自然辩证法讲义-绪论+5讲-8年制

1 自然辩证法讲义 自然辩证法之绪论 一 自然辩证法的学科内容和性质 1 研究对象 自然界发展的一般规律 科学技术发展的一般规律 人类认识自然界的一般规律和方法 2 学科内容 自然观 物质观 自然观 自然界的演化和发展 人与自然的关系 科技观 科学与非科学的划界标准 科学技术是福还是祸 科学技术发展的动力和模式 科学技术的社会功能 科学技术发展的社会条件 科技方法论 科学问题与科研选题 科学发现的逻辑 观察与理论 科学思维 科学悖论 科学研究的起点 3 学科性质 哲学门类 有争论 属二级学科 群 2 自然辩证法是马克思主义的一部分 还是马克思主义哲学的一部分 交叉学科 哲学 科学社会学和科技史学 桥梁和纽带 联结哲学和科学技术 二 自然辩证法的学科历史 1 历史渊源 从古希腊自然哲学的诞生到19世纪40年代初 第一阶段 自然科学还没有从哲学中分化出来 当时的哲学和自然科学统称为 自然哲学 泰勒斯 约公元前624 547年 万物的始基是水 阿那克西美尼 万物的始基是气 赫拉克利特 万物的始基是火 德谟克利特 万物的始基是原子和虚空 古希腊人的宇宙观 有限说 巴比伦人认为宇宙是一个密封的小箱子 古埃及人认为宇宙象 一个长方盒子 无限说 德谟克利特和赫拉克利特等 地心说 阿那克西曼德等 地动说 毕达哥拉斯学派等 混沌说 认为宇宙是从一种最原始的混沌中产生出来的 古希腊人的自然观 自然界是客观存在的 物质的 自然界是统一的 统一于若干具体的物质形态 自然界是运动 变化的 一切自然物都是 矛盾物 自然界是普遍联系的 有机的整体 第二阶段 自然科学与哲学分道扬镳 与神学分庭抗礼 观察 实验方法的运用 始于15世纪下半叶 分门别类 牛顿力学的发展 机械自然观和方法论的形成 哲学与自然科学重新结盟 第三阶段 机械自然观向辩证唯物主义自然观的转变 3 1755年 康德 自然通史和天体理论 1796年 拉普拉斯 宇宙体系论 附录 黑格尔 1770 1831 客观唯心主义自然观 费尔巴哈 1804 1872 唯物主义自然观 19世纪自然科学的重大发现 1830年赖尔的地质学 1831年法拉第的电磁 感应定律 巴斯德的微生物学 施莱登 1838 和施旺 1839 的细胞学说 能量守恒 与转化定律 1859年达尔文的进化论等 辩证唯物主义自然观 2 创立和发展 马克思 数学手稿 19世纪40年代 恩格斯 自然辩证法 写于1873 1876和1878 1883年 1925年出版 恩格斯 反杜林论 写于1876 1878年 在当时的德国社会 民主党党报上连载 三 自然辩证法与自然哲学 科学哲学的关系 1 自然辩证法与古希腊自然哲学的关系 古希腊自然哲学直接对自然界作出判断 自然辩证法则以自然科学为基础 古希腊自然哲学依靠的手段和方法 直观 猜想 虚构和思辨 自然辩证法则依靠概括和总结自然科学的成果 2 自然辩证法与西方科学哲学的关系 西方科学哲学研究自然科学的哲学问题 但无视或反对自然科学的辩证法 特 别是不承认自然界有辩证法 西方科学哲学禁止研究自然科学的本质和客观基础 目中无物 古希腊自然哲学和西方科学哲学是两个极端 3 自然辩证法可以看着是马克思主义的自然哲学和科学哲学 自然哲学 自然观 科学哲学 科技观 科技方法论 4 有人据此把自然辩证法的内容划分为以下四大块 自然科 学 科学哲学 技术哲学和科技与社会 4 关于自然辩证法的改名 1 自然辩证法 一词的由来 2 改名为 科学技术哲学 有利于其学科化和与国际接轨 但缩小了其生存和发展的空间 3 改名为 科学技术学 Science and Technology Studies 参考 自然辩证法研 究 2002 1 下涉 科技哲学 科技社会学 科技史学 科技管理学 科技法学 科技政 治学 科技政策学 科技伦理学 科技传播学 科技文化学等 自然哲学 目前 美国的康奈尔大学设有科技学系 其研究人员的研究方向有 科学哲学 科学史 知识社会学 科技社会史 科技政治史 生命伦理 学 技术史 科学人类学 科学传播与普及 公共卫生政策 农业系统 生态学 产业政策与创新经济学 美国医学社会史 工程的社会影响等 4 对自然辩证法的学科性质和三大块内容的反思 四 学习自然辩证法的意义和方法 1 意义 前提和基础 改变观念和思维方式 