自然辩证法第七章

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1、第七章 科学理论建构方法科学假说及其检验 科学理论及其结构 科学理论体系化方法 科学理论的评价方法 科学理论的解释方法第一节 科学假说及其检验l科学假说及其特征 l科学假说的形成 l科学假说的检验l 恩格斯：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假 说。一个新的事实被观察到了，它使得过去用来说明和它 同类的事实的方式不中用了。从这一瞬间起，就需要新的 说明方式了它最初仅仅以有限数量的事实和观察为基 础。进一步的观察材料会使这些假说纯化，取消一些，修 正一些，直到最后纯粹地构成定律”。一、科学假说及其特征l科学假说是关于事物现象因果性或规律性的猜测性解释 。为了认识自然现象，人们不仅要描述其性

2、质与状态，把各 种现象真实地纪录下来，而且还要探求这些自然现象产生的 原因，对事实做出理解和解释。 l 这些以科学事实和科学知识为根据的、暗示“自然之谜”的猜 想，就是科学假说。科学假说的体系l 科学假说通常表现为一个比较复杂的体系，可以 分解为假说的核心成分和假说的辅助成分两个主 要部分。假说的核心成分l 即假说的基本理论观点，包括基本概念、基本命 题以及表述现象的基本关系等。 l 科学假说不是无缘无故地提出来的，而是为了回 答特定的问题，解释特定的事物现象才被构造提 出的。因此，一个假说必须论述设想了什么样的 基本假设来解答问题和解释事实。 例证l 达尔文进化论的基本假设就是“自然选择”法

3、则 l 孟德尔遗传理论的基本假设就是“遗传因子”的 存在 l 魏格纳大陆漂移说的基本假设是“大陆漂移”的 观念假说的辅助成分l 包括了除假说基本假设以外的其他一切与该假说有关 的成分，如假说的初始条件、背景知识、从基本假设 出发的一系列推导（解释或预测）、以及表述经验事 实的各种观察陈述等等。 l 辅助成分是用于支持和保护作为核心的基本假设的。科学假说的特征科学性 l即科学假说的提出和建立是以一定的事实 材料和科学知识为根据的。 达尔文进化论l “在南美洲看到某些事实，有关于生物的地理分布和古代 与现存生物的地质关系，我深深地被这些所打动”。 l 此外，拉马克有关生物进化“问题的探讨引起极大注

4、意的” 。还有，赖尔关于地质演变的“均变论”思想和马尔萨斯关 于人类“生存斗争”的观点，为达尔文用“自然选择”作为生 物进化机制的提供启发。猜测性 l任何假说都是对未知现象或规律性的猜想 和推测，尚未达到确切可靠的认识，有待 进一步验证的认识。 孟德尔遗传因子假说l 在孟德尔的高矮植株豌豆杂交试验中，子一代均为高植株， 子二代高植株和矮植株的比例为3比1。 l 这种现象无法用公认的理论来解释的,因而孟德尔提出存在 着“遗传因子”（“显性的高要素”与“隐性的矮要素”） 假说来解释。 l 这种猜测是否确切可靠，究竟是否存在着决定豌豆遗传性状 的遗传因子，则是尚未判明的，有待实践的进一步验证。二、科

5、学假说的形成科学假说的形成大致可以描述为以下一种过程 l 研究者为了回答特定的问题 l 根据为数不多的事实材料和已有的理论原理 l 通过各种创造性的思维加工活动做出初步的假设 l 然后从已确立的初步假设出发 l 经过事实材料和科学原理的广泛论证，使之充实 、扩展最终形成一个结构稳定的假说体系问题与求解科学问题是构造科学假说的起点，没有科学问题的求 解，就不可能有科学假说的产生与形成。 l 魏格纳创立大陆漂移说是为了回答“为什么地图上南大西 洋两岸的海岸线吻合得那么巧妙？” l 孟德尔提出遗传因子假说是为了回答“为什么高植株豌豆 与矮植株豌豆杂交后，子一代全为高植株，子二代高植株 与矮植株的比例

6、恰为3比1？” 基本假设的提出l 科学问题提出以后，研究者通过构造各种假说来 解答问题。 它最初可能仅仅是一个基本假设 且通常极富猜想成分例证为了解释“飞蛾扑火”现象 l 美国昆虫行为学家卡拉汉提出猜想：“也许这棕色的小飞 蛾压根儿是对这闪闪烛光落入了情网！若是果真如此， 那么这灼热的火焰中除了可见光之外必定还有其他东西 也可能在那热焰中放出了一种我们甚至难以想象的 红外信号或其他什么电信号，而正是这些信号引起了夜 蛾的激情，勾起其无限的爱恋，直到如痴如狂的地步， 这种性的诱惑把这着了迷的小生命带进死亡的深渊”。假说的基本假设不仅具有浓重的猜想色彩，而且在形成初 期是粗糙的、不很精确的。 l

