第二节 自然科学的发展.doc

第二节 自然科学的发展自然科学从哲学母体里分离出来之后，以追求确定和实在有用的知识为目标，采用客观观察和实验的方法，经过几百年的发展，取得了长足的进展和丰富深刻的成果。一、自然科学的诞生和发展真正意义上的科学活动或研究是从近代开始的。古希腊时期（公元前6世纪到公元5世纪末） 科学还处于哲学的襁褓中，虽然也对自然界，意识等问题进行探讨，但主要都是一种哲学的思辩，这种思辩虽然也是建立在一些事实基础上，但更多的是猜测和臆想。这个时期出了很多哲学家或学者，最著名的有苏格拉底、柏拉图和亚里士多德。他们对世界的本源和灵魂等问题都提出了自己的观点。这个时期有如下一些特点：a 辩论术十分发达。辩论中，不同观点的交锋把人们的注意力集中到如何驳倒对方，如何确立自己的论点这类问题上。于是研究有关证明和反驳的方法成为当务之急，因而逻辑尤其是演绎逻辑得到了特别的发展。b 数学尤其是几何学得到了充分的发展。公元元年前后几个世纪，罗马人统治了西方。到5世纪末，古希腊遗传下来的良好的学术传统逐渐湮灭，欧洲进入了所谓的黑暗时期。中世纪（公元6世纪到公元16世纪）中世纪的前500多年是被史学家看作的黑暗时期，这个阶段基督教在欧洲占据了统治地位，几乎停止了对真理的探索，西方哲学家所进行的活动是对基督教义进行诠释和论证。虽然整个学术的活动都打下了神学的烙印，但中世纪后期，12世纪以后，欧洲还是出现了学术兴盛的势头。各个领域的探索和发现越来越丰富。十字军东征从阿拉伯人那里带来了古希腊丰富的学术著作和中国的四大发明。通过翻译希腊古典文献，欧洲学术得以复兴。大翻译运动在西班牙和意大利两个中心进行，结果是出现了经院哲学的新气象，促成了托马斯阿奎那的经院哲学。另外的一个结果是，13世纪出现了实验哲学的思潮。这个思潮的代表人物就是R培根。虽然他的思想烙有神学的印记（比如主张哲学工作的意义在于通过创造物认识造物主），但他认为只有实验哲学才能揭开自然之迷。而随后的文艺复兴运动，使学术界全面恢复了希腊自然哲学的传统，学者不在沉浸在基督教义烦琐的论证，转而面对自然界寻找真理。天文学上，哥白尼的日心说的提出，严重动摇了古希腊和中世纪的世界观，地球不再是宇宙的中心。而第谷和开普勒的工作使这种观点更深入人心。与此相应，哥伦布发现美洲大陆，航海、罗盘、枪炮和印刷术的出现，都为近代科学的诞生提供了良好的气氛和时代背景。近代科学的诞生16世纪，F培根是英国著名的哲学家，他对科学方法论最重要的贡献就是提倡实验方法和归纳方法。培根反对中世纪的经院哲学，认为那种繁琐的论证，就象不能生育的修女不能给认识带来任何后果，只有实验哲学才能揭开自然之迷。培根曾经指出，实验所涉及到的是受了控制和扰动后的自然界，而事物的性质在受了艺术的激动之后比其在自然的自由状态下更能把真相显露出来。由于培根推崇实验方法，并从哲学上加以考察、分析和总结。所以他被尊称为英国唯物主义和实验科学的始祖。他的思想对近代科学的诞生和发展产生过深远的影响。此外，同时代另一位学者笛卡儿也对近代科学的诞生和发展有非常重要的影响。笛卡儿是法国著名的哲学家和数学家，他创立了唯理论的方法论和解析几何。他也反对经院哲学的的论证基督教义的工作，而强调理性认识的方法。认为人的理性认识是获得正确知识的保证。而后来欧洲大陆科学的理性主义传统的形成与此有很深的渊源。上面两个学者分别强调人的经验和理性对获取真理的有效性，而伽利略和牛顿则在实践中把这两种方法结合起来进行研究。由此创立了近代自然科学及相关方法。