第九章从科学假说到科学理论

第九章从科学假说到科学理论第1页，课件共21页，创作于2023年2月科学假说的定义、形式、特点与作用。科学假说的含义：假说源于希腊文Hypōthesis,意即基础、推测，是作为基础的东西、原因或本质。如德谟克利特的原子论、柏拉图的理念、亚里斯多德的原动力。第2页，课件共21页，创作于2023年2月牛顿在《自然哲学的数学原理》中指出：他“从来不杜撰假说”，所以每当他的理论被人称作假说时，他马上就怒不可遏地发表声明。如当数学家帕狄斯说牛顿的关于光的颜色理论是“非常天才的假说”时，他立即纠正这种说法：无可辩驳的事实证明，白光是由不同颜色和具有不同折射性质的光线组成的牛顿有一句著名的格言是：“从不说自己拿不准或无把握的话”这反映了牛顿严谨的治学精神，当然牛顿的思想是非常复杂的，他也没有彻底杜绝假说，只不过他对假说有自己的看法罢了，他认为“假说的功能是指导未来的研究工作，而不是充当毫无结果的争论前提。”康德认为：假说并不是幻想，而是在理智的严格监视下作出的对真实状况的看法。假说的含义难于定义，瓦托夫斯基（M-W、Wartofsky）在《科学哲学导论》中指出：“在科学中没有一个术语比假说具有更大的模糊性”，有的是从理论形态上，有的是从方法论的意义上使用它。随着“理论对观察的渗透”，有人提出“任何描述性的语句，任何观察陈述已是一种假说。”第3页，课件共21页，创作于2023年2月在现代，假说（名词）是指一个判断（或一些判断）形式表达的对某一事物的推测或预测，是有待于进一步检验的科学知识；作为动词的假说是指根据科学原理和事实，对未知的新事实（科学问题）作出的假定性或试探性的解决方案。第4页，课件共21页，创作于2023年2月科学假说的形式（三大类）事实型假说，它是以概念形式表达的一种科学对象与事实等，如正电子、夸克、中微子。规律型假说，它是对事物某一方面的本质和规律的假定性说明，它一般采用判断的形式来表达。如大陆漂移说、海底扩张说、哈勃定律等。理论型假说，它是关于事物本质的相对全面而系统的假定性说明，它大多采取推断的形式。如哥白尼的日心说、康德的恒星起源的星云说、麦克斯韦的电磁场论、爱因斯坦的相对论、伽莫夫的宇宙大爆炸假说、DNA的双螺旋结构等。第5页，课件共21页，创作于2023年2月科学假说的特点（两个）（1）科学性，科学假说都以一定的科学理论和科学事实为依据，假说并不能理解为毫无根据的虚假陈述。假说对于有关的事物、现象和问题能够给出合理的说明，并且避免与其有关的理论相矛盾。科学哲学家波普尔说：“发现近似于试探着说谎。”爱因斯坦说：科学发现犹如猜字谜，猜什么很自由，但仍有限制，他说广义相对论的“基本原理的虚构特征却是完全明显的。”但若想要“从基本经验推出力学的基本概念和基本假设的任何企图，都是注定要失败的。”它的科学依据至少有：①它是狭义相对论的逻辑的合理推广，“如果速度概念只能有相对的意义，难道我们还应当固执着把加速度当作一个绝对概念吗？”②它建立在一个古老的经验事实基础上，“在引力场中一切物体都具有同一加速度，这条定律也可以表述为惯性质量与引力质量相等的定律。”第6页，课件共21页，创作于2023年2月假定性，假说是未经科学实践检验的知识，它是否符合实际，还有待于以后的验证、修改、发展、完善乃至于否定、淘汰等可能性。对同一问题，由于对材料的占有的不同，指导思想和看问题的角度不同，各人知识结构不同，使用方法不同，往往回产生各种不同的假说。第7页，课件共21页，创作于2023年2月．科学假说的作用恩格斯说：“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。如果要等构成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下来，而定律也就永远不会出现。”因此，科学假手对科研的作用是至关重要的，具体表现为：第8页，课件共21页，创作于2023年2月假说是智力活动的主要手段，是科学思维的主要形式，它为科研指明方向，使研究工作具有自觉性、主动性。汤姆逊曾提出过原子的西瓜模型，原子由正负电荷组成，正电荷象液体一样均匀分布，负电荷散步其中。着若用X、β射线与原子内的电子相互作用可以发现：外部射线与原子内电子相互作用的角度越大，散射几率越小。他的学生卢瑟福用α射线作散射实验，发现有1/8000的α粒子偏转大于90º，其中有碍180º，远远超过汤姆逊的估计值1/103500。卢说这好比你对一张纸射击一发15英寸的炮弹，结果都被顶回来反打在自己身上。他苦苦思索了几周，认为只有当正电荷集成核时，这种巨大的反射才有可能发生，单个电子与α粒子碰撞，不可能出现这种现象，以此他提出了原子有核的原子理论新模型。盖革、马斯登根据这种假说进行实验，于1913年发表证实性论文，认为“原子中心有很强的电荷，这个中心比原子直径小得多。卢瑟福提出了类似太阳系节后的原子行星模型。第9页，课件共21页，创作于2023年2月假说是通向科学理论的桥梁。科学发展规律是：科学问题——科学假说——科学理论——新问题——新假说——新理论……不同假说的争论有利于科研的发展。生物学上的突变论与进化论光的波动说与微粒说；化学上的燃素说与氧化说；地质学上关于地貌成因的水成说与火成说，关于地壳构造与运动的假说，我国有李四光的“山”形力学、“多”字结构，张文佑的断块构造说，黄汲清的多回旋说，陈国达的地洼说。多种假说处于平等竞争的状态，有利于激发科研人员的积极性，从而激发创造性的完成科研难题。第10页，课件共21页，创作于2023年2月假说的产生途径：来源于理论与实践的矛盾。旧的理论一旦不能解释新的现象，人们就会提出新的猜测性的说明。如X射线、放射性与电子的发现与传统的原子不可分的观念相互矛盾，人们据此提出了原子的多种模型。一个理论自身的内在矛盾。如德布罗意根据光的波粒二象性猜测物质粒子具有波动性（物质波）薛定谔由物质波去设想描述了微观粒子的波动方程。对新旧理论事实矛盾的统一提出新假说。如热力学第二定律与生物进化论关于世界演化方向的矛盾，是由普里戈津的耗散结构理论加以解决的，它分析了开放系统进化和退化的多种可能性。第11页，课件共21页，创作于2023年2月提出假说应遵循的原则与方法提出假说的要求（原则）解释性原则：假说不能与已有的事实冲突，要能够对它们作出统一的解释说明。当然，提出假说时，可以暂时避开一些难点，等待以后再解决，或提出更新的假说。对应性（相容性）原则：假说不应与已有的科学理论矛盾，当两者不一致时，须添加辅助性假说，应把旧理论作为特例、极限或部分包容进去，使旧理论中经受实践检验的合理内容保留下来。如相对论与经典力学。第12页，课件共21页，创作于2023年2月简单性原则：假设、公理的引入最少，如哥白尼之于托勒密可检验性原则：现在或者将来有可能通过实验手段加以检验。科学哲学家波普尔认为：区分科学与非科学的一个判据应该是可检验性。他认为象弗洛伊德的利比多转移说，阿德勒的自卑与超越理论乃至于马克思主义的阶级利益理论都是无法证伪的，不象爱因斯坦的广义相对论，如果爱丁顿考察队观察不到大引力场空间的弯曲现象，就意味着该理论的失败，承担着巨大的风险。理论只有承担的风险越大，理论的可检验度才会越高，理论也就越具有科学性。象水变油、永动机、气功治病等就不具备可检验性

