第6章科学方法论：经验世界的认知与构造省名师优质课赛课获奖课件市赛课百校联赛优质课一等奖课件

第六章：科学方法论(上)经验世界认知与结构1/191第一节：科学认识与逻辑结构什么是科学与科学认识？科学认识何以可能？经验世界特点？经验世界逻辑结构标准？2/191一、客观自然界与经验世界辩证关系1、客观自然界与经验世界逻辑过渡经验世界：是与自然界相正确，并经过人感知觉经验尤其是实践行为所了解世界。直观猜测方式概念思辨方式分析活动方式整体了解方式3/191经验世界特点：经验世界有特殊认识论地位，是因为经验世界除了有其本体论客观意义之外，更含有鲜明主体结构性特点：可建构性。可选择性。可评价性。4/1912、经验世界感知觉与常识从认识论上讲，经验世界存在总是经过人感知觉来把握。感知觉即是利用眼耳鼻舌身等器官来了解世界感性认识活动，也是人与自然界一个现实关系。人对世界感知觉包含两个方面含义：一是包含着对当前对象认识。另一是包含着对当前对象类意识。因为类意识存在，因而人感知觉总与以往背景知识相关。在科学认识形成以前，这种背景知识就是我们所说常识。5/191常识是人类在文化背景中面对自然界方方面面所应该知道直觉性看法，它通常利用一个民族技术语言、道德规范、诗歌文学、宗教神话等载体，表示那是显而易见、理所当然，非反思日常知识。一是熟知二是日常应用6/191与科学知识相比常识基本特点：不系统性是零碎知识形式非批判性应用方法是依赖于人类实践中已经知道或认可判断历史性常识形成是个历史过程；常识并不是一成不变知识体系，全部科学知识都有可能成为文明常识。7/191科学、哲学以及理性思维都必须从常识出发。在认识论意义上，常识上升为科学过程是一个常识被不停批判反思过程普通经历两个阶段：第一阶段是常识成为问题而组成反思对象；第二阶段是对常识性概念形式考虑。常识本身对认识上逻辑一致性、相容性是不会引发人们注意，但常识一旦成为批判对象，那么人们就会对常识性概念、常识性判断做出理性反思。经过第二阶段人们对自然界认识就从常识性认识过渡到科学性认识。8/191自然界是人类认识终极根基，人经过感知觉经验尤其是实践性行为所了解经验世界是人类科学认识直接对象，其认识出发点是常识，而我们取得认识进步主要伎俩是批判。9/191初级阶段：用常识解释常识高级阶段：用非常识解释常识10/191二、科学认识1、科学认识基本特征科学与常识直观区分在于科学总是对认识对象做出实证性解释或说明，其原因在于科学目标要求人们对经验世界认识采取一个自觉和审慎批判。科学认识相对于常识性认识和哲理性认识而言含有两个最基本特征：反应与创造辩证统一；（物质与精神）经验与理性辩证统一（确定性与可检验性；人类经验主义与理性主义产物）11/1912、科学认识系统组成在科学认识论中，人们通常把科学认识主体、科学认识客体和科学认识中介称为科学认识三大要素。12/191科学认识主体：普通意义上将科学认识主体是立足于自然属性基础上并以社会属性为主要特征一类社会组员。这种要求是基于传统认识论。但伴随科学技术发展虚拟技术所创造虚拟认识主体（agent）,深入丰富了科学认识主体内涵。揭示了人类认识主体在自然界中地位并没有绝正确优越性。13/191科学认识客体：在科学认识论意义上，科学认识客体不是泛指全部自然对象，而是指进入科学认识主体认识和实践范围自然界对象。科学认识客体也不是一个静态概念，而是个历史动态性概念。其范围随主体认识能力和实践能力发展而不停扩大。虚拟实在（VirtualReality）,一个全新硅化世界，以数字化伎俩、三维视觉表现形式为科学认识主体展示了科学客体新类型。14/191科学认识中介。科学过程中主客体关系是经过若干中介步骤完成。科学认识中中介步骤表达为：为了克服人类认识器官局限引入仪器、工具等感性物质中介。为了简化思维过程确保思想有效保留和传输引入思想载体符号中介。为了确保科学有效性与合理性引入操作、运算推理等规律中介。15/191三、经验世界逻辑结构标准1、科学认识与科学技术方法科学认识是人类高层次理性认识活动，它不但需要使用科学仪器等物质工具，而且还必须藉助于科学技术方法。科学技术方法是科学认识主体为处理科学问题所采取伎俩和程序总和，是科学认识主观工具。16/191在科学研究领域，对于不一样研究对象以及不一样研究要求科学技术方法表现出不一样层次性。从认识论角度看，科学技术方法能够划分为三个层次：第一层次是哲学方法。比如：矛盾分析法、归纳演绎方法、科学抽象方法等，适合用于各个学科和研究领域。第二层次是科学研究普通原理和方法。比如：可观察原理、可检验性原理、观察与试验方法、类比与直觉、系统方法与数学方法等第三层次是详细科学特殊原理和方法。比如：量子力学对应原理、光谱分析法、统计学方法等。17/191科学技术方法这三个层次间关系是普通与个别关系。第一层次是哲学认识论和方法论所研究内容；第二层次是自然辩证法重点研究内容；第三层次是详细学科所研究内容。这种划分是相正确。任何一个认识都需要哲学认识论和方法论依据，同时也需要经验方法基础。18/191长久以来，科学技术方法研究一直受到科学家和哲学家重视。也是科学技术哲学界讨论主要内容，其研究关键在于能否经过追求明白无误逻辑和语言，建立一个能确保认识含有确定性和真理性方法与规律。从古到今科学家都对此有过论证:19/191亚里士多德认为，科学知识是必定性、普遍性、真理性知识，所以提出归纳-演绎认识程序。其中归纳处理知识前提，演绎确保推理合理性。伽利略认为，取得科学知识有效路径是把观察、试验与数学分析结合起来。培根从哲学上提出试验-归纳经验主义认识程序，认为正确认识程序是从自然史基本命题向形而上学命题递进金字塔模式。笛卡尔从哲学上提出理性主义认识程序，认为正确认识程序是从普遍怀疑标准出发，经过直观-演绎使得基本命题可从普遍命题中推演出来。20/19120世纪以来，逻辑经验主义利用数理逻辑工具，把科学研究程序深入地奠定在经验和逻辑之上。尽管这些方法论哲学立场各异，但他们都试图经过一个可靠认识程序，以求得确凿无疑科学知识。伴随当代科学发展，尤其是爱因斯坦相对论建立，科学家和哲学家感到，试图经过一个唯一可靠方法程序，来确保科学研究必定能够取得普遍性、真理性科学知识，这种想法是不现实。科学技术方法最主要本质在于批判性和创造性，它主要功效是在于确保科学知识不停增加。21/191当代西方科学哲学探讨科学方法论问题主要流派有：由维也纳学派所提倡逻辑经验主义；波普尔（PopperK）批判理性主义；库恩（KuhnT）科学范式和科学发展理论；拉卡托斯（LakatosI）科学研究纲领方法论；费耶阿本德（FeyerabendP）多元主义方法论；夏皮尔（ShapereD）科学实在论，等等。22/1912、经验世界结构方法论标准从马克思主义哲学立场出发，经验世界逻辑结构必须遵照以下几个方法论标准：一是客观性标准。经验世界理性重建必须以客观自然界存在作为理性结构前提，这是结构本体论要求。二是实践性标准。经验世界理性重建必须以主观见之于客观物质性活动作为理性结构前提，这是结构认识论要求。三是逻辑性标准。经验世界理性重建必须形成一个概念系统，这是结构逻辑性要求。23/191第二节科学认识经验基础一、科学事实及其基本特征科学认识目标是揭示事物本质和规律，而科学认识首先是获取科学事实，并在此基础上整理加工成科学理论。恩格斯指出：“不论在自然科学或历史科学领域中，都必须从现有事实出发”。获取科学事实是科学研究出发点，正如巴甫洛夫指出：“不论鸟翼是多么完美，但假如不凭借空气，它是永远不会翱翔高空，事实就是科学家空气，你们假如不凭借事实，就永远也不能飞腾起来。”24/191我们在日常生活中所接触到客观事物及其现象，通常叫做事实，但不都是科学事实。事实有两种意义上指称：一是客观存在现象、事件、事物本身；二是关于现象、事件、事物经验知识。所谓科学事实，普通是指人们对所观察到事件、现象和过程所作真实描述。

