文的点眼之章，因为这章才真正从纯哲学层面来 对虚拟实验进行了细致的考察，表现在对虚拟实在的哲学基础的探究，对马克 思主义物质观、意识观、实践观的再认识，对虚拟实验带来的知识的可靠性的 思考，对虚拟技术极限问题的分析以及对虚拟世界与波普尔世界3 的关系的深 刻认识。 本论文第一个难点是第三章的传统实验与虚拟实验的比较，因为四种实验 方式在时空上跨度较大，要使比较生动形象，能让读者信服，必须结合科学技 术史的知识，用史实说话，这样才能更加突出各种实验的特点以及虚拟实验的 优越性所在，这就要求作者必须熟悉科学技术史的相关知识，离开科技史，论 文就可能缺乏说服力。本文第二个难点在第四章，是关于虚拟实验的哲学基础 的问题，这里涉及到传统的本体论、实在论、物质观、实践观、认识论等哲学 知识，以及虚拟实验对传统哲学基础带来的挑战，为了找出虚拟实验哲学基础， 必须具备良好的哲学素养，对本体论、实在论、认识论等知识有深入的了解， 8 第1 章引言 这样才能做到以理服人。 创新是学术研究进步的动力。本论文的创新表现在两处，一是系统地将历 史上出现过的主要科学实验方法即现实实验、思想实验、模型实验与现代的虚 拟实验方式进行比较，从而总结出各种实验的特点及突显虚拟实验的优点。学 术界不乏对虚拟实验进行研究的论文，也有作过这方面的比较，但仍不全面。 二是利用虚拟实验将本体论、实在论、认识论等知识串起来，从而阐明虚拟实 验得到广泛应用的原因及其出现的必然性，这一部分囊括了哲学理论的大量知 识，使得哲学基础知识在这一部分得到系统的梳理。 9 第2 章虚拟实验概论 第2 章虚拟实验概论 科学是建立在实验基础之上的( 本论文所论及的实验，如无特别说明，一 般来说都是指自然科学中的实验) ，这已成为了共识。对实验进行的研究，最早 可以追溯到古希腊，然后发展到中世纪、近代及现代。这期间，科学实验也经 历了四个发展阶段，有现实实验、思想实验、模型实验及现代的虚拟实验。四 个阶段代表四种不同的实验方法和手段，因面也具有不同的特点。实验的水平 和方式是当时科学技术发展水平的标志。虚拟实验是现代信息技术时代的产物， 它的出现实现了实验方式的变革，并表现出与其它实验不同的特点。本章将对 虚拟实验的发展过程及定义做一个初步的阐述。 2 1 实验的发展及“实验刀概念 2 1 1 实验的历史演变过程 科学实验的思想从萌芽到发展经历了一个漫长的过程，从时间上经历了从 古希腊到中世纪，到近代，再到现代这样一个发展过程。李正风教授把近代以 前的科学实验分为两个传统，一是“哲学思辨式 的实验传统，二是“经验试 错式 的实验传统。古希腊对科学实验有较大贡献的可分为两个学派，一个是 以哲学家亚里士多德为代表，另一派是以自然科学家阿基米德为代表。最早提 到实验，并对实验进行哲学研究的是古希腊的亚里士多德，他在形而上学 一书中明确指出：“求知是人类的本性一。并且他把科学分成三类：一、理论 的科学( 数学、自然科学、后被称为形而上学的第一哲学) ；二、实践的科学( 伦 理学、政治学、经济学、战略学、修辞学) ；三、创造的科学，即诗学。由此就 形成三类知识：一是理论的知识或科学知识；二是实践的知识；三是技艺、技 巧。显然，亚里士多德把科学实验获得的知识包含于第一类知识中。至于科学 实验本身，亚里士多德认为是与科学观察等同的。在他看来，科学实验就是通 过对个别事物进行仔细观察以获得感性知觉，然后通过著名的“三段论”归纳 出一般原理，得到一般原理之后，实验( 观察) 就不再需要了。亚里士多德本 人也动手做过很多实验，在物理学和生物学方面都有，据说，他曾对5 0 多种动 物进行了活体解剖。亚里士多德还做过实验，得出重物比轻物下落速度要快， 。r m c k c o n t h eb a s i cw o r k so f a r i s t o t l ei m n e wy o r kr a n d o mh o u s e ，1 9 4 1 ，9 8 0 1 0 第2 章虚拟实验概论 虽然这个结论后来已被伽俐略证明是错误的。总体来说，亚里士多德的实验偏 向于“哲学思辨式”传统。古希腊的另一个重视实验的杰出代表是阿基米德， 他是科学史上最早将观察、实验同数学方法融为一体的科学家。他用实验方法 发现了浮力原理和杠杆原理并运用力学知识做出了许多发明创造。