自然辩证法课件

1、自然辩证法概论,绪 论,自然辩证法的研究对象 自然界发展和科学技术发展的一般规律，人类认识和改造自然的一般方法以及科学技术在社会发展中的作用。 简单地说，就是研究科学技术及其与社会的关系。 自然观 科学观 科学方法论 科学与社会,学科性质 哲学性质的交叉学科。 严格来说，自然辩证法不是一个学科，而是一个包含了自然哲学、科学技术史、科学思想史、科学哲学、科学社会学的学科群。,自然辩证法的渊源 来源于恩格斯在19世纪后半叶对科学技术和自然观方面的研究，主要体现在自然辩证法手稿和反杜林论中。 建国以后，全国有个学习“自然辩证法”的运动。主要是针对具有自由、民主意识的科学家和知识分子。通过学习自然辩证

2、法，完成对旧知识分子和科学家的思想改造，使他们的思想转到马克思主义的立场上来，兼有统战的作用。,文革结束后，自然辩证法进入全新时期。党和政府最高领导人热情支持，一大批著名的科学家涌跃加入到自然辩证法行列中来。因为那时候，科学界刚刚复苏，自然辩证法事业的繁荣象征着国家对科学技术的重视。现在，科技已经自主的发展起来，自然辩证法回归本来的意义。 今天，作为理工农医类硕士研究生必修的学位课程，我们学习自然辩证法，主要是利用官方提供的渠道，强制性的开展人文教育。,第一部分 自然观,17、18世纪机械自然观 系统科学的发展和系统自然观 生态危机和生态自然观,一、17、18世纪机械自然观,机械自然观的科学基

3、础：牛顿力学 牛顿在自然哲学的数学原理中，总结了伽利略、开普勒等人的研究成果，提出了万有引力定律和牛顿三定律，把地面上宏观物体的运动和天体的运动统一在相同的物理定律之中，取得了划时代的科学进步，是当时科学发展的顶点。,牛顿其人 在数学上，发明了微积分 在天文学上，发现了万有引力定律 在力学上，系统总结了运动三定律 在光学上，发现了太阳光的复合性，发明了反射式望远镜 缔造了牛顿式的机械自然观 最后的炼金术士 宗教狂热分子，神秘知识的信奉者,喜欢摆弄小玩具，小机械，做过风车、灯笼、日晷 性情孤僻 12岁进中学，因寄宿在药剂师家里而学会了化学实验 1661年，18岁的牛顿进入剑桥大学深造 卢卡斯设立

4、一个数学教席，首任教授巴罗。在巴罗指导下牛顿阅读了开普勒的光学、笛卡尔的几何学和哲学原理，伽利略的对话，胡克的显微图,1665年初大学毕业，伦敦瘟疫，停学回家。是年初，二项式定理（任何幂的二项式化为一个展开的级数）；11月，发明流数运算法（微分运算） 1666年，牛顿的奇迹年。1月，颜色理论，5月反流数运算（积分），同年推出平方反比力公式 1667年回到剑桥 1669年接任卢卡斯教席，时年27岁。是年发现太阳光并非单色光,1671年向皇家学会提交反射式望远镜，成为会员。与胡克闹矛盾。 为什么行星总是绕太阳做封闭的曲线运动，而不是跑离太阳呢？ 1684年1月，胡克宣布发现了平方反比力作用下的行星

5、运动规律是椭圆，但给不出数学证明。11月，牛顿写了论运动，证明了平方反比力与椭圆运动的关系。 由开普勒三定律惠更斯向心力公式可以推出平方反比力（胡克、雷恩、哈雷），牛顿给出了逆命题。,万有引力：苹果落地的故事 1685年，使用微积分证明了，地球吸引外部物体，恰像全部质量集中在球心一样。 在哈雷鼓励下，1686年写出自然哲学的数学原理，哈雷出资于1687年出版 原理分导论和三篇。 导论包括定义、基本定理和定律，及相关的说明。绝对时空概念、运动合成法则、运动三定律、力的合成与分解法则、伽利略相对性原理。就像一部数学专著一样,第一篇，解决引力问题，共14章 第1章，无穷算法 第2章，推导引力的平方反

6、比式 第3章，反推 第4、5、6章继续讨论圆锥曲线的几何问题 第7章，扩充伽利略的落体运动定律 第10章，摆的运动 第11章，引力与质量成正比 第12章，球体质点的等效性证明 第14章，运用力学讨论光的折射和反射问题,第二篇，讨论物体在介质中的运动。批评笛卡尔的宇宙旋涡假说。 第三篇，论宇宙体系 论宇宙体系的原因 论月亮 论潮汐 论岁差 论彗星,1693年，牛顿染上精神抑郁症 1696年，出任造币厂厂长直到去世 1703年开始，担任皇家学会会长直到去世 1704年出版光学，带有许多“探问” 1714年，攻击莱布尼兹，争夺微积分的发明优先权 晚年热衷于神学研究 1727年3月20日去世，享年85

7、岁,如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上 我不知道世人怎么看，但在我自己看来，我只不过是一个在海滨玩耍的小孩，不时地为比别人找到一块更光滑、更美丽的卵石和贝壳而感到高兴，而在我面前的真理的海洋，却完全是个谜。,牛顿力学的特点 揭示了物体的运动都是惯性运动； 把物体的运动都归结为机械运动； 时空观上的“绝对空间”和“绝对时间”； 机械的因果决定论； 分析还原的科学认识方法。,机械自然观的基本观点,机器的自然图景 伏尔泰：“宇宙是一架大机器”。 笛卡尔：“动物是机器”。 拉美特利：“人是机器”。 机械论的实验生理学： 嘴钳子、胃曲颈瓶、静脉动脉水压管、 心脏发条、肌肉骨骼绳子和滑轮系统