提出科学问题 提高科研能力和创新能力 2 方法 1 增强哲学素质 至少看一本西方哲学史的书 2 抓住重点 自然辩证法基本理论 5 3 了解有关自然科学知识和科学技术史 至少看一本科学 技术史方面的书 4 重视应用 实践教学 5 课堂学习与课外阅读相结合 通读教材和相关资料 五 参考书目 吴国盛 科学的历程 湖南科技出版社 1997 李思孟等 科学技术史 华中理工大学出版社 2000 罗素 西方哲学史 商务印书馆 自然辩证法研究 自然辩证法通讯 科学技术与辩证法 科学学研究 中国软科学 科研管理 华中科技大学求真网 北京大学科学史与科学哲学 简称科科网 三思科学网站 http www oursci org 科学网 第一讲 科学与非科学的划界标准 一 逻辑经验主义的划界标准 代表人物有石里克 卡尔纳普等人 可证实原则 在原则上可被经验证实或证伪 他们认为 可被经验证实的命题和分析命题是有意义的 其他都是无意义的 非 科学的 形而上学的 二 证伪主义的划界标准 英国哲学家波普尔 1902 1994 代表作 科学发现的逻辑 1934 猜想与反驳 1963 证实与证伪在逻辑上的不对称性 可证伪性与可证伪原理 可证伪程度 波普尔认为是非科学的命题或理论有 6 永真式命题 重言式命题 数学命题 形而上学命题 伪科学命题 宗教 神话 三 历史主义的划界标准 代表人物有库恩 拉卡托斯和费耶阿本德等人 1 库恩的范式 价值取向和思维方式 基本理论和定律 实验仪器和方法 范例 库恩的划界标准 范式的有无 范式与宣传 信仰 2 拉卡托斯的科学研究纲领方法论 硬核 基本假设和基本原理 保护带 辅助性假说 助发现法 正面和反面 拉卡托斯的划界标准 预见性的有无 进步的研究纲领和退步的研究纲领 科学的划界标准与科学的评价 3 费耶阿本德的划界标准 无标准 费耶阿本德的无政府主义和多元主义 反对方法论 怎么都行 anything goes 科学的地位 反对科学沙文主义 非理性的作用 保护新理论 战胜旧理论 非科学的作用 科学的来源和组成部分 第二讲 非科学 反科学与伪科学 一 科学 非科学 伪科学与反科学之间的关系 7 二 反科学思潮 科学是社会建构的产物 瓦解科学知识的客观性 抨击科学霸权 倡导人文社会科学 用人文代替科学 用玄学改造科学 三 伪科学的分类和鉴别 伪科学的定义 自称为科学 但又不是科学 伪科学的分类 广义和狭义 假与伪 静态和动态 江湖型 学院型和权贵型 伪科学和伪技术 伪科学研究对象 异常现象 含虚概念 人体特异功能 外气 水变油 炼金术 永动机 常 温核聚变 聚合水 超浅水船等 伪科学研究对象的特点 1 低概率事件 外星人与UFO等 2 低信噪比事件 韦伯与气功师等 3 巧合事件 中奖 世界杯与神算等 狭义伪科学的鉴别 1 从科学角度看 自称为科学 不可重复 不可证伪 没有形成范式 退化的科学研究纲领 2 从经济角度看 以赢利为目的 3 从社会角度看 产生社会危害 伪科学的防范 观念更新 依法治伪 民主监督 传媒监管 科学素养 四 小结 1 伪科学是非科学 但非科学不一定是伪科学 2 伪科学不同于反科学 3 伪科学有广义和狭义之分 真正要防范和批判的是狭义的伪科学 8 第三讲 科学发展的模式 1 概述概述 科学从小到大逐渐发展起来的 按时期分 经历了古代 中世纪 近代 现代四个阶段 按形态分 经历了零星的知识 经验形态的知识 理论形态的知识 知识体系四个阶段 自然科学发展模式又可称为 科学演进的模式 是从动态上描述科学发展的主要特征和内在 机理 宏观上描述科学整体运动的规律 微观上阐述科学理论生长的过程 2 宏观上的科学发展模式 一 宏观上的科学发展模式 一 2 1 指数增长律指数增长律 恩格斯 科学发展则同前一代人遗留下来的知识量成正比 因此 在最普通情 况下 科学也是按几何级数发展的 科学的发展 可以说是于其出发点起的 时间的 距离的平方成正比的 普莱斯 W W为科学指标 为常数 为年代 指数增长率存在的问题 导致增长佯谬 S型曲线 2 2 汤浅现象汤浅现象 从大的时间尺度看 在不同地区或国家科学发展不平衡 最先注意到这一点的是 英 贝 尔纳 1954年 历史上的科学 中明确把一个时期科学技术繁荣昌盛的国家或区域称为 技术 和科学活动中心 从旧石器时代到1950年 共存在过20个技术和科学活动中心 