传说，阿基 米德通过实验为国王鉴定王冠的纯度，从而归纳出“物体在液体中所受到的浮 力，等于它所排开液体的重量 这一浮力原理。他非常重视试验，亲自动手制 作各种仪仪器和机械。他一生设计、制造了许多机构和机器，除了杠杆系统外， 值得一提的还有举重滑轮、灌地机、扬水机以及军事上用的抛石机等。被称作 “阿基米德螺旋”的扬水机至今仍在埃及等地使用。 1 7 世纪的弗兰西斯培根继承并发展了古希腊重视实验的传统。培根尖锐 地批判了中世纪的经院哲学，认为经院哲学和神学严重地阻碍了科学的进步， 主张要全面改造人类的知识，使整个学术文化从经院哲学中解放出来，实现伟 大的复兴。他认为，科学必须追求自然界事物的原因和规律。要达到这个目的， 就必须以感官经验为依据。他提出了唯物主义经验论的原则，认为知识和观念 起源于感性世界，感觉经验是一切知识的源泉。要获得自然的科学知识，就必 须把认识建筑在感觉经验的基础上。他还提出了经验归纳法，主张以实验和观 察材料为基础，经过分析、比较、选择、排除，最后得出正确的结论。培根的 科学方法观是以实验定性和归纳为主。他对科学方法上使用的数学和演绎法采 取不信任态度。培根只是在他提倡的方法上有他的独创之见，但这些独创之见 也没有立即得到应用。培根被马克思称为“英国唯物主义和整个现代实验科学 的真正始祖”。 意大利著名数学家、物理学家、天文学家伽俐略对实验的兴趣相当浓厚， 他从阿基米德检验国王皇冠的实验中受到启发，一边重复这个实验，一边 想着这种方法的用途。伽利略是第一个把实验引进力学的科学家，他利用 实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。1 5 8 2 年前后，他经 过长久的实验观察和数学推算，得到了摆的等时性定律。在1 5 8 9 1 5 9 1 年 间，伽利略对落体运动作了细致的观察。从实验和理论上否定了统治千余 年的亚里士多德关于“落体运动法则 ，确立了正确的“自由落体定律刀， 即在忽略空气阻力条件下，重量不同的球在下落时同时落地，下落的速度 与重量无关。在天文学方面，伽俐略也做出了很多发明和发现，如用自制 。马克思恩格斯全集( 第2 卷) 【m j 北京：人民出版社，1 9 5 7 ，1 6 3 第2 章虚拟实验概论 的天文望远镜，发现月球表面凹凸不平，木星有四个卫星( 现称伽利略卫 星) ，太阳黑子和太阳的自转，金星、木星的盈亏现象以及银河由无数恒星 组成等。他还用实验证实了哥白尼的“日心说”。他以系统的实验和观察 推翻了以亚里士多德为代表的、纯属思辨的传统的自然观，开创了以实验 事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此，他被称为“近代科学 之父 ，是近代实验科学的先驱。 我们从科学实验的演变过程中可以看出，实验过程蕴含着某种科学研 究的方法，即归纳法。从古希腊的亚里士多德、阿基米德，到中世纪的弗 兰西斯培根，再到近代的伽俐略，都使用了从对个别事物的观察总结出一 般规律的归纳逻辑。 2 1 2 实验的概念 如今，实验的方法不仅应用于自然科学领域，而且在社会科学领域也 得到广泛运用。它已经渗透到人类的学习、生活、工作、娱乐等各个方面。 我们先来看一下学界对于科学实验的一般看法，看看他们都是如何界定科 学实验的。中国大百科全书哲学中是这样对科学实验进行定义的：“科学 实验( s c i e n t i f i ce x p e r i m e n t ) ：人们为实现预定目的，在人工控制条件下研究客体 的一种科学方法。它是人类获得知识、检验知识的一种实践形式。科学实验萌 芽于人类早期的生产活动中，后来逐渐分化出来。从1 6 世纪开始成为独立的社 会实践形式，并且成为近代自然科学的重要标志。 o 从这一界定可以看出，科 学实验作是一种实践活动，首先要制定一个实验的目的，然后需要通过一定的 手段、工具人为地控制实验过程，以达到实验之前制定的实验目的。 一般来说，科学实验是以搜集科学事实，获得感性材料以证实或证伪某个 假说为目的，通过一定物质手段、仪器设备等干预和控制研究对象以发现对象 发展规律的实践活动。科学实验一般包括三个基本要素：一是实验中认识的主 体实验者；二是实验中认识的客体实验对象：三是作为实验主体和客 体中介的一些物质手段，如仪器、设备等。