8、、 肺风箱、肾脏筛子和过滤器,严格的机械决定论：拉普拉斯决定论 拉普拉斯是一位法国天文学家，也是数学家，他把牛顿的力学体系做了进一步的数学化和普遍化，并成功运用于天体力学中。 拉普拉斯的决定论是在牛顿力学的决定论原理基础上形成的。 牛顿的决定性原理是：如果知道物体在某一时刻的初始位置和初始速度以及作用于物体上的力，那么通过牛顿力学方程可以精确的导出未来任意时刻的运动状态。,著名的拉普拉斯假定：设想有这样一个智能生物，他不仅知道一定时刻支配宇宙运动的所有作用力和组成宇宙的一切实体的位置，而且还具有对这些资料进行分析的巨大能力，那么无论是最大的天体运动，还是最小的原子运动，都将包括在同一公式里。对

9、于这样的智能生物，没有什么事物是不确定的，过去和未来都会展现在他眼前。后人把他所假定的智能生物称为拉普拉斯妖。 按照这种假定，宇宙中全部事件都是必然性的存在，事件的不确定性或偶然性消失了。,拉普拉斯妖，集中体现了近代数理实验科学的理想。这个理想就是要把全部的事务都还原到一个决定论的体系中，有了这样的体系，我们就可以完全控制自然。 这其实是一种还原论。还原论认为，各种现象都可被还原成一组基本的要素，各基本要素彼此独立，不因外在因素而改变其本质。通过对这些基本要素的研究，可推知整体现象的性质。还原论是近代西方科学的灵魂。,机械自然观的合理意义 按照物质运动和物质构成来解释自然界的变化，在反对神学的

10、斗争中起到一定的作用。 自然科学发展到一定阶段的产物，与当时科学的发展水平相适应。机械自然观成为相当长时间内科学家的通用观点。 后来由于科学进步和系统理论的发展，机械自然观得到一定程度的修正，但至今仍然保持了相当大的影响力。,机械自然观的局限 使18世纪自然科学在自然观上低于古希腊，甚至导致唯心主义和神秘主义的目的论。 牛顿：神的第一推动 恩格斯不无遗憾的说：哥白尼在这一时期的开端向神学写了挑战书，牛顿却以神的第一推动的假设结束了这一时代。,近代科学的进一步发展和对机械自然观的冲击,天文学中的新观念 康德的星云假说：用原始星云的吸引和排斥作用解释太阳系的起源，否定了神的第一推动 康德的潮汐摩擦

11、理论：说明了太阳系不仅有一个起源过程，而且还有一个演变灭亡的过程。 拉普拉斯的星云假说,地质学中的新理论 赖尔：将今论古的方法 用地球表面对立的力量解释了地球表面的发展变化：水成作用和火成作用 批判了当时占统治地位的灾变说，打开了机械自然观的又一个缺口 物理学的新综合 能量守恒和转化定律的发现：揭示各种运动形式之间的普遍联系 电磁理论的大统一：揭示了光电磁的统一,化学上的新发现 原子-分子学说的建立：确立了化学的基础 元素周期律的发现：揭示了自然界的量转化为质的规律 从无机物合成有机物：揭示了无机界和有机界的联系 生物学上的新进展 细胞理论的建立：揭示了生物界的统一性 生物进化论的建立：有力地

12、批判了目的论、神创论、不变论,二、系统科学的发展和系统自然观,系统：自然界物质存在的普遍形式 所谓系统，是由若干相互联系、相互作用的要素组成的具有特定结构与功能的有机整体。,系统的特点 系统是由若干要素组成的； 系统要素之间的相互作用，形成了特定的结构； 系统特定的结构，决定了系统作为一个整体对环境表现出特定的功能。 结构是功能的内在依据，功能是结构的外在表现。 系统包括：要素、结构、功能、环境。,整体性，即非加和性 整体性是自然系统最突出、最基本的特征。 所谓系统的整体性，是指系统的各个要素按一定的方式构成有机的整体，各要素不是简单的机械相加，系统具有各组成要素所没有的新的性质、功能和规律。

13、 亚里士多德：“整体大于各孤立部分之和”。,20世纪40年代末兴起的控制论、系统论、信息论，是系统科学研究的第一批成果。 20世纪70年代前后相继出现的耗散结构理论、协同学、突变论、超循环理论等自组织理论以及分形理论、突变理论、混沌理论，则是系统科学的新进展。,路德维希冯贝塔朗菲（Bertalanffy）：一般系统论（general system theory）。 1968年贝塔朗菲发表专著：一般系统理论基础、发展和应用（General System Theory：Foundations，Development，Applications），该书被公认为是这门学科的代表作。,贝塔朗菲强调，任何系

