科学假说与科学理论.doc

科学假说与科学理论一、科学假说 1定义：就是指根据一致的科学事实与科学理论对其研究的自然现象及其规律提出的假定性说明。要素：（1）科学事实 （2）背景知识 （3）进行猜测 （4）形成预见例如：血液循环假说的提出最大的贡献就在于预见了毛细血管的存在。 -（推动了医学的发展与繁荣）2特征： 科学性 假定性 易变性3作用：（1）科学假说是发挥思维创造性的有效方法 （2）具有导向作用 （3）不同的假说有助于推动学术的繁荣 （4）科学假说是自然科学的发展形势和通向科学理论的桥梁 4科学假说的建立与发展 （1）建立原则：解释性原则 对应性原则 可检验性原则 （2）发展趋势：1）被证明是正确的科学假说，上升为理论 2）与新的事实不完全相符或出现了新的逻辑困难需要进行部分修改或完善 3）被新的事实证伪 4）对于同一个事实会产生多种假说并存的现象。一个战胜另一个或互相补充结合成一个完整的假说，或被一个新的假说所取代。 （3）诊断假说的择优标准1） 可检验性标准：确定性标准基本确定性标准非确定性标准功能性标准2） 概率性标准：时空概率-人群概率-危险概率3） 解释性标准4） 效益性标准科学假说科学假说是科学理论发展的思维形式，是人们根据已经掌握的科学原理和科学事实，对未知的自然现象及其规律性，经过一系列的思维过程，预先在自己头脑中作出的假定性解释。科学假说是科学理论的可能方案。 按照中国大百科全书的定义，科学假说是指“根据已有的科学知识和新的科学事实对所研究的问题作出的一种猜测性陈述。它是将认识从已知推向未知，进而变未知为已知的必不可少的思维方法，是科学发展的一种重要形式。”在这一对科学假说的规定中，表达了两层意思，一是科学假说具有猜测、假设的性质，还不属于被实践所验证了的科学事实；二是科学假说又不同于毫无根据的主观随意臆断，而是以已知的既定科学知识和新的科学事实为基础，是在这些基础上提炼出的科学问题，并在多种科学知识基础上运用分析和综合、归纳和演绎、类比和想象等方法，形成解答问题的基本观点。正是由于立足于既有的科学知识和科学事实，这就决定了作为科学假设有一个必要条件，那就是原则上的可检验性，如果不具备原则上的可检验性，有关陈述还不能称之为科学假说。 科学理论不同于科学假说。科学理论是“具有某种逻辑结构的并经过一定实验检验的概念系统。”或者说科学理论是一种对事物发展变化规律的正确认识所构成的比较系统的理论学说，它是人类对客观对象的正确认识成果。 科学假说同科学理论的区别主要在于：科学假说带有或然性，尽管其内容有一定的科学依据，但终究还没有经过实验来验证和确认，所以只能称为假说；而科学理论是经过了实践检验已经显示出自身正确性的理论。当然，科学假说同科学理论决不是互不相干的，一种新的科学理论在形成的过程中，一开始往往是借助于科学假说开辟的方向，因此，科学假说往往是科学理论形成 8、伽利略在对自由落体研究时认为自然界是简单的，自然界的规律也是简洁明了的。从这个理念出发，猜想落体运动也一定是一种最简单的变速运动，而最简单的变速运动，它的速度应该是均匀变化的，从而为自由落体的研究打下了重要基础，从科学研究的方法来说，这属于（ C）A、等效替代 B、控制变量 C、科学假说 D、 数学归纳的前奏，对科学理论的形成功不可没。科学与非科学，以及科学假说 科学和非科学的判据我们“满意”的，认为“可靠”，认为“比较正确”的知识，有两种。一种是在可观察层面上进行的、与感官居和经验直接相联系的认识；一种是用抽象的或形式化的语言表述的、其对象与过程一般不可直接观察的认识。前者是将已知事实互相联系起来，形成以经验概括的形式出现的试探性假说或所谓经验规律。后者则在经验规律的基础上进一步抽象，最终形成以抽象概念和若干公理为前提的逻辑演绎系统，这样的逻辑演绎系统一般被科学共同体确认为理论规律。经验规律的例子有“在恒温下气体压强与其体积成反比”（波义耳定律）、“金属丝的延伸与应力成正比”（胡克定律）等，它们都是一种经验的概括。理论规律的例子有基于“分子”概念的气体运动定律，它是通过定义一种人为创造的概念分子，并描述其运动的规律来成立的。经验概括的知识可靠吗？人为创造的概念又真实存在吗？为什么我们一直对这样的知识感到满意？这是因为，一方面，人在求知时除了诉诸经验和理性之外，就别无其他途径了；其次，经验规律和理论规律相比其他知识形式，起码有一个好处就是可确证性。