为什么说科学假说是科学理论发展的形式

1 为什么说科学假说是科学理论发展的形式 为什么说科学假说是科学理论发展的形式 摘摘 要要 科学假说的形成同要回答的科学问题分不开 对科学问题网络的梳理和考察 将产生 对科学问题的解答 提出相应的科学假说 它是科学思想的创新 是可能成立的科学理论 而科学理论发展的历史就是假说的形成 发展和假说之间的竞争 更迭的历史 因此 科 学假说是科学理论发展的形式 关键词 关键词 科学假说 科学理论 发展形式 0 Why say the scientific hypothesis is a form of a scientific theory s development ABSTRACT With the formation of the scientific questions to be answered inseparable scientific hypothesis and carding and investigation on the scientific problem of the network it will have the solution of the problem on the science and put forward the corresponding scientific hypothesis it is the innovation of scientific thought and it is likely to set up scientific theory And the history of the development of scientific theory is the competition between the formation the development of hypotheses and the change of history Therefore the scientific hypothesis is a development form of scientific theory Keywords Scientific Hypothesis Scientific Theory The Development Of The Form 1 前言 恩格斯曾说过 只要自然科学在思维着 它的发展形式就是假说 科学假说在科 学理论形成过程中发挥了先导和纽带的作用 科学理论的发展过程 是科学假说连续更替 和假说的内容不断精确化 深刻化的过程 科学假说通过实验等一系列复杂的检验确证 最后达到科学理论的高度 转化为科学理论 1什么是科学假说 科学假说就是人们在探索错综复杂的自然界奥秘的过程中 用已获得的经验材料和已 知的事实为根据 用已有的科学理论为指导 对未知自然界事物产生的原因及其运动规律 做出推测性的解释 1 1 科学假说的提出 科学假说的形成同要回答的科学问题是分不开的 所以阐明怎样提出假说 提出什么 样的假说 首先必须要明确提出要回答的科学问题 科学问题是十分复杂的 对问题进行 深入的分析 按照分析结果的不同 将已知和未知的矛盾中所涉及的事实 理论和方法的 欠缺或空白更好的呈现出来 构成有合理结构和层次的问题网络 通过对科学问题网络的 梳理和考擦 将产生的科学问题的解答 提出相应的科学假说 例如 人们稍微仔细地观 看一下世界地图 就不难发现 非洲西部的海岸线和南美洲东部的海岸线彼此正好相吻合 进一步观察还可以看出不仅南美洲和非洲 而且北美洲与欧洲也可以拼合 印度 澳大利 亚 南极洲也可以拼合 为什么这样巧合呢 奥地利学者魏格纳联想到冰山飘移的情景 并由此受到启发 设想出较轻的刚性大陆块是漂浮在地壳内较重的粘性流体 岩浆之上 的 于是 它们就象漂浮的冰块一样逐步远离开来 这就是关于大陆飘移的初步设想 在常规科学时期 提出的假说应当与经过实践检验的理论相互支持的 但在科学革命 时期 新的假说是向传统理论的挑战 同时它还继承了已有理论中合理的内容 能将已有 理论作为特例或极限状况 比如量子力学和狭义相对论 假说的提出是以经验事实为依据 的 对科学问题的解释 因而假说要尽可能解释已有的科学事实 但是应该指出 新理论 产生时往往存在个别 异例 和 反例 比如 日心说和门捷列夫周期律在开始提出来 的时候就是如此 所以恩格斯深刻地指出 新的假说 新的说明方式 最初仅仅以有限的 