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1、第三章 假说方法,1、假说方法 2、假说的来源 3、科学假说的特点 4、科学假说的类型 5、科学假说的作用 6、假说的发展出路,2,1、假说方法,科学假说是根据已知的科学事实和科学原理，对未知自然现象及其规律性，作出假定性的说明和推测。是自然科学理论的一种重要思维形式。 恩格斯说：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。”,3,假说不等于胡说，假说不等于科学理论。它是自然科学理论思维的一种重要形式。 科学假说是以已知事实和科学原理对自然现象和规律的精测性说明，通常是由三大要素构成：命题、理论陈述和推理出预言和预见。,4,科学发现的一般思路,假说选题、观察试验 求证观察实验逻辑思维 新的假
2、说或理论创新思维 验证观察实验,5,2、假说的来源,第一，当已知科学理论无法解释新事实时，会产生对新事实的猜想性说明。 例如，19世纪、20世纪之交X射线、放射性元素和电子的发现，与经典物理学中原子不可分的传统观念相冲突，于是各种原子结构的假说便应运而生。 大陆漂移假说示意 板块构造学说 第二，把某一理论外推到适用范围之外，会遇到不能解释的新事实、新规律，从而提出新的假说。,6,例如，德布罗意把光的波粒二象性推到实物粒子上并提出物质波的假说；薛定谔把物质波的假说推广到非自由类粒子上，推导出薛定谔方程。 第三，为解决新旧事实之间的矛盾，会提出假定性说明。 例如，光的衍射现象和光电效应现象，两类实
3、验事实之间存在矛盾，遂提出波粒二象性假说。,7,另外值得一提的是，探索未知的科学存在对称、和谐、壮丽之美，出于审美考虑和信念，也可产生假说。 例如，“狄拉克方程”有正负两个解，狄拉克出于“优美数学”的信念，大胆提出“空穴”假说，预言了正电子存在，成为反物质理论的缔造者。它启迪人们，假说虽然以事实为根据，但在缺少事实的前提下，理性思维是大有作为的。,8,例如，大爆炸假说是以谱线红移等为事实基础，以广义相对论和高能粒子物理学理论对新理论观点作说明和论证，以超高密、超高温状态下由某种机制引起的原始火球的急剧膨胀为基本猜测，以“氦丰度”和“3K背景辐射”等预言而构成的认识体系。,9,3、科学假说具有的
4、特点,(1)科学性。假说以一定的科学事实和已知科学理论为依据，具有科学性特点。 (2)假定性。以科学问题的形式表现出来的理论困难是提出假说的契机。 (3)多样性(或易变性)。假说会随着实践过程中的新发现而变化。,10,4、科学假说的类型,(1)符合或基本符合客观事实的假说。这类假说不需要或较少需要修正。如当代科学公认的相对论、量子论、光量子论等属这类形态。,11,(2)存在着部分正确、部分不正确的假说。如光的本性假说等。这类假说明显存在两个以上片面性的对立面，要经较长的实践检验才能形成较全面的科学认识。 (3)存在基本不正确，甚至错误的假说。例如托勒密的地心说、施塔尔的燃素说都属此一类。,12
5、,5、科学假说的作用,(1)科学假说是通向科学理论的桥梁。 当客观事物本质尚未暴露，而人们又未能充分掌握事实材料时，只有借助于假说形式，提出假定性的认识。自然科学就是沿着假说理论新假说新理论的途径，不断向前发展的。若将人类科技历史发展从一个真理到另一个真理比作“登天”的话，那么假说就是攀登科学天堂的天梯、天桥。,13,(2)假说是发展理性思维的“实在因素”,假说是理性思维的直接成果，又是推动理性思维进一步发展的重要思维形式。离开假说，实践检验便没有对象，因而也就没有理论可谈。 假说是激发思维创造性的媒介，具体表现为：在事实材料不够充分的条件下，人们可以凭借已有的条件，以假说形式进行大胆探索，提