14、统都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能具有各要素在孤立状态下所没有的新质。 他反对生物学中机械论的思想，强调生物学中有机体概念，并由此发展成一般系统论。,贝塔朗菲认为机械论的观点是错误的， 一是简单相加的观点，即把有机体分解为各要素，并采用简单地相加来说明有机体的属性； 二是机械观点，即把生命现象简单地比作机器； 三是被动反应的观点，即把有机体看作只有受到刺激时才能反应，否则就静止不动。,他提出了新的机体论思想， 系统观点：认为有机体都是一个系统，并把系统定义为相互作用的诸要素的复合体； 动态观点：认为一切生命现象本身都处于积极的活动状态，主张从生物体和环境的

15、相互作用中说明生命的本质，并把生命机体看成是一个能保持动态稳定的系统； 等级观念，认为各种有机体都是按严格的等级组织起来的，层次分明。,耗散结构理论（Dissipative Structure Theory） 耗散结构理论的创始人是伊里亚普里戈金(I Prigogine)，由于对非平衡热力学尤其是建立耗散结构理论方面的贡献，荣获了1977年诺贝尔化学奖。,耗散结构理论的主要内容 一个远离平衡态的非线性的开放系统（不管是物理的、化学的、生物的、乃至社会的、经济的系统）通过不断的与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序

16、状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。,这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构” (dissipative structure)。 耗散结构理论强调非平衡是有序之源。 耗散结构理论的几个概念： 远离平衡态 非线性 开放系统 涨落 突变,系统自然观的基本思想,从存在到演化 “时间之矢” 确定性和随机性的统一 不同于机械决定论的思维模式，系统自身会自发地产生不可预测的随机性。 简单性和复杂性的统一 一个复杂的系统，不再被看作是许多要素的简单组合，而是存在着要素之间的反馈、自催化、自组织的相互联系和协同作用。

17、线性和非线性的统一,三、生态危机和生态自然观,生态自然观确立的现实根源：“生态危机” 所谓生态危机，是指由于人类不合理的活动，在全球规模或局部区域导致生态系统的结构和功能的损害、生命维持系统的瓦解，从而危害人的利益，威胁人类生存和发展的现象。 生态危机，不是自然生态环境的危机，而是人与自然关系的危机。,当代全球性“生态危机”的主要表现 环境污染：水污染，大气污染，噪声污染，放射性污染 生态破坏：森林锐减，草场退化，土地沙化，土壤侵蚀 自然资源消耗、短缺 人口激增 生物多样性减少 全球气候变化：酸雨、臭氧层破坏、温室效应,悲观主义 意大利经济学家佩切伊：人类生存必然破坏自然平衡，当前全球面临严重

18、危机，科学发展已到极限，人与自然的对立无法协调，人类前途渺茫 增长的极限：由于粮食的短缺、资源的耗竭或由于环境污染，世界人口和工业能力将会突然和无法控制地崩溃，在2100年，增长就会终止,乐观主义 西蒙没有极限的增长，人类资源不会穷尽，生态环境会日益好转，粮食也会越来越多 卡恩今后二百年：当前的人口、粮食、能源和环境污染等问题由于科学技术的进步可以得到解决 现实主义 布朗纵观世界全局：可以建立一个可持续发展的社会,对生态危机的反思 生态危机既是传统工业生产方式的必然结果，也是不合理的经济增长观念所导致的。 盲目追求高消费的生活消费观念（一定程度上也是高消耗、高浪费），是导致生态危机的直接诱因。

19、 科学技术的社会后果具有二重性 人类中心主义的文化价值取向,小讨论： 你愿意加入绿党吗？ 绿党的主张： 生态保护 社会正义,生态自然观要求我们具有生态观念 整体的观念 循环的观念 平衡的观念 多样性的观念,可持续发展理论的提出,可持续发展：既能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害。（1987年，WCED，我们共同的未来） 由理论到行动：1992年里约热内卢联合国环发大会 可持续发展是长期的、全局的、支持人类持续进步的道路。,可持续发展的内涵 人和自然的协调发展 从“人是自然的主人”到“人是自然的一员” 转变经济增长观念 代际平等与代内平等 控制人口、节约资源和环境保护 政府行

20、为、科技能力和公众参与,第二部分 科学观,科学的本质 科学知识的构成 科学的精神气质 中国古代科学,一、科学的本质,科学的涵义 科学是国家出钱满足一部分人的好奇心 科学是一种在历史上起推动作用的、革命的力量 科学是在近代欧洲诞生的一种看待自然、处理自然的知识形式和社会建制，其理论层面以牛顿力学为典范 科学是一种最逼近真理且尽可能不包含自相矛盾的知识体系,科学的本质属性,客观真理性 瓦解客观性？ 科学是人类精神的自由创造和自由发明（爱因斯坦） 逻辑完备性 瓦解逻辑性？ 新的理论很少由于理性地说服了对手而得到认可，人们只需等待，直到对手死去（普朗克） 可检验性（有经验内容、对象真实） 可预言性,关

21、于科学划界的标准,科学划界，是指划分科学与伪科学、科学与非科学的界限问题。 可证实性 逻辑经验主义以可证实性作为科学划界的唯一标准。 如果一个命题能用经验事实加以证实，那么这个命题就是科学的命题，否则便是非科学的命题。,可证伪性 批判理性主义者波普认为，可证伪性是区分科学与非科学的划界标准。 他主张，可被经验证伪的理论或命题才是科学的，否则便是非科学的。 因为科学的理论或命题具有普遍性，不可能被经验证实，而只能被经验证伪。 可检验性 辩证唯物主义认为，可检验性是科学区别于伪科学的根本标准。,伪科学与非科学,伪科学是伪装成科学形式的非科学，其内容不具有客观真理性。 不可检验性和伪装是伪科学的基本