科学事实普通分为两类：事实Ⅰ：指客体与仪器相互作用结果表征，如观察仪器上所统计和显示数字、图像等。它既与客体相关，也与人所设置认识条件相关。事实Ⅱ：指对观察试验所得结果陈说和判断。它既与客体本性、仪器性能相关，也与人用以描述事实概念系统相关。25/191（一）科学事实与其它事实1．客观事实与科学事实客观事实是指还未进入科学研究领域，独立于科学认识主体之处，实际存在着事件、现象和过程。它没有正确和错误之分，是纯客观，不包含任何主观原因。但它能够被人们所感知，能够成为观察、试验对象，它本身不是知识。如：年11月由中国、美国、英国等几个国家参加对人类基因谱草图绘制完成，这里基因及其遗传密码在还未进入科学研究主体视野时，是客观存在自然现象，是客观事实。科学事实作为科学研究主体初步结果，是已进入科学研究领域，被科学劳动者掌握和确证事实。如哈雷慧星76年回地球上空一次，就是科学事实。26/1912．经验事实与科学事实所谓经验事实是指人们用专业语言或文字对经过观察、试验而被感知客观事实所作描述和判断。因为科学认识复杂性，人们在观察过程中难免产生偏差，所得到经验事实常会掺杂着虚假描述。所以经验事实与科学事实显著不一样点是：经验事实含有可错性和不确定性特点。因为，经验事实获取与人所没置认识条件（比如仪器设备性能）相关，与人用来描述观察结果概念系统相关，还与认识主体认识能力相关，只有那些经过价值尺度选择，相关伎俩判定经验事实才能称得上科学事实。并非全部经验事实都属科学事实。27/1913．理论事实与科学事实理论事实是指按照某种理论构想或依据某一科学理论断定其存在，但还未观察到某种实体和过程。比如，爱因斯坦依据广义相对论预言光线在强引力场中会发生弯曲就是理论事实。为了证实该理论事实是科学事实，爱因斯坦提议利用日蚀时观察，从太阳边缘经过星光将沿着非直线短程线传输。1919年5月恰好要发生一次日蚀，英国皇家科学院派出以大科学家爱丁顿为首两支观察队赴西非和巴西，这次观察成功地证实了爱因斯坦关于光线经过强引力场要发生偏转预言。从而该理论事实就转化为科学事实。理论事实能否被以后观察试验所证实而转变为科学事实，关键在于理论本身科学性、可靠性。28/191（二）科学事实特点第一，含有个别性，即关于某一单独对象有或没有某种属性描述。而假如是反应某一类中每个对象有或没有某种属性陈说，叫全称描述。如“哈雷慧星76年回地球上空一次”、“水分子由氢原子和氧原子组成”，是个别性描述。而“全部行星都绕着自己轴旋转”和“分子都是由原子组成”则是全称描述，这是关于某类事物全体认识。我们强调科学事实个别性，是为了突出它主要是来自于感性活动，而不是主要来自于理性抽象活动。29/191第二，含有可重复性。是指对于同一个科学事实，不一样人在一样环境和条件下，可获取一样结果。假如他人根本做不到，那么它真实性就值得怀疑。1959年美国物理学家韦伯曾宣告，他试验装置已直接收到了从银河系一天体发出引力辐射，但他观察事实在世界上许多国家试验室都未能被重复，因而他公布观察结果就未被科学界认可为科学事实。科学事实可重复性特征又是判断某个观察事实是否是科学事实主要标准。30/191第三，含有客观独立性。科学事实内容是客观，尽管它确实定与科学理论指导相关，然而科学事实一旦被发觉和认可，就含有相对独立性和确定性。该特征还突出表现在某一假说未能经得起实践检验而被否决，但支持这一假说科学事实依然存在，其科学价值仍得到人们认可，含有独立性。关于这一特点恩格斯尤其指出：“在任何一门科学中，不正确观念，假如抛开观察错误不讲，归根到底都是对于正确事实不正确观念。事实终究是事实尽管关于它现有观念是错误。假如说我们已经抛弃了陈旧接触说，那么，这种理论企图加以解释那些确定事实依然存在”。31/191（三）科学事实作用科学事实上述特点，决定了它在科学研究中含有主要地位和作用，表现在这么几个方面：其一是形成新概念、建立新理论基础。科学概念产生和科学理论建立都是人们对科学事实加工抽象结果，即使是深奥理论，也都源于一定科学事实。正如爱因斯坦指出：“一个希望受到应有信任理论，必须建立在有普遍意义事实之上”。其二是检验科学假说和评价科学理论依据。科学假说和科学理论正确是否，是经过科学事实验证作出评价。科学事实还能纯化、修正和补充科学假说和科学理论。其三是理性重建经验世界经验基础。32/191（四）获取科学事实基本路径科学研究首要任务就是充分获取科学事实，占有第一手材料。获取科学事实渠道或方式有哪些呢？普通有直接和间接两种路径。获取科学事实直接路径是生产实践、科学观察和科学试验。被马克思称之为“英国唯物主义和整个当代试验科学真正始祖”。弗朗西斯·培根认为，人认识不但是对外部自然界直接观察结果，还能够经过人实践活动（试验）来取得，而经过后一个方式得到认识会愈加深刻，愈加靠近事物本质。培根大致上正确地处理了人认识以及科学事实直接起源和认识过程问题。当然，培根认识也有局限，并没有完全处理认识论基本问题。33/191科学发展史表明，要深入探索自然奥秘，取得新、大量和准确可靠科学事实，归根到底还有赖于观察、试验等伎俩从自然界中直接获取。要正确地获取科学事实，需要求实科学态度。自然界是老实，它不偏爱任何人，但科学事实却只有那些含有科学意识、科学精神人才能获取。不然，即使面对主要客观事实，也可能失之交臂。获取科学事实间接路径是文件调研。早期科学研究工作主要障碍之一经常是资料不足，也就是说缺乏研究所需要起码科学事实。处理方法，一是靠观察、试验、实地调查考查等直接渠道去搜集归纳；另一个方法便是做大量艰辛细致文件调研工作，从已经有科学文件中找出我们所需要科学事实。34/191二、科学观察、科学试验与科学测量（一）科学观察及其方法论标准获取科学事实方法很多，其中最常见，也是最基本方法，就是观察方法。1、科学观察及其特征。从科学认识角度看，科学观察大致有三种描述：其一：科学观察是人们对自然现象在其自然发生状态下进行考查方法。这种界定是从本体论立场出发，强调客观对象状态，认为科学观察对象一定要在自然发生条件下35/191其二，科学观察是人们对自然现象有目标、有组织知觉方法。这种界定则从认识论立场出发，强调了科学观察主体状态，认为科学观察主体在认知心理层面上处于有目标、有计划知觉状态，同无指向无意识观察有本质区分。其三，科学观察是人们对自然现象在不加控制条件下，借助于科学仪器进行有目标、有计划地感知和描述方法。这种界定试图综合前两种界定，并从操作性上进行方法上要求。36/191第一个界定哲学立场主张，存在着不受理论污染纯科学观察。比如，逻辑实证主义、逻辑经验主义等哲学流派哲学观点，其科学基础是经典物理学第二种界定哲学立场主张，科学观察是受主体思想支配感知觉行为，客体状态总是主体干扰后表现结果。其科学基础是当代物理学所提出测量问题。上面两种界定都存在片面性。科学观察不存在着一个纯状态对象客体，没有中性科学观察。当然，只强调科学观察主体行为，不强调对象客体状态一样也不符合科学观察原来意义。37/19138/19139/19140/19141/19142/19143/191第三种界定比较符合科学观察性质。这是因为科学观察实际操作过程和它基本特征决定。科学观察在操作上普通经历三个阶段：第一阶段是先于任何说明性陈说观察性直观。这一阶段科学认识主体仅仅从整体上对观察对象进行朴素地把握。这种把握如胡塞尔所说：“这种朴素把握和观察是低级、客观化主动性之最低阶段。”44/191第二阶段是受背景知识和知觉兴趣影响而产生定向性观察。这一阶段科学认识主体对观察对象注视唤起了对它如此存在、对还未看到后面等前瞻期望，尤其是唤起了在对对象特点更切近观察中所产生东西前瞻期望。第三阶段是从观察对象与其它事物关系中来进行考查，与此同时主体将说明对象与其它事物关系是什么。45/191科学观察主要特征：第一，科学观察对象含有自然发生性。（非人为影响）第二，科学观察主体含有定向知觉性。（非盲目性）第三，科学观察结果含有或然性。（非必定性）