贝尔纳揭示 了这个现象 未能展开进行深入研究 1962年 日本学者汤浅光朝用统计方法再次证明 科学活动中心 科学活动中心 科学活动中心 一国科学成果技术占同期世界科学成果总数的百分比超过25 的国 家 科学兴隆期 科学兴隆期 科学兴隆期 一国保持在25 以上的时间 统计源 Herbonsha的 科学和技术编年表 1956年版 2 3 凯德洛夫的带头学科理论凯德洛夫的带头学科理论 不再着眼于科学在空间上的发展状况 而是着眼于科学的内部结构 20世纪70年代发现 各 门学科的发展并不是齐头并进的 带头学科或先导学科 形成学科群 科学的发展过程就是带头学科 及形成的学科群 不断被取代和更替的过程 起作用的时间T 200 2n 1 9 启发性 启发性 1 自然客体的复杂程度和发展水平不一 为了认识它们 首先认识这些自然客体的共同基础 这个共同基础往往就是带头学科 2 理解了为什么现代科学技术是加速发展的 学科群 3 宏观上的科学发展模式 二 宏观上的科学发展模式 二 3 1 科学发展累积模式科学发展累积模式 认为科学是一个不断积累的过程 知识从少到多 日渐积累 越积越多 代表人物代表人物 亚里士多德 亚里士多德 Aristotle 惠威尔 惠威尔 W Whewell 3 1 1亚里士多德亚里士多德 从观察上升到理论 再从理论返回 到观察 以指导观察 前者采用 归纳 后者采用 演绎 从过程从过程 从过程1 1 1到过程到过程到过程2 2 2 一般理论一般理论一般理论1 1 1成了成了成了 认识的背景 认识的背景 认识的背景 指导并解释经验观察指导并解释经验观察 指导并解释经验观察2 2 2 这就要暗含一个 这就要暗含一个 这就要暗含一个 前提 前提 前提 前后不矛盾前后不矛盾前后不矛盾 不矛盾意味着知识融汇的可能 不矛盾意味着知识融汇的可能 不矛盾意味着知识融汇的可能 3 1 2 惠威尔 把科学的进化比作支流汇成江河的形式 即科学是通过归并而进化的 开普勒定律 伽利略自由落体定律 潮汐运动规律 其它事实其它事实 如何归并的呢 首先要有事实1 2 m 经验定律经验定律1 2 n 更高层次定律更高层次定律1 2 o 理论理论 必然的推论 必然的推论 定律和理论并不在同一个层次上 对惠威尔观点的批评 图尔明的批评 恩格斯 在化学中 燃素说经过几百年的实验工作提供了这样一些实验材料 借助于这些材料 拉瓦锡才能在普利斯特列制出的氧中发现了幻想的燃素的真实对立物 因而推翻了全部的燃素说 但是燃素说者的试验结果并不因此而完全被排斥 相反地 这些实验结果仍然存在 只是它们的 公式被倒过来了 从燃素说的语言翻译成了现今通用的化学的语言 因此它们还保持着自己的有 效性 10 自然秩序理想自然秩序理想 概念概念 一个理论被另一个理论替代就是一个理论被另一个理论替代就是 自然秩序理想自然秩序理想 的改变 的改变 V V V取决于作用力与取决于作用力与取决于作用力与取决于作用力与 阻力之比 运动的存在表明作用力起了作用 阻力之比 运动的存在表明作用力起了作用 阻力之比 运动的存在表明作用力起了作用 阻力之比 运动的存在表明作用力起了作用 需要解释的是运动本身 不是运动的变化需要解释的是运动本身 不是运动的变化需要解释的是运动本身 不是运动的变化需要解释的是运动本身 不是运动的变化 反常反常 是新的自然秩序理想确立的原因是新的自然秩序理想确立的原因 若一个现象与可理解性原理相抵触 则该现象就被认为是反常若一个现象与可理解性原理相抵触 则该现象就被认为是反常 累积模式的图示累积模式的图示 评价 评价 卡尔纳普 中国套箱 优点 能较好地说明新旧理论之间的继承性 问题 科学发展并不全是渐进的 其间曾经存在革命 有间断 无法用继承性加以 说明 新理论的产生常开始于旧理论与观察事实的矛盾 累积模式把科学发展问题 太简单化了 3 2 波普尔的不断革命模式波普尔的不断革命模式 1905年相对论提出年相对论提出 此前 牛顿理论已经受千百次检验 取得惊人成功 被证明是真理 在相对论冲击下 根基发生了动摇 一个理论 不管多么成功 都难免被推翻的命运 3 2 2 模式描述模式描述 波普尔模式包含四个环节波普尔模式包含四个环节 科学从问题开始 针对问题 科学家进行各种大胆的尝试性猜测 即提出假设和理论 各种理论之间激烈竞争 