22、特征。 非科学，一般是指不满足精确性和可检验性的命题、问题或理论，无法运用自然科学方法进行检验或评价的领域，如道德、哲学、宗教信仰、神话传说、艺术等。 科学与非科学没有好坏、对错之分，只是标明了两类不同性质的知识。,二、科学知识的构成,科学事实 科学事实，是科学认识主体关于客观存在的、个别的事物（事件、现象、过程、关系等）的真实描述或判断，其逻辑形式是单称命题。 如：“这块铀矿石具有放射性”是科学事实， 而“所有微观客体都具有波粒二象性”这样的普遍陈述，则是对科学事实进行概括或猜想后得出的定律性判断，其逻辑形式是全称命题。,科学定律 科学定律，是反映自然界事物、现象之间的必然性关系的科学命题。

23、 科学定律一般以全称命题的形式表示出来。 经验定律： 它反映事物和现象之间的某种联系，具有描述性、直接实践性，与观察、实验直接相关。 如：自由落体定律。 理论定律：借助于想像、直觉与灵感得出，不直接源于经验概括。 如：万有引力定律。,科学假说 科学假说，是根据已有的科学知识和科学事实，对所研究的问题作出的猜测性说明和尝试性解答。 科学假说是形成和发展科学理论的必经途径。 假说的构成要素： 事实基础 背景理论 对现象、规律的猜测 推导出的预言和预见,科学理论 科学理论，是关于客观事物的本质及其规律性的相对正确的认识，是经过逻辑论证和实验检验并由一系列概念、判断和推理表达出来的知识体系。 以牛顿力

24、学理论为例，它是科学发展史上第一个完整的科学理论，这个科学理论是由力学的基本术语、力学的基本命题和逻辑语言与数学语言写成的。,三、科学的精神气质,美国科学社会学家默顿（R. Merton）：“科学是一种具有独立精神气质的社会建制” 普遍性（universalism） 公有性（communism） 无私利性（disinterestedness） 有条理的怀疑主义（orgnized scepticism）,普遍性： 科学真理是普遍的，是放之四海而皆准的；科学的评价标准是普遍的，不以任何个人或社会的特性为转移；科学向一切能进入科学之门的人开放。 公有性： 科学发现属于整个科学共同体乃至整个社会，科学

25、家无权独占或收回他的科学发现，科学发现奉行公开原则，科学家所换回的唯一“私有财产”是他的发明权。,无私利性： 科学主要被看作是对真理的不谋私利的求索，仅仅在次要的意义上才是谋生的手段。科学家应具有求知热情、广泛的好奇心和造福人类的利他主义。 有条理的怀疑主义： 科学家决不应不经任何分析批判而盲目地接受任何东西。当然这种怀疑是按照一定的规范进行的，而不是怀疑一切。,四、中国古代科学,中国古代有科学吗？,中国园地里有“青菜”（近代数理实验科学）吗？ 答：没有 不平者曰：中国园地有蔬菜的，当然也有青菜（青色之菜）！（青菜与蔬菜之混淆） 中国园地里有“叶子菜”（理性知识）吗？ 答：基本上没有 中国园地

26、里有“蔬菜”（自然知识）吗？ 答：有，但不是主打品种 中国园地里有“种植”（文明）吗？ 答：繁荣茂盛,概念再澄清 科学一：近代数理实验科学（青菜） 科学二：希腊理性科学（叶子菜） 科学三：自然知识（蔬菜） 科学四：文明（种植） “中国古代科学” 的“科学”即取上述“科学三”和“科学四”两种定义，即同时包含了一般自然知识与技术工艺等,李约瑟问题：,李约瑟（Joseph Needham, 1900-1995），著名的科学史著作中国的科学与文明（Science and Civilisation in China） 既然中国古代科学技术成就非常伟大,但是中国的古代文明为什么没有发展出现代科学技术？ 既

27、然中国园地繁荣茂盛，为什么最后没有种出“青菜”来？ 为什么今天报纸上没有出现我的名字？（席文） 为什么梨树上没有结出桃子来？（吴国盛）,中国文化的一般特征,相对封闭的地理环境 以血缘关系而非地缘关系结成的文化团体，亲情高于契约 以农业经济为主体，稳定压倒一切 大一统专制政治体制，单一，崇尚权威 作为政府官员的知识分子，科举制度 特殊的知识体系（经史子集） 连续而非断裂的人神关系,中国科学的一般特征,实用、功利。所有的知识或服务于大一统王朝的需要，或服务于人民日常生活的需要。 宜物。具体问题具体分析。灵活、机智。见机行事，与时俱进。 有机自然观。整体思维、辩证思维 士大夫阶层与技工阶层相隔绝，精

28、英知识与实用知识从未结合，文人墨客喜吟诗作赋，好琴棋书画，对工匠技艺不屑一顾,第三部分 科学方法论,科学从问题开始 观察和实验 科学理论的评价和检验 科学理论的发展模式,一、科学从问题开始,问题是科学研究的起点 经验主义认为，科学是从观察和搜集资料开始的，科学的发展就是不断的归纳的过程。 波普认为，科学只能从问题开始，而不是从经验开始。科学应当是从问题到问题的不断进步。 科学问题（Problem），是指科学认识过程中需要回答而在当时的知识背景下又无法解决的问题。,科学问题的主要来源 为寻求事实之间的联系提出问题； 从理论与事实之间的矛盾中发现问题； 从某一理论内部的矛盾（非自恰性）中发现问题；