6、出新见解。假说还有基于事实，但又试图超越经验事实，推动经验思维向理论思维跃升的作用。,14,(3)各种假说并存，有利于学术繁荣,对同一现象或问题的研究，会形成不同的假说，科学史上光的波动说与微粒说、氧化说与燃素说、突变论与进化论、地质学上的水成说与火成说、量子力学上的爱因斯坦的因果决定论与波尔的统计决定论等等之争，都对上述各门学科的发展起了很大的推动作用。假说的众说并立，表明不同假说，乃至相互对立假说的争鸣，是科学理论引起突破的催化剂。,15,(4)恩格斯评价科学假说,对于假说，恩格斯曾做过如下精辟概括：“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，它使得直到现在对和它
7、同类的事实的说明方式成为不可能的了。从这一瞬间起，就需要新的说明方式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，取消一个，修正另一个，直到最后纯粹地建立起定律。如果人们要等待建立起定律的材料纯粹化起来，那么这就是在此以前要把运用思维的研究停顿下来，而定律也就因此永远不会出现。”,16,6、假说的发展出路,1、由假说、猜想发展成科学理论； 如日心说由假说发展成理论，历经300年。 2、被新的科学事实彻底推翻，从科学史中消失； 如生命的自然发生说、热素说、燃素说。 3、被新的假说所取代； 如大陆漂移说发展到海底扩张说再到板块构造说。 4、与其他假说融合发展成为新的假说
8、，或者与其他 假说长期共存、继续发展。如大爆炸宇宙学说,17,案例详解,19,20,侏罗纪公园中的恐龙,21,德国始祖鸟化石世界上最早的鸟化石,22,鸟类由谁演化而来？,1856年 赫胥黎提出“鸟类起源恐龙说” （恐龙派） 20世纪初 赫尔曼提出“鸟类原始爬行动物起源说” （否定恐龙派，简称鸟派） 1970年代 美国学者提出“鸟类起源兽脚类恐龙说” 到1996年为止，双方势均力敌，均无证据驳倒对方,23,中国科学家的贡献,1996年发现中华龙鸟，提出了原始羽毛的概念 国际上反对的意见认为不是羽毛而是毛发 1997年发现意外北票龙，提出长着羽毛的恐龙概念 国际上反对的意见认为那不是羽毛,24,中
9、国科学家的贡献,1997年发现原始祖鸟， 1998年发现尾羽龙，均确认为长羽毛的恐龙 国际上反对的意见承认是羽毛，但那只是只不会飞的鸟 1998年发现千禧中国鸟龙，确认为长着羽毛的驰龙 2003年发现顾氏小盗龙，提出四翼恐龙概念 国际上普遍接受了鸟类起源恐龙说，“鸟派”消失。 鸟的定义也不再是：长着羽毛的脊椎动物,25,1997年 意外北票龙的发现,07 1997 意外北票龙的发现 意义：再次发现原始羽毛状痕迹， 确认为长着羽毛的恐龙 争论焦点：到底是不是羽毛？,26,1997 原始祖鸟的发现,1997 原始祖鸟的发现 意义：再次发现原始羽毛状痕迹， 确认为长着羽毛的恐龙 1998 尾羽龙的发
10、现 争论仍然继续 争论焦点：承认确实是羽毛， 但它们是不会飞的鸟！,27,1998 千禧中国鸟龙的发现,1998 千禧中国鸟龙 长羽毛的恐龙基本确认,28,1999年 古盗鸟事件,13 古盗鸟事件1 13 古盗鸟事件2,29,2003年 顾氏小盗龙被发现,2003年 顾氏小盗龙发表 徐星的四翼恐龙假说,30,顾氏小盗龙的意义,史前公园科幻片 现在，鸟类起源恐龙说在中国科学家的努力下，已基本为世界古生物界所公认，发展成一个鸟类进化的科学理论。,31,大陆漂移说的提出,1910年，生病卧床休息的德国气象学家魏格纳望着墙上的一张世界地图，他突然发现南美洲东岸和非洲西岸，似乎是拼接在一起的，于是冒出了
11、一个大胆的猜想,32,这位青年学家的脑海里突然掠过这样一个念头：非洲大陆与南美洲大陆是不是曾经贴合在一起，也就是说，从前它们之间没有大西洋，到后来才破裂、漂移而分开的？,33,魏格纳的猜想,34,35,第二年，魏格纳开始搜集资料，验证自己的设想。他首先追踪了大西洋两岸的山系和地层，结果令人振奋： 地形证据。当魏格纳在地图上把非洲和南美洲拼到一起时，他发现了一个非常奇怪的事实：南非有一条从东到西走向的山脉可以跟阿根廷境内的一座山对接起来；而在北美可以找到与位于欧洲的煤层对应的煤田；还发现，大西洋两岸的海岸线相互对应，特别是巴西东端的直角凸出部分，与非洲西岸呈直角凹进的几内亚湾非常吻合。魏格纳认为