46/1912、科学观察方法论标准科学观察不一样于日常生活中观察，是因为观察者要具备良好观察素质以及遵照和坚持起码基本标准：47/191一是科学观察客观性标准假如观察与原来预计颇不相同，研究者或必须放弃原来构想或修正已经有假说，使自己观念同科学事实一致。48/191二是科学观察全方面性、系统性标准“要真正地认识事实，就必须把握、研究它一切方面．一切联络和‘中介’。我们决不会完全地做到这一点，不过，全方面性要求能够使我们预防错误和预防僵化。”——列宁49/191观察全方面性、系统性标准，就是要求在观察中．尽可能地观察研究对象各个方面、各种原因、各种关系和各种要求，力争取得丰富而完整科学事实，客观地反应事物全貌。在科学史上，因为观察片面性而造成不一样学派或不一样看法之间争论实例是很多。如，关于岩石成因“水成说”与“火成说”之争，关于光本质“微粒说”与“波动说”之争等。50/191三是科学观察经典性标准

选择观察对象，一定要能够反应同类特点及其规律，且含有一定代表性客体。遗传学创始人孟德尔在进行遗传学研究时，巧妙地选择了豌豆作为观察经典代表，因为豌豆含有稳定而又易于区分性状，杂交轻易进行，一年一代，遗传和变异现象比较显著，便于观察和计量，从而发觉了生物遗传分离组合定律——孟德尔定律。51/191四是科学观察持久性和重复性标准因为自然事物或现象是复杂多样，其发展改变也是微妙波折，生活周期长短各不相同，还要严格区分现象和本质。这就是要求人们坚持长久和重复科学观察，才能取得全方面、系统、准确观察资料。52/191五是科学观察计划性标准

首先要明确观察任务和目标在进行观察之前，要做好各项准备工具在进行观察时，要尽可能地使用各种感官进行科学观察要循序渐进观察渗透着理论，要选取一定科学理论来指导，增强观察自觉性，降低盲目性要把科学观察和主动逻辑理论思维结合起来要做好观察详细统计，保持所获科学事实客观性。

53/191科学观察作用“没有观察，就没有科学，科学发觉诞生于仔细观察中”——法拉第54/191首先，它可为科学假说提出和科学理论形成提供第一手原始材料。比如，我国古代医学家李时珍《本草纲目》一书，就是他走遍了我国名山大川，广泛采集了大量丰富直观标本基础上，经过判别和核实而撰写出来。达尔文《物种起源》一书，也是他随贝格尔号军舰到世界各地孜孜不倦地进行了长达5年多考查，采集了世界各地各种宝贵动植物标本和地质标本，以及古生物化石等资料基础上，才撰写出来55/191观察可为检证科学假说和科学理论提供事实依据。爱因斯坦指出：“理论所以能够成立，其根源就在于它同大量单个观察关联着，而理论真理性也正在此。”

1916年．英国物理学家爱丁顿在日全蚀时观察到星光在太阳附近发生弯曲事实，为广义相对论提供了有力证据，就是说明观察检验作用著名事例之一。56/191经过科学观察，能够扩大研究领域并为科学研究开辟新道路。当代人类学家古多尔，在非洲原始热带密林里建立观察哨，用十年时间坚持观察黑猩猩群体内部生活情况，作了详细观察统计。经过对这些观察资料进行分析与综合，最终写出了《人类近亲》、《黑猩猩在召唤》等极为主要科学著作，从而为古人类学研究工作开辟了新道路。57/191经过观察能够造成科学发觉和技术创造。在科学史上较早出现天文学就是建立在直接观察基础上一门科学。直到当代，天文学主要还是一门观察科学。而中医望诊疗病，也是始于观察。观察造成技术创造例子有“电子蛙眼”、仿生学建立等等，这些技术和学科都是以精细科学观察为前导。58/191英国细菌学家弗莱明发觉青霉索，就得益于他那敏锐观察能力和识别能力。1928年9月，弗莱明在研究毒性很大葡萄球菌过程中，偶然发觉了有些原来在培养液中生长得很好葡萄球菌消失了，经认真检验发觉是因为培养液受到灰尘污染。这种现象并不罕见，许多细菌学家部屡见不鲜，未予注意．但弗莱明却以敏锐识别能力使他意识到这一偶然发觉重大意义。于是，他放下原定研究课题，着手研究到底是什么东西杀死了葡萄球菌。结果发觉杀死葡萄球菌是和灰尘一起落到培养液中一个普通真菌，这种真菌能产生一个杀死细菌物质，弗莱明将其称为“青雷素”，从而发觉了青霉素。这一发觉公诸于世之后，好多人都回想起弗莱明作出这种发觉之前，他们也都曾经发觉过霉菌杀死葡萄球菌现象。如，英国细菌学家斯科特说，他就见到过这种现象，但仅是感到讨厌。59/191科学观察能够作为检验科学理论一个伎俩。在自然科学研究中，有些结论对错，只有经过观察才能够得到验证。比如，哥白尼“太阳中心说”，不但是在科学观察基础上建立起来，而且经过了约三百年后科学观察实践不停证实。爱因斯坦广义相对论著名三大验证，即，水星近日点进动、光线在引力场中弯曲和光谱线在引力场中红移等，都是经过天文观察而被证实。60/191观察方法还能够作为锻炼思维主要方法经过科学观察，能够发觉问题并提出问题，经过抓住事物或现象外部特征入手，对事物或现象作出初步科学判断。在科学观察中，人们不但要充分发挥“心灵窗户”——眼睛和其它感觉器官作用，而且还要善于动脑思索，发挥思维能力作用，不然，感觉到东西也无法准确地描述。61/191科学观察还有利于增强记忆力。在正常情况下，一个人记忆力好坏，主要与后天学习和锻炼相关。要增强记忆力，有各种路径，其中之一就是要善于利用观察方法。据统计，人记忆信息85％靠眼睛，11％靠耳朵，3％或4％靠触觉和嗅觉。62/19163/191年11月23日消息，据英国《每日邮报》报道，近日，科学家在对红海海域珊瑚进行科学考查时，在海下世界观察到富有戏剧性一幕——珊瑚吞食月亮水母。据悉，这是迄今首次统计下珊瑚吞食水母场面。对于那些观察不仔细人来说，这么富有戏剧性场面可能会被错过。今年早些时候，以色列特拉维夫大学科学家奥姆瑞·布隆斯廷(OmriBronstein)和巴赖恩大学科学家高尔·迪肖恩(GalDishon)潜入红海海下，对珊瑚进行考查时拍摄下这组罕见照片。64/191科学观察局限观察所能够把握仅仅是事物外部联络不少时候眼见也不一定为实对于“时过境迁”事物或现象，人们就无法直接观察；借助仪器进行观察，也有一定不足。65/191（二）科学试验及其方法论标准科学观察经常会发生偏差。不过为了获取丰富可靠第一手科学事实，又要求人们做到全方面、系统、准确科学观察，这就发生了矛盾。为了处理这一矛盾，就要求我们对观察认识论问题做出基本分析，除了在科学观察坚持必要标准外．还要有其它认识方法相互配合，试验等方法创建，就能够填补观察方法一些不足。66/1911、科学试验及其特点试验方法是试验者依据科研课题要求目标，利用一定物质伎俩(科学仪器和设备)，人为地变革、控制或模拟客观事实条件下取得科学事实方法。

67/191科学试验分类依据测量伎俩不一样:定性试验和定量试验

定性试验是揭示或判定试验对象是否含有某种属性、某种原因试验，如迈克耳逊·莫雷否定“以太”存在试验，赫兹验证电磁波存在试验等。68/191定量试验是能够准确测定实际对象一些量值试验，如测定光速、热功当量等试验69/191依据试验伎俩是否直接作用于试验对象，可分为直接试验和模拟试验。直接试验是经过试验设施直接作用于试验对象条件下观察试验对象所输出各种信息；70/191模拟试验是一个间接试验。这种试验是先设计出反应试验对象属性模型，然后经过模型试验来研究原型(试验对象)性质及其运动规律，模拟试验又可分为物理模拟、数学模拟和功效模拟。依据试验直接目标不一样，又可分为探索性试验、验证性试验、析因试验、对照试验和判决性试验环境模拟试验技术71/191科学试验特点其一，试验方法能够简化和纯化研究对象。试验方法却能够借助于精密仪器，依据研究目标，把研究对象加以简化和纯化，即排除其它偶然、次要原因和外界干扰，把研究对象某种届性或联络纯种形式展现出来，从而准确地认识它。这就是通常采取隔离条件试验，如抽去空气考查它对声音传输影响，固定温度考查压力与体积关系，排除重力。72/191巴甫洛夫关于条件作用研究试验73/191其二，试验方法能够强化和激化研究对象，在极端条件下揭示对象本质和规律。试验方法却能够创造出自然条件下难以得到各种激发状态和特殊条件，人为地位对象处于某种极端状态，从而去研究和揭示研究对象性质和运动规律。如在强外加磁场、外加放射性作用或超高温、超高压、超低温等极端条件下，能够发觉物质在通常条件下没有性质。

