第8章+科学假说与科学理论+2学时.ppt

第五章科学假说与科学理论 自然辩证法绪论张胜光制作 3 本章目录 第一节科学假说 1 假说方法2 假说的来源3 科学假说的特点4 科学假说的类型5 科学假说的作用6 建立科学假说遵循的原则 7 假说构建 形成和发展8 逻辑证明及其作用9 实践检验10 逻辑证明和实践检验的关系11 实践检验离不开理论思维12 证实与证伪13 假说的发展出路 自然辩证法绪论张胜光制作 5 1 假说方法 科学假说是根据已知的科学事实和科学原理 对未知自然现象及其规律性 作出假定性的说明和推测 是自然科学理论的一种重要思维形式 恩格斯说 只要自然科学在思维着 它的发展形式就是假说 自然辩证法绪论张胜光制作 6 假说不等于胡说 假说不等于科学理论 它是自然科学理论思维的一种重要形式 科学假说是以已知事实和科学原理对自然现象和规律的精测性说明 通常是由三大要素构成 命题 理论陈述和推理出预言和预见 自然辩证法绪论张胜光制作 7 科学发现的一般思路 假说 选题 观察试验求证 观察实验逻辑思维新的假说或理论 创新思维验证 观察实验 自然辩证法绪论张胜光制作 8 自然辩证法绪论张胜光制作 9 自然辩证法绪论张胜光制作 10 侏罗纪公园 中的恐龙1 03 自然辩证法绪论张胜光制作 11 德国始祖鸟化石 世界上最早的鸟化石 自然辩证法绪论张胜光制作 12 始祖鸟由谁演化而来 1865年赫胥黎提出 鸟类起源恐龙说 恐龙派 20世纪初赫尔曼提出 鸟类原始爬行动物起源说 否定恐龙派 简称鸟派 1970年代美国学者提出 鸟类起源兽脚类恐龙说 到1996年为止 双方势均力敌 均无证据驳倒对方 自然辩证法绪论张胜光制作 13 中国科学家的贡献 1996年发现中华龙鸟 提出了原始羽毛的概念国际上反对的意见认为不是羽毛而是毛发1997年发现意外北票龙 提出长着羽毛的恐龙概念国际上反对的意见认为那不是羽毛 自然辩证法绪论张胜光制作 14 中国科学家的贡献 1997年发现原始祖鸟 1998年发现尾羽龙 均确认为长羽毛的恐龙国际上反对的意见承认是羽毛 但那只是只不会飞的鸟1998年发现千禧中国鸟龙 确认为长着羽毛的驰龙2003年发现顾氏小盗龙 提出四翼恐龙概念国际上普遍接受了鸟类起源恐龙说 鸟派 消失 鸟的定义也不再是 长着羽毛的脊椎动物 自然辩证法绪论张胜光制作 15 鸟类起源于恐龙的科学发现 1865年赫胥黎提出 鸟类恐龙起源假说 证据 鸟与恐龙组织结构有35处相似2 02 20世纪初赫尔曼提出 鸟类原始爬行动物起源说 证据 鸟类有叉骨而恐龙没有 体型太大2 18 20世纪70年代美国奥斯特罗姆教授重提 恐龙起源说 证据 发现恐龙也有叉骨1 20 鸟派与恐龙派 均缺乏证据 自然辩证法绪论张胜光制作 16 1996年中华龙鸟被发现 031996中华龙鸟的发现5 27 意义 发现羽毛状痕迹04中华龙鸟震动了世界2 25 05中华龙鸟的龙鸟之争4 42 06中华龙鸟的归属及意义2 36 争论的焦点 是羽毛还是毛发 是恐龙还是鸟 结论 中华龙鸟是恐龙 但是否长有羽毛分成两派观点 自然辩证法绪论张胜光制作 17 1997年意外北票龙的发现 071997意外北票龙的发现3 50 意义 再次发现原始羽毛状痕迹 确认为长着羽毛的恐龙争论焦点 到底是不是羽毛 自然辩证法绪论张胜光制作 18 1997原始祖鸟的发现 081997原始祖鸟的发现2 44 意义 再次发现原始羽毛状痕迹 确认为长着羽毛的恐龙091998尾羽龙的发现3 50 10争论仍然继续2 53 争论焦点 承认确实是羽毛 但它们是不会飞的鸟 自然辩证法绪论张胜光制作 19 1998千禧中国鸟龙的发现 111998千禧中国鸟龙6 35 12长羽毛的恐龙基本确认3 57 自然辩证法绪论张胜光制作 20 1999年古盗鸟事件 13古盗鸟事件11 08 13古盗鸟事件24 43 自然辩证法绪论张胜光制作 21 科学 刊出华南虎争议照 自然辩证法绪论张胜光制作 22 2003年顾氏小盗龙被发现 142003年顾氏小盗龙发表1 54 15徐星的四翼恐龙假说1 07 自然辩证法绪论张胜光制作 23 顾氏小盗龙的意义 19史前公园科幻片1 01 现在 鸟类起源恐龙说在中国科学家的努力下 已基本为世界古生物界所公认 发展成一个鸟类进化的科学理论 自然辩证法绪论张胜光制作 24 时势造英雄 天时 地理 人和 20农民填补科学空白3 46 21中生代的庞贝城7 52 自然辩证法绪论张胜光制作 25 2 假说的来源 第一 当已知科学理论无法解释新事实时 会产生对新事实的猜想性说明 例如 19世纪 