科学方法论-2014-4-提出科学假说和建立科学理论的方法研究.ppt

提出科学假说和建立科学理论的方法,康仕慧山西大学科哲中心,2,科学结论,生物学家：人是由猿进化来的。宇宙学家：宇宙一直在膨胀。物理学家：一切物质都遵循万有引力定律。科学家为何会做出这样的断言呢？答案是：科学家们是通过推理或推论确信上述结论的。科学推理的本质是什么？对于科学家们所作的推论我们应该持有多大的信任度？,3,1、演绎推理2、归纳推理3、归纳难题4、最佳说明推理,提出科学假说和建立科学理论的方法,4,演绎推理,所有的中国人都是勤劳的。张三是一个中国人。因此，张三是勤劳的。演绎推理：如果前提为真，那么结论一定也为真。推理的前提必然导致结论。特点：从一般原理推出个别结论,5,演绎推理,凡人皆有死。（大前提）爱因斯坦是人。（小前提）因此，爱因斯坦终是有死的。（结论）演绎推理：如果前提为真，推理正确遵循逻辑规则，那么结论一定也为真。特点：结论不会含有比前提中更多的信息。既然知道凡人皆有死而爱因斯坦是人，那么爱因斯坦终是有死的信息就已在前提中出现。,6,演绎推理,所有的猫都有5条腿。朵朵是我的猫。因此，朵朵有5条腿。这是一个完全有效的演绎推理，显然，仅靠逻辑并不能发现自然界的真，也建立不起科学理论。那么，科学定律是如何推导出来的呢？,7,归纳推理,金属受热时会膨胀。酸会使石蕊试纸变成红色。金属x1在时刻t1受热时膨胀。金属x2在时刻t2受热时膨胀。金属xn在时刻tn受热时膨胀。所有金属在受热时都膨胀。,普遍命题,8,归纳推理,扩展推理结论中所含信息多于前提中所蕴含的。可以由直接经验获知的前提推出未知的结论，即尚未观察到或经验过的结论。可以从描述观察到的特殊事件开始，到预言未来（或追溯过去）的更多的特殊事件为止。这种推理（特别是在科学研究中）往往是从描述观察到的特殊事件开始，到概括大量的与其相似而又未观察到的特殊事件为止，这些事件可以发生在过去、现在或将来。,9,归纳推理,扩展推理结论中所含信息多于前提中所蕴含的。从已知特殊到未知特殊推断从特殊到一般归纳,10,归纳推理,盒子里前五个鸡蛋坏了。所有鸡蛋上标明的保质日期都相同。因此，第六个鸡蛋也将是坏的。归纳推理：如果前提为真，那么结论不一定也为真。推理的前提并不必然导致结论。归纳推理：从关于某对象已被检验的前提推论到关于该对象的未被检验的结论。特点：从个别事实推演出一般原理。,11,日常生活中的归纳推理,迄今为止，我的电脑在打开时都不曾爆炸。因此，我的电脑在此时打开时将不会爆炸。该推论是归纳的，不是演绎的。因为推理的前提并不必然得出结论。我的电脑此时爆炸在逻辑上可能的，即使这在以前从来没有发生过。,12,迄今为止，天下雨地面就会湿。因此，天一下雨地面就会是湿的。该推论是归纳的，不是演绎的。因为推理的前提并不必然得出结论。天此时下雨但地面并没有湿在逻辑上可能的，即使这在以前从来没有发生过。,日常生活中的归纳推理,13,迄今为止，太阳一直东升西落。因此，明天太阳也将东升西落。该推论是归纳的，不是演绎的。因为推理的前提并不必然得出结论。明天太阳从西边升起在逻辑上可能的，即使这在以前从来没有发生过。,日常生活中的归纳推理,14,迄今为止，小丽一哭奶奶就给她零花钱。因此，现在小丽一哭奶奶也将给她零花钱。该推论是归纳的，不是演绎的。因为推理的前提并不必然得出结论。奶奶现在不给小丽零花钱在逻辑上可能的，即使这在以前从来没有发生过。,日常生活中的归纳推理,15,迄今为止，人都会死去。因此，所有的人将来也都会死去。该推论是归纳的，不是演绎的。因为推理的前提并不必然得出结论。人长生不老在逻辑上可能的，即使这在经验上看似显得荒谬。,日常生活中的归纳推理,16,遗传学家告诉我们唐氏综合症患者具有一条多余的染色体他们拥有47条而不是常人的46条。他们是如何发现的呢？迄今为止，所有被检验的唐氏综合症患者都有47条染色体。因此，所有的唐氏综合症患者（包括尚未进行检验的）都有47条染色体。