比如超导现象就不是在自然发生或生产实践中发觉，而是荷兰物理学家昂尼斯在1911年试验中造成超低温(一269℃)发觉汞在那时失去电阻，是科学试验力量打开了超导研究大门。超导现象74/191其三，试验方法能够再现、加速、延缓或模拟研究对象。在自然条件下发生现象，有转瞬即逝，有旷日持久，有细小入微，有规模巨大，有则时过境迁。对于这么一些现象，在通常情况下往往无法进行研究。但人们却能够利用试验方法对自然现象发生过程加以控渤和干预，使自然过程得以加速或延绥，有还可借助模型进行模拟，从而就可使人们在极有利条件下观察研究对象。

比如，为了研究地球气象改变，中国科学院大气物理所就是经过大气模拟试验进行。它将距地面几万米整个大气层运动，在试验室里模拟出来，大气环流模拟转台每半分钟左右转一圈就能模拟一天气候改变，只要3个小时就能够模拟一年气候改变。东亚大气环流模拟75/191其四，试验方法还是一个经济可靠认识和变革自然方法。人类对自然界认识是一个不停探索、重复实践过程，往往要经历屡次失败才能取得成功。但因为试验方法相对于生产实践来说，规模较小、周期较短、费用较小，即使出现屡次失败，损失也较小，加之试验对环境及人身安全影响出生产易于控制，所以，在技术领域中，新产品试制都必须经过屡次试验来检验其性能，然后才能投产。克隆羊76/191试验伎俩和试验设备对科学技术发展起着重大作用。能够毫不夸大地说，20世纪物理学进展往往都是以试验技术突破为转机。l933年劳伦斯制成了盘旋加速器，仅4年时间就研制出200各种人工放射性同位素。诺贝尔奖金颁发也表达了对试验伎俩重视。以物理奖为例，从1901到1978年，得奖项目中属于试验技术或者基本上是从事试验性工作约占60％以上，理论性或基本上属于理论性研究只占40％左右。试验设备和技术先进程度已成为一个国家科技水平、生产能力和综合国力一个标志。77/191科学试验认识论特点：第一，科学试验对象受控性使得试验认识方法更富有必定性；第二，科学试验组成特殊性结构充分反应了科学试验认识含有主客体互动性；第三，试验类型多样化反应了试验认识模式多元性。78/1912、科学试验方法论标准在科学认识中，科学观察与科学试验现有联络又有区分。从联络看，科学观察与试验紧密联络在一起，科学观察依赖于科学试验，科学试验离不开科学观察。从区分看，科学试验对象受控性克服了纯粹科学观察不足，加强了科学认识主动性。所以科学观察普通标准，科学试验也应该恪守。同时科学试验应该比科学观察遵照更强基本标准：79/191第一，科学试验科学性标准科学试验与科学理论相结合；科学仪器与科学原理相结合第二，科学试验可靠性标准试验者必须确保这个试验过程逻辑合理性和结果确实定性第三，科学试验模型化标准在科学试验过程中应力图经过逻辑或复制模型来研究原型。80/191世界上最大机器周长2.6659万米,内部共有9300个磁体；其制冷分配系统八分之一堪称世界上最大制冷机。欧洲大型强子对撞机位于地下100米、27公里长隧道中数千根大型超导磁铁冷却到零下271摄氏度。整个隧道分成等长8段逐一冷却、通电并进行粒子束流经过试验，每段冷却需要最少三四个星期。试图揭开相关宇宙起源一系列秘密81/191一只途经小鸟将一块面包投进对撞机一个高电压装置(负责为一个冷却装置供电)，致使这台被称之为“神机”造价44亿美元机器温度过高。经过对这个低温冷却设备出现故障进行分析，科学家吃惊地发觉罪魁祸首不过是一块法国棍子面包。82/191（三）科学测量及其方法论标准1、科学测量及其本质测量是以规范、简练和普遍数学语言去表征现象属性经验性行为，他它是科学研究基本工作，也是科学认识必要伎俩。测量在科学研究中含有主要作用，既是准确性在科学研究中付诸于实施主要方式，也是科学概念形成经验基础之一，同时又是证实或证伪已经形成科学预见基本伎俩。83/191测量实质是寻找一个经验关系系统与数字关系系统能够发生同构性、对应性函数，并使之物化为以其，然后经过这种仪器用数字来表征对象及其属性点经验性操作行为。84/1912、科学测量方法论标准第一，定性与定量统一标准第二，规范化与标准化标准85/191三、经验基础中哲学问题1、科学观察与科学理论关系长久以来存在两种不一样观点：一个是“纯观察说”，一认为科学观察是纯客观，中性，既能够成为科学理论形成起点，也能够成为检验科学理论真理性经验伎俩。代表人物：培根以来归纳主义哲学家、伽利略、牛顿以来经验主义科学家；逻辑经验主义其代表人物是英国弗兰西斯·培根和洛克,认为观察应不受任何理论原因影响,应该是纯粹客观,法国生理学家伯纳德更是认为,进入试验室之前,要把全部想法象帽子和大衣一样脱下来,换上雪白大褂。抵达20世纪30年代,当代逻辑经验主义在“纯”观察说基础上提出了“中性观察说”，认为观察者理论框架，以往经验和文化环境等对观察过程都没有影响，观察过程和观察语言是纯粹客观，对任何理论都保持中立86/191另一个是“理论负荷说”，即“观察渗透理论”，观察不足以组成科学认识逻辑起点。这种观点是在20世纪50年代首先由美国哲学家汉森提出来。汉森认为，观察是受观察者理论影响和支配，观察并非只是感官对观察对象“刺激”消极机械反应。他认为不一样理论观点人对同一对象可能会形成不一样观察结果。他在《发觉模式》一书中指出：假如构想开普勒和弟谷一起在山上看日出，“弟谷看见是太阳从固定地平线上冉冉升起，而开普勒看见却是静止太阳底下滚动着地平线”。开普勒和弟谷所取得视觉图像应该是相同，观察结论不一样，是因为两人观察渗透着不一样理论，一个是日心说，一个是地心说。代表人物还有科学哲学家波普尔库恩、费耶阿本德等87/191爱因斯坦也赞同“观察渗透理论”，他认为“是理论决定我们能够观察东西……只有理论，即只相关于自然规律知识，才能使我们从感觉印象中推论出基本现象来”。实际上，观察与理论极难截然分开，没有理论指导观察轻易使观察陷入盲目性，我们之所以认为观察与理论有亲密关系，这是因为在科学观察各个步骤都渗透着理论。首先，观察主体渗透着理论。其次，观察操作渗透着理论。再次，“观察语言”渗透着理论。总之首先，理论指导观察，使观察逐步深入。观察什么怎样观察？观察结果怎样分析？都有赖于一定理论指导。对同一观察对象，观察者因为各自背景知识与经验差异而作出不一样观察陈说情况是常有。这里还必须注意到，我们必定“观察渗透着理论”这个命题，并不能够随意夸大理论对观察影响。要尤其强调是被观察对象是客观存在，是第一性。88/191我们提出观察客观性问题，那是因为眼见为实，不一定就能据实。我们在进行观察时，因为主客观种种原因，往往会出现错误或偏差，影响了观察客观性。为了说明观察轻易产生谬误，在《科学研究艺术》一书中，英国剑桥大学教授贝弗里奇讲述了这么一个例子：在德国戈廷根一次心理学会议上，大会正在热烈进行，会议室门突然被打开，冲进两个人，后面人拿着枪追逐前面一个。两人在会场里混战了一阵，突然一声枪响，两人又一起冲出去。事情发生后，会议主席请与会者马上写下现场目击情况，共收到40份观察汇报。事后拿汇报与现场拍下照片进行比较，发觉在主要实际上，只有1篇错误少于20%，错误占20%~40%有14篇，其余25篇错误在40%以上，尤其值得一提是，超出半数汇报都有10%以上情节是无中生有，纯属臆造。这个事例说明，观察很轻易产生错觉，出现误差。89/191科学观察渗透理论合理性在于：从科学观察目标看，它是一个受思想支配知觉行为。从科学观察认知心理过程看，它对感官传输来感觉图像加以组织和整理认知过程。主体不一样认知结果有差异。从科学观察结果看，它需要对观察对象进行描述。90/1912、测量中主客体关系测量中主客体关系问题是伴伴随20世纪量子力学发展而被引入到哲学领域中来，但这并不等于说经典物理学中不存在着测量主客体关系问题。而是因为这种关系在传统科学认识方法中凸现不出它直观性，所以也没有对它做出详细科学解释。91/191伽利略、牛顿把物理现象描述建立在可测定量基础上，这为科学整理经验领域提供了坚实基础。爱因斯坦把物理现象描述与观察者所选参考系联络起来，加强了主体对客体选择以及依赖程度，然而这依然没有包括到主客体关系敏感部分。量子力学则深刻地揭示了主客体之间特有一个相互作用关系。92/191“有史以来最聪明照片”，第五次索尔维会议与会者合影。从左至右分别是：（第三排）皮卡尔德、亨里奥特、埃伦费斯特、赫尔岑、顿德尔、薛定谔、维夏菲尔特、泡利、海森堡、福勒、布里渊；（第二排）德拜、努森、布拉格、克雷默、狄拉克、康普顿、德布罗意、玻恩、玻尔；（第一排）朗缪尔、普朗克、居里夫人、洛伦兹、爱因斯坦、朗之万、古耶、威尔逊、理查森93/191“量子”诞生于1900年12月14日。这个新词并非出现在原子核这个相关量子动力研究中，而是首先出现在黑体辐射这个相关量子场领域。上一世纪第一年年末出现这个科学突破成为20世纪中物理学革命第一个突破口。就在那一天，德国物理学家马克思·普朗克(MaxPlanck)在德国物理学会会议上宣读了一篇论文，提出了“黑体辐射定律”，他认为原子在发射或吸收辐射时，存在着一个最小固定单位，这个最小单位能量叫做“能量子”(后更名为“量子”)，它和辐射频率成正比。94/191黑体辐射试验普朗克提出能量子假设，把间断性思想首先引入了物理学，量子概念开始受到人们重视。