第六章科学发现的逻辑,第一节 科学发现的逻辑起点,“创新是一个民族进步的灵魂是国家兴旺发达的不竭动力一个没有创新能力的民族，难以屹立于世界先进民族之林” -------江泽民,“问题是新知识、新学问的老祖宗，古往今来的一切新知识的产生与积累都是因为要解答问题”胡适在1932年6月为北大毕业生的赠语,1. 科学发展始于问题,思维是从疑问和惊奇开始的亚里士多德,问题是接生婆，它能帮助新思想诞生苏格拉底,“科学在每个时代都有它自己的问题，而这些问题的解决对于科学发展具有深远意义 “只要一门科学分支能提出大量的问题，它就充满着生命力，而问题缺乏则预示着独立发展的衰亡和终止德国数学家希尔伯特,希尔伯特发表了题为《数学问题》的著名讲演他根据过去特别是十九世纪数学研究的成果和发展趋势，提出了23个最重要的数学问题问题：一种已知与未知的结合体、交界科学问题：主体在当时知识背景下提出的关于科学认识和实践中需要解决而又未解决的矛盾,包含着一定的求解目标和求解范围,但尚无确定的答案时代性,指向性,应答域从认识来源上看,科学认识归根结底来源于人们的社会生产实践和科学实践。
从科研程序上看,科研是不断提出问题和解决问题的过程,发现和选定问题是科研的起点科学发展的四段式：P1 →TT →EE →P2 P1是研究最初所面对的问题problem，它是科学发展的开端，也是理论的对象TT表示试探性理论tentative theory面对问题，科学家进行了各种大胆的猜测，试着去解答，并提出了各种假说EE是排错、消除错误elimination of error通过观察、实验或实践中的生产应用，加以检验，淘汰不合理的成分，正确的被保留下来从而使科学理论得到了发展P2是新的问题problem 经过长期确认的理论一旦被证伪，就产生一个新问题新问题的解决，又要求提出新的假说、理论，于是又需要新的检验，如此循环往复以至无穷科学始于问题”,英国著名科学哲学家波普尔,什么是问题呢？ 波普尔说问题就是“矛盾和不一致”哪里有没有解决的矛盾，哪里就有问题人们对事物的某种现象、特性和规律或对生产领域、有了这些问题或不一致，人们就要对它们进行猜测，于是就有了理论因此，他断言：“科学和知识的增长永远始于问题，终于问题——愈来愈深化的问题，愈来愈能启发新问题的问题”有关问题，特别是科学问题，从逻辑上讲可分为三种：一种是“是什么”（what）的问题。
这类问题是关于研究对象的识别与判定的，如“原子是什么？”、“遗传基因是什么？”、“在显微镜下所观察到的某个斑驳陆离的图案是什么？”等等；二种问题是“怎么样”（how）的问题这类问题是询问研究对象的状态及运动转化过程的，如“太阳系的结构是怎么样的？”“铁元素的原子量有多大？”等等；三种问题是“为什么”（why）的问题提出这类问题是要求对某个事实进行解释，例如，“为什么牛有四个胃？”“苹果为什么会落地？”等等一般来说，问题表现为一个疑问句逻辑学家对疑问句的研究发现，疑问句在逻辑特征上不同于一般的陈述句 “任何疑问句都存在一个或多个预设”,如果问题的预设是真实的，则问题的提法是正确的； 如果问题的预设是虚假的，那么问题的提法是错误的问题有科学的问题和非科学的问题,①逻辑问题，如“明天可能下雨，也可能不下雨”是真的吗？一些问题表面上不是逻辑问题，但实际上可化归为逻辑问题，如“生物是有生命的物体吗？”因为其预设“生物是有生命的物体”实际上是一个重言式命题②数学问题，如“2＋2＝4吗？”按照数学哲学的三个重要的学派逻辑主义、构造主义和直觉主义，这是一个非科学问题③形而上学问题，即有关讨论经验之外的物质与意识关系等传统的哲学问题，如“宇宙意识是否是一个实体？”由于其预设是形而上学的知识，它们不涉及经验内容，不可能被证实和证伪，所以是非科学的问题。