20世纪之交X射线 放射性元素和电子的发现 与经典物理学中原子不可分的传统观念相冲突 于是各种原子结构的假说便应运而生 第二 把某一理论外推到适用范围之外 会遇到不能解释的新事实 新规律 从而提出新的假说 自然辩证法绪论张胜光制作 26 例如 德布罗意把光的波粒二象性推到实物粒子上并提出物质波的假说 薛定谔把物质波的假说推广到非自由类粒子上 推导出薛定谔方程 第三 为解决新旧事实之间的矛盾 会提出假定性说明 例如 光的衍射现象和光电效应现象 两类实验事实之间存在矛盾 遂提出波粒二象性假说 自然辩证法绪论张胜光制作 27 另外值得一提的是 探索未知的科学存在对称 和谐 壮丽之美 出于审美考虑和信念 也可产生假说 例如 狄拉克方程 有正负两个解 狄拉克出于 优美数学 的信念 大胆提出 空穴 假说 预言了正电子存在 成为反物质理论的缔造者 它启迪人们 假说虽然以事实为根据 但在缺少事实的前提下 理性思维是大有作为的 自然辩证法绪论张胜光制作 28 例如 大爆炸假说是以谱线红移等为事实基础 以广义相对论和高能粒子物理学理论对新理论观点作说明和论证 以超高密 超高温状态下由某种机制引起的原始火球的急剧膨胀为基本猜测 以 氦丰度 和 3K背景辐射 等预言而构成的认识体系 自然辩证法绪论张胜光制作 29 3 科学假说具有的特点 1 科学性 假说以一定的科学事实和已知科学理论为依据 具有科学性特点 2 假定性 以科学问题的形式表现出来的理论困难是提出假说的契机 3 多样性 或易变性 假说会随着实践过程中的新发现而变化 自然辩证法绪论张胜光制作 30 4 科学假说的类型 1 符合或基本符合客观事实的假说 这类假说不需要或较少需要修正 如当代科学公认的相对论 量子论 光量子论等属这类形态 自然辩证法绪论张胜光制作 31 2 存在着部分正确 部分不正确的假说 如光的本性假说等 这类假说明显存在两个以上片面性的对立面 要经较长的实践检验才能形成较全面的科学认识 3 存在基本不正确 甚至错误的假说 例如托勒密的地心说 施塔尔的燃素说都属此一类 自然辩证法绪论张胜光制作 32 5 科学假说的作用 1 科学假说是通向科学理论的桥梁 当客观事物本质尚未暴露 而人们又未能充分掌握事实材料时 只有借助于假说形式 提出假定性的认识 自然科学就是沿着假说一理论一新假说一新理论的途径 不断向前发展的 若将人类科技历史发展从一个真理到另一个真理比作 登天 的话 那么假说就是攀登科学天堂的天梯 天桥 自然辩证法绪论张胜光制作 33 三系法 两系法 袁隆平迈出的每一步 都是假说在前 实验在后 在 知识 汗水 灵感 机遇 的循环中最终取得成功的 袁隆平曾经做过一个梦 梦见水稻长得像高粱一样高 稻穗长得像扫把一样长 米粒长得像花生米那么大 然后 几个朋友坐在水稻下面乘凉 这也可以看作是一种假说呀 自然辩证法绪论张胜光制作 34 2 假说是发展理性思维的 实在因素 假说是理性思维的直接成果 又是推动理性思维进一步发展的重要思维形式 离开假说 实践检验便没有对象 因而也就没有理论可谈 假说是激发思维创造性的媒介 具体表现为 在事实材料不够充分的条件下 人们可以凭借已有的条件 以假说形式进行大胆探索 提出新见解 假说还有基于事实 但又试图超越经验事实 推动经验思维向理论思维跃升的作用 自然辩证法绪论张胜光制作 35 3 各种假说并存 有利于学术繁荣 对同一现象或问题的研究 会形成不同的假说 科学史上光的波动说与微粒说 氧化说与燃素说 突变论与进化论 地质学上的水成说与火成说 量子力学上的爱因斯坦的因果决定论与波尔的统计决定论等等之争 都对上述各门学科的发展起了很大的推动作用 假说的众说并立 表明不同假说 乃至相互对立假说的争鸣 是科学理论引起突破的催化剂 自然辩证法绪论张胜光制作 36 恩格斯评价科学假说 对于假说 恩格斯曾做过如下精辟概括 只要自然科学在思维着 它的发展形式就是假说 一个新的事实被观察到了 它使得直到现在对和它同类的事实的说明方式成为不可能的了 从这一瞬间起 就需要新的说明方式 它最初仅仅以有限数量的事实和观察为基础 进一步的观察材料会使这些假说纯化 取消一个 修正另一个 直到最后纯粹地建立起定律 如果人们要等待建立起定律的材料纯粹化起来 那么这就是在此以前要把运用思维的研究停顿下来 而定律也就因此永远不会出现 自然辩证法绪论张胜光制作 37 思考题 7 简述在科学研究中假说的作用 答 1 科学假说是通向科学理论的桥梁 2 假说是发展理性思维的 实在因素 3 各种假说并存 有利于学术繁荣 自然辩证法绪论张胜光制作 38 6 建立科学假说必须遵循的原则 