进行一个科学实验，也必须遵循一 些基本程序：( 1 ) 提出问题。科学观察和科学发现始于问题，问题也是进行实 验的动力。( 2 ) 制定实验目标。实验必须围绕一定目标进行，不能有盲目性， 没有目标的话实验结果也是难以预料的。( 3 ) 围绕实验目标，提出若干科学假 。中国大百科全书出版社编辑部中国大百科全书哲学【m 】中国大百科全书出版社，1 9 8 7 实验词条 1 2 第2 章虚拟实验概论 说。进行实验之前，提出的理论还只是假说，还有待实验的证明与检验。( 4 ) 选择实验原理，设计若干实验方案，看哪一个方案更有利于检验假说、达到预 定的实验目标。( 5 ) 进行实验操作。实验者、实验对象、实验中介在这里协作 完成。( 6 ) 分析实验结果，并对结果进行理论解释，总结得出结论。 科学实验作为检验科学理论的重要方法之一，它建构了一个微观世界 实验室，将实验室内与实验室外相隔离，以便强化、纯化和简化研究对象，使 对象不受现实中各种复杂因素的影响，得出理想条件下的实验结果。 科学实验不同于科学观察，一般来说，观察是研究自然状态下的现象，而 实验是研究由实验者变更了的现象。观察包括一切正常的、规律的和看到的现 象；实验却相反，意味着研究者“有意地想改变或扰乱正常现象的条件。科 学观察不能等同于科学实验，它只是科学实验过程中的步骤之一，也是必不可 少的步骤。另外科学实验有别有试验，从严格意义上来说，试验也是实验的一 种，但试验是对未知对象所做的试探性操作，一般来说带有盲目性，没有假说， 没有预定的目标。科学实验却有明确的实验目标，进行实验操作之前提出了假 说，目的性、针对性很强。 2 2 传统实验的概念及特征 由于虚拟实验的兴起以及它所表现的与以往实验方式不同的特征，我们把 虚拟实验独立于以往出现过的实验方式，也就是说，从实验方式所表现的特征 方面来看，科学实验分为两大类：传统实验和虚拟实验，其中，传统实验又包 括三种类型的实验，它们分别是现实实验、思想实验及模型实验。那么，至今 为止，科学实验也就经历了四个发展阶段：现实实验、思想实验、模型实验、 虚拟实验。 2 2 1 现实实验 现实实验是相对于在思想中进行的思想实验和在虚拟空间中进行的虚拟实 验等而提出的概念，在现实实验中，实验主体、实验对象、实验工具等都是实 实在在的存在物，是在物理时空中的存在物，不是思想中的抽象物，也不是虚 拟技术手段变现出来的虚拟的存在物。简而言之，现实实验是实验共同体在实 。 法 克洛德贝尔纳实验医学研究导论【m 】夏康农、管光东译北京：商务印书馆，1 9 9 6 ，1 0 1 3 第2 章虚拟实验概论 验室等场所对客观存在的事物进行实验操作或干预的过程和活动。因此直接性 和客观性是现实实验最明显的两个特征。一般来说，在现实实验中，实验手段 直接作用于实验客体，实验主体直接对客体进行操作，由实验得到的数据或得 出的规律可以直接推广应用到同类客体中；实验主体、实验对象以及实验工具 等都是客观存在的，所以现实实验具有客观性。 一般情况下，现实实验主要是针对一些比较简单的、触手可及的研究对象， 因为现实实验直接对实验客体进行操作和干预，比如它不能以人类目前无法靠 近的物体( 如太阳) 为直接的实验对象，借用贝尔纳的观点，这些我们尚不能 接近的物体只能是人类观察的对象，还不能成为我们实验的对象。关于观察的 对象和实验的对象的差别，贝尔纳在实验医学研究导论一书中有详细论述。 对于这类研究对象，须借助于某种模型或在电脑中才能进行，这就是模型实验 和虚拟实验所要研究的范围了。 2 2 2 思想实验 顾名思义，思想实验就是在思想中进行的实验过程，是在现实中无法实现 或暂时无法实现即理想条件下所作的想象，它是一个具有实验性质的思维过程， 它是在思维中进行推理、归纳、类比等，然后得出推论或悟出道理。思想实验 是以科学实验为基础，以逻辑推理为依据，在思想中建构实验模型的实验方式。 所以，思想实验主要依赖的是人脑处理信息的能力，想象在思想实验中至关重 要。 从历史上来看，思想实验是一种被广泛采用的实验方法。据考证，亚里士 多德的物理学研究大多是思想实验。一些思想实验在物理学上曾起过极其重要 的作用，如伽利略利用思想实验才发现了自由落体定律、惯性定律等，也是