事实和观察为基础 进一步的观察材料会使这些假说纯化 取消一些 修正一些 直到最 后纯粹地构成定律 如果要等待构成定律的材料纯粹化起来 那么这就是在此以前要把运 2 用思维的研究停下来 而定律也就永远不会出现 1 假说的提出不仅可以解释已知的事 实 更重要的是它还可以对未知的或未来的事实进行推论 例如 大爆炸宇宙论 大陆漂 移说 广义相对论等 但是 由于实验检验的历史局限性 由假说推出的论断虽然原则上 是可检验的 不过当时无法完成 要等条件具备时才行 这就是说 假说预测的未知事实 应当可以检验 但又不要受当时检验技术水平的限制 2 1 2 科学假说的性质 科学理论是经过实践检验的客观真理 是对某种自然现象的系统说明 它是由一定的 科学概念 科学原理以及对这些概念 原理的理论论证所组成的知识体系 科学理论作为 认识发展过程中相对完成的东西 具有如下一些基本特征 1 客观真理性 科学理论正确地反映了客观事物的本质及其规律性 因而具有客观 真理性 这是科学理论的基本特征 也是它和假说的根本区别 实践是检验真理的唯一标 准 因此 作为一个科学理论 必须做到 建立这种理论所凭借的经验材料必须是真实的 经过实践检验的 是能够重复的 根据这些经验材料提出的假说中的假定性的规定已经得 到实践确认 并经得起实践的进一步检验 根据这种理论所作出的科学预见已在实践中得 到证明 总之 一种科学理论必须包含必要而又充分的实践证明 并且贯穿于理论的始终 2 普遍性 科学理论通过揭示某一领域的共同本质而普遍适用于这个领域 能对这 个领域的复杂多样的现象作出解释 能预言出现在这个领域内的新现象 科学理论的普遍 性不是通过形式上的 去异存同 来达到的 而是通过对深刻本质的揭示而实现的 比如 经典电磁场论通过揭示电磁波的规律性而普遍适用于电 磁 光等现象 量子理论通过揭 示波粒二象性而普遍适用于各种微观客体 3 系统性 科学理论不是各种孤立的概念 原理的简单堆砌 也不是互不相关的各 种论点 论据的机械组合 而是根据自然界的有机联系 由它的知识单元 概念 原理 定律等 按系统性原则组成的有内在联系的知识体系 4 逻辑性 科学理论必须概念明确 判断恰当 推理正确 论证严密 即合乎逻辑 理论中的范畴和规律是一个个依次推导出来的 有前后一贯的内在联系 科学理论一般具 有演绎的逻辑结构 逻辑上的无矛盾性和完备性等特点 5 预见性 科学理论能够根据它的基本规律及逻辑结构 揭示客观事物的关系和联 系 发展的趋向和特点 对现有事实的多样性做出科学解释和理论说明 并对尚不知道的 事实做出合乎逻辑的预言 科学理论体系也就是一个科学预测体系 因而能够指导人们的 3 科学实践 客观真理性 普遍性 系统性 逻辑性和预见性 这是科学理论的基本特征 但是 实践是历史的 科学理论也是一定历史条件下的产物 因此 从另一方面来看 就正如列 宁所指出的 人不能完全把握 反映 描绘全部自然界 它的 直接的整体 人在创立抽 象 概念 规律 科学的世界图画等等时 只能永远地接近这一点 任何理论 只能是 相对完成的体系 这就决定任何一个科学理论必然地在实践的推动下不断向前发展的 它 不可能是凝固不变的 2科学理论发展历史及其性质 所谓科学理论 是对某种经验现象或事实的科学解说和系统解释 它是由一系列特定 的概念 原理 命题 以及对这些概念 原理 命题 的严密论证组成的知识体系 下面 从创造性思维的角度 论述创立科学理论的思维过程 2 1 科学理论形成的思维过程 在科学理论创立中 科学问题的提出 科学事实的获取 科学定律的发现都是知识创 新的过程 在这个过程中如何从经验上升到基本概念与基本假设的问题 规范的科学哲学 家并没有深入研究他们只是用概率论方法测定基本假设的经验支持度 实证的科学哲学家 在总结概括自己的科学研究经验基础上 一方面指出从经验上升到基本概念与基本假设是 没有逻辑通道 的 另一方面他们深入地研究了这个问题的整个思维过程 把它划分为 若干阶段 并指出其中提出基本概念与基本假设的阶段必须运用直觉 灵感与想象力等思 维形式 19 世纪末 新的科学理论层出不穷 研究新理论是如何创立的关系到科学的发展 赫姆霍兹 彭加勒 阿达玛等著名科学家根据他们自己进行科学研究的经验 总结出创立 新理论的整个思维过程 即从提出问题 解决问题到新的理论的证明和检验的全过程 他 们的研究经过后人的发展 把创造性思维过程概括为如下四个阶段 第一 