他用量子概念重新解释辐射机制，认为辐射能量是间断发射或吸收，并成功给出了黑体辐射试验经验公式；95/191中国套箱玻尔还提出了对应原理，用于说明新旧理论之间关系:(1)新理论解释能力涵盖旧理论，而且超出旧理论；(2)旧理论能够作为新理论推向极限一个特例。旧理论新理论96/191物质波1923年法国物理学家德布罗意，受到爱因斯坦光波粒二象性启发，提出物质波概念，认为任何物质都有波动性和粒子性。德布罗意与爱因斯坦工作打破了人们常识性思想。人们通常认为光本质上是波，而物质本质上是粒子。爱因斯坦赋予光以粒子性，德布罗意赋予物质以波动性。德布罗意工作为微观物理研究找到新研究方向，即从波角度建立微观粒子数学模型。97/191量子力学数学模型在1925年和1926年，德国海森伯和奥地利薛定谔分别提出量子力学数学模型。量子力学即使建立了，但关于它物了解释却众说纷纭，莫衷一是，引发了二十世纪最大科学之争，同时也是哲学之争。98/191量子力学中哲学问题物理学革命，动摇了传统机械物理学哲学思想，在时空哲学、决定论、实在论等等方面触发了关于科学哲学热情。科学和哲学有过一段分离时期，一边是朴素唯物主义，一边是多少有些玄妙德国唯心主义。在这段分离时期过后，科学和哲学又重新携起手来，最先是在各种各样进化论思想中携起手来，以后又经过更深刻分析，靠了数学和物理学新发展，而携起手来。99/191波函数统计解释玻恩（M.Born,1882-1970)于1926年量子力学数学模型提出后，给出了德布罗意波统计意义，认为波函数代表发觉粒子几率，这是每个粒子在它所处环境中所含有性质，否定了薛定谔波函数是对连续物质波描述观点。波函数ψ是复数，其大小平方ψψ*（ψ共轭复数）代表在单位体积内发觉一个粒子几率，因而称为几率密度。玻恩统计解释把量子力学带入了非决定论世界。玻恩于1954年所以成就而取得诺贝尔物理学奖金。德国哥丁根大学物理系主任，海森伯导师。哥丁根大学因他们努力而成为量子力学发源地。100/191海森伯测不准原理海森伯推得，测量一个微粒位置时，假如不确定范围是Δq，那么同时测得其动量也有一个不确定范围Δp,Δp和Δq乘积总是大于一定数值，即ΔpΔq≥h/4π，h=6.626×10-34J·S这一规律直接起源于物质含有微粒和波动二象性，是普遍原理。凡是经典力学中共轭动力变量之间都有这个关系。这一原理揭示了微观世界不确定性。101/191互补原理（complementarityprinciple）玻尔为解释量子力学而提出此原理，它与海森伯测不准原理共同组成了量子力学哥本哈根解释关键。1927年9月玻尔首次提出互补性原理：（1）位置与动量、时间与能量等物理量存在不确定关系，无法同时求得准确值，只能作为互补量子力学对象来描述。（2）粒子与波动互不相容图象能够用来描述量子力学对象。（3）在量子力学中不能同时进行时空描述和因果描述，而只能作为互补量子力学对象来描述。互补原理反应了从宏观常识世界进入微观陌生世界认识特征。102/191主体性问题近代科学研究者是以旁观者身份参加科学活动。量子力学要求研究者是整个过程参加者，研究对象不是与研究者无关事物，而是研究者参加其中事物。测量本身就影响到被测对象，而且测量方法也影响到最终取得知识。“月亮在不看它时不存在”。103/191当代物理学扩散物理学革命造成了一系列科学改变，化学、生物学、地质学、宇宙学等等传统学科发生了质改变，而且产生了很多新科学分支，以及边缘科学和交叉科学。能够说，科学传统经过当代物理学，传递到了更广泛领域。物理学方法进入了象生物学这类研究复杂性事物学科之中，或者说，当代物理学为生物学提供了把对象抽象化、普遍化概念框架，古希腊统一性和普遍性抽象模型以及逻格斯方法论得以在生物学中应用。104/191玻尔研究者戈革在《量子永寿》一文中做了有趣解释：“原子吸收辐射，能够说是原子‘吃’辐射，它不是像吃牛奶那样地吃，而是像吃米粒那样地吃，每个饭粒就是食物最小单位……”以前，人们认知世界是连续、确定，不过放在原子这一最小单位时候，量子效应令传统意义上时空连续性丧失了，这颠覆了牛顿等人建立起来传统物理观。不过，新问题也来了，当原子吸收了一个能量子之后，它状态从A“跃迁”到了B，因为能量子已经是最小单位，不可分割了，所以这个“跃迁”是个瞬间发生过程，没有些人知道它是怎么发生。“跃迁”开始了量子论神秘莫测百年历程，也将人类认知方式从已知、确定宏观世界转向了未知、不确定微观世界。105/191既生“波”，何生“粒”你能够做这么一个简单试验：将一支蜡烛放在两张纸前，第一张穿了小孔，第二张开出两道平行缝隙。由第一张纸形成点光源透过第二张纸缝隙，投射到墙上，会出现一条条明暗交替条纹。说到这里你或许已经想到，这就是中学物理课上曾经提及双缝衍射试验。科学家用弹珠、水波和其它光源来代替蜡烛，均证实了光展现出波而非微粒特征，当麦克斯韦电磁学理论将光归入为电磁波后，愈加巩固了光是一个波主流说法。到了19世纪末，尽管有些人说“物理学阳光灿烂天空中漂浮着两朵乌云”，但大家还是认为物理学研究已到尽头。事实证实，这还只是开始。20世纪早期，经典物理学遭到了挑战，以量子力学和相对论为支柱当代物理学开始蓬勃发展。106/1911905年，还在瑞士专利局任职员青年爱因斯坦连续发表了6篇主要论文，不但提出了狭义相对论、质能方程，而且也首次提出“光电效应”。在普朗克“能量子”基础上，爱因斯坦提出了“光量子”概念：光以量子形式吸收能量，没有连续性，不能累积，一个光子打到金属上，会激发出一个对应电子。爱因斯坦证实光依然还只是一个微粒(光子)。这令光是“波”还是“粒”争吵再次成为物理学界焦点。107/191直到丹麦物理学家玻尔领导“哥本哈根学派”出现，才在量子层面终止了这场争吵。在玻尔看来，电子波和粒子属性在同一时刻是互斥，却在更高层次上统一起来，它含有“波粒二象性”。按照这个构想，假设我们将一个“量子弹球”射出去，面对两道缝，它可能经过一条缝，也可能经过另一条缝，假如在两道缝上安装探测器，则不是这条缝响，便是那条缝响，但在被测量之前，这个“量子弹球”处于一个不确定“叠加态”。108/191电子走向哪里去？正确答案是：不知道！在“哥本哈根学派”看来，微观粒子是不确定，唯一确定只是宏观意义上统计概率。“不确定性”成了量子论一个基础，也撼动了经典物理学大厦下坚固基石。不确定性甚至令爱因斯坦也受不了了。坚信世间万物是能够经过因果关系，而非概率来解释爱因斯坦在“第五次索尔维会议”上抛出了一句世人皆知话：“上帝是不掷骰子！”这句话成了象征量子物理学名言。玻尔还击话一样有名：“你没法告诉上帝该做什么！”109/191接下来半个多世纪中，物理学家们一直都忙着搞清爱因斯坦和玻尔终究谁对谁错。物理学主流观点认为，从上世纪80年代到现在20多年中无数次试验，都证实了正统量子理论是正确，而不支持爱因斯坦。但并非说爱因斯坦是乱说八道，他是第一个把量子论深刻含义提出来人。另首先，即使量子力学在理论上远未到达成熟期，它令上世纪人类技术文明暴发出巨大能量。很多持实用主义态度科学家避开了理论上讨论，而把量子力学放入到实际研究中去，取得了很多结果。放眼望向20世纪诺贝尔奖取得者，很多人都是因为和量子力学相关实际科学成就而获奖。另外，量子力学还主动地促进了生物学、数学、核物理学、化学、甚至心理学、哲学发展。110/191大部分物理学家认为，就对人类技术和日常生活来看，量子力学影响可能是要超出相对论。相对论可能改变了人们时空观，但量子论直接造成了晶体管出现，假如我们想象没有量子论今天，或许我们身边也根本不会出现电视机、收音机和计算机。它对新技术促进，直接表达在量子信息学和量子工程学上。据中科院量子信息重点试验室副主任周正威介绍，上世纪40年代信息论被提出，但直到上世纪90年代前，处理都是经典世界里信息。今后，伴随微电子工艺技术快速发展，人类对微观世界操纵能力越来越深入，这时量子力学研究才对信息论产生了巨大影响，并直接造成通讯和计算机科学发生了革命性改变，全球也进入信息时代。111/191测不准原理（UncertaintyPrinciple）是海森堡在1927年提出。最开始思想大致是：粒子位置不确定性乘上粒子质量再乘以速度不确定性不能小于一个确定量——普郎克常数。为了预言一个粒子未来位置和速度，人们必须能准确地测量它现在位置和速度。显而易见方法是将光照到这粒子上，一部分光波被此粒子散射开来，由此指明它位置。然而，人们不可能将粒子位置确定到比光两个波峰之间距离更小程度，所以必须用短波长光来测量粒子位置。现在，由普郎克量子假设，人们不能用任意少光数量，最少要用一个光量子。这量子会扰动这粒子，并以一个不能预见方式改变粒子速度。而且，位置测量得越准确，所需波长就越短，单独量子能量就越大，这么粒子速度就被扰动得越厉害。换言之，你对粒子位置测量得越准确，你对速度测量就越不准确，反之亦然。112/191不存在一个客观，绝正确世界。唯一存在，就是我们能够观察到世界。物理学全部意义，不在于它能够揭示出自然“是什么”，而在于它能够明确，关于自然我们能“说什么”。没有一个脱离于观察而存在绝对自然，只有我们和那些复杂测量关系，熙熙攘攘纵横交织，组成了这个令人心醉宇宙全部。测量是新物理学关键，测量行为创造了整个世界。113/191“薛定谔猫箱”：