7、卡拉汉先是用“性的诱惑”以及“烛光发射出一种飞蛾能感受到 而人眼不能感受到的某种频率”作为基本假设 l 后来他改用相对准确的“性息素”与“红外辐射”等概念 l 再后来随着他对昆虫的研究从飞蛾扩展到合欢虫、蚂蚁乃至 整个昆虫领域，他就确立了关于昆虫行为假说的更为严谨的 表述，即“昆虫用红外辐射进行通讯（传达信息）”。基本假设的展开从已经确立的基本观点出发，通过演绎程序，广 泛地解释已知事实和预测未知事实。 l 基本假设解释的事实越多，支持假说的经验证据 就越多 l 作为假说辅助成分的外围越扩展，那么作为假说 核心的基本假设就越稳固，整个假说的结构系统 就越充实例证魏格纳以大陆漂移的基本假设为中心

8、，能够圆满 解释以下各组事实 l 各大陆块可以像拼版玩具那样拼合起来，大陆块边缘之间 的吻合程度是非常高的 l 大西洋两岸及印度洋两岸彼此相对地区的地层构造是相同 的 l 大西洋两岸的古生物物种（植物化石和动物化石）几乎是 完全相同的 l 留在岩层中的痕迹表明，在3.5亿年前到2.5亿年前之间， 今天的北极地区曾经一度是气候很热的沙漠，而今天的赤 道地区曾经为冰川所覆盖，这些陆块古时所处的气候带与 今日所处的气候带恰好相反。三、科学假说的检验l 一个科学假说的真理性如何，在它形成之时就已 经客观上确定了。但是，人们对一个科学假说的 真理性的认识，却要通过对假说进行检验才能获 得判定。l假说检验

9、的步骤：从假说引申出关于事实 的结论、对事实结论的验证。 l理论对事实的推导：把假说的核心观点结 合以被证明的知识，引申出关于事实的推 断或预测。 例证l 根据人类居住的大地是球形的假说，可以引申出 这个结论：人们从某一地点出发，保持同一方向 往前行进，总会回到出发的地方。 l 又如，根据海底扩张学说可以推断出这个结论： 离中央海岭越近的海底越年轻，离中央海岭越远 的海底越年老。l对事实结论的验证：通过实践检查从假说 引申出来的关于事实的推断与预测是否可 靠。这个步骤是对事实结论的验证，也是 获得证据的过程。 直接检验l把关于事实的推断直接和观察、实验、实 践的结果相对照。 间接检验l由于技术

10、上的困难或时过境迁，人们无法 或尚不能对被推断的事实通过观察或实验 的方法之间核实时，就需要采用间接检验 了。 海底扩张学说结论的验证l 由于海底移动速度极其缓慢（每年大约数厘米），海底物质 从中央海岭涌出，然后移动到海沟又降回地球内部，全部过 程大约需要2-3亿年时间。因此，不可能通过直接观察 海底移动的方式断定海底的年龄。 l 后来，科学家利用岩层中所含微量放射性元素的自 然衰变现象，根据放射性元素的衰变期和数量，计 算出了海底岩层的年龄。 假说检验的相对性l 一方面，科学假说不是仅仅由个别的实践活动就 能完全验证的，它的真理性要在科学发展的长期 考验中逐步地判定。 l 另一方面，尽管个别

11、的检验活动对假说的真理性 不具有绝对的判定意义，但也不可否认，个别检 验活动为假说真理性的判定提供了评估的参考指 标。第二节 科学理论及其结构l科学理论的特征 l科学理论的结构 一、科学理论的特征科学理论l 经过理论论证和实践检验了的客观真理，是对某 种自然现象或社会现象的系统说明。它是由一定 的科学概念、科学原理以及对其理论论证所组成 的知识体系。客观真理性l自然界的规律是不以人的意志为转移的， 构成科学理论的概念、范畴、原理等，都 是对客观规律的正确抽象和概括。它所依 据的经验材料是经过实践反复检验的，它 所建立的理论，是经过严格逻辑论证的。客观真理性要件l 建立这一理论所凭借的事实材料必

