第九章 科学假说与科学理论PPT参考课件.ppt

1 第九章科学假说与科学理论 2 一 科学假说及其特点二 科学假说的检验三 科学理论及其评价四 科学知识增长的模式 主要内容 3 一 科学假说及其特点 1 科学假说的含义根据已知科学事实和科学原理 对所研究对象及其规律提出的假定性的推测和说明 是解决科学问题的尝试性方案 恩格斯 只要自然科学在思维着 它的发展形式就是假说 4 一 科学假说及其特点 2 科学假说的结构基础部分 B 事实基础 背景理论预设部分 P 对现象及其本质的猜测推论部分 E 推演出的预言和预见 5 案例 宇宙大爆炸假说 基础部分 广义相对论 高能粒子物理学 谱线红移等预设部分 关于超高密 高温状态下原始火球的急剧膨胀及其机制的推测推论部分 氦丰度 3K背景辐射 6 3 科学假说的一般特点科学性 以科学事实 科学理论为前提 与幻想 神话等相区别 假定性 包括对事物本质和规律新的猜测 并因此具有新的知识成分 易变性 解决科学问题的初步的尝试性方案 随着实践过程中的新发现而变化 随着争论的发展而修改 一 科学假说及其特点 7 4 形成假说的指导准则以科学原理为指导 但不受传统观点的束缚以经验事实为依据 但不受原有事实材料的限制 有可检验性 但不局限于当代的技术水平 使假说内容的结构简明而严谨 但不求立即构成公理演绎体系 一 科学假说及其特点 8 5 假说的作用假说的作用 可以从两个方面去认识 其一是从科学整体发展的角度讨论 其二是从科学工作者个人角度来看 从科学整体发展的角度看 假说有如下三方面作用 1 假说是通向理论的桥梁 是形成和发展科学理论的必经途径 2 假说不仅标示出具体的研究目标 同时还指出了某种可能的研究方向 因而对科学实践具有指导作用 3 不同假说间的争鸣 可以促进学术的繁荣 一 科学假说及其特点 9 5 假说的作用对科学工作者个人而言 假说具有如下两方面作用 1 假说具有解放思想的作用 它可以打破信仰的禁忌 同时又能突破思维习惯以及先入为主的成见的局限 2 假说是调动科学工作者积极性与首创精神的好形式 一 科学假说及其特点 10 普朗克定律 伟大的科学思想很少是用乞求和说服自己的对手而巩固起来的 实际上 事情往往是反对者逐渐地死去 而新生的一代人从一开始就熟悉新的思想 这就是未来属于青年的例证 11 5 假说的作用 3 科学假说能提高科学研究的自觉性 避免盲目性 在进行现场考察时 一个用进化论假说武装头脑的人比没有用这种假说武装的人能够作出许多更为重要的观察 贝弗里奇 一 科学假说及其特点 12 二 科学假说的检验 科学假说具有 个人知识 的特点个人知识转化为公共知识条件 进入公共交流系统并接受审查与检验 科学假说的检验主要围绕预设部分展开 但也会涉及到对其它知识成分的再评价 13 1 科学假说检验前的审查 科学性与可检验性 科学性分析 逻辑协调性 逻辑分析 分析假说在逻辑上的合理性 包括 假说中概念是否具有精确性 明晰性与简单性 假说在逻辑结构上是否具有一致性等 14 逻辑分析只是辅助性的检验方法 假说最终须由科学实践检验和裁决 实践检验 通过观察和实验对假说及其推论进行验证 实践检验的可能性 通过逻辑变换或技术变换 使科学假说这一命题系统与科学实验所构筑的科学事实具有直接可比较性 2 科学假说检验的可能性 15 实验检验过程 是充分利用已有知识 并使已有知识技术化或者物化的创造性过程 这个过程是一个复杂的主客观统一的过程 案例 吴健雄对 弱相互作用下宇称不守恒 假说的检验 2 科学假说检验的可能性 宇称守恒与粒子的对称性在物理学中 存在着大量的关于运动规律是左右对称的情况 如果物体的运动规律和它在镜中的像的运动规律完全一样 我们就称这些规律具有空间的对称性 在微观粒子体系中 有一种反映这种空间对称性的物理量 称为宇称 物理学中的 之谜 16 物理学中的 之谜 当时对最轻的奇异粒子 现在称为K介子 的衰变过程发现了一个疑难 质量 寿命 电荷都相同的两种粒子 介子和 介子 衰变时 衰变为两个 介子 它们的宇称为正 衰变为3个 介子 它们的宇称则为负 也就是说 粒子与 粒子衰变时 表现出具有完全相反的宇称 鉴于质量 寿命和电荷都相同 这两种粒子应为同一种 但从其衰变行为看 如果宇称守恒 则 和 就不可能是同一种粒子 17 1956年的夏天 杨振宁与李政道一起 查阅了当时已有的关于 宇称守恒 这个概念的实验基础以后 指出 这一疑难的关键在于人们认为微观粒子的在运动过程中宇称守恒 强相互作用和电磁相互作用的过程中 宇称守恒是经过实验检验的 但在弱相互作用过程中 宇称并没有得到判决性的检验 没有根据说它一定守恒 如果 宇称守恒 在弱相互作用中并不成立 那么 宇称 的概念就不能应用在 粒子和 粒子的衰变机制中 这样 粒子与 粒子就可以是同一种粒子 疑难即可迎刃而解 