关于自然科学研究方法

有关自然科学研究措施

的一点思索科学使命与人文精神作业序言现代社会，自然科学的地位越来越重要，我们也愈发地重视自然科学。不过，人们在学习、发展自然科学的过程中，往往会产生一种盲目的乐观，认为自然科学总是可以认识世界和改造世界，最终抵达真理。以至于抵达了“人们抛弃了对神的膜拜，但却自觉不自觉陷入了对科技理性的崇拜。（1）“的地步。此外，正如费恩曼所说，通过物理学，“这条定律为我们所知，...为何存在一条万有引力定律，我们则不清晰。（2)”，由于研究对象的局限性，自然科学只能处理部分问题。因此，我们对自然科学自身进行研究，以确定它的能力和边界也是有必要的了。限于篇幅和能力，在这里我们先来对自然科学的某些研究措施进行考察，并且重要考察它们的边界。（1）(转自【中国社会科学文库】：科技理性与伦理价值的界说,科技理性的价值审阅,,（2）《费恩曼物理学讲义，第一卷》/（美）费恩曼，（美）莱顿，（美）桑兹著；郑永令等译，上海：上海科学技术出版社，.6目录数学不是自然科学的科学工具逻辑推导每一步都也许坠落的梯子怎样看待自然科学？数学数学可谓是现代自然科学最重要的工具，提供精密的计算，严密的逻辑和精确的数学语言，其研究思绪和措施甚至为诸多社会科学借鉴。同步数学也是人类最早发明的学科之一，某些动物即可具有的数数能力就可以视为数学的萌芽，而当某个原始人初次算数时，数学就诞生了。不过，我们有无想过，自己手中用来研究自然科学的最为重要的工具，居然不是自然科学！显然，像物理那样的自然科学，研究对象是自然界中存在的某类事物，或是哲学中所说的“物质的详细形式”；不过数学研究的是数与式，我们在自然中似乎不能直接发现这种事物，但任何事物似乎都能抽象出数来。此外，数学成果也不能通过试验来验证。于是，费恩曼说：“按照我们的观点，数学不是一门自然科学（1）”那么，数学是什么呢？（1）《费恩曼物理学讲义，第一卷》/（美）费恩曼，（美）莱顿，（美）桑兹著；郑永令等译，上海：上海科学技术出版社，.6当然也有人认为物理研究的只是模型，也不是真正的物体，这也是一种值得研究的问题在我个人看来，数学是一种人为定义的逻辑体系。它的基本定律是由人们根据生活经验总结的，实际上也就是根据某些事实人为定义出来的。一是1+1=2我们都懂得1+1=2，不过，生活中也并不总是1+1=2，例如说一种水滴加上一种水滴还是一种水滴，此外二进制中1+1=10这时候你也许会说，虽然还是一种水滴，不过体积变成两倍了；而二进制中规定10就表达2很好，这样我们就可以认识到，1+1=2实际上是也由人们规定的，用来表达这样的一种现象，而它在数学中就“被规定”是成立的。正如我们已经见到过的，这个式子并不能表达所有两个东西加起来的现象，不过这不要紧，它只是用来表达与之相符的那种现象。而这里的1，2，+，都只是一种记号，一种抽象的符号，并自带意义，是人定义它表达一种运算的。二是非欧几何我们应当都懂得有关欧式几何第五公设的问题就是欧几里得提出了五条公理，五条公设，作为数学的基本定律不过有人认为第五条公设不“完美”，就重新定义了它，成果两种改法产生了两种几何，分别对应着球面和双曲面我们来设想一下，物理学家们会怎么研究这个问题。物理学家会先找到这种曲面，再根据试验事实给出公设。数学上的实际状况恰好相反，数学家在未知其指向的状况下，先修改了理论，再找到与之对应的曲面。于是，我们可以见到，这是先人为给出理论，再在自然界中找到与之对应的现象。由这两个反例，我们可以安然得出”数学不是自然科学”的结论了，数学主线就是人为制造的。康德对此也持有类似见解：数学的对象与概念不过是我们对时空的一种“构造”(Konstruktion)。他说:“哲学的知识是出自概念的理性知识，数学知识则是出自概念的构造的理性知识。但构造一种概念就意味着:与它对应的直观先验地展现出来。