1 对应性原则或曰不悖原则 这是指假说和已知理论的关系 一般说 假说不应与经过检验的科学理论相矛盾 当新假说转化为新理论并取代旧理论时 它应继承旧理论中被实践检验过的合理内容 并把旧理论作为特例或极限形式包含进来 自然辩证法绪论张胜光制作 39 例如 相对论力学和量子力学的创立 与牛顿力学相比 非但不悖 而且指明了经典力学的使用条件 范围 又说明了高速 微观领域的物理现象 并以新概念 新思路高出经典力学 完成力学向深一级本质的飞跃 从科学发展的趋势看 新假说把原有理论作为特例而包括进来这种形式特别值得重视 自然辩证法绪论张胜光制作 40 但是 也要注意不受已知理论的限制 比如 拉瓦锡发现氧化学说 就没有受到燃素说的束缚 他勇于修正并放弃错误的学说 这是一个科研工作者应有的职业素质 也是能否建立科学假说的重要前提 自然辩证法绪论张胜光制作 41 把握对应性原则应注意下面两点 一是当假说与已知理论相矛盾时 首先应当怀疑假说并对它进行检查和修改 只有当新的科学事实不断支持假说 才预示着新假说对旧理论局限性的突破 二是对应原则只规定了新假说在量的方面以原有理论的适用范围为极限 而不是说新假说与原有理论在基本概念上 解释能力和运用范围上没有质的差别 自然辩证法绪论张胜光制作 42 2 解释性原则 假说应与已知的经过实践复核的事实相符合 不仅能解释个别事实 还能解释已知的全部事实 哪怕只有一件事实和假说相矛盾 这个假说也应被修改甚至被摒弃 自然辩证法绪论张胜光制作 43 例如 1911年卢瑟福提出关于原子结构的行星模型 这一模型和原子发射不连续的分立光谱 原子的稳定性等实验事实相矛盾 为了完满地解释这两个科学事实 波尔修改了行星模型 提出轨道量子化的原子结构模型 自然辩证法绪论张胜光制作 44 假说的完备性要求假说能够解释已经发现的有关全部事实 这只具有相对的意义 例如 门捷列夫提出元素周期律的假说 当时所知化学元素只有63种 但他凭已有的事实 在元素周期表上留出空格 以超越有限事实的大胆设想 预言了后来被证明是客观存在的而当时还未发现的元素 这样才使它具有更高的科学价值 自然辩证法绪论张胜光制作 45 3 可验证性原则 假说科学性的前提是可检验性 提出假说必须能接受观察和实验加以检验 才能判定它的真伪 不可检验的假说 不能称之为科学的假说 自然辩证法绪论张胜光制作 46 例如 关于月球物质构成的假说 原则上总是可以检验的 开始人们是用间接方法 而当登月球飞行成功后 最终在技术上实现了直接检验 关于速度为每秒40万千米的火箭行为的推测 原则上是不可能被检验的 这是因为物理学的基本原理 表明物体运动超光速是不可能的 因此 至少在目前 没有人会认真对待这种推测 把它当成科学假说 自然辩证法绪论张胜光制作 47 例如 1956年李政道 杨振宁提出弱相互作用下宇称不守恒的假说时 就设计了5种实验方案来探索宇宙守恒原理在衰变现象中是否正确 同年吴健雄组成的实验小组在华盛顿美国国家标准局的低温实验室用钴60做了其中的一个实验 确证了他们的假说 第二年这一发现就获得了诺贝尔物理学奖 自然辩证法绪论张胜光制作 48 4 简单性原则 假说的结构必须简单明确 尽可能由少数几个原理或基本假说来解释一定领域内所有的已知事实 爱因斯坦认为 科学的伟大目标就是 要从尽可能少的假说或者公理出发 通过逻辑的演绎 概括尽可能多的经验事实 任何简单性的标准必须是客观的 简单性应和知识性的真理相一致 简单性原则之所以能作为假说成立的前提 是因为它反映了世界统一性的方法论要求 自然辩证法绪论张胜光制作 49 7 假说构建 形成和发展的三个阶段 1 初步假定 为了使科研工作有目的有计划地进行 一般在为数不多的理论和实际资料之下提出原始的初步设想和推测 从推测中拟定规范 便于更好地搜集材料 进行进一步的假说探讨 这一阶段的特点是 设想有明显的尝试性和暂时性 多样性 多种假定并立 是尚未展开的简单概念或判断 自然辩证法绪论张胜光制作 50 2 科学假说 在实践和理论全面搜集材料之后 运用一系列的逻辑方法 进行科学抽象 将初步假定发展成为结构比较完整的科学假说 确立起有一定事实根据 能解释一定自然现象的类真性理论 这一阶段的特点是 假说的理论体系基本 成熟 自然辩证法绪论张胜光制作 51 3 验证 假说的验证是一个复杂而曲折的过程 由于实践本身受到历史条件和科学水平的限制 不可能一次完全证实或证伪一个假说 检验具有艰巨性和复杂性 要不断地运用假说创造的条件 检验修正 修正后再检验 如此往复 向科学理论逼近 最终建立起科学定律或理论 自然辩证法绪论张胜光制作 52 