29、 从不同理论之间的分歧中发现问题； 从社会需要与已有生产技术手段的差距上发现问题。,爱因斯坦：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想像力，而且标志着科学的真正进步。”,选题 选题，就是选定一个科学问题来研究。 科研选题是否得当，在研究工作中十分重要，关系到科研的目标、方法、水平和价值。 选题的基本原则 创新性原则 科学性原则 可行性原则 社会需要原则,二、观察和实验,观察和实验是获取科学事实的基本方法，也是检验理论认识的基本手段。 科学观察是人们有目的的、有计划的利用自己的

30、感官认识和描述各种自然现象、获取经验知识的基本手段。 科学实验是人们根据研究的目的，利用科学仪器、设备，人为地控制或模拟自然现象，排除干扰，突出主要因素，在有利的条件下获取科学事实的方法。,阅读自然之书实验哲学的兴起 培根、伽利略、法拉第、拉瓦锡、哈维 “依靠自然而非人们的证词；以事物而非言论作为知识的源泉；相信你自己的眼睛和理性所提供的证据更胜于相信别人所告诉你的” “从原则上讲，人们可以按照意愿在任何时候、在任何观察者面前展现实验现象，而不用等待它们自然地出现；人们甚至可以产生出通常的人类经验根本不可能达到的效应”,观察和理论的关系 古典归纳主义和逻辑经验主义都认为，观察独立于理论之外，不

31、受理论的影响。 波普、汉森和库恩等人，则明确提出了“观察渗透理论”。 科学观察并非单纯的感性活动，要受到观察者已有的经验和掌握的理论的影响，即观察渗透理论。 “观察渗透理论”并没有取消观察的客观性。 观察实验中的机遇,三、科学理论的评价和检验,一、科学理论的逻辑评价 科学理论的逻辑评价，主要是科学共同体对科学理论的逻辑结构作出评价，有时也被称为理性检验。 经不起理性检验的的理论，没必要经受进一步的经验检验。,相容性评价 相容性，是指新的科学理论同公认的科学理论在逻辑上不矛盾。 如果从新理论T2可以推出公认的理论T1，或者从T2推不出与T1相矛盾的推论，那么T2与T1是相容的。 不相容性是指，如

32、果从新理论T2推出了对公认理论T1的否定，或者从T2推出了与T1相矛盾的推论，那么T2与T1是不相容的。,在把新理论同公认的科学理论相比较，进行相容性评价时，可能出现两种情况： 新理论包含有错误 旧理论包含有错误 如果一个新理论与旧理论不相容，并且新理论得到确认，从而引起科学革命或对公认理论的修改与补充。,自恰性评价 自恰性评价，就是分析理论内部是否自相矛盾。 一个理论T，如果不能从它逻辑地推出命题A和非A，那么T就没有逻辑矛盾，就是自恰的；反之就是不自恰的。 处于退化阶段的科学理论，在新的关键性反例越来越多的时候，总是力图对理论的非自恰进行修改，但这种修改只能使该理论进一步暴露出其内在的矛盾

33、，加快其被新理论取代的速度。 处于进化阶段的科学理论，会在理论发展的过程中，消解自身的不自恰。在消解不自恰的过程中，往往会深化或发展出新理论。,简单性评价 科学理论的简单性，是指“把一切概念和相互关系，都归结为尽可能少的一些逻辑上独立的基本概念和公理”。 科学理论的简单性评价： 首先看理论的普遍性； 其次看理论的前提或基本假设是否足够少； 还可以考察一个理论所包含的公式的参数或变量是否较少，这些变量的次数和方程的级是否较低。,二、科学理论的实验检验 理论的实验检验，是由假说逻辑地推演出若干可以直接检验的推论，然后与观察到的实验结果进行对照。 因为假说是对事物的本质或规律性的猜测，具有抽象性和普

34、遍性，无法通过经验直接验证。,假说的推论与实验对照有三种情况： 推论和已知的经验相符合，这种证实是对已知经验的理论解释； 推论和未知的现象相符合，这种证实是对未知的理论预见； 推论和未知现象不符合，假说被否证。 这种情况下，有两种可能：修改或补充原来的假说；推翻原来的假说，出现科学革命。,检验蕴涵 经验命题大多是单称命题，理论命题全部是全称命题。单称命题可以直接与经验比较，全称命题无法直接与经验进行比较。 所以，我们可以根据一定条件，从这个全称命题逻辑上必然地推出一个单称陈述，再直接验证这个单称陈述，从而对那个全称陈述进行检验。 由于推出的相应单称命题，是蕴涵在全称命题之中的，所以我们就把这样

35、的条件和相应的单称命题叫做检验蕴涵。,确证 如果检验蕴涵与经验命题一致，我们就说由之推出那个检验蕴涵的全称命题得到了一次确证；如果二者不一致，我们就说那个全称命题被否证了。 通过检验蕴涵确证一个理论命题，公式是： 如果t为真，则p亦为真 p为真 t为真或者为假,从逻辑上看，一个检验蕴涵与一个观察结果相符，并不能决定由之推出检验蕴涵的那个理论命题是真是假。这样的相符只是对理论命题的一种确证。 确证不同于证实。 确证实际上就是新观察到的证据对理论的支持。,否证 如果t为真，则p亦为真 p为假 t亦为假 与确证相反，确证决定不了理论的最终命运，否证却可以决定理论的最终命运。,判决性检验 如果关于同一