经验规律的最大特征就在于它的实际可观察性，或者实际的可确证性。恒温下气体压强到底是不是与其体积成反比，总是可以多次验证。而对于理论规律来说，由于其所描述的概念不是可观察的东西，其所表述的内容不能用简单的、直接的方法来测量（如“分子”的运动），但它也应当要求能推导出一系列经验规律的推论，而这些经验规律就可以被确证。例如，气体的分子运动理论可以推出理想或实际气体的PVT关系，而PVT是可测量的量。通过检验所推得的PVT关系，可以评价相应的气体分子运动模型。事实上，认为分子没有大小，没有相互作用力的分子运动模形，推出的PVT关系仅仅适用于理想气体，实际气体的模型必需引入分子间力，分子的大小和形状等因素。通过具体的，有限次的实验，并不能一劳永逸地确证一条经验概括的正确性；通过证明“推论为真”，也不能由此证明“原命题”的理论规律为真。也就是说，无论经验规律还是理论规律，一个规律的任何确证都只能是部分的，不存在完全和绝对的确证。尽管如此，这已经是人类凭借经验和理性所尽力做到的程度了。况且，经验规律和理论规律的证伪在逻辑上倒是很便利。也就是说，可确证性是人类知识可靠性的一根“救命草”，人类凭借经验和理性，反正最多只能得出某种经验的归纳概括，或者是抽象过的概念猜测，如果经验概括或者抽象的概念猜测还不可确证，那就失去了任何意义；相反，可确证的经验概括，就是一条经验规律，可确证的抽象概念的猜测，就是一条理论规律。经验规律和理论规律，就是科学规律。可确证性是“是否科学”的判据。我们人类的知识注定是不可靠的。科学同其他知识形式的区别在于，科学把它的理论置于可被观察所推翻的测试之上。当有竞争的理论出现时，科学家选择那些与观察的真实最一致的理论，而放弃逊一等的理论。这样，尽管我们不能确定现在维持的理论是否真实，但能保证它比过去的理论更接近真实。关于理论本身是真是假的问题其实无关宏旨，惟一重要的是该理论必须是有关可观察的科学事实的真实概括(既经验规律）或经验规律的源泉（即理论规律）。在真实和错误之间存在着不对称性，没有理论可以被证明是对的，但有些理论可以被证明是错的。科学与非科学由此可以界定：科学就是那些可能被证明为错误的理论，而非科学则认为自己永远是对的，如宗教等。取代牛顿物理学并不是爱因斯坦积累（归纳）了更多的事实，相对论之所以成立是因为它通过了几项更为严格的实验测试。在科学那里，至关重要的观念就是要“证错”或“证伪”，而不是“证对”。科学假说的创立和检验这也许是大家最关心的问题。许多人的“科学假说”被拒之门外，到底是什么原因。上一节说到，科学规律就是要先对已有经验和事实进行归纳概括，得出经验规律；甚至进行抽象，得出理论规律。而这些概括和抽象得到的规律，都是一种试探性解释和预测，唯其具有可确证性，才纳入科学的考虑；幸其经长期确证未发现有误，又暂时接纳为定律罢了。一切其实仍然是假说。科学假说通常由以下几个基本因素构成：事实基础；背景理论（包括推理规则）；对现象本质的猜测；由猜测演出的预言和预见。比如，大爆炸假说就是以谱线红移（哈勃定律）等事实为基础，以广义相对论和高能粒子物理学等理论为背景，以超高密、超高温状态下由某种机制引起的原始“原子”的急剧膨胀为基础预测，以“氦丰度”和“3K背景辐射”等为语言而构成的一个认识体系。科学假说有两种，一种是“革命性”的，一种就是“不那么革命”的。对于常规科学问题，提出假说的主要目的在于修改、调整、扩展原初的背影知识体系。一方面，当新的科学事实发现不能够纳入已有的理论框架中加以解释的时候，就需要创立新的、更具普遍意义的科学假说对新事实作出解释（但这又难免在逻辑上带出一堆新的推论，这些推任何一个如果被证伪你就玩完儿）；另一方面，我们总希望知识是继承下去的，希望能在已知理论和辅助假说条件的基础上进行逻辑推导，得出一个新的关于经验事实的预测假说，如麦克斯韦关于电磁波的假说、狄拉克关于正电子的假说等。但现在问题是很多朋友的“大理论”“大体系”假说被“拒之门外”了，这咋整？如果科学领域中反复出现反常问题，那么科学家则可能提出突破背景知识体系的革命性理论假说，例如量子力学，狭义相对论等。关键是我们检不检验，如何检验。科学假说的检验是一个复杂的过程，其主要是逻辑上的不完备性，这一点我刚才已经说过。首先，一个全称判断所演绎出的经验推论在数量上是无限的，其中部分结论与观测事实相符合只是为该科学假说提供了某些辩护和支持，还不能说完全证实了这一科学假说。