假说的检验 假说与理论之间只差实践检验一步之遥 假说本身就具有预言的功能 如元素周期律 当它还是假说的时候 就预言了钪 镓 锗等元素的存在及其性质 但只有当预言的元素被真正地发现后假说才成为理论 实践检验是假说转化为理论的基本条件 逻辑论证是伴随实践检验始终的不可或缺的辅助手段 自然辩证法绪论张胜光制作 53 8 逻辑证明及其作用 证明的逻辑结构由论题 论据和论证三个基本要素构成 其中论题是需要确定其真实性的判断 即假说 论据是用来确定论题真实性的根据 论证是揭示论据和论题之间的逻辑联系 也即证明中所使用的推理形式 为此决定 逻辑证明的任务有三 一是证明论题是清楚明确的判断 二是证明论据真实 且不依赖于论题 三是证明论据与论题存在必然联系 上述三条都得到证明 假说才得以成立 自然辩证法绪论张胜光制作 54 但许多假说属于全称判断 在直接和间接证明存在困难的情况下 还可以对其进行反驳和证伪 逻辑反驳及其作用 反驳是用已知为真的判断来确定另一判断虚假性的思维过程 在逻辑证论过程中 证明和反驳是相互联系的 证明着眼于 立 反驳着眼于 破 反驳的方面和方法多种多样 主要着重于以下三方面 自然辩证法绪论张胜光制作 55 首先是反驳论题 即证明论题是虚假的 有两种方式 一是靠事实或经实践复核过的理论直接反驳 如 凡天鹅都是白的 判断 用澳洲发现的一种黑天鹅去反驳 则立刻对其进行了证伪 二是间接反驳论题 这里有两种方法 一种是由真推假的方法 即独立证明与要反驳的论题相矛盾或相反的论题为真 进而证明被反驳的论题为假 如欧几里得在证明 质数有有限个 论题的虚假时 先证明 质数有无限个 命题为真便属此法 自然辩证法绪论张胜光制作 56 另一种是归谬法 即先假定要反驳的论题为真 然后从中导出荒谬的结果 从而证明其为假 如伽利略反驳亚里士多德 重物较轻物先落地 论题的虚假就属此法 其次是反驳论据 就是证明论据是虚假的 如 中国贫油论 的论据是 世界已知油田大都在海相地层中 中国大都是陆相地层 李四光反驳说 关键不在于海相 陆相 而全在于有没有生油和储油的条件 自然辩证法绪论张胜光制作 57 最后是反驳论证 即证明论据和论题之间没有必然的逻辑联系 如 物质是不灭的 恐龙是物质 所以恐龙是不灭的 这里的错误是中词不具有同一外延 犯了 四名词 的错误 反驳和证明是相互依存的 如果把证明视为 立 反驳则是对 立 的一种检验 发现矛盾 排除矛盾 确保论证的正确 总之 通过逻辑分析和论证 可以对假说进行初步筛选 确定可能在科学实践中得到确证的假说 自然辩证法绪论张胜光制作 58 对科学假说的实践检验 就是通过观察和实验对假说及其推论的真理性进行验证 但实践检验充满矛盾 主要表现有二 一是实践本身的具体性和理论的普遍性的矛盾 假说中包含着对事物本质的猜测 这种猜测往往以全称判断的形式出现 具有抽象性和普遍性 因而是无法直接验证的 9 实践检验 自然辩证法绪论张胜光制作 59 二是实践标准本身存在确定性和不确定性的矛盾 实践作为检验真理的标准是唯一的 但实践标准既是绝对的 又是相对的 是绝对和相对的统一 是确定性和不确定性的统一 肯定实践标准的唯一性 也就肯定了实践标准的绝对性 确定性 肯定实践是一个过程 也必然要肯定因历史的局限造成的实践标准的相对性 不确定性 上述矛盾的解决 必须借助逻辑证明的手段 自然辩证法绪论张胜光制作 60 10 逻辑证明和实践检验的关系 科学实践和理性思维作为科学认识的两大武器是须臾不可分离的 实践检验和逻辑证明是互为表里 相辅相成的 逻辑证明伴随实践检验的全过程 实践检验中第一个矛盾的解决 需要由假说中演绎出若干可以直接检验的推论 然后和观察结果进行对照 才能实现实践验证 自然辩证法绪论张胜光制作 61 例如 电磁波和光波具有同一性 这是一个普遍性命题 无法直接检验 但可以由它演绎出能够直接检验的推论 比如从该命题中演绎出电磁波和光波的速度 波长 反射 聚焦 折射 偏振等物理特性都应相同的推论 然后对诸多推论一一验证 最终完成对全称命题的验证 自然辩证法绪论张胜光制作 62 实践检验中的第二个矛盾的解决 同样需要逻辑证明的支持 例如 门捷列夫根据元素周期律预言了未知元素 亚铝 的某些属性 1875年法国化学家布瓦勃德朗发现了元素 镓 与门氏预言的 亚铝 性质相符 只有比重相差较大 于是门氏写信给法国科学院 说明镓的比重不应是4 7 而应是5 9左右 逻辑力量 布瓦勃德朗重新实验 结果得到5 94的比重 证实了门氏的预见 自然辩证法绪论张胜光制作 63 它启迪人们 当逻辑思维和实践结果发生矛盾时 要么实践推翻逻辑结论 