薛定谔猫是量子理论重合性原理著名解释，有薛定谔于1935年提出。薛定谔猫理论贡献在于它论证了微观世界里量子理论所告诉我们物质自然特征与行为和我们在宏观里所观察到物质特征和行为之间存在显著冲突。这是一个思想试验：不透明箱子里装着一只猫，箱子中另外还有一个原子衰变装置，原子会随机发生衰变，一旦衰变发生，就会激发一系列连锁反应，最终打破箱子里毒气罐而毒死猫，反之猫则活。在打开箱子观察那一瞬间之前，原子衰变和猫死活都处于一个叠加态，只有当打开箱子一刹那，猫死活才确定下来。所以，在打开箱子之前，猫既是死，又是活。问题是，现实中猫怎么可能是“既死又活”呢？我们常识中，猫要么是死，要么是活。量子论无法解释现实世界，这成了量子论无数个迷惑之谜中最神秘一点。我们知道，重合实际上在亚原子级发生，因为能够看到干扰效果，已经证实在亚原子级单个微粒同时存在于多个位置。这一事实暗示了在宏观层面上（比如猫，与电子相比）事物特征是量子物理学一个棘手领域。听说薛定谔本人，在以后也希望他从来没有遇见过那只猫。114/191漫画家笔下“薛定谔猫”，猫真会处于“既是活，又是死”状态吗？115/191“薛定谔猫”出现之后，物理和哲学界就客观世界和人意识决定原因产生了一场大讨论：假如人观察能决定猫生死，那是否人意识也会决定客观世界走向呢？116/191量子物理学家告诉我们，物质在被测量之前是不确定。“不确定性”是量子世界基本法则。“观察”是在不确定量子世界和确定现实之间转化关键。117/191我前方是一个漂亮背影。

此刻，在我观察之前，她是50%MN，50%KL。是二者量子态迭加。

我摒住呼吸，轻轻踏上一步，头微微一扭---

说时迟那时快，在这一瞬间，波函数轰然塌缩，一切都无可挽回了。

我默默走开，心中悲伤难以自抑。

我知道我刚才杀死了一名绝世美女。《上帝掷骰子吗——量子物理史话》118/191“量子纠缠”示意图。当转动一个粒子，则与它处于纠缠状态那个，也会对应转动。119/191那么，神秘量子世界和日常现实世界到底能否兼容呢？在经典极限情况下，经过合理近似，量子理论能够自动过渡到经典世界物理理论。但怎样描述这两个世界交界面，成了量子论过不去一个坎。直到现在，理论物理学家依然未能将二者恰当地联络起来。120/191据海森伯晚年回想，爱因斯坦1926年一次谈话启发了他。爱因斯坦和海森伯讨论可不能够考虑电子轨道时，曾责问过海森伯：“莫非说你是认真相信只有可观察量才应该进入物理理论吗？”对此海森伯回复说：“你处理相对论不正是这么吗？你曾强调过绝对时间是不许可，仅仅是因为绝对时间是不能被观察。”爱因斯坦认可这一点，不过又说：“一个人把实际观察到东西记在心里，会有启发性帮助……在标准上试图单靠可观察量来建立理论，那是完全错误。实际上恰恰相反，是理论决定我们能够观察到东西……只有理论，即只相关于自然规律知识，才能使我们从感觉印象推论出基本现象。”