36、个问题存在两个相互竞争的理论，我们可以设计同样的条件，由两个互相竞争的理论分别推出两个相互排斥的检验蕴涵，通过相应的观察或实验，来看检验结果与哪一个检验蕴涵相符，从而断定接受或放弃哪个理论。这个过程就是判决性检验。 判决性检验的结果，不会最终决定两个竞争的理论的真假，但可以支持一个理论而不利于另一个理论。,四、科学理论的发展模式,累积式发展观 否证式发展观 历史主义模式,累积式发展观,累积式发展观是关于科学理论发展的较早且较有影响的看法。 归纳主义（培根）、实证主义（孔德）、逻辑实证主义（石里克等人） 这种观点把科学理论的发展过程看成是经验的累积过程，在现代科学革命发生以后，受到猛烈的冲击。,

37、这种发展观认为，科学知识体系是以观察所提供的可靠的经验事实材料为基础，并通过归纳法建立起来的。 随着观察和实验所获得的事实材料的增加，并且由于观察和实验技巧的改进而对事实的了解更加精确和深入，愈来愈多的概括性更强的定律和理论被建立起来。 惠威尔形象地把这种科学发展模式叫作：“支流 - 江河说”。 科学的发展就是真命题的不断增多，表现为量的累积。科学的发展只有进化，没有革命。,理论的调整和修改,科学理论的累积式发展同时也是理论的不断应用、调整和修改的过程。 应用理论从事常规研究活动，会遇到“反常”。 理论面临“反常”，表明原有的知识体系存在着缺陷需要克服。为了排除“反常”，就要对理论进行修改。,

38、所谓理论的修改，是指在基本概念和基本命题保持稳定不变的情况下，对理论体系作出某种调整，主要是对理论组成的次要部分（辅助内容）进行补充、修改或更新，而不改变其核心观念。 理论的修改之所以可能，是因为理论一般具有复杂的演绎结构，具有一定的韧性。 理论通常由“内核”和“保护带”两部分组成。,否证式发展观,否证式发展观，是现代科学革命出现之后产生的、关于科学理论发展的较有影响的看法。 波普（Karl Popper）认为，任何一种科学理论都不过是某种猜想或假说，其中必然潜藏着错误，即使它能够暂时逃脱实验的检验，但终有一天会暴露出来，遭到实验的反驳，即“证伪”。科学理论就是在不断地提出猜想、发现错误而遭到

39、否证，再提出新的猜想的循环往复的过程中向前发展的。,波普的“证伪主义”是在批判归纳与证实原则的基础上建立起来的。 逻辑经验主义认为通过个别经验的归纳概括就可以得到一般的理论知识。 波普认为，这种观点在逻辑上不成立。因为科学理论是普遍性陈述，要通过归纳从作为单称陈述的经验事实推导出具有严格的普遍陈述形式的科学理论是不可能的。自然定律在时间上和空间上的无限性，永远不会被有限的观察事实所穷尽。,波普对归纳的否定同时也就是对证实原则的批判。 逻辑经验主义认为科学理论可以通过经验事实所证实。波普反对证实原则，认为科学理论不可能被经验事实证实。因为从全称陈述的理论（H）推出的关于事实的命题（E）被检验为真

40、，并不意味着这个理论H被证实。 从普遍性命题H引伸出一系列关于事实的单称命题E1、E2、E3 En，并经过观察实验检验全为真， 也不能说明这个理论被证实。,波普认为理论不能证实但可证伪 例如“凡是天鹅都是白的”这个全称陈述，只要发现一只不是白色的天鹅，“天鹅皆白”的命题就被证伪了。 一个理论只有在逻辑上有可能被证伪，才是科学的，否则就是非科学的。 波普认为，科学的发展就是理论不断被经验反驳和证伪的反复过程。在此基础上，他提出了科学发展的模式：,P1 TT EE P2 即：科学从问题P1（Problem）开始，经过试探性理论TT（Tentative Theory），又经批判性检验排除错误EE（E

41、limination of Error），提出新的问题 P2。四个环节循环往复，推动科学不断前进。,按照波普的四段图式，科学始于问题。所谓问题，波普说，就是矛盾和不一致，新的观察与旧的理论的不一致，理论与理论之间的不一致，同一理论内部的不一致等。问题是科学探索的起点。他强调了问题，从而尖锐的否定了科学始于观察的传统观念。 问题P1提出以后，就要解决问题，提出试探性理论。这是波普科学发展模式中的第二个环节TT。提出试探性理论的根本手段是猜想。在波普看来，理论本质上是一种猜想，一种在灵感的激发下，对自然界的普遍性猜想。,之后的步骤是对试探性理论进行前验评价。从中选择未被证伪但可证伪度最高的理论。波

42、普认为这种理论往往构成科学的真正进步。 消除错误EE，也称后验评价，就是经过前验评价后，用演绎推理，从最可检验的理论中推出预见，再同观察、实验的结果加以比较。消除错误或称后验评价就是证伪，其根本的手段是反驳。 任何理论，不管它经受了何等严格的检验，也不管获得何等的成功，最终总会被推翻的。经,经过严格确证的理论一旦被推翻，便有新的问题P2出现。新的问题又激发人们新的创造。科学知识就是循着这样一条道路不断增长。 证伪主义科学发展模式并不否定确证在科学发展中的作用。 “科学家的脸皮很厚，他们不会因为一两个反例就轻易地放弃他们的理论的”，而是要对这个理论做一些修改或者新的辅助性的说明，把这个反例解释过