他们是近代自然科学和方法的开创者和奠基人。伽利略是意大利的天文学家和物理学家，他创立了实验和数学结合的研究方法，开辟了研究自然的新途径。运用实验方法研究自然现象，早在古希腊时期阿基米德的物理学研究中就有体现，但他所做的实验是一种朴素的，尝试性的操作。而非近代意义下有控制的实验。把实验方法发展为近代的研究方法主要是伽利略的功绩。首先，他确立了实验在科学研究中的权威地位，认为无论依照任何前提推出的结论或依照观察所得到的假设，都必须经过实验的检验，证明与事实相一致才能成为可靠的知识。他把实验的结果而不是逻辑的推理当作判别是非、真伪的最后标准，这在当时是一个十分大胆，正确的见解，是对认识方法的一种革命性的改造。其次，伽利略创立了理想化的实验方法，就是把实验方法和逻辑推理想结合起来，这也是方法学的一个重大创造。第三，伽利略把实验方法和数学方法结合起来，是实验结果定量化，这使人们对自然界的认识从定性深入到定量阶段，而且还确立了数学在认识过程中作为工具的地位。牛顿则是英国的物理学家和数学家，经典力学的集大成者。他对数学和物理学的贡献使他成为科学史上的里程碑。与伽利略相比，牛顿在方法论上的进展是：伽利略在研究自然现象时，首先问对象是什么样的（WHAT）和怎样的（HOW），而没有问为什么（WHY）。伽利略研究了匀加速运动，但没有深入问加速度的原因，而牛顿不仅找到了地面上物体和天体运动的原因万有引力，而且力图回答太阳系天体运动的最初原因神的第一推动力。他把因果关系引入到力学中来，建立了牛顿的动力学。这是科学认识的又一大进步。爱因斯坦说过：“牛顿以前，没有一个关于物理因果性的完整体系，能够表示经验世界的任何深刻特征。”近代科学终于摆脱了中世纪神学的束缚而大踏步前进了。此后，学者的任务是面对自然界，而不是基督教教义，是阅读自然之书而非圣经之类的经典。因此，揭示自然规律取代了诠释教义的工作。观察、实验、归纳和分析的方法成了新的特色，而以前继承下来的演绎和数学的方法也与前者结合起来成为认识自然的有力工具。近代自然科学诞生后的发展以伽利略和牛顿的杰出成就为代表，近代自然科学经历了16-17世纪的大发展，而到18世纪进入了一个相对稳定的发育时期。在这一时期，一方面牛顿力学的方法广泛应用于其它自然科学，导致了机械的自然观和方法论；另一方面，为了把各门科学知识联系起来，构成一个知识体系，又出现了百科全书派的思想方法，即把各门知识分类整理，加以排列，以便找到各门知识的起源和之间的联系。但遗憾的是他们并未实现目标，未能找到各门知识联结起来的环节。进入19世纪，自然科学的发展又迎来了另一次高潮。各门学科都取得了划时代的成就并产生了一系列的重要理论和学说。物理学上，电，磁，光的统一，物质的原子论的提出；化学元素周期表的发现；天文学不再把视野局限在太阳系，转而研究宇宙的物质结构；生物学上，达尔文进化论的提出；细胞学说的建立，遗传学以及微生物学的产生发展。等等。此时，古典科学的各个门类均相继成熟，形成了较为严密和可靠的自然知识体系。与此相应，科学技术广泛应用于社会生活中，工业，交通，通讯，医疗卫生等许多方面都发生了极大的变化。这也使科学的概念更深入人心。而到了20世纪初，爱因斯坦相对论的提出以及量子力学的建立，打破了牛顿经典力学的传统统治地位，自然科学又经历了一次深刻的革命。各个领域都发生相应巨大的变化。（略）二、科学哲学的发展科学哲学的问题 在科学的发展过程中，许多科学家（严格来说是科学哲学家）对如何进行科学的研究、科学应该怎样发展等重要问题存在着分歧。