121/191量子力学揭示性质在哲学上说明：科学测量本质表现为主客体相互作用其作用痕迹依赖于对象客体状态和中介仪器选择。我们对经验世界描述在一定程度上需要采取互补方式。科学测量中主体作用不但仅指思想和意识在这一类主观性活动，更主要是指人本身作为物理性生物与人所创造物质性伎俩主动参加了客体活动，经过干扰引发客体深刻改变。科学测量主客体相互作用在强调微观客体与测量仪器相互作用时，并不否定客表达象实在性，也不否定科学测量客观性。测量仪器本身就是客观实在要素。主客体相互作用与主客体部分是不能等同。122/1913、观察试验中机遇在观察和试验过程中，人们往往因为某种偶然机会发觉了出乎预料未曾见过意外自然现象，并由此造成了科学技术新突破；这种意外发觉，通常称为机遇，它是相对于原来预定研究计划和目标而言。足球烯C60分子意外发觉123/191一个由60个碳原子组成完美对称足球状分子，名叫富勒烯。这个新分子是碳“家族”除金刚石和石墨外新组员，它发觉刷新了我们对这一最为熟悉元素认识。它宣告诞生一个新化学，一系列新高温超导体，和一些全新“大碳结构”建筑设计概念。124/191碳是人们很熟悉化学元素之一。长久以来，化学教科书在描述碳基本结构时都认为，人有两种基本形态:金刚石和石墨，这两种同互异形体都是由碳原子堆积组成网状固体，单个碳分子是不存在。但1985年秋，一个新发觉却彻底颠覆了这种说法，最终造成了第三种形态问世。英国物理学家克罗托和美国物理学家斯莫利柯尔等人宣告发觉了一个相当单个碳分子，它是一个由60个碳原子组成簇合物，而且更为奇妙是，C60分子造型酷似足球，所以被人们称为“足球烯”。在普通人看来，C60发觉过程带有浓浓传奇色彩。原来应由化学家最早得到C60分子，却由物理学家在研究宇宙尘埃工作中意想不到地揭开了它神秘面纱。还有，令C60发觉者醉心完美结构，是人们现熟悉不过“足球”！而它名字灵感源泉，则来牌建筑师智慧。125/191机遇最大特点就是意外性。按意外性程度不一样，可把机遇分为完全意外机遇和部分意外机遇两种类型。完全意外机遇是指在观察、试验过程中发觉了与预定目标完全不一样新现象。如观察、试验目标是为了发觉某种现象A。但却意外地发觉丁另一个完全不一样现象B。比如，1896年瑞士化学家雄班在厨房里利用纤维素作原料做合成其它巨型分子试验时，不小心弄洒了一瓶硫酸和硝酸混合物，于是他抓起妻子棉围裙去撩，然后把它放在炉子上烤，不料围裙“哄”地一声着起火来，烧得干洁净净，但却没有发生浓烟。雄班因受这一意外启示，创造了威力巨大而又无烟硝化纤维炸药。126/191部分意外机遇

是指试验观察结果即使是意料之中，但发觉这种现象方式或场所却是意外。比如，橡胶硫化技术创造就属这种情况。1823年，人们就研制出了在两层布中间夹一层橡胶防雨衣，但这种雨衣致命缺点就是夏天会变得像胶一样粘，冬天则会变得像皮革一样硬。为了改变橡胶这种缺点和性能，1839年美国创造家古德意尔在试验过程中不小心把橡胶和硫磺混合物掉在了火炉上，当他赶忙从炉子上把它刮下来时，出乎意料地发觉了这种经过加热混合物，尽管很热但不粘了，冷却后也不硬了，从而使他创造了橡胶硫化技术。127/191机遇意外性特点，经常能使人们取得意料之外成功，对科学技术发展产生异乎寻常影响，因而含有特殊意义。这主要是因为机遇发觉是前所未见、前所未闻新现象，因而经常由此开创科学技术新领域，许多科学技术重大突破皆由此发端。比如．意大利解剖学家伽伐尼在解剖青蛙时，偶然发觉了生物电流；瑞典化学家诺贝尔偶然将棉胶倒进硝化甘油里，使他创造了安全烈性炸药。x射线、放射性元素以及其它许多有主要意义发觉，都与某种机遇相关。在研究工作中完全没有任何机遇，完全按必定性行事或把一切都纳入预料之中，则是难以构想和不可能。机遇出现不但富于戏剧性，而且常有主要科学价值和技术价值，科学技术工作者要重视机遇。128/191机遇意外性持点，往往使人感到神秘莫测，似乎只有幸运者才能碰到它。其实不然，任何机遇出现都有其客观原因和主观认识上根源。129/191机遇产生客观依据机遇产生客观依据在于自然界事物发展存在偶然性和必定性辩证统一。偶然性以必定性为依据，必定性经过偶然性为自己开辟道路。当偶然现象出现时，假如能捕捉住它，并深入揭示其背后必定性，就一定能作出科学发觉或技术创造。130/191机遇认识论根源

试验和观察即使是人们在一定思想理论指导下进行，因而含有明确目标性和计划性，但思想、理论、目标和计划等等却是主观东西。在人认识发展过程中，不可防止地会出现种种主观不符合客观矛盾，探索性观察和试验活动尤其如此。所以，在观察和试验中，意外性事件总是大量存在，这是正常现象。只要主观和客观矛盾存在，就难免会有这么或那样意外事件出现，这是符合认识规律。131/191法国著名微生物学家巴斯德曾说：“在观察领域里，机遇只偏爱那种有准备头脑”。在观察和试验过程中能发觉和捕捉机遇，有可能从中作出新发觉或新创造，但却不是轻而易举之事。在科学技术发展史上，碰到机遇而未能把它捕住，从而丧失良机事例要比成功事例多得多，为何有人捕住了机遇，有人却放过了机遇？在于研究者科学素养，即是否有一个“有准备头脑”。132/191巴斯德在试验室研究微生物与发酵关系，证实了细菌致病133/191所谓“有准备头脑”，意味着研究者要含有良好哲学素养：含有敏锐观察能力和识别能力；含有老实科学态度；含有娴熟理论分析能力和观察试验实际经验。只有具备了这些方面素质和能力，才能捕住机遇并从中作出新发觉或新创造。134/191第三节科学认识解释模式我们天天要对大量现象进行说明，日全食是怎么回事?我怎么会感冒了?中国为何近年来有天翻地覆改变?这些说明有没有普通形式?对自然界说明和人文领域中解释是否一回事？社会科学和人文学科作为研究“人行为”学问，而与研究自然现象自然科学相对应。人类之初，对自然界说明通常是神话式，把自然现象归结于拟人化神作用。比如，为何会有打雷下雨现象呢?是因为天上有司雨龙王以及打雷雷公。在此，神话中“行动者”(agent)成为自然现象原因。135/191今后，许多哲学家则是试图为世界给出形而上学说明，试图寻找现象背后终极原因。比如亚里士多德用质料因、形式因、动力因、目标因四种原因来说明世界上一切现象。但假如我们继续追问最终形式、动力和目标又来自于何处时，可能还得将上帝作为最终依据，所以依然防止不了“形而上学行动者。

所以以后科学家如马赫(E.Mach)等人提出，我们在科学中不应该问“为何”(Why)，只能够问“怎么样”(How)。回答“怎么样”问题，只需对自然界作出数学描述即可，就防止了问“为何”可能引入“行动者”。

20世纪30年代，科学哲学界开始对科学说明普通形式进行深入探讨。136/191一、科学解释逻辑结构1、科学解释及其基本要求科学认识直接目标在于取得对经验世界了解，就其内容而言，都要成为一个关于经验世界那些关系描述，进而能够利用这些关系，用本身语言系统来解释。所以，经过关系逻辑认识深入实现解释模式把握是经验世界逻辑建构主要一环。137/191科学解释：是指从自然事物之间特定关系出发，在满足一定初始条件下所进行推理。科学解释必须满足基本要求：相关性要求和可检验要求。138/191相关性要求：科学解释中不变性关系这个解释前提不是特设，而是能够提供有力证据来说明被解释现象出现、或曾经出现，或相信今后也会出现。在逻辑形式上被解释现象能够从解释前提中推演出来。139/191谁把青红线两条，和云和雨系天腰？玉皇昨夜銮舆出，万里长空架彩桥。月虹，是在月光下出现彩虹，又叫黑夜彩虹、黑虹。因为是由月照所产生虹，故通常只见于夜晚。且因为月照亮度较小关系，月虹也通常较为朦胧，且通常出现于月亮反方向天空。夜间即使没有太阳，但假如有明亮月光，大气中又有适当云雨滴，便可形成月虹。因为月虹出现需各种天气原因配合，所以是非常罕见自然现象。140/191只要有光线从背后射来经过雨滴时就一定会出现虹。不过我们有什么理由说这是光学定律表现？相关性要求并不充分，还需要可检验要求对科学解释作深入支撑。141/191可检验性要求：科学解释中不变性关系这个解释前提必须是独立可检验。独立可检验含义表示不变关系这个解释前提不能处于循环检验中，它也不是处于特设检验里，而必须是各种可检验推断并随时随地接收经验检验。试验者回归问题（试验正确确保试验结果正确；试验结果正确要确保试验正确）142/1912、科学解释逻辑模型科学解释及其基本要求实际上暗示着它含有一定逻辑结构，了解这种逻辑结构对于我们把握科学解释是有方法论价值。143/191历史地讲，从亚里斯多德开始，人类对于自然认识便不只停留在仅仅知道现象“是什么”，而且试图去探讨“为何”，解释现象背后原因。这一思想得到了穆勒、波普尔等哲学家赞同，尤其是休谟因果陈说必须具备一个似律性陈说论证更开启了当代科学解释理论雏形。然而，真正使大多数人认识到解释是科学一个主要目标，要归功于20世纪初逻辑经验主义运动，它将哲学任务看作是构建对基本概念阐释，哲学应经过使用其它概念代替含糊概念来取得进步，所以合理地处了解释概念和被解释概念间普通性关联就成为科学认识本质目标之一。为此，卡尔纳普给出了四条评判这种阐释基本标准：相同性、准确性、有效性和简单性。但这些评判标准在详细科学解释操作中缺乏规范性，无法完成形式化任务。144/191当前，科学哲学界对于科学解释逻辑结构认识基本上是围绕亨佩尔和奥本海默D-N模型展开。它能够涵盖绝大多数科学解释，也是了解其它解释模式逻辑基础。145/191亨佩尔C．Hempel，美籍哲学家，逻辑经验主义后期主要代表，柏林学派组员。