43、去，以推动进一步的检验。,历史主义的科学发展模式,范式（Paradigm）是指从事同一个特殊领域的研究的学者所持有的共同的信念、传统、理性和方法。 科学共同体，是指在某一特定研究领域中持有共同观点、理论和方法的科学家集团。这一科学家集团的成员受到过大体相同的教育和训练，因而具有相同的探索目标和评判标准。,库恩（Thomas Kuhn）认为任何一种常规科学都是一种范式，而科学的发展就是范式的转移和更替的过程。 库恩从自己的范式论出发，提出了他的常规科学和科学革命交互更替的模式： 前科学 常规科学（形成范式） 反常 危机 科学革命（新范式战胜旧范式） 新常规科学,库恩认为，任何一门科学在其尚未形成

44、共同的范式以前，只是处于前科学时期。这时，学科中的各人都各持一已之见，没有为大家都能接受的公认理论。 随着科学活动的深入，某一理论由于科学实验的重要支持和取得某些重大成功为该学科越来越多的成员所拥护，这样就出现了公认的范式。自此，科学家集团就有了共同遵循的原则、规则、方法、信念，于是科学便进入到常规科学。,在常规科学的发展时期，一方面在范式的凝聚下形成了科学共同体，另一方面，科学共同体在范式的定向下展开解题（puzzle-solver）活动，以便解决范式所提出的问题并完善和发展范式。 随着常规科学渐进式的发展，新的事实和发现总是会越来越多，其间与范式不符的反常现象也逐渐增加。它们一次又一次地向

45、范式提出诘难，而范式无法回答，大量的反常现象已经是一种颇有势力的挑战，于是，范式的稳固性开始动摇，常规科学便陷入了它的“危机”时期。,危机带来了分歧，造成了科学共同体的分裂和瓦解，但科学家们的批判精神和创造精神，也正是由此而得到激发，在这种形势下，愈来愈多的科学家开始批判旧范式，另建新范式。当旧范式被抛弃，新范式得以确立时，这就是科学革命时期。 当新范式取代了旧范式之后，科学革命时期就宣告结束，而科学的发展也就进入到下一个发展时期，新的常规科学时期，从而进入到一个新的发展循环。,在科学革命过程中，理论的更替表现为： 新理论取代旧理论； 旧理论被新理论归并； 综合型，兼有取代和归并的特点。,第四

46、部分 科学与社会,科学体制的建立 科学界的分层与互动 科学强国的兴衰（世界科学中心转移） 对科学中心转移现象的分析,一、科学体制的建立,科学家社会角色的确立 古代科学活动的主体，是哲学家中具有科学气质、渴望了解自然的一部分人。他们并不是具有独立社会地位或身份的科学家，通常被称为natural philosopher。 Scientist一词最早出现在1834年，在剑桥召开的英国科学促进会的会议上，威廉 休厄尔提议仿照artist创造出一个新词，以区别于“太广泛太崇高”的哲学家这一传统词汇。 这就意味着，在此之前，一个统一的“科学家”的社会角色并未形成。,今天的科学家角色 大学教授 政府设置的研

47、究所 企业设置的研究所 再来看看近代科学史上，我们称之为“科学家”的那些人的的社会角色是什么？如何谋生？在哪里工作？,数理科学家,实验科学家,18世纪的科学家,18-19世纪的科学家,19世纪以前，科学活动的方式主要是非职业的、兴趣驱动的个人独立研究。 作为汇集知识精英的大学，并不是近代科学的策源地。近代科学的先驱者，大多散布在民间，从事着各种各样的职业。 科学体制化的核心是科学的职业化，其进程与科学家的职业化程度密切相关。 18世纪开始，国家设立专职的科学研究岗位。 19世纪开始，大学又重新成为科学精英的汇集之地。,科学活动的组织化 实验科学需要资金支持 政府和社会介入科学活动 16-17世

48、纪的主要资助方式：宫廷资助 17-18世纪的资助方式：国家介入 早期的科学活动多由于科学家个人和宫廷的关系而得到资金支持，不固定也不持久，后来由国家出面资助科学家，成立官方的科学机构，科学活动逐渐形成了社会建制。,17-18世纪的科学社团 1660年，英国皇家学会。皇家学会的成立，宣告了科学活动和科学家角色在英国社会中得到正式承认。 1666年，巴黎科学院，经路易十四批准成立，提供经费和津贴，是科学家的专门学术机构。院士制度的出现。 1700年，柏林科学院，在莱布尼兹的努力下正式成立，自然科学与人文学科并重。 1724年，圣彼得堡科学院。,大学的改造 欧洲中世纪以后，大学的任务是培养神职人员、

49、法官和医生，后来教授自然科学的教师逐渐成为一种社会职业，孕育了近代科学家的角色 1810年，德国柏林大学建立。近代大学开始出现，重视自然科学，大学不仅传授知识，而且生产知识，研究型大学来源于此。 1826年，慕尼黑大学建立。德国的科学研究以大学为中心开展 19世纪的最后25年，牛津和剑桥以及英国其它大学都设立了科学教授职位。,专业学会和科学促进会的建立 1807年，伦敦地质学会 1826年，伦敦动物学会 1831年，皇家天文学会 1841年，伦敦化学会 1831年，英国科学促进会 1848年，美国科学促进会 1870年，法国科学促进会,到了19世纪，科学的体制化全面完成 主要以国家的力量来支撑