相互批判 并经受观察和实验的严格检验 从而清除错误 筛选出 逼真度较高的新理论 新理论被证伪 又出现新问题 开始下一个过程 他把科学看成是从问题到问题而进步的 随着这种进步 问题的深度不断增加 贯穿该模式的红线是猜测与反驳的过程 他自己将这个模式称为 以猜测和反驳为手段来解决问题的一般模 式 3 2 3 应提倡的科学精神应提倡的科学精神 要有敢于犯错误的精神 怕犯错误是一种可怜的愿望 从错误中学习 11 科学史仅是一部不可靠的猜测史或错误史 3 2 4 对波普尔模式的评价 对波普尔模式的评价 突破了逻辑实证主义者对科学知识仅作静态的语言逻辑分析的框框 把人们的眼光引导到 对科学知识的增长作动态考察和对这一过程的内在机制作逻辑说明的方向上去 他的科学始于问题的提法也给人以启迪 他认为一个反例就可以证伪一个问题 理论 不对 理论的免疫问题 问题有各种类型 a 产生于理论内部的问题 地心说统治时期逆行的问题 悬天说提出后 天会不会掉下来 问题 爱氏引力理论提出后光线会不会弯曲的问题 b 产生于两种不同的理论之间 天体演化和地质进化提出后会问 地球表面的生物怎么来的 上帝创造的吗 C 产生于理论和观察的矛盾 日心说理论和恒星周年视差 恒星视差恒星视差 历史主义者批评波普尔 历史主义者批评波普尔 不同意不断否定论 这样不会有知识增长了 不同意经验证伪主义 波普尔理论与科学发展史不相符合 波普理论并没有改变科学直线发展的总趋势 波普理论并没有改变科学直线发展的总趋势 3 3 库恩的范式发展模式库恩的范式发展模式 又叫科学革命模式 因为他强调科学的发展是 新理论抛弃并取代与之不相容的旧理 论的革命过程 革命的重要标志是范式 Paradigm 变换 关键词关键词 范式 Paradigm 科学革命的结构科学革命的结构 1962 20余种范式解释余种范式解释 必要的张力必要的张力 1977 无论实际上还是逻辑上都很接近于无论实际上还是逻辑上都很接近于 科学共同体科学共同体 这个词这个词 科学共同体 科学共同体 在科学发展的某一历史时期 该学科领域中持有共同的基本观点 基 本理论和基本方法的科学家集团 托氏地心体系为早期天文学家的范式 它规定了基本理论 基本观点和基本方法 提供了研究问题和解决问题的模型或框 架 为当时天文学发展规定了方向 3 3 13 3 13 3 1 模式描述模式描述模式描述模式描述 12 前科学时期前科学时期 就是就是 范式范式 没有形成之前的时期 没有形成之前的时期 亚里士多德以前的动力学 阿基米德以前的静力学 布莱克以前的热力学 燃素说以前的化学 赫顿以前的地质学 范式是一门学科成为科学的必要条件范式是一门学科成为科学的必要条件 常规科学时期 是范式已经形成的时期 科学发展快 对待反常的态度 不理睬 普劳特 普劳特 W Prout 1785 1850 假说假说 1815 1816年提出 普劳特时代仍相信 上帝只会用少数几个砌块来创造世界 氢就是其中之一 由于当时发现氢 的原子量为整数 其它元素的原子量是氢的整数倍 因此元素的原子量应该是整数 相信元 素是氢的化合物或聚合物 后来发现氯的原子量不是整数 有了反常出现 相信传说的说法的科学家干脆不予理睬这一反 常 洛伦兹洛伦兹 H A Lorentz 1853 1928 收缩假说收缩假说 有些反常非常顽固 如有些反常非常顽固 如 以太以太 有些反常打击了范式的基本原则 如地心说有些反常打击了范式的基本原则 如地心说 科学革命时期科学革命时期 抛弃旧范式确立新范式的时期 但不是全体科学家的一致行动 一个新的科学理论并不是靠使它的对手信服并使他们接受而获胜的 不如说是因 为它的对手死绝了 而不熟悉这个真理的新一代又成长起来了 普朗克语 范式的转换是一代人的转换 库恩 对范式的选择也不是毫无标准 简单性 有效性 精确性 广泛性 一贯性 新的常规科学时期 以新范式为指导的科学发展时期以新范式为指导的科学发展时期以新范式为指导的科学发展时期 3 4 拉卡托斯的科学研究纲领竞争模式拉卡托斯的科学研究纲领竞争模式 13 3 4 1 波普 库恩 拉卡托斯三种模式的基本区别 3 4 2 拉卡托斯的科学研究纲领由三部分组成 硬核 硬核 硬核 由最基本的理论 观点构成 包括形而上学的内容 硬核不是一下子形成的 硬核具有韧性和相对稳定性 硬核与范式比较 