因此一种概念的构造规定一种非经验性的直观，因而后者作为直观是一种个别客体，但作为一种概念(即一种普遍的表象)的构造而仍然必须在表象中体现出对一切从属于该概念之下的也许直观的普遍有效性。”［1］(A713/B741)（1）（1）《数学史和数学措施论》/孙智宏，苏州：苏州大学出版社，原注[1]康德.纯粹理性批判［M］.北京:人民出版社逻辑推导逻辑推导是自然科学中常用的的一种手段，可以从理论推导到详细的某一事件，在各个学科中均有重要作用。可以说，自然科学结论的对的性很大程度上是建立在逻辑推导的对的性上的，没有严密的逻辑推导，物理定律就不能产生有效的预言，由此也就不能进行检查其与否与事实相符合了。此外，经检查对的的定律，也得通过逻辑推导才能产生有实用价值的结论。那么，逻辑推导自身是严密的吗？逻辑推导逻辑推导是自然科学中常用的的一种手段，可以从理论推导到详细的某一事件，在各个学科中均有重要作用。可以说，自然科学结论的对的性很大程度上是建立在逻辑推导的对的性上的，没有严密的逻辑推导，物理定律就不能产生有效的预言，由此也就不能进行检查其与否与事实相符合了。此外，经检查对的的定律，也得通过逻辑推导才能产生有实用价值的结论。那么，逻辑推导自身是严密的吗？一，因果律我们在进行推导的时候，基本的格式是“由于···因此···”，这即是一种因果。这种推理得以经行，很重要的一点是原因必然能导出成果，这种见解可以说是因果律的一种简朴形式。于是，在推导过程中，原因和因果律的正保证证了推导的严密，就像我们的小球从上一级台阶跳到下一级台阶，因果律使得它总是能精确地落到下一级台阶上于是思维就这样一级级地前进推导到我们需要的结论上不过，我们有谁直接见过因果律呢？答案是，没有。因果律作为一种联络，我们没法直接观测到它。而我们时常观测到的现象，如只有发生甲事件才能发生乙事件，只是因果律存在的一种必要条件，不能确凿地证明其存在。于是，和数学运算法则同样，就像“康德把因果律视为人类知性的先天形式，尼采把因果律看作人类生命活动中后天形成的习惯（1）”，因果律也是人为定义的。那么，它就具有不总能符合现实的漏洞了。（1）刘慈欣．三体Ⅱ·黑暗森林[M]．重庆出版社，.5我们还可以举两个在《三体2》（1）中举过的例子来直观地展示这个问题、一种是射手的故事，一种射手闲来无聊在靶子上每隔十厘米就打出一种洞，靶子上有种二维生命，其中的物理学家就总结说“地上美十厘米就会有一种洞”。另一种是火鸡的故事，农夫每天中午喂火鸡，火鸡们就说:”每到中午食物就会从天而降”，然而感恩节时火鸡们没有得到食物，反而被宰杀。显然这几种故事中的因果都是错误的。我们可以看到，由于认识能力的局限性和认识对象的无限性之间的矛盾，人们往往不能厘清事物背后错综复杂的关系而简朴地进行总结。这样，我们的思维在半路上就已经脱离了预设的轨迹，难以真正严密地抵达我们想要推导的结论了。二，三段论就像数学推导过程所展示的那样，数理逻辑推导的基本形式是三段论，如左图为三段论的基本形式。当然我们也可以用文氏图来描绘它。从这里我们可以看到，三段论在论证过程中会使得命题不停“收窄”，在一种定律被提出之时，实际上就已经蕴含了其可以推导的定理了。那么。假如我们碰到了界线之外的问题该怎么办？我们只能重新提出定律。而提出定律这部分主线不是建立在严密的逻辑上的，作为对经验的归纳总结，直觉等非科学原因也起到了很重要的原因。于是，我们科学体系的根基本来也就不够牢固，更具有挖苦意味的是，我们要想拓展科学的范围，还要修建跟多这样的根基。由以上各个方面我们可以看到，自然科学赖以发展了两大工具实际上自身都不够“科学”。那么，科学的说服力似乎也没有那么大，这不免在某些人心中产生了恐慌：我们怎么办？❓❓❓❓❓❓❓❓正如费恩曼所说的：“我们必须从一开始就说清晰：假如一件事不是科学，这并不一定不好，例如爱好就不是科学，因此，假如说某件