12、这些事实是大陆漂移说的有力证据。,地形方面的证据,36,对此，魏格纳作了一个很浅显的比喻。他说，如果两片撕碎了的报纸按其参差的毛边可以拼接起来，且其上的印刷文字也可以相互连接，我们就不得不承认，这两片破报纸是由完整的一张撕开得来的。除了大西洋两岸的证据，魏格纳甚至在非洲和印度、澳大利亚等大陆之间，也发现有地层构造之间的联系，而这种联系都限于中生代之前即2.5亿年以前的地层和构造。,37,38,沉浸在喜悦中的魏格纳又考察了岩石中的化石。在他之前，古生物学家就已发现，在目前远隔重洋的一些大陆之间，古生物面貌有着密切的亲缘关系。例如，中龙是一种小型爬行动物，生活在远古时期的陆地淡水中，它既可以在巴西
13、石炭纪到二叠纪形成的地层中找到，也出现在南非的石炭纪、二叠纪的同类地层中。而迄今为止，世界上其它大陆上，都未曾找到过这种动物化石。淡水生活的中龙，是如何游过由咸水组成的大西洋的？,古生物学方面的证据,39,舌羊齿化石是2.5亿年前的一种蕨类植物，在非洲、南美洲、澳大利亚、印度和南极洲都发现了舌羊齿化石，由于舌羊齿的“种子”太大，不能随风飘移；另一方面它容易破碎，不可能漂洋过海。魏格纳由此推断，这些大陆在当时曾是一个整体。,40,更有趣的是，有一种园庭蜗牛，既发现于德国和英国等地，也分布于大西洋对岸的北美洲。蜗牛素以步履缓慢著称，居然有本事跨过大西洋的千重波澜，从一岸传播到另一岸？当时没有人类发
14、明的飞机和舰艇，甚至连鸟类还没有在地球上出现，蜗牛是怎么过去的？,动物学方面的证据,41,42,为解释这些现象，魏格纳之前的古生物学家曾提出“陆桥说”，他们设想在这些大陆之间的大洋中，一度有狭长的陆地或一系列岛屿把遥远的大陆连接起来，植物与动物通过陆桥远涉千万里，到达另外的大陆；后来这些陆桥沉没消失了，各大陆被大洋完全分隔开来。这种观点被称为“固定论”，即大陆 与海洋是固定不动的。而魏格纳的解释则是“活动论”的，各大陆之间古生物面貌的相似性，并不是因为它们之间曾有什么陆桥相连，而是由于这些大陆本来就是直接连在一起的，到后来才分裂漂移，各奔东西。固定论与活动论的争论，与火成论与水成论的争论、渐变
15、论与灾变论的争论一道，被人们称为地质学三大论战。作为活动论的先驱，魏格纳一开始几乎是孤军奋战。,地质学史上的三大论战,43,气候证据,魏格纳还运用气候变化的证据来证明他的理论。人们在北冰洋以北的岛上发现了热带植物化石，魏格纳认为，3亿年前，这些植物生活的地方肯定位于赤道附近。气候温暖湿润。地质学家在南非发现了冰川擦痕，这些冰川擦痕表明，南非当时曾被大陆冰川覆盖，厚厚的冰层覆盖了几千平方千米。但是现在的非洲大陆气候炎热，根本不可能形成冰川。魏格纳由此得出结论，在泛古陆存在时期，非洲大陆靠近南极。当大陆漂向赤道时，它的气候就变暖；漂向极地时，它的气候就变冷。而大陆在漂移时，把在原来位置上形成的化石
16、和岩石一起带走了。,44,古代冰川的分布也支持魏格纳的想法。距今约3亿年前后的晚古生代，在南美洲、非洲、澳大利亚、印度和南极洲，都曾发生过广泛的冰川作用，有的地区还可以从冰川的擦痕判断出古冰川的流动方向。从冰川遗迹分布的规模与特征判断，当时的冰川类型是在极地附近产生的大陆冰川。而且南美、印度和澳大利亚的古冰川遗迹残留在大陆边缘地区，冰川的运动方向是从海岸指向内陆，显然冰川是不会登陆向高处运动的，这说明这些大陆上的古冰川不是源于本地。面对这种古冰川的分布及流向特征，过去的地质学家一筹莫展。然而正是这些特征，却为大陆漂移说提供了强有力的证据。,古冰川活动的证据,45,在魏格纳看来，上述出现古冰川的大陆在当时曾是连接在一起的，整个大陆位于南极附近。冰川中心处于非洲南部，古大陆冰川由中心向四方呈放射状流动，这就很合理地解释了古冰川的分布与流动特征。我们现在看到的冰川向陆地内部运动的表象，其实是因为原来巨大的大陆分裂开来，原来的内陆变成了沿海的缘故。 除古冰川遗迹外，蒸发盐、珊瑚礁等古气候标志