硬核的提出受到过库恩范式的影响 范式的内容比硬核庞杂 保护带 保护带 在硬核的外面 保护硬核 在硬核的外面 保护硬核 由辅助性假说构成 托氏天文理论的保护带是本轮 均轮假说 哥白尼理论的保护带是恒星距地球太远 牛顿理论的保护带是其他行星的摄动影响 保护带理论有效克服了波普和库恩模式中存在的问题 方法论规则方法论规则方法论规则方法论规则 由正反启示法组成 正面启示法告诉科学家应该遵循哪些研究途径 由一组提示或暗示组成 例如 例如 例如 例如 利用牛顿纲领计算行星轨道时 正面启示法包括 利用牛顿纲领计算行星轨道时 正面启示法包括 利用牛顿纲领计算行星轨道时 正面启示法包括 利用牛顿纲领计算行星轨道时 正面启示法包括 T T T 1 1 1 行星 太阳是质点 太阳静止的假定 应用万有引力定律行星 太阳是质点 太阳静止的假定 应用万有引力定律行星 太阳是质点 太阳静止的假定 应用万有引力定律 T T T2 2 2 行星 太阳又围绕共同的引力中心行星 太阳又围绕共同的引力中心行星 太阳又围绕共同的引力中心 T T T3 3 3 太阳系中其他行星的引力太阳系中其他行星的引力太阳系中其他行星的引力 T T T4 4 4 行星质量分布的不对称性行星质量分布的不对称性行星质量分布的不对称性 反面启示法是告诉科学家应该避免哪些研究途径 反面启示法是告诉科学家应该避免哪些研究途径 科学研究纲领的进化阶段科学研究纲领的进化阶段科学研究纲领的进化阶段 退化阶段退化阶段退化阶段 新的研究纲领证伪并取代退化的研究纲领新的研究纲领证伪并取代退化的研究纲领新的研究纲领证伪并取代退化的研究纲领 新的研究纲领的进化阶段新的研究纲领的进化阶段新的研究纲领的进化阶段 该模式的核心内容是科学研究纲领的进化和退化的互相更替 该模式的核心内容是科学研究纲领的进化和退化的互相更替 该模式的核心内容是科学研究纲领的进化和退化的互相更替 几个具体问题 几个具体问题 如何判定一个研究纲领的进化和退化 一个理论系列 T1 T2 Tn 如果满足下列条件 它的问题转换就是进步的 Tn能够说明Tn 1以前的各理论的成功 Tn比Tn 1有更多的经验内容 Tn的有些超量内容已被确认 否则问题转换就是退化的 14 研究纲领对待反常的态度 如何否定或证伪一个退化的研究纲领 如何否定或证伪一个退化的研究纲领 如何否定或证伪一个退化的研究纲领 靠的不是反常 靠的是研究纲领的竞争 常规科学时期仍有研究纲领的竞争 竞争中退化的研究纲领有可能卷土重来 淘汰一个研究纲领是应该慎重 3 4 3 拉卡托斯模式的问题拉卡托斯模式的问题 1 1 1 无法回答何时才能确定研究纲领的退化无法回答何时才能确定研究纲领的退化无法回答何时才能确定研究纲领的退化 2 2 2 描述性的描述性的描述性的 3 3 3 进步的问题转换是科学史上几乎从来没有实现的理想化 进步的问题转换是科学史上几乎从来没有实现的理想化 进步的问题转换是科学史上几乎从来没有实现的理想化 4 4 4 硬核过于僵硬硬核过于僵硬硬核过于僵硬 5 5 5 没有说明为什么一个时期有一个研究纲领占主导地位没有说明为什么一个时期有一个研究纲领占主导地位没有说明为什么一个时期有一个研究纲领占主导地位 从他的理论会得出 一个时期会有多个研究纲领存在 第四讲 观察与理论 一 观察的特性 观察 自然观察 实验观察 既有主观的因素 又有客观的因素 观察 感觉 知觉 是主观性与客观性主观性与客观性的辨证统一 观察的这一特性特性决 定了观察与理论相互联系 相互作用的辩证关系 关于观察的特性 历史上有两种错误观点 1 否定观察的客观性 古希腊柏拉图的理念论 中世纪一些经院哲学家 近代唯理论笛卡尔 蜡块 2 否定观察的主观性 经验论者和一些科学家 培根 洛克 赫胥黎 逻辑经验主义 中性的观察 逻辑经验主义把科学理论分为观察层次和理论层次 观察的主观性是由观察的概念和主体感知的特性所决定的 否定观察的客观性否定观察的客观性 实际上就是否定感性认识在科学认识中的作用 使科学认识失去了源泉和基础 否定观察的主观性否定观察的主观性 实际上就是否定了观察者在观察中的主观能动 性 否定理论对观察的指导 实质上就是否定理性认识在科学认识中的 15 作用 使科学认识陷入盲目 观察的过程实际上是主体主体 观察者观察者 与客体客体 被观察对象被观察对象 