50、众多的科学研究机构，科学家的社会角色明朗化 学科分化的格局已经确立。 大学特别是研究型大学重新成为科技精英的汇集场所，成为科技知识的集中产出地 科学与技术、科学技术与社会经济发展之间形成高度互动。科技水平已经成为国力盛衰的标志。,二、科学界的分层与互动,科学的分层结构 科学的分层结构，主要是由于社会承认的不同而形成的等级体系，这种社会承认是通过学术职位和学术声望的承认表现出来的。 本质上是一种权威结构。 学术职位承认，是有形的社会承认。 学术声望承认是无形的社会承认。一般用“知名度”来表示。,影响科学家学术声望的因素： 科研人员所在机构的知名度 所获奖励的声望 发表的论文的数量及其被引证的次数

51、，（这些能量化的指标）是其学术声望的主要依据,科学分层与社会分层相比较 社会分层是由于权力和财产差别形成的，科学分层是由于社会承认不同形成的 社会分层是鸭梨状结构，科学分层是金字塔结构 洛特卡定律：fn=c/n2 n为一位作者发表的论文数，f n 为发表 n 篇文章的科学家占总人数的百分比，c为常数（ c = 0.6079 ） 朱克曼：1/13/2400/4300/6800 都表现出一种等级结构和不平等性。,科学界的互动 交流，是最重要的互动形式。 科学交流不仅是传播学术思想的手段，也是科学家获得学术承认的基本途径。 正式的学术交流，包括学术会议、学术期刊、学术专著、文献摘要和目录索引等一套系

52、统； 非正式的学术交流，一般是为了获得新的信息，科研人员通过直接交谈、相互之间的通讯等方式交流学术信息，即“无形学院”。 竞争与合作。 冲突。,科学互动中的冲突 分为两类：学术性冲突和非学术性冲突 学术性冲突，即学术论战 非学术性冲突，负功能居多 过分激烈的冲突可能会导致学术越轨行为，比如：科学活动中的欺骗行为，借用科学以外的力量攻击竞争对手等。 冲突与越轨的防范：道德约束、制度建设、成本,交流、合作与竞争的目的： 获得承认及优先权 科学王国的基本通货是承认，是共同体对科学家贡献的承认，是通过职位的承认和名望的承认表现出来的，以成果的引证数和获奖、荣誉称号为标记。 优先权之争：微积分的发明权，

53、牛顿与莱布尼兹；DNA的结构，鲍林与Watson & Crick,科学奖励 科学奖励，是因对科学活动的贡献而得到科学共同体的承认，赢得社会的各种回报，名誉的和物质的。 名誉奖励主要是指，得到同行的承认和尊重 科学奖励的实质：对科学家贡献和能力的承认 科学奖励是科学运行的动力机制。,马太效应 表现为某些科学家一旦具有一定优势后，就有了更多机会进一步去获得成果和承认，获得评价别人的权力甚至压制别人的机会。 马太效应，客观上有利于科学权威的形成，是科学共同体得以维系的保证。处理不当，会带来一定程度的消极影响。 马太效应揭示了科学运行（包括荣誉、人力与资源分配等方面）中的一种现象优势积累效应。,三、科

54、学强国的兴衰,科学活动中心 1954 年，英国学者贝尔纳在其名著历史上的科学一书中，首次提出了科学活动中心的概念，并总结出18个历史时期的世界科学活动中心。 日本学者汤浅光朝在贝尔纳工作的基础上，对近现代科学成果作了统计分析，用定量化的指标确定了1620世纪世界科学活动中心及其科学兴隆期，并描述了近现代世界科学活动中心转移的情况。,按照汤浅光朝的定义，世界科学活动中心，是指某个时期取得的重大科学成果数超过同时期全世界取得的重大科学成果总数的25的国家。一个国家保持其处于科学中心地位的时间，汤浅光朝称之为科学兴隆期。 从上表可以得出两个结论： 近现代科学中心是不断转移的，转移的顺序是：意大利英国

55、法国德国美国； 这5个国家进入和退出科学活动中心的时间不尽一致，但科学兴隆期的平均值是80年左右。,意大利,第一个科学活动中心在意大利（15401610 年）。那里是文艺复兴时代的第一个大舞台，需要巨人也产生巨人。 以达 芬奇和伽利略为代表的意大利科学家，继承和发展了古希腊的科学文化，开创了实验科学的传统，使自然科学从神学中解放出来。 但是，随着教会把布鲁诺送上火刑柱（1600年），意大利的光荣就成了明日黄花。,英国,标志是 1660 年英国皇家学会的成立。 在皇家学会周围，云集了一大批科学家，他们中有物理学家牛顿、虎克和波义耳，有天文学家哈雷和布拉德雷，有数学家瓦利斯、哈克和麦克劳林，等等。 在 16601730 年间，英国共有六十余名杰出的科学家，约占当时全世界科学家总数的36以上，他们的科学成果占总数的40。,英国成为世界科学活动中心，与牛顿有很大的关系，他的名著自然哲学的数学原理出版于1687年，被认为是近代科学臻于成熟的里程