准备阶段 问题的提出 从提出问题开始 问题的深度决定科研活动是否具 有创造性 研究者针对提出的问题 首先进行周密的调查研究 搜集与问题有关的科研成 果 然后用已有的理论进行分析 主要用比较 分析 综合 概括 演绎 归纳等思维方 式 这时候对问题的探索充满着热切的期望 是一种对问题可望而不可即的境界 这种境 界可用 昨夜西楼凋碧树 独上高楼 望尽天涯路 来描述 是有意识地积累相关背景 知识 主要是基础理论 专业理论和相关学科的理论以及有关的事实根据 的阶段 第二 酝酿阶段 问题的求解 针对问题 根据已有的理论和搜集到的事实 提出 4 各种可能的解决方案 即科学探索过程中的假说 并对所提方案作出评价 这实际上是试 错过程 它往往要经过多次甚至无数次的失败 从而促使问题中的矛盾愈来愈尖锐化 在 山穷水尽 的情况下 研究者仍然日思夜想 进入 如痴如醉 的境界 对于这种状态 著名学者王国维称之为 古今之成大事业 大学问者 必经过三种之境界 的第二境 并 借用 衣带渐宽终不悔 为伊消得人憔悴 来描绘历尽艰辛但毫不悔恨的境界 第三 豁朗阶段 问题的突破 解决问题的方案 假说 是在这个阶段形成的 这 是创造性思维过程的关键阶段 在这个阶段上突破陈旧的观念 保妥思维定势的束缚 创 造性地提出新观念 新思想 新方法 是决定性的环节 新观念 新假说提出时开始只是 思想的闪光 或者是模糊不清的 或者是带有错误的成分的 必须要经过进一步的整理 修改和完善的逻辑加工过程才能形成 应该指出 假说的产生时间往往很短 甚至只是一 瞬间 而逻辑加工的过程却需要很长的时间 只有经过逻辑加工 对问题的解决方案才能 豁然开朗 才能成为可以检验 评价的方案 真是 众里寻他千百度 蓦然回首 那人却 在灯火阑珊处 这是第三境界 它象征历经千辛万苦 突然发现成功就在眼前 问题的 答案赫然出现 这就是顿悟 第四 验证阶段 问题成果的证明和检验 解决问题的方案 假说 是否能成果 是否有价值 只有通过检验 评价才能确定 这个阶段主要是设计 安排实验与观察 检 验由新假说推演出来的新结论是否正确 在检验新假说时 新的实验与观察的执行人可以 不同 时间的长短也有差别 检验的结果可以是新方案的证实或证伪 或者一部分被证实 一部分被证伪 2 2 科学理论的性质 理论的目的在于指导实践 而要能指导实践 首先就要为人们所接受 科学理论的评 价就是关于人们如何接受和选择理论的问题 理论的评价 除了由理论本身的特征所决定 外 还要受到科学家的知识背景 价值观念及其它社会心理因素等等的影响 但评价科学 理论不应随心所欲 由个人偏爱所左右 因为科学的基本价值是追求真理 这与追求理论 的解决能力和有效性是一致的 据此 我们对理论的评价 一般应该从以下几个方面进行 考虑 1 理论同经验事实的一致性 即从理论推出的可检验的结论应该与实验的检验结果 相符合 以表明理论具有真理性与精确性 理论与实验结果符合得越好 越广泛 理论的 可接受性就越大 特别是在新 旧理论的交替时期 新理论往往以更好 更广泛地与实验 结果相符合为特点 它不仅能说明旧理论已说明的现象 还能说明旧理论不能说明的现象 5 但是 光以理论的经验证据来评价是不够的 它不能解释科学发展中的许多现象 特别是 科学处于革命或转折时期的现象 例如 在 16 世纪支持哥白尼日心说的观察事实 比支持 地心说的少 但许多科学家却选择和接受日心说 这是因为理论的评价 还要考虑其他的 要求 2 理论内在逻辑的完备性 这个问题从来都在选择和评价各种理论中起着重大的作 用 由于自然科学理论是具有一定逻辑结构的理论体系 因此必然要求理论内部在逻辑上 自洽 理论不仅应保持内部逻辑上的一致性 而且与公认的有关的理论也应该具有一致性 理论内在逻辑的完备性之所以能成为评价科学理论的重要规范之一 还因为自然界具有复 杂性和多样性 对于某种理论总可以增加许多辅助性假设 使之与某些事实相适应 因此 只以外部证实作为评价标准是不充分的 我们还应考虑科学理论具有相对独立性与自主性 有许多新科学理论不是通过实验和科学事实的积累而建立的 而是先构造理论 列出方程 演绎出可供检验的结论 然后再由实验加以验证 这种方法既显示了科学认识的相对独立 性也说明了追求科学理论内在逻辑完备性是非常重要的 3 理论的简单性 自然科学理论体系应具有最大的简单性 即该体系所包含的彼此 独立的基本概念和基本定律最少 这是因为 第一 理论的基本概念和基本定律越少 