相互作用的过程 海森堡 盲人摸雪花与正常人认识电子 观察都是受理论影响的 中性的观察是不存在的 1766 年 卡文迪许 易燃空气 燃素 1773 年 普利斯特列 脱燃素空气 1777 年 拉瓦锡 氧气 阿米巴 病毒 电子的可观察性 二 观察的主观性 观察的主观性主要体现在如下几个方面 1 感觉的局限性和错觉 感官都有一定的感觉阈值感觉阈值 只能接收有限范围的信息 感官的反应速度 有限 难以及时 准确地观察和记录高速运动或瞬时出现的自然现象 对运动极慢的物体也很难察觉 感官的感觉灵敏度也不高 不能进行较 精确的定量观察 由于感觉的局限性还常常产生错觉 见图见图 2 知觉的选择性 在观察过程中 对同一现象 由于知觉的选择性和主动性往往会得 到完全不同的主体印象 知觉的选择性就是选择某一或某些事物为观察 对象 而把其它的事物作为观察背景 由于选择的不同 观察对象和背 景又可以相互转换 对象与背景 信号与噪音 1965 年彭齐亚斯 威尔逊关于 3K 微波背景辐射的发现 3 背景知识 背景知识往往决定了主体能够观察到什么 如果没有经过一定的科学训 练 没有必要背景知识 就往往导致观察失误 甚至视而不见 X 光片 化石 听外语 4 观察仪器 观察仪器对观察的影响具有二重性 一方面是人的感官延长感官延长 大大 扩大了人的视野 提高了观察的精确度 克服了直接观察的局限性 主 观性和模糊性 另一方面 观察仪器又会引起观察失误 观察的主观性也决定了观察的易谬性 观察主观性的两重性两重性 三 观察的客观性 观察的客观性就是人们通过观察实验所获得的科学事实科学事实的客观性 即 这些科学事实是对客观事物的正确反映 实现观察客观性的主要条件主要条件有 1 观察必须具有可重复性 16 一般来说 在观察 包括实验观察 中发生的事件能够被反复检验 就在在 一定程度上一定程度上保证了观察结果的客观性 1965 年韦伯声称发现了引力波 从科学角度看 可重复即为真 巴斯德 2 观察必须以正确理论为指导 观察总是渗透着理论的 在观察中如果以正确反映客观事物本质的 理论为指导 将在一定程度上保证观察的客观性 相反 当不完备甚至 错误的理论或观点渗透到观察之中时 就会导致错误观察 其表现主要 有先人之见 无意过失和假想等 双盲法则 严新气功现象 镅 Am 241 的衰变计数率因受气 功影响上升 0 28 或下降 1 35 实验误差 0 19 3 观察必须全面 系统 这就是说 应当从事物的空间分布上 观察事物的各个方面和全体 从事物本身的关系及其与其它事物的相互关系上 观察事物的整体特征 及其在环境中的表现 从事物的时间演化上 观察事物变化发展的各个 阶段或全过程 竺可桢 物候学 1974 1978 年 泰勒等 射电脉冲双星 PSR1919 16 经上千次观测 发 现其轨道周期减少率为万亿分之三万亿分之三 4 必须选择典型的观察对象和条件 由于客观事物往往非常复杂 其本质常常被纷繁的现象所掩盖 所以 要想顺利揭示事物的本质 就必须暂时撇开与当前观察无关的内容 撇 开次要过程和干扰因素 使事物的自然状态变成比较纯粹的形态 让其 主要过程充分暴露出来 见图见图 雷默的光速 孟德尔的豌豆 摩尔根的 果蝇 5 必须选用完备 先进的观测技术和仪器 现代仪器越来越完备 先进 其精度和可观测范围也越来越大 这 样就能更准确 更客观地记录客体的运动状态 而且 由于先进技术 自动化设备和计算机的运用 观察者所观察到的已不是原始的图象和数 据 而是经过计算机处理过的数据 这样 既扩大了观察的视野 又避 免了某些主观差错 四 观察渗透理论 1958 年 科学哲学家汉森汉森明确提出了 观察渗透理论 theory loaded observation 的观点 这种观点强调了理论在观察中的重要作用 阐述了 理论对观察目的 观察手段 观察对象和观察结论的全面渗透 1 理论决定了观察的目的和对象 现代神经生理学和心理学研究表明 知觉是大脑对一系列感觉判断 如视 觉印象 进行解释和组合的过程而形成的 具有选择性 主观性和创造性 17 的 知觉的这一特性决定了观察的主观性 也就决定了理论对观察目的 和对象的影响 1 观察结果与背景知识矛盾 导致科学发现 伦琴的 X 光 氰亚铂 酸钡 2 对理论预言的检验成为观察的目的 理论预言的对象成为观察 的对象 广义相对论预言光线弯曲 