④伪科学问题，它们虽然讨论经验问题，但用词含混不清，论断模棱两可，无法用经验证伪⑤宗教问题，如“上帝是善的吗？”由于其预设涉及到超验的知识，因此应被列入非科学的问题中非科学问题的类型：,知识背景决定着科学问题的内涵深度和解答途径同一问题，在不同知识背景下，其内涵深度是不同的比如，探索遗传的奥妙是一个古老的问题，在19世纪的知识背景下孟德尔提出的是“体质”和“种质”的问题，20世纪初摩尔根提出的则是“基因”的问题到了20世纪50年代，沃森和克里克则提出了生物大分子DNA的结构问题科学问题与科学发展的背景相关,人们进行的任何观察，人们都要根据研究的目的选择观察对象和范围，总是在一定的理论指导下进行的，即所谓“观察渗透着理论”一旦某一观察现象与现有的理论发生矛盾或不一致，人们更多的是相信事实，旧理论就会发生危机，就需要对旧理论进行修改或彻底推翻，从而建立能够解释观察事实的新理论，达到科学的创新例如，在我们在日常生活当中，人们总是觉得天圆地方，无边无际，但为什么远来的船只先见桅杆后见船身呢？ 太阳总是这样的东升西落，但为什么会有四季更替？正是这些经验事实与传统理论的矛盾，才促使人们去思考，去探讨，并提出假说，才有日心说的发端。
2.问题的来源,第一，从已有的理论与经验或实验事实的矛盾中发现问题牛顿认为，光是一种直线飞进的微粒流，而且，他用这种假说成功地解释了光的传播、反射和折射等一系列实验现象 格里马弟发现，光透过两个紧挨的小孔，在某些位置出现干涉现象同时，他还发现在狭窄的光束路径上放一物体，其影子的边缘出现衍射现象光的干涉和衍射实验现象显然与牛顿的粒子说相矛盾，光应是一种波 特别是法国科学家菲涅耳的双镜实验，有力地支持光的波动说,19世纪末20世纪初，科学家们在研究黑体辐射时，光的波动说对许多科学现象根本无法解释，以至于像爱因斯坦、康普顿等许多著名的科学家不得不再次提出光是一种粒子流直到1924年，法国科学家德布罗意提出任何实物粒子都有波动之后，科学家对光的本性有了明确的理解：光同时具有波动和粒子的特性这是一个横跨200多年实验事实之间的矛盾终于有了明确的答案波的粒说 粒的波说,普朗克方程光电效应实验爱因斯坦对实验结果的解释原子线光谱和巴尔麦实验式玻恩氢原子模型量子力学,德布罗意方程电子束衍射实验海森堡不确定原理玻恩对衍射花纹的统计解释薛定谔方程和波动力学模型波动力学,1927年索尔维会议,,任何一种科学理论内部应当在逻辑上是无矛盾的，这是一个科学理论的基本要求。
如果理论内部出现了矛盾，一个理论可以推出互相对立的论断，则这个理论的逻辑前提必然有问题抓住这种问题往往是科学发展的关键例如，亚里士多德认为，在地球表面上，重物下落的速度比轻物下落的速度快按照亚里士多德的理论，可以推出两个截然相反的结论设想有两个小球为A和B，A大于B，A下落比B快，现在将A与B连在一起，再与A和B比较由于A下落的快，B下落的慢，那么，A与B连在一起的下落的速度应该界于A、B之间，即小于A而大于B然而，连在一起的A和B重量又大于A，下落的速度应大于A这样，就有连在一起的A和B下落的速度既有大于A又有小于A同样的一个前提得出相反的两个结论，说明前提有问题第二.从理论的内部中发现问题,在科学史上，象地心说与日心说之间、生命诞生的预成说与后成说之间、地质历史上的水成说与火成说之间、达尔文的进化论与居维叶的灾变说之间的论争等等它们之间的矛盾曾左右着几十年甚至几百年，从而成了科学家们进一步探讨的科学问题第三.从理论的对抗中发现问题,第四.从实践的需要中发现问题,“社会一旦有技术上的需要，这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进恩格斯,激光扫描输出系统的研制成功实现了印刷业的一次深刻的变革。