它 的整个理论体系在逻辑上的完备性也越容易判定 理论体系内部的无矛盾性也越易于实现 第二 反映自然界本质的规律表述得越简单 也越容易通过观察实验进行检验 使实验具 有容易重复 反复检验的优点 第三 科学理论的基本概念和基本定律尽可能少 意味着 每个概念中包含的经验内容尽可能多 这样的理论体系才具有应用的广泛性 此外 理论 的简单性也与科学家追求物质世界的统一性 追求理论形式的简单 和谐 对称与理论的 数学美有关 当然 理论的简单性并不是数学工具和计算方法的简单 而是追求科学理论 体系的逻辑的简单性 4 理论的预见性 科学理论应当有广阔的视野 能预言那些未知的 或在理论建立 时未被解释的现象 能超过最初所解释的那些经验事实产生大量新的研究成果 这样的理 论体系属于进化的研究纲领 科学理论的功能不仅表现为能够解释已知的自然现象 更重 要的是表现为能够预见目前尚未观察到 但却能为尔后科学实践观察到的自然现象 科学 史表明 一个科学理论所揭示的自然规律越深刻 越普遍 它的预见性便越强 预见到的 现象越多 它的实践和理论意义也越大 根据科学理论的基本特征 对科学理论进行客观的评价 有利于促进科学知识的增长 但是 由于科学理论以及人对科学理论的认识都是历史的 发展的 因此任何标准都具有 6 相对性的一面 而不能把它绝对化 科学理论是不断发展的 人对科学理论的评价也是发 展的 3 科学假说怎么发展为科学理论 3 1 假说是科学理论发展的形式 假说是科学思维的形式 它在科学研究中起着巨大的作用 首先 假说使科学研究带有自觉性 假说是对未知的自然现象及其规律性的一种科学 的推测 研究者可以根据这种推测确定自己的研究方向 进行有目的 有计划的观测和实 验 避免盲目性和被动性 充分发挥主观能动性和理论思维的作用 因而又往往能够作出 惊人的科学发现 其次 假说是建立和发展科学理论的桥梁 科学理论是对自然界客观规律的正确反映 但是由于受各种条件的限制 人们不可能一下子达到对客观规律的真理性认识 而往往要 借助于假说这种研究方法 运用已知的科学原理与事实去探索未知的客观规律 不断地积 累实验材料 不断地增加假说中的科学性的内容 减少假定性的成分 逐步地从现象深入 到本质 从个别上升到一般 从感性经验达到理性认识 建立起正确反映客观规律的科学 理论 随着实践的发展 又会出现原先的理论所不能解释的新现象 这就需要提出新的假 说 建立新的理论 自然科学就是沿着假说 理论 新假说 新理论 的途径 不断地 向前发展的 第三 不同假说的 争鸣 有利于学术繁荣 不同的假说是从不同的侧面对客观事物 本质和规律的探索 它们之间的争论 有助于揭露矛盾 启发思考 相互补充 有利于更 全面 更深刻地揭示事物的本质 假说的这些作用 使它成为科学发展的一种重要形式 科学假说经实践的检验 就向理论转化 假说向理论发展的情形 大体有三种情况 第一 假说经过实践检验逐步转化为科学理论 而与之矛盾的假说被否定 例如 关 于热现象的本质 科学史上曾有两种相对立的假说 热素说和热之唯动说 前者认为热是 没有重的某种流质 叫热质也叫热素 后者认为热是构成物质的某一种微粒的运动 两种 观点都有一些根据 进行着长期的争论 但到了十八世纪末 英国的伦福德和戴维首先用 严格的实验初步证实运动说而否定了热素说 以后 十九世纪四十年代 焦耳等人通过测 定热功当量的实验建立了能量守恒定律 十九世纪中叶以后 分子运动论的建立并得到了 实验的验证 这样 热的运动说就得到了证实而转化为科学理论 而热素说就从根本上被 7 否定了 第二 经实践检验后 假说的基本观点被肯定 但在些具体细节上存在着矛盾 需要 进行某些修正 例如 世纪六十年代 通过沃生 J D Watson 克里克 F Crick 等人 的研究 建立起了生物遗传的所谓中心法则 这个法则认为 DNA 是遗传物质 它只能通 过自我复制产生 并且它所带的遗传信息转录到 RNA 后才能控制蛋白质的合成 即 DNA RNA 蛋白质 大量的实践证明 遗传的中心法则基本上是正确的 它对人们改造生物的 实践具有重大指导意义 但是 七十年代以来人们又发现 在蛋白质的合成过程中 不单 由 DNA 决定 RNA RNA 同样可以反过来决定 DNA 例如 1970 年发现某些致癌病毒中有一种 酶 叫做逆向转录酶 在这种酶的作用 用 RNA 作为模板 合成 DNA 以后在两栖动物 哺乳动物中都发现了这种逆向转录现象 