3 目的不同 观察结果往往不同 看书 画 听音乐 4 实验观察 实验目的决定了实验过程 方式 也决定了观察的 结果 电子的位置和速度 理论上有突破 创新往往是导致重大发现的前 提 如 正电子 中子 电磁波的发现就是这样 很多人被传统观念禁锢 了头脑 阻碍了科学的发展 安德逊发现正电子之前 多人都看到过 但不知是什么 2 理论决定了观察到什么 在科学史上 常发生这样事情 有的人虽然在观察中遇到了新的自 然现象 但是 由于缺乏正确理论的指导而犯了 丢失结论 的观察错 误 而另外的人由于对这一现象作出了正确的理论解释 却得到了重大 的科学发现 脱燃素空气与氧气 电火花与电磁波 赫兹 1888 正电子 狄拉克与安德逊 3 理论可以纠正一些错误观察 观察是可错的 对错误的观察 只有靠观察和理论的相互作用才能 得到纠正 布朗的花粉 孔子与颜回 开普勒的火星 4 理论提供了观察语言 语言分为物质外壳和语义 任何观察的结果只有用语言陈述出来才有科学价值 而观察语言总 是与特定的科学理论联系着的 当使用语言时 理论的框架也就出现了 科学发现或陈述必须进入或依靠科学概念系统 五 理论以观察为基础和源泉 汉森的 观察渗透理论 否定了观察的绝对客观性 有一定合理内 核 但他又进一步认为理论在先 观察在后 理论支配观察 则是从一 个极端走向了另一个极端 从认识论的角度来看 观察在先 理论在后 从具体的科学研究过程来看 观察和理论是融合在一起的 1 科学理论和定律的发现来源于观察实验 科学定律是普遍性的经验定律 科学定律的发现过程就是将经验材料概括和整理的过程 其 基础是通过观察实验所获得的经验材料 竺可桢物候学的创立与他数十年的系统观察是分不开的 开普勒关于行星运动三大定律的发现 就是运用了他的老师第谷的观测材料 伽利略的自由落体 18 定律和惯性原理离不开斜面实验 科学理论一般也是从大量的观察材料概括 总结出来的 是从感性认识抽象出的理性认识 许多科学理论 如机械力学理论 电磁感应理论 氧化理论 热力学理论 遗传学说 本身就是 观察实验的概括和总结 许多重大理论的突破 如基本粒子理论 宇称不守恒定律 遗传基本理 论等 都是在观察实验有所进步的条件下取得的 许多科学发现 如电子 质子 中子 中微子 核酸等 都是在观察实验中发现新事实后作出的理论推断 随着现代科学在广度和深度上的发展 作为建立科学理论的直接事实源泉 观察实验的作用越来越重要 2 科学理论和假说的发展完善离不开观察实验 科学理论或假说也只是相对真理 需要在新的观察实验的基础上进一步发展 完善 1869年 门捷列夫发现了化学元素周期律 但仍有许多不完备的地方 例如 没有为新族元素留下位置 1894年 拉姆赛发现了氩 1898年又发现了和它性质相似的氖 氪 氙 1900年卢瑟福发现了氡 于是 这些气体进入周期表的零族 填补了周期表的一项空白 另外 其周期表在钴和镍 碲和 碘两处中没有按原子量递增的顺序排列 当时 门捷列夫坚持认为 这是原子量测定的错误 到 了1920年代以后 由于同位素的发现 原子量排列顺序颠倒的现象才得到正确解释 这些新的观 察发现 使门捷列夫的元素周期律逐渐发展 完善 英国化学家 物理学家波义耳在1659年用实验发现了著名的波义耳定律 1662年发表 但后 来发现 该定律只在常温常压下成立 波义耳本人就注意到 当空气稀薄 即压强较小 时 由波 义耳定律算出的理论值与实验值吻合得不好 波义耳解释说 这可能是由于又有别的空气并入 原来的空气引起的 后来雷尼奥又发现 当低温和高压使气体接近液化时 波义耳定律完全失 效 19世纪末 更精确的实验证明 波义耳定律即使在它适用的范围 即常温常压 内也不是绝对 精确 由于各种不同气体分子的大小和分子间作用的不同 它们的体积和压力之间的比例关系就 不完全一样 甚至同一种气体在不同温度下 其体积和压力之间的比例关系也不一样 所以 为 了更准确地描述气体的性质 就需要用一些其它定律来补充波义耳定律 如荷兰物理学家范德瓦 耳斯建立的范德瓦耳斯方程就是这样 3 科学理论的检验必须依靠观察实验 科学理论的正确与否只有依据观察实验来检验 这是检验理论真理性的客观标准 俄国化学 家门捷列夫1869年发现元素周期律 并预言了类铝 镓 类硼 钪 类硅 锗 这三种元素分别由 法国化学家德布瓦博德兰 