由此产生了不同的理论观点。科学哲学的发展近代科学方法论的确立近代意义的科学诞生后，主要的目标是发现和揭示自然界的规律。所以近代科学关于方法的争论主要是集中在科学发现的问题上。如何从自然界获取确定的知识？培根的经验论和笛卡儿的理性论都有很大影响。虽然不同的科学家总是有所侧重，但实际工作中，他们总是把经验和理性结合起来，如伽利略和牛顿都把实验方法与数学和逻辑结合起来。由此取得了辉煌的成就。自然科学在经历了16-17世纪的大发展之后，18世纪进入相对稳定的发展时期，牛顿经典力学的方法广泛应用于各门自然科学，由此导致了机械的自然观和方法论。实证主义的兴起和发展但进入19世纪之后，自然科学的各个方面都取得了巨大的成就，越来越多的现象不能为牛顿的经典力学的理论和方法所解释。而当时欧洲是德国的古典哲学占主要地位，由此影响到自然科学的某些方面，即用思辩的猜测去填补机械论的缺陷。尽管有不少富有启发的见解，但难免有很多谬误和臆断。思辩的风气引起科学家的不满，这种情况下，实证主义哲学应运而生，其代表人物就是法国哲学家孔德。孔德认为，科学之所以成为科学，就是因为它始终坚持以观察事实为基础的实证精神。孔德确立了实证精神的基本原则：实证的首先必须是实在的而非空想的。实证的是有用的。实证的必须是确实的。实证的是精确的而不是暧昧的。实证的是积极的或建设的。实证是相对的，反对以往哲学追求绝对知识的倾向。孔德认为，一切知识必须以观察到的事实为基础，通过观察法和推理法的综合运用去说明现象或概括出真的事实，即该现象所属的那一类事物的特性。这里所说的推理就是归纳推理。孔德倚重观察和归纳法的思想反映出他深受培根经验论的影响。孔德反对探讨宇宙的起源和目的，不在追求现象的内在原因，认为现象以外的东西，如本体论问题，终极原因等问题是不可能得知的。可靠的实在的知识只能建立在实证事实基础上。19世纪60年代，英国的著名逻辑学家穆勒，以自己的归纳逻辑继承了实证主义哲学的基本观点。穆勒认为，逻辑学是探求真理的学问，应当研究由已知真理到达未知真理的方法。为此他想创立一种逻辑程序，用以从观察和经验中得到真理。他先考察了古希腊学者提出的完全归纳法和枚举归纳法，既而发展了F培根的三表法。最后提出了以判明因果关系为目的归纳逻辑的方法穆勒五法（求同法、差异法、同异并用法、共变法和剩余法）。这些方法使归纳逻辑有了与演绎逻辑相似的规则和逻辑形式，从而使它在逻辑发展史上与演绎法平分秋色。而且以后科学实验研究中的逻辑亦主要来源于此。继穆勒之后，奥地利物理学家马赫又把实证哲学向前推进了一步，历史上称为第二代的实证主义。马赫与孔德一样，认为经验是知识的源泉。他们反对先验的和超越经验以外的任何东西，反对科学中各种形式的形而上学。这是实证哲学的基本特征。此外，马赫吸收了19世纪生物进化论和经济学研究的成果，创立了思维经济原理，作为分析科学，评价科学和指导科学思维的方法论原则。马赫的科学哲学对自然科学家产生了广泛的影响，特别是思维经济原理更是倍受赞赏。实证主义一方面是近代科学中占主导地位的经验方法论的继承和发展，另一方面，它又是20世纪兴起的逻辑实证主义，否证主义的先导。当代西方科学哲学进入20世纪，自然科学和技术领域发生了巨大的变革，伴之而起的理性主义的研究方法向传统的经验主义方法论发起了挑战，改变了经验方法为主导的格局。在科学哲学领域中，先后出现了逻辑实证主义、否证主义和历史主义等流派。