自然辩证法科学发现的基本方法

《自然辩证法科学发现的基本方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自然辩证法科学发现的基本方法（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第六章：科学发现的基本方 法 第一节:演绎法和约定论一 演绎法及其哲学背景:由一组公理推导出一个知识体系 ,或者由 一般原理推出个别结论的方法. 演绎的问题在于前提的正确性没法得到 保证二:约定论欧氏几何及其平行公设 公设一：过不同两点可连一直线 公设二：直线可无限地延长 公设三：以任意一点为中心和任一线段之长为半径可作 一圆 公设四：所有直角均相等 公设五：一平面上两条直线被另一直线所截，若截线一 侧的两内角和小于两个直角，则此二直线必在这一侧 相交 1795年的版本：过已知直线外一点有且只有一条直线 平行于已知的直线平行公设问题19世纪初，高斯（Gauss）、Bolyai和罗 巴切夫斯(L

2、obachevski)证明了：l平行公理是错的，不会引起任何混乱和矛盾欧氏几何：平面黎曼几何：球面波利艾罗巴切夫斯基几何：伪球面（马 鞍面）康德：先验感性形式彭加勒的约定论维特根斯坦的极端约定论 第二节:归纳法及归纳问题 一:归纳法归纳法是从个别事实中概括出一 般原理的一种思维方法。 穆勒的归纳五法 求同法求异法求同求异并用法 共变法乘余法 归纳问题（1）归纳推理不能得到演绎主义的辩护。因为 在归纳推理中，存在着两个逻辑的跳跃：一是 从实际观察到的有限事例跳到了涉及潜无穷对 象的全称结论；二是从过去、现在的经验跳到 了对未来的预测。而这两者都没有演绎逻辑的 保证，因为适用于有限的不一定适用于无

3、限， 并且将来可能与过去和现在不同。（2）归纳推理的有效性也不能归纳地证明，例 如根据归纳法在实践中的成功去证明归纳，这 就要用到归纳推理，因此导致无穷倒退或循环 论证。（3）归纳推理要以自然齐一律和普遍因果律为 基础，而这两者并不具有客观真理性。 第三节、科学问题及科研选 题 一:科学研究始于问题归纳主义方法论: 科学研究从观察开始 观察事实为单称陈述 通过对事实的归纳，人们发现定律和 理论，它们表现为普遍陈述。 从定理、定律、理论和先行条件的合 取中演绎出预见，看能否被经验证实 。观察 归纳形成假说检验波普尔对归纳法的批判反归纳法归纳法是过去推知未来的 方法 休谟的解决经验的重复产生心理的

4、 信念 波普尔心理的信念（预期）产生经 验的重复感 如1919年爱丁顿对日食的观察，虽 然只有一次，却证明了广义相对论的普 遍性和必然性。理论是大胆的猜测 科学理论等同于假设，“理论先于观察” 先有理论，后有观察。科学研究开始于问题 科学问题的来源：A:原有的科学理论与新的科学事实的 矛盾。B:科学理论内部的矛盾。C:科学理论之间的矛盾。 波普尔的科学发展模式 科学从问题开始，促使科学家思考。针对问题，科学家进行各种大胆的猜测， 即假设和理论各种理论之间激烈竞争，相互批评，并接 受观察和实验的严格检验，在检验中消除 谬误，并筛选出逼真度较高的理论。新理论被科学技术的进一步发展所证伪， 又出现新

5、的问题。大胆尝试，严格检验 P1 TT EE P2 P1问题TT 一种理论EE 通过批评和检验以清除错误P2 新的问题二:科学问题的来源问题由某个理论内部的逻辑矛盾而提出的由不同理论体系之间的矛盾而提出的问题 由理论结构上不符合简单性与普遍性的要求而 提出的问题 由现有理论与经验事实之间的矛盾而提出的问 题 对经验事实未能作出统一的理论说明所提出的 问题 由理论的实际应用与现有技术条件的矛盾而提 出的问题 三:科研选题的原则需要性原则 创新性原则 科学性原则 可行性原则第三节:科学问题的人工智能求解 途径第四节：其它科学发现的方 法一、回溯推理方法 观察到了令人惊异的事实B；如果A是真的，B理