1875 瑞典化学家尼尔森 1879 德国化学家温克勒 1868 发现 其性 质与门捷列夫的预言几乎完全一致 门捷列夫成功的预言使他的理论得到了世界的公认 天文学上的一段史实也说明了观察对理论的判定作用 19世纪上半叶 人们发现天王星的运 行轨道与理论值有较大的波动 至1845年 观察值与理论值的偏差在黄经度上达到了2分之多 面 对这一矛盾 有人认为是牛顿力学的局限性 有人认为是一颗未被发现的行星干扰了天王星的运 动 科学理论的正确与否只有依据观察实验来检验 这是检验理论真理 性的客观标准 第五讲第五讲 悖论与科学发展悖论与科学发展 19 一 什么是悖论 悖论是英文 paradox 一词的意译 从广义上说 凡似是而非或似非 而是的论点 都可以叫做悖论 从狭义上说 悖论是从某些公认正确的 背景知识中逻辑地推导出来的两个相互矛盾命题的等价式 即 p p 或 p p 悖论是一种特殊的逻辑矛盾 其特殊性表现在 1 悖论是相对于一定的背景知识而言 2 悖论是从某些公认的背景知识中合乎逻辑地推导出来的 3 悖论是指两个相互矛盾命题的等价式 即 p p 或 p p 下列方框内的语句即提供了一个简单的语义学悖论的例子 它完全符合上述悖论概念的三个要点 在该悖论面前 经典逻 辑学的基本大法 矛盾律 排中律失效 本方框内的语句是假的 本方框内的语句由十五个汉字组成 本方框内的语句由十六个汉字组成 历史上人们对悖论的称谓 难题 说慌者悖论 不可解命题 悖论或二律背反 悖论 在英文中还有一个词 antinomy 这个词在 哲学文献中又译为 二律背反 德国哲学家康德首次把自己所发现的悖论称为 二律背反 德 文 antinomie 康德认为 人类的认识由感性 知性和理性三个环节组成 当人类运用作为知性固 有的先天思维形式的范畴 试图去把握世界整体 即认识进入 理性 阶段时 必然陷入二律背 反 20 怪圈 1979 年 美国数学家霍夫斯塔德 D R Hofstadter 认为悖论就是一个 怪圈 strange loop 又译为奇异的循环 它是由于 自我相关 而导致的 这种怪圈不仅存在于数学和 思维中 也存在于绘画和音乐中 生活和艺术中的怪圈 怪圈坏的效应 电话或收音机的噪音 怪圈好的效应 电视的屏幕 科学中的怪圈 数学上 罗素提出了罗素悖论 设 A X X X B X X 不属于 X 如果 B A 则根据 A 的定义 B B 反之亦然 理发师悖论 给且只给那些不给自己刮胡子的人刮胡子 二 悖论对科学发展的影响 1 一种重要的证伪手段 从逻辑上讲 一个科学理论必须满足相容性 当人们在该理论中发 现了某个悖论的时候 就意味着这种相容性已遭到了破坏 在一定程度 上说 这种理论也就被证伪了 落体悖论之于亚里士多德物理学 罗素 悖论之于康托尔集合论就可以看着是这种证伪 2 科学问题的生长点 在一个科学理论中发现了悖论 并不一定就立即证伪了该理论 因 为理论有一定柔性 它可以提出辅助性假说以限制或消除悖论 甚至可 以暂时视悖论而不见 把悖论暂时搁置起来 留待今后去解决 但无论 如何 悖论就是悖论 人们不可能永远不正视它 研究它 讨论悖论是 怎样产生的 如何消除悖论等问题 因此 悖论正是科学问题的生长点 3 完善 发展原有理论 消除悖论的过程常常是完善 发展原有理论的过程 贝克莱悖论曾 严重威胁着微积分的真理性 仅指内真理 双生子悖论曾对爱因斯坦的 狭义相对论形成有力的挑战 但后来终被解决 同时丰富和发展了爱因 斯坦的相对论 双生子悖论 twin paradox 21 设甲 乙是一对年满 20 的双生子 甲留在地球上 乙乘宇宙 飞船以相对于地球为 0 99c 的速度作星际旅行 10 年后返回 往转弯 返合计 地球上的钟35 44 035 4470 88甲从地球 上看飞船上的钟 5 0 510 地球上的钟 0 7069 480 7070 88乙从飞船 上看飞船上的钟 5 0 510 4 导致科学危机 当一个理论出现悖论时 其真理性 内真理 就遭到怀疑 而当这 一理论在科学大厦中处于重要地位时 就会导致科学危机 数学史上的 三次危机都是由悖论而引发的 毕达哥拉斯悖论引发了第一次数学危机 贝克莱悖论引发了第二次数学危机 罗素悖论诱发了第三次数学危机 5 产生新理论 诱发科学革命 伴随悖论的解决 还常常产生新理论 当重大理论诞生