科学发展模式-宋子良

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1、科学发展模式,主 讲 人,宋子良,2,题解：何谓科学发展模式？ 等价于“科学演进的模式”,定义：“从动态上描述科学发展的主要特征和内在机理”,指数增长律 汤浅现象 凯德洛夫：带头学科理论 累积模式 波普尔模式 库恩模式,应包括两个方面： 宏观上描述科学整体运动的规律：,3,微观上阐述科学理论生长 的过程：,观察、实验,假说,检验,理论问题,尝试性答案,检验,理论,4,大 纲,一、科学累积发展模式 二、波普尔的不断革命模式 三、库恩的范式变化模式,5,一、科学积累发展模式,认为科学是一个不断积累的过程， 知识从少到多，日渐积累，越积越多.,1、代表人物: 亚里士多德（Aristotle） 惠威尔

2、（W.Whewell）,6,1.1亚里士多德,从观察上升到理论，再从理论返回 到观察，以指导观察。前者采用 “归纳”，后者采用“演绎”。,7,从过程1到过程2,一般理论1成了 认识的背景，指导并解释经验观察2，这就要暗含一个前提：前后不矛盾。不矛盾意味着知识融汇的可能。,经 验 观 察 1,经 验 观 察 3,一 般 理 论 2,经 验 观 察 2,一 般 理 论 1,归纳,演绎,归纳,演绎,过程1,过程2,认识背景指导、解释观察2,用图表示：,8,理由二：,在认识的每一个阶段， 作为认识起点的知识所包括的内容越来越多,知识就像滚雪球一样越滚越大,如果相信累积模式，则: 对发现抱乐观态度；科学

3、的发展就是这种必然真的知识的不断增多的过程； 整个科学史就是科学不断进步的历史,9,19世纪以前科学界相信科学的发展 是累积的。分析原因：, 科学研究只有一种模式（从观察开始）； 大多数历史事实使学者领悟到的也是如此（牛顿；文献）,10,12 惠威尔：,把科学的进化比作支流汇成江河的形式，即科学是通过归并而进化的 开普勒定律 伽利略自由落体定律 潮汐运动规律 其它事实,牛顿的万有引力理论,11,如何归并的呢？,首先要有事实1、2 m 经验定律1、2、n 更高层次定律1、2、o 理论,归并,归并,归并,12,必然的推论：,定律和理论并不在同一个层次上,13,事实1，事实2事实m 经验定律1，2，

4、经验定律n 更高层次定律1，2，o 理论,mn0,14,2对惠威尔观点的批评,21 图尔明的批评,给科学史强加了一种虚假的连续性；科学的发展是坎坷不平的，理论并不互相流入对方；相反，竞争是法则，一个理论被另一个理论替代，常常是革命性推翻,燃素说和氧化说之间是取代、推翻关系，是竞争结果，是不连续的,15,“在化学中，燃素说经过几百年的实验工作提供了这样一些实验材料，借助于这些材料，拉瓦锡才能在普利斯特列制出的氧中发现了幻想的氧素的真实对立物，因而推翻了全部的燃素说。但是燃素说者的试验结果并不因此而完全被排斥，相反地，这些实验结果仍然存在，只是它们的公式被倒过来了，从燃素说的语言翻译成了现今通用的

5、化学的语言，因此它们还保持着自己的有效性。” 恩格斯,16,“自然秩序理想”概念,一个理论被另一个理论替代就是“自然秩序理想”的改变。,如牛顿第一运动定律取代亚里士多德的理论,17,亚氏的自然秩序理想：,V取决于作用力与阻力之比；运动的存在表明作用力起了作用； 需要解释的是运动本身，不是运动的变化,牛顿第一定律,匀速直线运动 是惯性运动， 它不需要作用力，也不需要解释； 要解释的只是运动的变化,这两种理想之间是冲突的，牛顿理想的获胜是对亚氏理想的否定，不是归并。,18,“反常”是新的自然秩序理想确立的原因,若一个现象与可理解性原理相抵触，则该现象就被认为是反常,抛射体问题,19,2.2内格尔的