要么逻辑结论校正实践中出现的差错 4 7应改为5 94 实践毕竟是确定的 5 94 但实践的权威决不排除逻辑证明的重要辅助作用 自然辩证法绪论张胜光制作 64 11 实践检验离不开理论思维的指导 首先 实践检验主要指观察和实验 但观察实验从目的 构思 设计 实施到对结果的分析处理 都离不开理性思维 其次 用作检验的实践总是具体的和特殊的 而被检验的理论则是抽象的 普遍的 具体的实践不能充分证明或证伪普遍性的原理 只有理论和实践的结合才行 自然辩证法绪论张胜光制作 65 再次 实践检验往往受物质技术条件的限制 在条件尚不具备时 逻辑证明可以判定与已有认识是否存在矛盾 从而为认识指出一个可能成功的途径 自然辩证法绪论张胜光制作 66 第四 在自然科学中 尤其在数学中 一些涉及到无穷数量的命题 如无穷集合 高次方程 多重积分 复变函数 数学猜想等 是无法用实践直接检验的 只有靠推理来证明 在这里实践证明只能是间接的 即靠它们检验解决实际问题而获得的成效如何 自然辩证法绪论张胜光制作 67 上述说明 逻辑证明和实践检验是密不可分 相辅相成的 在实践尚不能达到的地方 逻辑证明就成为实践检验的一个有效而必不可少的补充 但逻辑证明的作用无论重要到什么程度 也不能代替检验认识真理的实践标准 检验真理的最终最高标准只有一个 这就是实践 尊重逻辑是尊重实践的必然要求 自然辩证法绪论张胜光制作 68 12 证实与证伪 科学实践作为检验假说的标准通常产生两种不同的结果 一是假说被观察实验所证实 假说上升为理论 二是假说被观察实验所证伪 假说遭淘汰 但因假说的检验是一个复杂过程 无论证实或证伪 都存在着许多要从逻辑上分析的问题 就目前的认识 主要有以下几点 自然辩证法绪论张胜光制作 69 一个全称判断所演绎出的可接受检验的推论在数量上是无限的 但实际上只有部分推论接受检验 部分推论即使与观测事实相符合 也只能说为该假说提供了辩护和支持 不能就此说完全证实了这一假说 因而通常称为确证或确认 推论被证实得越多 确认度就越高 假说向理论逼近的程度也越高 确证 概念的引入 有利于把握 证实 的科学内涵 也有利于理解理论的相对性及适用范围问题 具有积极意义 自然辩证法绪论张胜光制作 70 全称判断的科学假说是通过检验蕴涵的方法接受验证的 从推理形式说 是通过证实后件 即推论 为真来证实前件 即假说 也为真的推理过程 这种推理的保真性是或然的 后件为真 前件不一定为真 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 自然辩证法绪论张胜光制作 71 一个科学假说所演绎出的可被直接检验的结论 若与观测事实不符 那么在整体上可以说该假说不成立 逻辑学上叫做被证伪 证伪主义者波普尔认为 全称陈述的命题不能被单称陈述的观察所证实 但却可以为单称的观察所证伪 进而主张用 可否证性 作为划分科学与非科学界限的标准 自然辩证法绪论张胜光制作 72 可否证性是指在逻辑上可以用经验证明为假 例如 凡天鹅皆白 可以被在澳大利亚发现的黑天鹅所否证 不可否证性是指在逻辑上不可以用经验证明为假 例如重言式陈述 凡单身汉没有妻子 模棱两可的陈述 有妻不能光棍 等 凡可以否证 可以证明为假的陈述是科学的 凡不可否证 不可证明为假的陈述是非科学的 自然辩证法绪论张胜光制作 73 假说是猜想 一经被否证 便遭淘汰 再提出新假说 理论的发展形式就是 假说一否证一假说 不断革命的过程 波普觉其不断革命论的武断 又提出用增加辅助性假说为理论进行辩护 并从何时终止辩护为佳中提出可否证度概念 一个假说的可否证度 就是它蕴涵信息内容的量度 假说的可否证度越高 提供的知识就越多 继实证主义之后 证伪主义曾红极一时 但因本身存在的问题 终为历史主义学派所取代 自然辩证法绪论张胜光制作 74 证伪主义存在的问题 证伪一个科学假说并不像逻辑学上否定后件就必然否定前件那样简单 这里存在如下问题 首先 科学实践受科学技术水平的制约 本身是可错的 即当观测到的经验事实与推论不相符合时 不一定是假说错了 而有可能是实验设计不合理或仪器精度不够造成的 自然辩证法绪论张胜光制作 75 证伪主义存在的问题 其次 科学假说本身是有结构的 它包含了背景知识和许多辅助性假说 并非是一个孤立的 单纯的全称命题 所以假说被证伪 还可能是因为其中的辅助性假说有误 而不一定是假说的主要内容有误 自然辩证法绪论张胜光制作 76 证伪主义存在的问题 例如 1906年德国物理学家考夫曼通过对高速电子质量观测实验来检验狭义相对论中运动质量随速度增加而增加的推论 结果未发现高速情况下电子质量有变化 