6、所当然是真的 ；因此，有理由猜想A是真的。 二、类比 所谓类比，是根据两个(或两类)对象之间 在某些方面的相似或相同，而推断它们在 其他方面也可能相似或同一的一种方法。 A有a、b、c、dB有a、b、c则B可能有d 三、科学隐喻隐喻，源自希腊词metaphora，意 指“转换”、“变化”，它是一 种修辞格或文字组合法，用于指 某种与其字面意思不符的表达式 。 “婴儿是朵花” 著名物理学家海森堡指出:“我们 不得不在无法清楚地表达我们的 思想的隐喻和比喻中来说话，我 们不能逃避偶然的矛盾，然而隐 喻却可以帮助我们对客观现实进 行较切进的描述。” 四、科学直觉 直觉思维一般具有如下特性 ： 表现的

7、突发性 结构的跳跃性 结论的或然性 古今之成大事业、大学问者，必经过三 种之境界：“昨夜西风凋碧树。独上高楼 ，望尽天涯路”，此第一境也。“衣带渐 宽终不悔，为伊消得人憔悴”，此第二境 也。“众里寻他千百度，回头蓦见，那人 正在灯火阑珊处”，此第三境也。 案例分析1.1物理与数学物理学作为一门自然科学，他的研究始终着 眼于探索物质世界及其运动的规律；物理学 又是以实验为本的科学，物理理论来源与实 验，但又高于实验，正确处理理论与实验的 关系，是物理学家成功的重要因素。物理学 的性质决定了，他的研究，是且必须是基于 科学实验的基础之上。这一点与数学不同。1.1物理与数学数学，尽管与自然科学和生活

8、实际有着特有 的联系，但他并非一门经验科学。一面源于 实际，一面脱离实际，体现了数学的两面性 。数学是物理学家的思维工具，只有通过数学 才能最终以精确形式表示自然规律。只有通 过数学才能抓住错综复杂的变化过程找到最 基本、最普遍的规律。然而，有一点要特别 指出：物理学不等于数学，物理学的发展也 不仅靠数学，数学是一种形式逻辑，光靠形 式逻辑，物理学是不能前进的。波尔的看法是，数学并不能 证明任何物理真理，它只能 证明表述形式的自洽性，并 证明这种表述形式在表述物 理数据之间关系方面的合用 性。1.1物理与数学海森伯写道：“在波尔看来，数学的清晰性本身并没有任 何价值。他生怕形式化的数学结构会掩

9、盖了问题的物理 内核，而且他无论如何相信，一种完备的物理解释，是 应该绝对地领先于数学表述的。”1.1物理与数学1.2自然与几何学亚里士多德早在他的著作 物理学里就讲过：“几何学 研究自然的线，但不是作为 自然的。光学研究数学的线 ，但不是作为数学的，而是 作为自然的。”牛顿也在原理 的序言里指出：“ 怎样画直线和圆是 个问题，但不是几 何学上的问题，直 线问题需要力学来 解决，因此， 几何学是建立在力 学的实践之上的。 ”1.2自然与几何学在几何学里是可以给出直线的抽象定义。但 是，怎样实际画出一条直线，则是一个物理 学问题。亚里士多德和牛顿已经很清楚，要 用什么样的几何学描写我们世界上实际

10、存在 的空间，靠的不是先天的直觉，也不是数学 的原理，而是科学实验的检验。1.2自然与几何学历史上不乏高斯这样的有识之士，他觉察到 了这个问题如此严重，以至于需要亲手通过 实验来检验。1.2自然与几何学_高斯 实验高斯既是一名高明的数学家，也是一位专业 的测量师。为了验证欧几里得几何是否适合 于我们所在的这个世界，他曾在两两距离约 为69，85和107千米的三座山峰上进行测量 ，试图检验以这三座山峰为顶点的这个三85km69km107km1.2自然与几何学_高斯 实验1.2自然与几何学_高斯 实验角形的三个内角之和，是否准确的 等于180。他的测量结果大约超 过0.25。虽然测量的误差远远大于