6、批评：,牛顿力学,相对论,解释范围大；可以推出前者,单纯用惠威尔的方法不能说明科学理论的变化，如：,20,内格尔将归并分为两类：,“同质归并”，这是惠威尔自己提出的。 “异质归并”这是他自己补充的：,从经典热力学,统计力学,从牛顿力学,相对论,21,3、累积模式的图示,知识量,时间,直线发展的 不存在突变 没有科学革命 的地位,22,4、评价：,卡尔纳普：中国套箱 优点：能较好地说明新旧理论之间的继承性 问题：科学发展并不全是渐进的，其间曾经存在革命，有间断，无法用继承性加以说明;新理论的产生常开始于旧理论与观察事实的矛盾;累积模式把科学发展问题太简单化了,23,二、波普尔（K.Popper）

7、的不断革 命模式,1905年相对论提出 此前，牛顿理论已经受千百次检验，取得惊人成功，被证明是真理。 在相对论冲击下，根基发生了动摇 一个理论，不管多么成功，都难免被推翻的命运。 由此出发看1919年爱丁顿实验（不是对爱氏理论的证实，而是对牛顿理论的“证伪”、“否证”） 科学不可能是“向着最终目标稳步前进的系统，它永远得不到真理，甚至象几率那样的真理的替代物。”,1、背景,24,2、模式描述,P1,TT,EE,P2,P1问题 TTTentative Theory 试探性理论 EEElemination of error 用证伪消除错误 P2下一个新问题,证伪概念,把猜测和反驳看作是科学知识发展

8、过程的本质,25,波普尔模式包含四个环节,科学从问题开始 针对问题，科学家进行各种大胆的尝试性猜测，即提出假设和理论 各种理论之间激烈竞争，相互批判，并经受观察和实验的严格检验，从而清除错误，筛选出逼真度较高的新理论 新理论被证伪，又出现新问题，开始下一个过程,26,他把科学看成是从问题到问题而进步的，随着这种进步，问题的深度不断增加,贯穿该模式的红线是猜测与反驳的过程 他自己将这个模式称为“以猜测和反驳为手段来解决问题的一般模式”,27,3、应提倡的科学精神,要有敢于犯错误的精神 “怕犯错误是一种可怜的愿望” “从错误中学习” “科学史仅是一部不可靠的猜测史或错误史”,要有批判精神 向权威批

9、判 向自己批判,要有否定精神 否定归理论是发展新理论的前提，否定得越早，进步越快。,28,4、对波普尔模式的评价：,突破了逻辑实证主义者对科学知识仅作静态的语言逻辑分析的框框，把人们的眼光引导到对科学知识的增长作动态考察和对这一过程的内在机制作逻辑说明的方向上去。,他的科学始于问题的提法也给人以启迪。 他认为一个反例就可以证伪一个问题（理论）不对。理论的免疫问题。 问题有各种类型：,29,a、产生于理论内部的问题 地心说统治时期逆行的问题 悬天说提出后“天会不会掉下来”问题 爱氏引力理论提出后光线会不会弯曲的问题,b、产生于两种不同的理论之间 天体演化和地质进化提出后会问“地球 表面的生物怎么

10、来的？”上帝创造的吗？,C、产生于理论和观察的矛盾 日心说理论和恒星周年视差,30,恒星视差,a,O 日,2,1,恒星,1和2相差半年，两次观察同一恒星， 应该有不同的视角，（a ） 但未有看到。 原因：恒星太远 日心说不对 1938年才观察到恒星视差 问题产生以后，如何从一个问题转换到另一个问题，波普尔也没有作出令人信服的说明。,31,历史主义者批评波普： 不同意不断否定论，这样不会有知识增长了 不同意经验证伪主义 波普尔理论与科学发展史不相符合,只强调理论只能被证伪，不能被证实，必然导致他对真理的错误看法。,32,波普理论并没有改变科学直线发展的总趋势：,时间,知识量,33,三.库恩（T.