12、须是经过实践 复核且证明是真实的 l 根据这些事实材料所提出的假定性规定已经得到 实践确认，并经得起实践的进一步检验 l 根据这种理论所做出的科学预见都能在实践中得 到证明科学理论的历史性l 实践是历史的活动，受到历史条件的制约，因而 科学理论也是一定历史条件下的产物，并在一定 的实践条件下经受检验，它只能从一定的侧面， 在一定的深度和广度上反映客观世界的规律性。普遍性l 科学理论是从各领域、层次、过程或方面现象中 抽象、概括出来的，并通过揭示某一领域的共同 本质而普遍适用于这个领域，能对这个领域复杂 多样的现象做出解释，能预言将出现在这个领域 内的新现象。例证l经典电磁场论通过揭示电磁波的规

13、律性而 普遍适用于电、磁、光等现象。 l量子理论通过揭示波粒二象性而普遍适用 于各种微观客体。 普遍性要件l 科学理论必须从某个确定范围内的普遍现象出发 ，从某个事物的全部总和出发，通过对大量有关 现象的概括才能形成。 l 科学理论应该具有普适性，即从大量现象中抽象 出来的理论必须能够说明包括假象在内的全部有 关现象，并且在它所反映事物的范围内获得普遍 的应用。 l 科学理论必须反映事物的全部发展过程和阶段。 逻辑性l 科学理论必须概念明确、判断恰当、推理正确、 论证严密，其逻辑结构能概括地复现客体总体， 理论中的范畴和规律是一个个依次推导出来的， 有着前后一贯的内在联系。 l 科学理论一般具

14、有演绎的逻辑结构、逻辑上的无 矛盾性和完备性等特点。二、科学理论的结构l科学理论的结构，是指构成科学理论体系的知识 元素(概念、定律、原理等)的一种相对稳定的联系 方式，表明知识元素在一个科学有机体中以何种方 式结合起来，并在理论体系中占据什么地位，它们 如何决定着科学理论的整体性质和功能。l基本概念：构成科学理论出发点的起始概念。 l 在一个科学理论中包括着众多的概念，其中一些 为数不多，能够在构造理论体系时发挥中心作用 并作为逻辑出发点的概念，就是基本概念。 例证l几何学中的点、线、面等 l力学中的力、质点、速度、加速度、质量、 功能等 l化学中的元素、原子、分子、化合、分解等l基本原理：

15、那些反映事物最普遍、最本质的关系 ，作为科学理论逻辑前提的，因而在理论中具有 公理性质的理论定律。l基本原理是研究对象基本关系的反映，是科学理 论赖以建立的基础。 l 基本原理在逻辑结构中表现为判断的思维形式， 一般是用全称肯定判断来陈述的。如牛顿力学的 三个基本定律和万有引力定律、爱因斯坦狭义相 对论的相对性原理和光速不变原理等。 l科学推论：科学理论中由基本概念和基本原理 演绎推导出来的派生概念和判断，因而也是得到 逻辑证明的具体概念和具体推论，它执行着解释 和预见功能，与经验事实有着直接的关系。 l 如从狭义相对论引申出来的钟慢、尺缩效应，质 能关系式等等。 演绎推论的意义l 演绎推论揭

16、示了前提和结论之间的逻辑联系，把 某个领域的科学知识系统地结合成一个严密的体 系，从而构成科学的解释性基础。 l 演绎推论还是科学预见的手段，它能把一般原理 运用于研究对象并做出科学预见，这些科学预见 也就可以作为新的观测和实验的出发点。 l由基本概念、基本原理和科学推论组成的 科学理论，具有演绎式的结构。其中基本 概念和基本原理构成了科学理论的逻辑基 础，是理论的核心和最本质的部分，决定 了理论内在性质和类型，制约着理论的发 展方向。 第三节 科学理论体系化方法l公理化方法 l从抽象上升到具体的方法 l历史与逻辑相统一的方法 一、公理化方法l公理化方法：从尽可能少的基本概念、公理、公设 出发，运用演绎推理规则，推导出一系列的命题和定 理，从而建立整个理论体系的方法。 l 由公理化方法所得到的逻辑演绎体系称为公理化体系l爱因斯坦：“我们推崇古代希腊是西方科学的 摇篮。在那里，世界第一次目睹了一个逻辑体系 的奇迹，这个逻辑体系如此精密地一步一步地推 进，以致它的每一个命题都是绝对不容置疑的 我这里说的就是欧几里德几何。推理的这种可 赞叹的胜利，使人类理智获得了为取得以后的