,科学中的归纳推理,17,牛顿的万有引力原理：宇宙中的每一个物体都会对任一其他物体产生引力作用。很显然，牛顿并没有通过检验宇宙中的每一物体来得出这一定律。那么他是如何发现的呢？行星和太阳以及地球表面附近各种运动的物体适用这个定律。因此，该定律对所有的物体都适用。,科学中的归纳推理,18,报纸或媒体评论说科学家已经“通过实验证明”基因改良的玉米对人体是安全的。科学家已经对大量的人测试了这一种玉米，迄今为止，没有一个人产生不良反应。因此，基因改良的玉米永远是安全的。这种玉米对于被检验过的人没有任何坏处。这种玉米对于任何人都没有坏处。,科学中的归纳推理,19,咏菊诗王安石-苏东坡西风昨夜过园林，吹落黄花满地金。秋花不比春花落，说与诗人仔细吟。,归纳推理的不可靠,20,寓言故事：有一只公鸡早上醒来打鸣，它每次打鸣时，太阳就升起来了。因此，它非常自豪，以为自己可以使太阳升起来，所以它每天早上总是按时起来打鸣。,例子2：公鸡打鸣,21,以对一种疾病新疫苗的试验为例。这一疫苗可在几个实验中都证明有效，但我们仍不敢断言将来也会有效。在1943和1945两年美国大规模试验中起到很好预防作用的流感疫苗，在1947年流感再次流行时却无效。原因在于：1947年的流感病毒菌株不同于1943年和1945年引起流感的流感病毒菌株。,例子3：流感疫苗,22,这不是一个普通的火鸡，这是一只会思考的火鸡，而且它是一个卓越的归纳主义者，它会用归纳的方式来思考。这只会思考的火鸡有一个重大发现：每天上午9点钟主人总会给它喂食。但是这只火鸡是一只有思想的火鸡，它不会马上做出结论，它就一直在搜集相关的证据，进行了大量的观察。而且它的观察是在不同的情况下进行的，比如说雨天和晴天，热天、冷天，星期三和星期四，它每天在自己的记录中都会加入新的观察和陈述，到最后它才进行归纳整理，得出结论。这个火鸡说，主人是一个非常善良好心的主人，他总是在每天上午9点钟来给我喂食。从此它就放心了，但是事情并没有像它想象的那样简单快乐。到了圣诞节的前一天，这个主人不仅没有给它喂食而且还把它杀了，做了一顿香喷喷的火鸡大餐。通过归纳总结概括的结论，终于被无情地推翻了。,例子4：罗素的火鸡,23,休谟的归纳问题,24,归纳的分类:（1）本能的归纳；（2）由对常识的思考获得的归纳；（3）通过批判性科学研究获得的归纳。尽管归纳对获得有关经验世界的知识十分重要，但是那种原始的归纳，并非一定能让我们获得最可靠的知识。新的经验会促使我们修正以前认为是没有问题的概括。比如：纠正太阳绕地球运转这一常识性的概念。永远不要绝对认为我们已经掌握了经验知识，归纳出的知识基础远非意味着根深蒂固，进一步的经验仍可将其动摇。目前，尚无法证明归纳不出错误。即使所有的前提均为真，都不可能证明，归纳推理是保证结论必然为真的手段。,归纳问题,25,休谟问题,大卫休谟（DavidHume，1711-1776）,“我们没有理由对那些超越我们经验的任何对象作出任何推断”，即便是在观察到它们的“经常的或恒常的联结”之后。,也就是说，并不存在从大量的观察证据达到真理的合法推理。休谟认为，我们没有任何逻辑理由去相信未来将像过去一样。,26,诉诸经验的成功经验告诉我们归纳论证是成功的。我们每天都在不可避免地运用着归纳推理。相信明天太阳不从东方升起的人是奇怪的。但是这种辩护本身就是一种归纳推理，也就是用归纳证明归纳，是循环论证。,如何为归纳推理进行辩护？,27,归纳原理在场合x1成功地发挥了作用。归纳原理在场合x2成功地发挥了作用，等等。归纳原理总能发挥作用。这种辩护本身就是一种归纳推理，也就是用归纳证明归纳，是循环论证。,如何为归纳推理进行辩护？,28,增加附加前提，把归纳论证转换为演绎论证。前提一：所有已被检验的唐氏综合症患者都有47条染色体。前提二：未检验的唐氏综合症患者与已被检验的唐氏综合症患者具有相似性。（自然的齐一性假设）因此，所有的唐氏综合症患者都有47条染色体。