他们还建议用 衰变等实验来检验他们的推测 几个月后 哥伦比亚大学美籍华裔科学家吴健雄教授用钴60的衰变实验证实了在这种 衰变过程中宇称确实不守恒 物理学中的 之谜 18 李政道和杨振宁 杨振宁 李政道大胆提出粒子在弱相互作用中 宇称不一定守恒 粒子和 粒子可能是同一种粒子 19 吴健雄的实验验证吴健雄做了极化钴60原子核 衰变实验 将钴60置于0 01K的低温环境中的磁场内 实验说明了 衰变规律宇称不守恒 使杨 李的观点得到了验证 打破了人们的传统观念 吴健雄 20 21 3 实验检验结果分析 两种可能结果 结果1 支持假说这一命题系统结果2 不支持假说这一命题系统传统观点 结果1假说被 证实 结果2假说被 证伪 传统观点过于简单化 22 结果1 对假说的 证实 推论 的过程是正演绎过程 证实 的过程是逆演绎过程逆演绎过程具有或然性 有限次提供 支持 的检验仍不能完全证实作为全称陈述的 预设 和科学假说 23 尽管不能完全证实一个科学假说 但对一个假说的 支持性 验证可以为人们接受一个假说提供必要的理由 可以使科学共同体的更多成员接受这种假说 理论事实上就是这种经过 确证 而且没有可靠的理由加以反对 已经被科学共同体普遍接受的科学假说 结果1 对假说的 证实 24 结果2 对假说的 证伪 波普尔的看法 假说不能证实 可以证伪 根据 否定后件推理 前提 如果P且B 则T非T结论 非P特点 假定B是完全正确的 25 B 基础部分 可能是错的 前提 如果P且B 则T非T结论 非P或非B检验主要针对预设部分 但并不能完全排除对其它知识成分的再评价 证伪 的复杂性 非T 科学事实 需要审查 B需要审查 受反驳时 总是想法维护原有理论框架 而通过个别部分的调整和适当修改尽量 消化 反常的经验事实 结果2 对假说的 证伪 26 4 判决性 实验 判决性 实验 能够 决定性 地判决相互对立的两个假说真伪的实验 判决性 实验具有特殊性 但结论也不是最终的 27 三 科学理论及其评价 科学理论 经过实践检验的系统化了的科学知识体系 科学理论的特点 客观性 普遍性 系统性 逻辑性科学理论的结构 基本概念 基本原理 逻辑推论 28 1 建构科学理论的方法 公理化方法逻辑与历史相统一的方法从抽象上升到具体的方法 29 2 科学理论的评价 检验与评价 检验解决的是科学假说的真伪问题 评价解决的是科学理论的优劣问题 检验 事实判断 评价 价值判断 库恩 各种范式之间的竞争不是那种可以由实验解决的战斗 30 3 科学理论评价的标准 评价标准的 相对性 评价的一般标准 理论与经验事实的一致性 理论的逻辑完备性 理论的预见性 理论内含 自然图景 的合理性案例 爱因斯坦为什么反对量子力学 31 四 科学知识增长的机制 1 传统观点2 波普尔证伪主义模式3 库恩历史主义模式 32 1 传统观点 科学知识的增长是渐进累加的线性过程 科学的发展成了一点一滴的进步 各色货色一件一件地或者一批一批地添加到那个不断加大的科学技术知识的货堆上 前提 科学知识之间 新知识与旧知识之间是完全可以兼容的 33 科学知识之间 新知识与旧知识之间不是完全可以兼容的 新知识的产生既以已有的知识为基础 同时也是对已有知识的超越 超越 检讨 反思和批判 改变对已有知识的评价 甚至否定一部分旧的知识 1 传统观点 34 2 波普尔证伪主义模式 波普尔 K Popper 著名科学哲学家 科学发现的逻辑 猜测与反驳 基本点 科学知识不能证实 可以证伪 科学知识的发展是科学理论不断被经验反驳和证伪的过程 猜测和反驳是科学发展过程中最基本的环节 35 证伪主义发展模式 P1 TT EE P2P Problem 问题 TT TentativeTheory 试探性理论EE EliminationofError 消除错误 36 第一阶段 科学研究始于问题 第二阶段 提出各种尝试性理论 第三阶段 消除错误 第四阶段 产生新的问题 证伪主义发展模式 37 评价 波普尔刻划了科学研究中的批判精神与怀疑精神 指出了非理性思维的重要作用 强调科学发展的间断性 忽视科学发展的连续性 强调并夸大了科学研究中证伪的意义 忽视了证实的作用 38 3 库恩历史主义模式 库恩 ThomasKuhn 美国著名科学哲学家和科学史家 科学革命的结构 必要的张力 历史主义 建立一种从科学史中浮现出来的科学观 描述的 科学哲学 不同于以外 规范的 科学哲学 39 常规科学与科学革命 之间的斗争 以新范式取代旧范式为特征 范式 paradigm 与科学共同体科学知识增长的模式 前科学 常规科学 反常 危机 科学革命 新的常规科学常规科学 在范式支配下的科学研究 科学革命 新旧范式 40 科学革命 科学革命是一个过程 科学革命是世界观的变革 科学革命不是一个完全理性的过程 科学革命是一个非理性