11、S.Kuhn)的范式变化模式,又叫科学革命模式。因为他强调科学的发展是“新理论抛弃并取代与之不相容的旧理论的革命过程，革命的重要标志是范式 （Paradigm）变换.”,34,关键词：范式（Paradigm）,科学革命的结构（1962）100多页，20余种范式解释 必要的张力（1977）,35,无论实际上还是逻辑上都很接近于“科学共同体”这个词,科学共同体： 在科学发展的某一历史时期，该学科领域中持有共同的基本观点、基本理论和基本方法的科学家集团,集团所采用的符号概括； 为集团提供类比和给人们以启发的模型； 具体的解题范例。,36,托氏地心体系为早期天文学家的范式. （它规定了基本理论、基本观

12、点和基本方法，提供了研究问题和解决问题的模型或框架，为当时天文学发展规定了方向）,1、模式描述,前科学时期,常规科学时期,危机时期,科学革命时期,新的常规科学时期,哥白尼日心说是以后天文学家的范式。,37,“前科学时期”就是“范式”没有形成之前的时期。,亚里士多德以前的动力学 阿基米德以前的静力学 布莱克以前的热力学 燃素说以前的化学 赫顿以前的地质学,前科学时期,38,范式是一门学科成为科学的必要条件,“常规科学时期”是范式已经形成的时期 科学发展快 对待反常的态度： 不理睬,39,普劳特（W.Prout,1785-1850）假说 （1815-1816年提出）,普劳特时代仍相信，上帝只会用少

13、数几个砌块来创造世界，氢就是其中之一。由于当时发现氢的原子量为整数，其它元素的原子量是氢的整数倍，因此元素的原子量应该是整数。（相信元素是氢的化合物或聚合物） 后来发现氯的原子量不是整数。有了反常出现。相信传说的说法的科学家干脆不予理睬这一反常。,消化反常,40,洛伦兹（H.A.Lorentz,1853-1928）收缩假说,41,收缩假说消化了反常,42,怀疑自己运用范式的能力,科学家思想保守,很少有创造性,很有必要,“危机时期”：对旧范式发生了怀疑 有四种情况会导致怀疑,反常的数目越来越多。如,43,1895年，x射线，伦琴 1896年，铀放射性， 贝克勒尔 1987年，电子，J.J.Tho

14、mson 1898年，、射线，卢瑟福 1901年，me随速度增大，考夫曼,原子不可分 原子最小 元素不变 质量不变,传统认识,新发现冲击着传统（反常出现）,44,有些反常非常顽固。 如“以太” 有些反常打击了范式的基本原则 如地心说,45,地,均轮,可以解释行星亮度变化和逆行 欧多克斯引进了26个球面，每个球面都有 一个方向不同的旋转轴。亚氏引入56个球 面，太复杂了。,阿波罗尼乌斯（fl.BC 230）提出本、均轮概念,本轮,46,地心说早期“同心球”概念,恒星系,不能解释: 行星不规则运动； 行星与地球变化； 行星亮度变化和逆行。,天体,地,47,社会的迫切需要 对危机的认识有个过程,扑克

15、牌例子,48,49,50,派别斗争激烈 科学家心理变化复杂 科学家热衷于哲学和基本问题争论,51,科学革命时期,抛弃旧范式确立新范式的时期 但不是全体科学家的一致行动,科学革命时期，科学家可以不抛弃旧范式： 范式的选择不完全由观察、实验决定；两个范式之间不可比，无中性元标准，如莫雷实验,52,“一个新的科学理论并不是靠使它的对手信服并使他们接受而获胜的。不如说是因为它的对手死绝了，而不熟悉这个真理的新一代又成长起来了。” （普朗克语） “范式的转换是一代人的转换”（库恩）,53,对范式的选择也不是毫无标准：,简单性 有效性 精确性 广泛性 一贯性,54,新的常规科学时期：,以新范式为指导的科学发展时期,55,2. 库恩模式的评价, 克服了直线发展模式存在的问题， 既看到了科学发展的继承性，又 看到了科学发展的间断性,科学革命,知 识 量,常规科学,时间,56, 新范式是怎样产生的？,突然出现的，有点象格式塔转换, 科学革命后产生的理论是否更接近真理？,新范式的产生是否是旧范式的决定性破坏？,57,思考题1,请设计一种科学发展模式，它能较好地克服库恩模式和波普尔模式存在的问题。（1999）,58,思考题2 请在波普尔模式的基础上进一步分析错误理论在科学发展中的作用。,思考题3 应用学过的科学发展模式分析你从事