彭加勒据此怀疑相对论 爱因斯坦则强调 系统的偏离 究竟是由于还没有考察到的误差 还是由于相对论的基础不符合事实 这个问题只有在有了多方面的观测资料之后才能足够可靠地解决 10年后 法国两位物理学家揭示出考夫曼的实验装置有缺陷 自然辩证法绪论张胜光制作 77 证伪主义存在的问题 综上所述 科学实践作为检验假说真理性的标准是唯一的 可靠的 但检验的过程是复杂的 是与逻辑推理紧密配合的 逻辑的作用分证实和证伪 它们都是对假说检验作出的判定 证实存在着用单称陈述检验全称陈述的困难和肯定后件逻辑推理的错误 证伪存在着一次否证便抛弃假说的轻率和忽视假说结构要素有机统一的弊端 证实与证伪是对立统一的 在假说检验过程中 应充分注意二者的关系 使二者发挥相互补充的作用 经得起实践检验的假说就上升为科学理论 自然辩证法绪论张胜光制作 78 13 假说的发展出路 1 由假说 猜想发展成科学理论 如日心说由假说发展成理论 历经300年 2 被新的科学事实彻底推翻 从科学史中消失 如生命的自然发生说 热素说 燃素说 3 被新的假说所取代 如大陆漂移说发展到海底扩张说再到板块构造说 4 与其他假说融合发展成为新的假说 或者与其他假说长期共存 继续发展 如大爆炸宇宙学说 第二节科学理论 1 科学理论的基本结构及其特征2 建立科学理论方法3 西方科学哲学科学理论评价标准4 科学理论的评价标准 自然辩证法绪论张胜光制作 80 科学理论的逻辑结构 由概念 原理和结论三个基本知识元素有机组成 其中最为重要的是科学概念 它们往往成为新理论建立的标志 甚至成为理论的代名词 科学理论的方法结构 由抽象模型工具 概念语言工具 数学工具三个基本要素构成 科学理论的基本特征 客观真理性 逻辑性 普遍性 14 科学理论的基本结构及其特征 自然辩证法绪论张胜光制作 81 科学理论的逻辑结构 如拉瓦锡的燃烧氧化说中的 氧化 概念 揭示了燃烧的本质 取代了 燃素 的概念 牛顿力学中的 引力 概念 揭示了事物之间相互作用的本质 成为引力理论的代名词 基本原理或定律是对新研究对象的最本质 最普遍关系的反映 是科学理论的基本内涵和赖以建立的基础 它在语言和逻辑结构上表现为判断的思维形式 一般是用全称肯定判断来陈述 如牛顿力学中的三个基本定律 爱因斯坦狭义相对论的相对性原理和光速不变原理等等 都是如此 自然辩证法绪论张胜光制作 82 科学推论是科学理论中由基本概念和原理演绎推导出来的结论 它执行着理论解释和预见的功能 如狭义相对论引申出来的钟慢 尺缩效应 质能关系式等等 可以看出 由三个基本知识元素组成的科学理论的逻辑结构 是从基本概念到基本原理再到推论的逻辑演绎式结构 各元素不是按任意的外在次序排列的 而是一个前后一致 严密有序的逻辑结构 自然辩证法绪论张胜光制作 83 科学理论的方法结构 它是由抽象模型工具 概念语言工具 数学工具三个基本要素构成的 抽象模型工具是指获得基本概念和基本原理的思想模型及其方法的总和 通常以概念语言和数学形式来描述和表达 概念语言工具是指为构造科学理论的概念体系而建立的专有术语和手段的总和 数学工具是把思想模型变换为数学形式 用演绎推理获得新知识的工具 也是从实验观测和计算 经过经验公式到达理论形态的工具 自然辩证法绪论张胜光制作 84 15 建立科学理论体系的一般方法 从抽象上升到具体的方法 将科学研究已经获得的结果 概念 原理 规律等 按照从低级到高级 从简单到复杂 从抽象到具体的上升过程加以系统化 从而构造成一个严密的科学理论体系的方法 公理化方法 从尽可能少的基本概念 公理 公设出发 运用演绎推理规则 推导出一系列的命题和定理 并依次排列建立整个理论体系的方法 逻辑的和历史的相统一的方法 一个成熟的科学理论体系 不仅是从抽象到具体的上升 也应达到历史的和逻辑的统一 自然辩证法绪论张胜光制作 85 例如 经典电磁学理论体系的建立过程是 第一步从感性现象 如雷电 摩擦生电 磁石吸铁等 中 抽象出若干概念和定律 如电荷 电势 电场 电流 磁场 磁通量 如库仑定律 欧姆定律 法拉第定律 比奥 沙伐尔定律 安培定律 第二步寻找概念和定律之间的内在联系 如麦克斯韦引入 位移电流 新概念并建立了一组微分方程 揭示了电荷 电流 电场 磁场之间的关系 从抽象上升到具体的方法 自然辩证法绪论张胜光制作 86 第三步揭示光 电 磁现象本质的统一 使认识达到 思维中的具体 从电磁学理论体系建立过程看 构成逻辑起点的概念开始是比较简单 抽象和贫乏的 随着逻辑的展开 概念的规定越来越复杂 具体和丰富 最后把事物的各种联系在思维中完整地复制出来 