这些流派的出现使方法论依次实现了三个转变：一是关于知识可靠性方面，从认识论基础的讨论转变为证明主义的方法论，这是由逻辑实证主义完成的；二是从归纳主义方法论到演绎主义的方法论，这个变化是由波谱尔的否证主义完成的；三是逻辑主义的方法论向历史主义的方法论的转变，这是由库恩的范式转换理论开始的。后来则出现了将逻辑主义和历史主义综合的关联主义理论及科学研究纲领方法论。（略）但无论怎样，我们关于外部世界的知识首先来源于客观的观察和实验，然后对这些观察和实验的结果进行归纳，提出规律和理论；在这些理论的基础上我们再进行演绎和推论，得到另一些科学论断，最后用进一步的客观观察和实验来验证这些论断。科学的发展就是这样螺旋式循环的前进。科学发展的历史实际上也是这样的。以上我们可以看到，科学研究总是非常强调客观观察和实验的。客观的观察和实验是科学研究的核心所在。一方面科学理论来源于它，另一方面，它对科学理论进行检验或验证。三、 科学观察和实验（一）.观察的定义和作用定义：是人们在科学认识活动中有目的，有意识的对事物和现象进行感知、记录和描述的方法。一般程序：作为认识主体的观察者，在一定的背景条件下，通过感觉器官及其辅助工具，从观察客体那里获得感觉映象，形成感性经验，最后做出观察陈述。作用：在科学认识活动中，观察既是人们接受外界信息，获取经验知识的基本途径，又是检验理论认识正确与否的根本手段。科学的可观察性原理：某种事物能否成为科学研究的对象，或者某种理论、假说是否具有科学性，就在于它是否具有“原则上的可观察性”。所谓“原则上的可观察性”，即通过人的各种感觉器官来进行观察的可能性，以及借助各种科学仪器和设备来进行观察的可能性。（二）观察方法的发展历史 科学观察方法是不断发展的。 最原始的观察是直接通过感觉器官从外界获取信息的肉眼观察。 古代科学在天文，气象等方面积累的大量珍贵的经验资料，大多是肉眼观察的结果。但由于感觉器官的生理特点和心理特点，肉眼观察有很多的局限性。比如：感觉器官有一定的阈限，只能接受有限范围内的自然信息。感觉器官有时产生错觉，从而影响观察的客观性。感觉器官的反应灵敏度有限，难以及时准确的观察和记录高速运动或极慢运动的自然现象的变化为了克服这些感官方面的局限性，以17世纪望远镜和显微镜在观察中的应用为标志，古老的肉眼观察发展到近代的仪器观察。这在观察方法中是一个较大的飞跃。仪器作为感官的延长和补充，在广度和深度上都极大的提高了人类的观察能力。而现代仪器，特别是计算机的发展和应用，使得仪器观察和操作方式上由手工操作发展到自动的操作，进一步提高了观察的质量和效率。在科学观察的过程中，除了要克服来自观察主体方面的局限性外，还要克服来自认识客体（包括观察对象和环境）方面的局限性。因为现实中的自然现象是非常复杂的，主要的因素常常被次要因素所掩盖。而在观察中克服次要因素的干扰的一个重要手段，就是选择适当的观察典型。所谓观察典型就是指某种包含因素较少，所受外界干扰事物较少的便于观察的客体。确定观察典型包含两方面的内容，一方面是确定典型的观察对象（同卵双生子）；另一方面是确定典型的观察环境（大气外对天体的观察）。无论是哪方面，都是为了使所感兴趣的现象的规律能更清晰的突现出来。通过选择适当的观察典型，从一般的观察方法又进一步发展出典型的观察方法。上述所有的观察都是在现象自然发生条件下进行的，都是被动的观察，观察主体基本不参与现象的发生。为了更有效，更深入的进行科学研究，近代又发展出实验观察法，即人为的操纵和控制现象发生条件下的主动观察，而且它能对所要观察的现象做出因果性的说明