但是，自然的齐一性假设本身就是一种归纳。,如何为归纳推理进行辩护？,29,休谟的归纳问题,在通常情况下，我们认为科学正是理性探究的范式。对科学家们所说的关于世界的一切，我们深信不移。每一次坐飞机旅行，我们都把自己的生命放在设计飞机的科学家的手上。但是科学却依赖着归纳，休谟的观点似乎表明归纳不可能被理性地辩护。如果休谟正确，建立科学的基础看起来就不如我们所希望的那样坚固。这种使人困惑的情形被称为休谟归纳问题。,30,最佳说明推理,31,非演绎推理：归纳,迄今为止，所有验证过的x都是y。下一个将要验证的x也会是y，或者，所有的x都是y。,32,非演绎推理：最佳说明推理,橱柜里的面包不见了，仅留下一些面包屑。昨天晚上听到了来自橱柜的嗤嗤声音。所以，面包是被老鼠吃了。前提并不必然导致结论，是非演绎推理。,33,非演绎推理：最佳说明推理,老鼠假说保姆假说保姆偷吃后故意留下面包屑。嗤嗤的声音是水壶发出的。老鼠假说的解释更为合理，这种推理就被称为最佳说明推理。虽然我们不能确定猜想老鼠作案是对的，但总体来讲这个假说看起来相当合理：它是对已知事实最好的解释方式。,34,科学中的最佳说明推理,达尔文的生物进化论马和斑马由上一级共同祖先演化而来为解剖学的相似性提供了最佳解释。两个相互竞争的假说：最佳说明,35,科学和伪科学,36,归纳推理的缺陷,科学的确证,科学的证伪,卡尔波普尔（KarlRPopper，1902-1994）,假说-演绎,37,科学的可证伪性标准,波普尔认为科学理论的基本特征是它应具有可证伪性。可证伪性并不是说它是错的。而是说它意味着该理论能够作出一些可以用经验进行检验的特定预测。如果这些预测被发现是错误的，这一理论就被证伪了，或者说被否证了。一个可证伪的理论是指它不能和每一个可能的经验过程相容。一些所谓的科学理论是不满足这一条件的，因此根本不应该被称为科学，它们是伪科学。,38,不可证伪的伪科学,弗洛伊德的精神分析理论。弗洛伊德的理论可以与无论怎样的经验发现相一致。对于患者的任何行为，弗洛伊德学派都可以找到相应的解释他们永远不会承认自己的理论是错的。马克思的历史理论马克思主张，资本主义将让位于社会主义并最终走向共产主义。当这一断言没有变成现实时，马克思主义者并不承认马克思的理论是错的，而是会提出各种解释为之辩护。因此，马克思的理论和现有的各种社会形态相容，是不可证伪的，因而不是真正的科学。,39,科学的可证伪性,爱因斯坦的广义相对论预测：来自遥远星球的光线会在太阳引力场的作用下发生偏转现象。验证：1919年英国天文学家爱丁顿组织的探险考察队验证了这一预测。假如事实上星光没有被太阳偏折，就表明爱因斯坦是错误的。因此，爱因斯坦的理论满足可证伪性条件。,40,科学的可证伪性标准合理吗？,可证伪性如果经验与预测不符，则相应的科学理论被证伪。反例：牛顿万有引力理论预测：行星在围绕太阳旋转时有特定的轨道。经验：观测到的天王星的轨道与牛顿的预测不一致。实践：英国的亚当斯和法国的勒威耶并没有假定牛顿的理论是错的，而是假定存在另外一颗行星，最终发现确实存在海王星。,41,科学的可证伪性标准合理吗？,因此，可证伪性并不是决定一种理论是否是科学理论的标准。在波普尔之后，又出现了许多新的解释。,42,假说-演绎也涉及归纳,假说的提出假说的确证/反驳例子：塞麦尔维斯产妇死亡假说（1）要想提出精确的假说就要有经验。（2）假说-演绎中用到了归纳：假定某特殊的确证观察将继续得到确证，同样某驳倒的观察将继续遭到反驳。这两种假设均是接受了归纳的结果；均是接受了未来将会像现在和过去一样的结果。,都涉及归纳,43,逻辑推理的限度,“人类主要凭借机遇或其它，而不是逻辑，创造了艺术和科学。”培根推理不能导致新发现。推理在研究工作中的作用不是作出事实性或者理论性的发现，而是证实、解释并发展它们，并形成一个普遍的理论体系。科学论文VS.真实的科学研究逻辑推理的局限性！科学确证,44,科学发现的方法