逆向转录现象的发现说明 DNA 只能由 DNA 自我 复制产生和单向转录观点就不合实际了 应该对中心法则加以修正 修正后的中心法则应 写成 DNA RNA 蛋白质 这样就使遗传的中心法则更加接近客观真理了 第三 通过实践检验 证明两个对立假说各自包含局部真理 而为另一种更深刻的学 说所代替 例如 十七世纪末 对光的本性有两种假说 一种是 微粒说 认为光是直 线运动的微粒流 另一种是 波动说 认为光是一种波 有一类实验 如干涉实验和衍 射实验可为波动说所解释 而不能为微粒说所解释 另一类实验 如黑体辐射 光电效应 等可为波动说所解释而不能为微粒说所解释 这两种假说 各自解释了光的某一方面的属 性 却又都具有片面性 二十世纪初 爱因斯坦 A Einstein 提出了光量子概念 在微 观水平上说明了光既是微粒又是波 光的波粒二象性学说比以往的微粒说 波动说 更深 刻地反映了光的内在本质 综上所述我们可以清楚地看到 在科学发展中 充满着假说的不断更替 或者推翻一 些假说 或者修正一些假说 或者验证一些假说 它反映了人类认识的复杂性和迂回性 人类正是在实践中把握客观真理 认识事物本质 通过实践提出假说 又通过实践验证假 说 使科学假说发展为科学理论 3 3 假说发展成科学理论的过程 科学假说的提出和建立不是目的 目的在于建立科学理论 而科学理论可以达到对自 然规律和本质的认识 从而在深层次把握自然 科学假说经过理论检验和经验检验 向科 学理论的方向转化 科学理论是科学研究的最终精神产品 在形式上科学理论是由概念 术语 公式 模型 图表 定律等组成的知识体系 它们之间内在地逻辑联系组合在一起 组成一个有机统一体 内容上 科学理论是由概念 命题和命题系统组成的反映人们对自 8 然界的客观认识的知识体系或思想体系 它们也按一定的逻辑规则组织起来组成一个有机 统一体 科学理论有两种显著的特征 一是理论均能解释观察到的规律性 二是任何理论 必须能够从该理论的各种命题中演绎出概括 可见 科学理论是完整的理论知识体系 能 带给科学家以事实或经验概括相对应的概念 从而科学家可以对有关科学事实以解释并做 出相关的科学预测 科学假说向科学理论的转化是一个不断进行充实 系统化的严密的逻 辑证明和证实证伪的过程 科学假说的检验是从一些证据中获得某种程度的支持或确证 这一问题也是当代科学 哲学的核心议题之一 得到学界的广泛讨论 大体来说 科学假说的检验的主要内容是 1 理论检验 也即逻辑证明 首先要做的就是对它的理论检验 理论检验即逻辑证明的目的 是检验该假说是否具有逻辑上的完备性 可判断其是否成为科学理论的主要依据 逻辑证 明主要包括从概念 命题和命题系统三个层次进行基本理论的规范性分析 科学假说各 部分的逻辑合理性和严密性分析 科学假说的预测性的逻辑展现和科学假说跟现有理论间 的契合等方面 体现出了对科学假说检验的理论严密性 2 经验检验 即证实和证伪 这是对科学假说检验的重要步骤和方法 科学假说能否经得起实证经验的验证 是是否成 为科学理论不可或缺的一环 如果被证实 则可以成为科学理论 如果被证伪 则就失去 了成为理论的资格 经验验证主要包括对科学假说预言证据的理论上的确认 对现实对象 进行经验证据的搜集 对预言证据和经验证据进行对比分析等内容 在科学假说经验验证 的实际操作操作中 由于科学事实的复杂性的原因 证实方法和证伪方法往往综合运用 当然 这种分析方法是看问题的一个视角 在当代科学哲学研究中 对证据的确证中 运用了其它许多方法 比如主观贝叶斯主义概率论 费希尔 波普尔理论等 各种理论对问 题的解决各有自己的优势 科学史上 我们看到在科学假说向科学理论转化的过程中 几 种假说可能同时存在 由于基于的理论背景不同 提出的预测可能存在很大的不同 形成 竞争态势 比如中世纪关于地球和太阳谁处中心的争论 光的几种学说的争论等就体现了 这种情况 在这种境况下 我们应该把精力集中在选择最佳科学假说上来 这就要有一套 方法 这套方法应遵循以下原则 可检验性原则 科学假说应是可检验的 包括理论和经 验的检验 解释性原则 要求科学假说可以解释原有理论可解释的现象 也可以解释现有 理论不可解释的情况 相容性原则 即科学假说与原有理论相包容 例如原有理论变成了 假说的一种形式 简单性原则 即科学假说包含的相互独立的假设或公理最少 这样科 学假说的内涵少 但外延大 就可以解释更多的现象 科