而美国等西方发达国家尽管拥有先进的技术，大量高素质的计算机专家，但没有汉字处理的需求刺激，所以，提出问题迟、立项迟，其技术水平落后于北大方正8年之久可见，从实践的需求中提出问题，往往是新技术、新发现的一个重要环节第四.从实践的需要中发现问题,近代以来，科学的发展呈现出既分化又综合的趋势许多有远见的科学家注意搜索科学中的交叉地带、边缘地带及空白区域，从中抓住有意义的研究课题，作出了开拓性的贡献20世纪产生的许多横断性科学，如系统论、控制论、信息论、耗散结构论等，几乎都是从各学科的交叉地带中诞生的第五，要提出科学的问题，还要密切关注各个知识领域的交叉地带人与人之间只有很小的差异，但是这种差异却往往造成巨大的差距”,3.问题的意义,著名心理学家希尔,“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许是数学上或实验上的技能而已而提出问题，新的可能性，从新的角度看旧的问题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步爱因斯坦,“某类问题对于一般数学的进展的深远意义以及问题在研究者个人的工作中所起的重要作用是不可否认的只要一门科学分支能提出大量的问题，它就充满生命力，而问题缺乏则预示着独立发展的衰亡和终止”。
德--数学家希尔伯特,强烈的问题意识，作为思维的动力，促使人们去发现问题，解决问题，直至进行新的发现 一般来说，显而易见的问题毋需发现，难的是发现蕴含在习以为常现象背后的问题所以，发现表现为意识到某种现象的隐蔽未解之处，意识到寻常现象中的非常之处从这个意义上说，发现问题是解决问题的关键，发现问题是创新的起点和开端第一.问题是科学发展的起点,一门科学若问题接连不断、层出不穷，意味着有着丰富的创新内容，能够强烈地引起更多的科学工作者的注意，吸引更多的人参与研究和创新投入的人越多，解决的问题也越多，创新的内容也就越丰富，从而能达到科学的繁荣相反，问题一旦消失，那么一定是科学的停滞第二，问题使科学发展充满活力,物理学危机与革命：1900年，著名的科学家开尔文(汤姆生)在总结近百年来物理学所取得的成就时说：“在已经基本建成的物理大厦中，后辈的物理学家只要做一些修补的工作就行了但是，在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的令人不安的乌云”这两朵乌云就是“黑体辐射”和“以太飘逸”的零结果，它们用当时的物理学理论是无法解释的科学发展由问题而激发，问题的提出，是科学发展的真正起点，在科学发展中具有战略意义的环节。
问题一旦确定，使科学发展有了明确的目标，才知道该做什么，不该做什么，需要调整那些知识结构、学习哪些技能，投入什么样的力量同时，在思维上也会调动全部的内在思维活动，意识和下意识都被召唤来解决这一问题我国“两弹一星工程”的成功堪称是由问题决定并推动科学发展成功的典范第三，问题决定了科学发展的方向,“我们中国也要搞原子弹”我们也要搞人造卫星”毛泽东,美国的“曼哈顿工程”，从1941年至1945年，历时5年，共动员了50万人，15万名科学家和工程师，耗资20亿美元，用电占全美国电力的1/3在1961年，仅安排给二机部的任务有83项、222个课题，其中包括在核燃料工业和核武器研制方面发挥重要、关键作用的铀矿地质、开采选冶、铀同位素分离、核燃料前处理后处理工艺、高效能炸药等一系列重大课题,科学发展不仅表现为向深度进军，同时也表现为向广度发展，即不断开拓科学研究的新领域其开拓方式同样是由问题引发而来，由问题引出问题，特别是对于一些关键问题，它像一根鱼网的纲绳一样，牵一发而动全身，一个问题可以引出一系列问题，从而拓宽了科学发展的领域第四，问题能开拓广阔的创新领域,伦琴对这一现象进行研究，在1895 年偶然地发现了X射线。
贝克勒尔对X射线的进一步研究，又导致了1896年发现了铀的天然放射性在铀的放射性这一新现象面前，又向人们提出了一系列新问题，既然铀有放射性，那么其它元素有没有呢？放射性元素放出的射线到底是什么呢？前一问题，吸引了居里夫人的研究热情，经过多年的努力，终于导致了钋、镭等放射性元素的发现；后一问题引起了卢瑟福的巨大注意，通过深入探索，于1902 年提出了元素突变的假说，解释了放射性现象的本质。