11、 这一数值而使得这一结果说明不了 什么问题，但高斯的方案在原理上 是完全正确的，他在这方面的见识 已经比他的前辈牛顿和康德要深刻 得多了。现在我们通过一个理想实验再来进一步说明这 个问题。既然我们所谈的是现实的物理空间，我们就得 先给几何学中所使用的术语下个物理定义，具 体的说，我们必须说明，对于我们用来构成各 种图形的直线这个概念，我们应该怎样来理解 。直线的最普通的定义是两点间最短的距离；1.2自然与几何学_另一个 理想实验要得到这样的距离，可以在两点之间把一 条绳子拉紧，也可以用一种与此相当、但更 为精确的方法，这就是用一些具有一定长度 的量尺进行试验，在两点间找出一条用最短 根量尺可以

12、摆满的线来。为了证明用这种方法找直线的结果同物理条 件有关，我们设想有一个巨大的圆形舞台绕 它自己的轴匀速的旋转着，在舞台上有个实 验工作者在千方百计想找出这个舞台边缘上 两点的最短距离。1.2自然与几何学_另一个 理想实验1.2自然与几何学_另一个 理想实验由于舞台在旋转导致 尺缩效应；并且靠近 台边缘的尺缩较大。为了使每根量尺都占有 最大的距离就必须尽可能把它们靠中心，但 这又导致了路程变长。介于两者之间的折中 方案：最后得到的最短距离是一条稍稍向舞 台中心鼓出的曲线。在舞台上选A、B、C三 点，并用直线把它们相连。易见，这种场合 下，三角形的内角和小于180。ABC爱因斯坦在1905年发

13、表的“狭 义相对论”里，正是从“同时的 相对性”开始他的论证的。即 讨论的，如何用物理方法校准 两个相距一定距离的时钟的问 题。如庞加莱所言：“我们不 仅没有关于两段时间相等的直 觉，甚至没有关于发生在两个 不同地点的两个事件的同时性 的直觉。”1.3测量与“直觉”下面通过一个简单了例子说明为什么我们的 “直觉”失效了。假设你坐在火车的餐车，先吃下一片面包， 然后喝下一口汤。这样做你并没有感觉到任 何困难。虽然地面上的人很容易理解，在这 段时间间隔中你运动了一段距离。也就是说 ，一个惯性系中不同时间同一地点发生的事 件，在另一惯性系中必是被空间间隔的事件 。1.3测量与“直觉”我们有一种完全等

14、效的说法：一个惯性系中 不同地点同一时间发生的事件，在另一惯性 系中必是被时间间隔的事件。这就是同时的 相对性问题。为什么我们容易察觉到前者却忽略后者呢？ 空间的量度我们以“厘米”作单位，相应的， 如果我们以“1/3*E-10秒”作单位，那么后一 种效应就很明显了。1.3测量与“直觉”1.4现代物理学的法则现代物理学的基本原则永远别空谈那些 你无法知道的事物。整个现代物理学理论都 是在这个原则上建立起来的。对于现代物理 学家来说，只有所谓“可观察量”（也就是那 些从原理上说可以观察到的性质）才有意义 。并且整个现代物理学都建筑在这些量的相 互关系基础之上。那些无法观察到的事物， 既不可能检验它们是否存在，也不可能利用 它们。1.5结语物理学研究自然界的方法，无论 是古典还是现代的，始终透露着 这样一个信息：用实验去检验。 这是物理学作为一门自然科学所 必须时刻铭记的。能为可实现的 实验证伪的理论才是有意义的； 同样，能为实验测量的自然才是 可信的，有价值的。