其次，以全称判断形式出现的科学假说只能通过证实后件（即推论）为真从而证实前件（科学假说）为真的方法确证。但是，在逻辑上，这种方法是不能完全保真的。证实后件为真，前件可能为真，也可能为假。如果认为后件真前件必真，那就犯了肯定后件推理的逻辑错误。再者，一个科学假说（H）所演绎出的可被直接检验的结论（C）若与观测事实不符（非C），则在整体上这个假说被证伪（非H）。这在逻辑上无疑是正确的。然而事实上当结论与观测事实不符，往往还有可能是观测本身的误差或失误所致。究竟是由于观测误差，还是由于假说有误，还需要长期论证。作为提出假说的人，只能力求其假说可推导出尽可能多的经验定律以供世人检验。至少应该是原则上可检验。如果是原则上不可能被检验，就是说它根本没有检验蕴涵它本身不能被检验，由它演绎推导出的命题也不能被检验，于是这样的假说就跟任何经验现象都没有关联，是完全脱离事实的天马行空。既然找不到哪个经验能够与它相符合或相抵触，那还有什么考虑的价值呢？不被“拒之门外”才怪。原则上不可被检验的另一个常见的问题，是某假说与物理学的基本原理根本矛盾。并不是说某些基本原理就是金科玉律它们其实也无非也是假说。但不幸的是那些历史悠久的假说在几十甚至几百年经验事实的检验下没有被证伪，如果你的假说与它相抵触，在逻辑上很有可能就有很多经验事实与你的新假说相抵触，从一开始就不成立。因此在提出新假说的时候才有必要这么惧怕与比较经典的理论相矛盾，在这种情况下所谓“大无畏的革命精神”并没有什么益处。例如，关于速度为每秒40万公里的火箭行为的推测，在原则上就已经不可检验，因为它与物理学的基本原理根本矛盾，实际上等于在推翻狭义相对论及其所有推论，把原本狭义相对论及其推论所解释或预言的经验事实重新置于未知和“神奇”的位置。任何一个新理论或假说替代原理论或假说都应满足这样两个基本要求：1）新的理论或假说比原有理论具有更丰富的检验蕴涵；2）新的理论或假说在原理论得到充分确证的那个领域以渐近线的形式相一致。比如，经典热力学被归并到统计力学中，虽然出现在经典热力学中的某些概念如“温度”、“熵”等并没有被包容在统计力学范围内，但从有关分子运动统计规律的前提中，可以成功地推演出经典热力学中关于“温度”、“熵”等的那些定律。这种归并现象不但表明统计力学适用于经典热力学无能为力的微观领域，而且表明，通过一定的连接规则，出现在经典热力学中的概念及有关定律和统计力学中的概念及有关定律存在着某种对应关系，可以由统计力学的前提演绎出包容它们的概念和定律。这是就是假说检验中的对应原则。新的科学理论或假说并不能产生于荒漠之中，它对原有的理论或假说只能采取扬弃的态度。量子力学、相对论等科学中的“革命性”理论，实际上都具备这样的特点，并不十分“革命”。提出假说的行为，本身就是一个需要慎重的行为。简单性原则是“如无必要，勿增实体”。虽然科学史上那些“革命性”的理论，被我们可爱的报告文学家进行了如歌的赞美，但那并不是越多越好。在某一门科学里，如能不以这种或那种假设的实体来解释某一事物，人们就没有理由去假说它。我们的目的，只是解释和预测我们经验范围内的事实罢了！经过以上解释，某些人的“假说”为什么被“拒之门外”，理由也很清楚了。所有的这些，不是为了打压谁，而是围绕着人类知识不可能达到真理这一事实，阐述我们对假说至少要有什么样的要求。其实说来说去，可确证性就是可证伪性。因为对全称判断我们没有任何方法可以在有限的工夫之内进行证实，但是却可以很方便地证伪。这才是为什么我们老是苛求可证性、重复性。因为，还是那句话，真假问题是无关宏旨的，只要你说的话能被证明是错的，我们就安心了。科学假说探析一文主要从科学假说的形成和检验两个角度来对科学假说进 行阐述。科学假说是科学家为了解决某一疑难问题而提出的一种尝试性理论，但是 这一尝试性理论是如何形成的，或者说科学发现是如何产生的，却在科学家或者科 学哲学家中存在一定的分歧。整的说来，关于科学假说的形成，通常存在三种方法 论主张：归纳主义方法论、非逻辑主义方法论、整体主义方法论。归纳主义方法论 认为，科学假说的形成是科学家遵循严密的逻辑步骤从具体经验观察数据中归纳出 普遍性理论或定律的结果。相反，非逻辑主义方法论认为，科学假说的形成过程不 存在严格的归纳方法，科学发现是灵感、想象、直觉