生平和著作

亨佩尔1905年1月8日生于德国奥拉宁堡。先后在哥丁根大学、海德堡大学、柏林大学和维也纳大学学习数学、物理和哲学。1934年获柏林大学哲学博士学位，同年移居布鲁塞尔。他1937年赴美国，先后在芝加哥大学、纽约市立学院等校任教。1944年加入美籍。1948～1955年在耶鲁大学担任哲学副教授、教授。1955～1973年在普林斯顿大学任哲学教授、斯图亚特讲座教授。1977年起在匹兹堡大学任哲学教授。1981年曾来中国讲学。他是美国科学院院士，英国科学院通讯院士，《认识》杂志主编，美国哲学协会东部分会1961年度主席。他研究结果主要以论文形式发表，1965年出版了他自编论文集《科学说明及其它论文》。另外，他著作还有：《从新逻辑看类型概念》（与J.R.奥本海默合著，1936）、《经验科学概念形成基本原理》(1952)和《自然科学哲学》(1966)。

146/1911948年亨佩尔（C．Hempel）和奥本海默（P．Oppenheim）发表经典论文《解释逻辑研究》为逻辑经验主义从评判标准转向逻辑模型奠定了基础，为重新恢复科学解释概念地位起了领导性作用。这一著名“演绎——规律”（Deductive—Nomological，以下简称D-N模型）经典科学解释模型又称为覆盖律模型（Covering—lawModel），含有三个相互关联关键特征：当我们解释时，依据“成为解释东西最终就是所期望”这一标准来组织材料，并借助于解释项和被解释项间演绎推理联结到达；这种联结经过在成真非偶然概括之下包摄被解释项而得以被提供；解释论证和预测论证结构同一。147/191一个解释能够被用于去预测，一样，一个预测就是一个有效解释。由此，D-N模式采取论证形式是：L1，L2，．．．Lr

反应不变关系普遍定律

解释项C1，C2，．．．Ck

反应初始条件简单陈说

E

对被解释现象经验描述

（逻辑结论）

科学解释中被解释项

语句解释项被看成一个演绎论证被解释项，即关于物理事件或详细常规性陈说，被看成普遍定律与一些描述特定事实陈说（先行条件）演绎推论。148/191亨佩尔经过D-N模型，在预设规律中把事实纳入解释中，一个事实解释由此就被还原为陈说之间一个逻辑关系，只要满足了解释相关性和可检验性要求，而且前提全部为真话，便是一个真正科学解释，而语用方面则无须考虑。这么，在承继逻辑经验主义语形和语义分析方法基础上，亨佩尔就为经验科学中解释程序提供了一个系统逻辑分析基础和统一方法论基础，将解释还原为形式化逻辑论证，使解释模型化，真正具备了科学资格。能够说，这么一个科学解释普遍观念，这种对自然现象科学解释可能性意识是20世纪哲学进步最为有意义成就之一。149/191尽管D-N模型符合了我们关于解释许多直觉，但在其中包含着亨佩尔所不能克服基本逻辑困难。D-N模型关键观念是“解释要求科学规律”，事实只有被包摄于规律之下时才能被解释。所以，自然规律应该成为分布于整个宇宙中普遍定律，从而只有能够从基本规律中演绎出来任何普遍陈说才有资格作为被导出定律。同时，形式化D-N模型引入了标准一阶逻辑演算，全部个体均被量化，普遍性经过量词来表征，故对特定事件解释完全是在语义分析中给出。这么一来，尽管科学解释有了规范化基础，不过，当利用这一模型对科学事实进行解释时，出现了与D-N模型对在真非偶然概括之下包摄不可或缺性以及解释和预测间对称性主张相悖反例.150/191应该看到，亨佩尔所建构科学解释D-N模型本质上是逻辑经验主义对科学认识产物，带有深刻逻辑经验主义思维痕迹。这一传统模式伴随科学认识深入，尤其是逻辑经验主义衰落和D-N模型所建基形式化语言和语义分析等逻辑方法本身种种困境而受到了愈来愈多批判。自此，围绕D-N模型所进行建构和修正、论争和演变，出现了许多替换性处理方案，充分展示了科学认识论发展可能趋向和选择，表现了各种认识论流派本质和特征，显露了科学理性进步思维规范和形式。151/191二、科学因果解释模式1、因果关系及其成立基本条件我们从不变性关系中引出科学解释逻辑模型。然而不变性关系并不能涵盖全部科学关系，其中因果关系就是如此。在传统哲学与科学中，因果关系被了解为事物之间必定性关系，这是一个误解，产生这种误解原因之一起源于我们日常重复性观察。152/191因果关系作为人们认识世界与解释事物发展改变一个方式，能够追溯到久远年代，人类文明发展与智慧结晶在一定意义上，就表现为人们对世间万物因果联络了解与利用。爱因斯坦曾经提到：西方科学是建立在以因果律为基础形式逻辑之上。作为科学家最经常利用因果概念，就受到科学哲学家极大关注。让我们来看看”石头砸碎窗户”这个实例，当多数人说事件Ｂ（窗户破碎）起因于事件Ａ（石头碰撞窗户）时候，他们指是什么？这有很各种说法，他们可能是说，事件Ａ在一些时间与空间条件下造成、强制、产生、造成、引发了事件Ｂ。对于说一事件引发了另一事件，其意思是什么，按照字面上解释显然仍有许多值得探讨与厘清地方。

153/191休谟（DavidHume，1711-1776）在《人性论》书中用了大量篇幅考查与厘清因果关系。

当初人们普遍认为，因果关系主要包含三个原因：空间上靠近、时间上先后延续与必定性联络，休谟认为必定性联络这一原因是缺乏依据，也反覆强调人们关于因果关系概念，在任何情况下都不是由先验推论得来，而是凭借于经验与习惯性联想。他说：只有在重复了Ａ发生，而Ｂ总是在其后发生，人们才期待，当下一个Ａ发生时，Ｂ又随之发生，实际上，人们从未观察到事件间必定联络，只是在重复一致地经历了以上事例后，就把这个认为是不变秩序解释为一个因果秩序，而这种因果关系只是人们拟构起来习惯、期望与信念，我们总是能够找到适当原因来说明所期望结果。换句话说，人们之所以会认为这一次Ａ是Ｂ原因，是因为以前经验重复着Ａ发生之后Ｂ接着发生，然后我们又会期待未来Ａ与Ｂ关系也是如此，不过人们没有依据在任何已被观察到因果序列中，假定包含一个普遍必定性，也就是说因果性不能等同于必定性。休谟对因果关系提供了一个心理主义解释，这是一个极难令哲学家们满意，却又带来巨大震撼说法。

154/191康德（ImmanuelKant，1724-1804）无法容忍休谟怀疑论与心理主义破坏了自然科学严格可靠基础，康德于是与休谟展开一场认识论论争。即使康德同意休谟两项结论：一是因果关系基础不存在于事物本身，而是起源于认知主体；二是因果关系所谓必定性不能从经验中产生。不过康德深入主张：认识主体本身存在着空间、时间与因果性等等先天形式范围，这些内在于主体先验条件强加于我们经验，使得我们经验含有结构与秩序，也给予因果关系必定而普遍有效基础——这同时确保了自然科学存在着某种东西是严格可靠性。为了让自然科学不受怀疑论所抵损，而且保障因果律客观确定性，康德努力建立起所谓因果性范围，力辩因果律乃是主体了解活动之先验而必定思维形式，它表现为时间相继性，从而防止了心理主义结论。康德是基于