即把事物作为整体在思维中再现出来 达到思维中的具体 这种从抽象上升到具体的过程就是科学理论体系的构造过程 自然辩证法绪论张胜光制作 87 应用从抽象到具体的上升法构造科学理论体系 需要遵循下述方法论原则 第一 上升起点的简单性 指构成理论体系的逻辑起点或初始 细胞 应是简单的抽象规定 如电磁学中的电荷 电势等 它是最简单 最原始 最抽象的独立要素 但它并不是主观随意确定的空洞的抽象 而是反映对象共有的一般属性和关系 是真实的东西 从而包孕着发育为最复杂 最高级 最具体的完整 机体 的一切胚芽 上升法的方法论原则 自然辩证法绪论张胜光制作 88 第二 上升过程的层次性 是指上升过程的内在逻辑机制按序展开 即从上升起点开始 思维程序应从简单内容到复杂内容 从较低层次上升到较高层次 从抽象规定推演到具体结果 依次展开 不能跳过中间环节和相邻层次 第三 上升结果的具体性 是指上升到思维中的具体 它不是对 感性具体 的简单复归 而是把它当作一个 精神的具体 在思维中完整地复制出来 这种具体是客观现实内容和主观思维形式的统一 不能局限在纯思维领域凭借逻辑演绎来推导和证明上升的结果 还需 不断接触现实 补充实际例证 并用科学事实来验证每一步上升结果的真理性 自然辩证法绪论张胜光制作 89 公理化方法 用公理化方法构建科学理论体系是该方法在科学认识中的重要作用之一 它是从尽可能少的基本概念 公理 公设出发 运用演绎推理规则 推导出一系列的命题和定理 并依次排列建立整个理论体系的方法 公理化方法发端于数学 欧几里得几何学体系是古典公理化体系的第一个样本 对科学理论的发展产生了深远影响 相继为其他科学领域所运用 自然辩证法绪论张胜光制作 90 例如 阿基米德用7条公设 演绎出15条定理 建立了静力学理论体系 牛顿用公理演绎法建立了经典力学的理论体系等 对此爱因斯坦给予了充分肯定 他说 我们推崇古代希腊是西方科学的摇篮 在那里 世界第一次目睹了一个逻辑体系的奇迹 这个逻辑体系如此精密地一步一步推进 以致它的每一个命题都是绝对不容置疑的 我这里说的就是欧几里得几何 推理的这种可赞叹的胜利 使人类智慧获得了为取得以后的成功所必需的信心 自然辩证法绪论张胜光制作 91 然而正如前章所讨论的 公理化方法与哥德尔不完全性原理有不解之缘 它虽然在构造科学理论体系时有着十分重要作用 但也应看到其固有的局限性 自然辩证法绪论张胜光制作 92 逻辑的与历史的统一方法 在科学理论体系的构造中 从抽象上升到具体的逻辑程序和公理一演绎的逻辑程序具有内在的一致性 即都是按照从低级到高级 从简单到复杂的方向运动的 思维 逻辑归根结底是对自然历史过程的反映 无论是自然本身的发展过程还是人对自然认识的发展过程也都是按照从低级到高级 从简单到复杂的方向运动的 因此逻辑的和历史的统一当是必然的 即 从最简单上升到复杂这个抽象思维的进程符合现实的历史过程 自然辩证法绪论张胜光制作 93 换言之 一个成熟的科学理论体系 不仅是从抽象到具体的上升 也应达到历史的和逻辑的统一 如果说 抽象一具体 上升法只规定了在科学理论体系的逻辑结构中完整地再现具体的现实对象 那末 逻辑一历史统一法 则更进一步规定了复制具体的逻辑程序应反映现实对象的历史过程 这样 逻辑的和历史的统一方法就为构造科学理论体系提供了更加切实的方法论手段 自然辩证法绪论张胜光制作 94 所谓 历史的 是指客观事物的历史发展过程 也可推广为人类对它的认识历史过程 所谓 逻辑的 是指人的思维对客观事物发展规律的概括反映 亦即历史的东西在理性思维中的再现 所谓 逻辑的和历史的统一 是指历史的东西是第一性的 是逻辑的客观基础 逻辑的东西是第二性的 是对历史的理论概括 历史的东西决定逻辑的东西 逻辑的东西是由历史的东西中派生出来的 二者是辩证统一的 自然辩证法绪论张胜光制作 95 运用逻辑的和历史的统一方法建立科学理论体系大体有如下两种方式 按逻辑发展程序和自然本身的历史过程相一致的原则建立理论体系 一般说来 经验性较强的自然科学理论体系是采用这种方法建立的 例如 化学的理论体系是从简单的元素开始 然后从元素到化合物 从无机化合物到有机化合物 从小分子到大分子等 这里逻辑展开程序和自然历史过程是一致的 自然辩证法绪论张胜光制作 96 按逻辑发展程序和人类认识自然历史过程相一致的原则建立理论体系 一般说来 理论性较强的学科 如数学和数学化的自然科学理论体系采用这种方法来构造 例如 物理学的逻辑发展顺序是 静力学到动力学 再到分子物理学与热力学 波动物理学与声学 再到电磁学 相对论和量子力学 它与人类对宏观 微观物理运动的认识发展过程是基本一致的 