科学方法论--提出科学假说和建立科学理论的方法

1、 提出科学假说和建立提出科学假说和建立 科学理论的方法科学理论的方法 康仕慧 山西大学科哲中心 2 生物学家：生物学家：人是由猿进化来的。人是由猿进化来的。 宇宙学家：宇宙学家：宇宙一直在膨胀。宇宙一直在膨胀。 物理学家：物理学家：一切物质都遵循万有引力定律。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？科学家为何会做出这样的断言呢？答案答案 是：科学家们是通过推理或推论确信上述结是：科学家们是通过推理或推论确信上述结 论的。论的。 科学推理的本质是什么？对于科学家们所作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？的推论我们应该持有多大的信任度？ 3

2、1、演绎推理、演绎推理 2、归纳推理、归纳推理 3、归纳难题、归纳难题 4、最佳说明推理、最佳说明推理 4 演绎和归纳演绎和归纳 所有的中国人都是勤劳的。所有的中国人都是勤劳的。 张三是一个中国人。张三是一个中国人。 因此，张三是勤劳的。因此，张三是勤劳的。 演绎推理：演绎推理：如果前提为真，那么结论一定也如果前提为真，那么结论一定也 为真。推理的前提必然导致结论。为真。推理的前提必然导致结论。 特点：特点：从一般原理推出个别结论从一般原理推出个别结论 5 演绎和归纳演绎和归纳 所有的猫都有所有的猫都有5条腿。条腿。 朵朵是我的猫。朵朵是我的猫。 因此，朵朵有因此，朵朵有5条腿。条腿。 这是一

3、个完全有效的演绎推理，显然，仅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，也建立不起靠逻辑并不能发现自然界的真，也建立不起 科学理论。科学理论。 那么，科学定律是如何推导出来的呢？那么，科学定律是如何推导出来的呢？ 6 演绎和归纳演绎和归纳 金属受热时会膨胀。金属受热时会膨胀。 酸会使石蕊试纸变成红色。酸会使石蕊试纸变成红色。 金属金属x1在时刻在时刻t1受热时膨胀。受热时膨胀。 金属金属x2在时刻在时刻t2受热时膨胀。受热时膨胀。 金属金属xn在时刻在时刻tn受热时膨胀。受热时膨胀。 所有金属在受热时都膨胀。所有金属在受热时都膨胀。 普遍命普遍命 题题 7 演绎和归纳演

4、绎和归纳 盒子里前五个鸡蛋坏了。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。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。因此，第六个鸡蛋也将是坏的。 归纳推理：归纳推理：如果前提为真，那么结论不一定如果前提为真，那么结论不一定 也为真。推理的前提并不必然导致结论。也为真。推理的前提并不必然导致结论。 归纳推理：归纳推理：从关于某对象已被检验的前提推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。论到关于该对象的未被检验的结论。 特点：特点：从个别事实推演出一般原理。从个别事实推演出一般原理。 8 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

5、爆迄今为止，我的电脑在打开时都不曾爆 炸。炸。 因此，我的电脑在此时打开时将不会爆因此，我的电脑在此时打开时将不会爆 炸。炸。 该推论是归纳的，不是演绎的。因为推该推论是归纳的，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，即使这在以此时爆炸在逻辑上可能的，即使这在以 前从来没有发生过。前从来没有发生过。 9 迄今为止，天下雨地面就会湿。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。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

6、时下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。使这在以前从来没有发生过。 日常生活中的归纳推理 10 迄今为止，太阳一直东升西落。迄今为止，太阳一直东升西落。 因此，明天太阳也将东升西落。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。以前从来没有发生过。 日常生活中的归纳推理 11 迄今为止，小

7、丽一哭奶奶就给她零花钱。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。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。前从来没有发生过。 日常生活中的归纳推理 12 迄今为止，人都会死去。迄今为止，人都会死去。 因此，所有的人将来也都会死去。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。因为推理该推论是归纳的，不是演绎的。

8、因为推理 的前提并不必然得出结论。人长生不老在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逻辑上可能的，即使这在经验上看似显得 荒谬。荒谬。 日常生活中的归纳推理 13 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迄今为止，所有被检验的唐氏综合症患者 都有都有47条染色体。条染色体。 因此，所有的唐氏综合症患者（包括尚未因此，所有的唐氏综合症患者（包括尚未 进行检验的）都有进行检验的）都有47条染色体。条染色体。 科学中的归纳推理 14 牛顿的万有引力原理：宇宙

9、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。物体适用这个定律。 因此，该定律对所有的物体都适用。因此，该定律对所有的物体都适用。 科学中的归纳推理 15 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科学家已经对大量的人测试了 这一种玉米，迄今这一种玉米，迄今 为止，没有一个人产生不良反应。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。因

10、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。这种玉米对于任何人都没有坏处。 科学中的归纳推理 16 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 17 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。 例子2：流感疫苗 18 休谟的归纳问题休谟的归纳问题 19 大卫大卫休谟休谟（

11、david hume，1711-1776） “我们没有理由对那些超越我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们经验的任何对象作出任何推 断断”，即便是在观察到它们的，即便是在观察到它们的 “经常的或恒常的联结经常的或恒常的联结”之后。之后。 也就是说，并不存在从大量的也就是说，并不存在从大量的 观察证据达到真理的合法推理。观察证据达到真理的合法推理。 20 诉诸经验的成功诉诸经验的成功 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

12、理进行辩护？ 21 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？ 22 增加附加前提，把归纳论证转换为演绎论证。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前提一：所有已被检验的唐氏综合症患者都有47 条染色体。条染色体。 前提二：未检验的唐氏综合症患者与已被检验的前提二：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。（唐氏综合症患者具有相似性。（自然的齐一性假自然的齐一性假 设设） 因此

13、，所有的唐氏综合症患者都有因此，所有的唐氏综合症患者都有47条染色体。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？ 23 在通常情况下，我们认为科学正是理性探究的在通常情况下，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，

14、建立科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。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这种使人困惑的情形被称为休谟归纳问题休谟归纳问题。 24 最佳说明推理最佳说明推理 25 迄今为止，所有验证过的迄今为止，所有验证过的x x都是都是y y。 下一个将要验证的下一个将要验证的x x也会是也会是y y， 或者，所有的或者，所有的x x都是都是y y。 26 橱柜里的面包不见了，仅留下一些面包橱柜里的面包不见了，仅留下一些面包 屑。屑。 昨天晚上听到了来自橱柜的嗤嗤声音。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

15、了。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。前提并不必然导致结论，是非演绎推理。 27 老鼠假说老鼠假说 保姆假说保姆假说 保姆偷吃后故意留下面包屑。保姆偷吃后故意留下面包屑。 嗤嗤的声音是水壶发出的。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。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。释方式。 28 达尔文的生物进化论达尔文的

16、生物进化论 马和斑马由上一级共同祖先演化而来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。为解剖学的相似性提供了最佳解释。 两个相互竞争的假说：最佳说明两个相互竞争的假说：最佳说明 29 科学科学和伪科学和伪科学 30 卡尔卡尔波普尔波普尔（karl rpopper ，1902-1994） 31 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

17、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。 32 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。 33 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。 34 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。 35 因此，可证伪性并