自然辩证法绪论张胜光制作 97 历史的和逻辑的统一举例 在科学史上 达尔文的进化论 门捷列夫周期律的建立 就是运用逻辑和历史相统一方法的范例 自然辩证法绪论张胜光制作 98 16 西方科学哲学对科学理论的评价标准 科学理论评价是关于人们如何接受和选择理论的问题 是对理论优劣作出的判断 理论评价一般是由同行专家进行的 但因科学家的知识背景 价值观念 心理因素等的不同 对同一理论也会作出不同的评价 因此科学理论评价需有一定的标准和评价要点 自然辩证法绪论张胜光制作 99 1 理论评价标准问题 理论评价标准作为历史的产物是随着科学的发展不断演变的 亚里士多德就认为 科学的目的在于解释 伽利略第一个把科学解释和非科学解释提了出来 时至今日 科学与非科学分界标准问题仍在讨论之中 实践标准 是我们最为熟悉的 但它只是对理论正误在最终意义上的判决 并未触及 科学发现 本身的逻辑问题 自然辩证法绪论张胜光制作 100 在西方科学哲学中 关于科学与非科学的分界标准亦即理论评价标准大致存在经验论和整体论两种观点的争论 首先 以实证主义 逻辑实证主义和证伪主义为代表的经验论 他们以经验事实为出发点 把经验的证实或证伪作为科学与非科学的分界标准和理论评价的基本准则 经验论的证实或证伪标准 自然辩证法绪论张胜光制作 101 证实标准是以观察述语和理论述语之间的所谓对应规则为根据 以形而上学及全称判断形式出现的规律因对应规则失灵而只好拒之于科学之外 证伪主义把 可否证性 作为划分科学与非科学的标准 可否证性是指在逻辑上可以用经验证明为假 即从理论的基本原理必须演绎出能够被可观察事件检验的结论 才是科学的理论 否则就是伪科学 这种观点曾经产生过很大的影响 自然辩证法绪论张胜光制作 102 但科学发展中的许多现象 尤其是科学处于革命时期出现的现象是经验论解释不了的 例如 在支持日心说的观察事实少于地心说的情况下 许多科学家接受了日心说 有些假说所设想的基本实体 如燃素 热质 以太等 从未被经验证实过 但却为科学家所选中 它说明 经验的证实和证伪标准是有局限的 自然辩证法绪论张胜光制作 103 其次 以历史主义学派为代表的整体论从科学理论的整体性出发 提出带有综合性的效用标准 但因关注的侧重点不同 对效用标准的理解和处理存在差异 例如 蒯因主张在评价理论时 除了要有恰当的观察证据外 还应考虑理论的其他因素和性质 如保守性 温和性 简单性 普遍性 精确性等 强调理论在说明现象和预测未来的实用的有效性 整体论的效用标准 自然辩证法绪论张胜光制作 104 库恩主张用 范式 作为理论评价的依据与框架 他认为 对理论的不同评价 实际上是不同范式的竞争 评价一个理论的好与坏 不能离开和超越该理论的范式 各种范式之间的竞争不是那种可以由实验解决的战斗 劳丹主张把理论解决问题的有效性与能力作为理论评价和选择理论的标准 他认为科学目的和价值是等同的 科学目的是寻求最能解决问题的理论 所以选择和评价理论的标准是与科学目的合而为一的 自然辩证法绪论张胜光制作 105 不难看出 整体论者实际上是把科学理论看作应变环境的工具 在应付环境中有用的理论就是好的理论 他们忽略和否认科学理论所具有的真理性与客观性 把理论看成一种共同的约定 并用约定论和工具论来解决经验论所遇到的困难 这样一来 整体论就在科学理论的真理性问题上陷入了相对主义和实用主义 有用即真理 自然辩证法绪论张胜光制作 106 辩证法却往往需要等待历史很久 在这里 存在一个发人深省的问题 西方科学哲学一方面深入科学知识体系内部不知疲倦地探索 为推动科学进步作出了重大贡献 另一方面 在从实证主义 逻辑实证主义 证伪主义艰难地到达历史主义之后 可喜地向辩证法靠近了一步 但最终还是与辩证法无缘 这正应了恩格斯说的那句话 辩证法虽然是正确的 但辩证法却往往需要等待历史很久 自然辩证法绪论张胜光制作 107 但是 根据一个古老的为大家所熟知的辩证法规律 错误的思维贯彻到底 就必然要走到和它的出发点恰恰相反的地方去 西方科学哲学的经验论和整体论在评价理论标准问题上虽然存在争议和分歧 但都承认具体的科学理论评价准则是存在的 因而是仍在深入研讨的问题 可以肯定的是 标准问题的解决 最终需要复归到辩证的思维 自然辩证法绪论张胜光制作 108 17 科学理论的评价标准 尽管对真理性 功效性等概念存在不同的理解 具体规范存在模糊性 可变性 但借助辩证的思维 可以概括出理论评价的几个要点 科学理论同经验事实的一致性 科学理论内在逻辑的完备性 科学理论的简单性 科学理论的预见性 自然辩证法绪论张胜光制作 109 科学