第13页，课件共21页，创作于2023年2月根据上述原则，提出假说有也有多种方法：和谐性原理，法拉第相信电、磁、光、热、化学、引力等现象之间存在联系，他在这些事物之间的联系过程中发现了许多科学思想，爱因斯坦寻求统一场论也是受到了法拉第的启发。对称性原理狄拉克根据对称性提出正电子的概念，人们进一步设想基本粒子有反粒子，如反质子、反中子、反星体、反物质等；化学上日本的福井谦一、美国的伍德沃德、霍夫曼提出了化学反应前后的分子轨道对称性理论。第14页，课件共21页，创作于2023年2月守恒性原理：1931年泡利提出的中微子带走电子能量的假说，经过23年得到美国物理学家莱恩斯和科恩的实验证实，李政道、杨振宁于1956年提出的弱相互作用条件下宇称不守恒定律得到了吴健雄的实验支持。

第15页，课件共21页，创作于2023年2月假说的检验实验检验：它有直接检验（指直接观测）和间接检验（通过实验检验）两种形式。检验过程的逻辑表达是：如果假说H，在条件C下可出现事实E，现观察到E，那么H真。如广义相对论预言引力波的存在，引力辐射回引起双星运行周期的变化。1978年美国天文学家约瑟夫-泰勒宣布通过高速旋转的致密双星（中子星）进行四年的观测，测量双星转动周期缩短了万分之四秒，与广义相对论的引力波理论计算结果一致。因此，很多人认为应该给科学确定一些判决性实验，其逻辑表达式是：如果H1，而且C，那么E1如果H2，而且C，那么E2E！、E2互相排斥现观察到E1则H1真，H2假。但是有时判决性又是相对的，如关于光的性质的检验，1850年，佛科测量光在水中传播速度的实验支持了波动说，1903年勒纳德的实验又支持了微粒说。

第16页，课件共21页，创作于2023年2月逻辑检验（关于实践是检验真理的唯一标准与逻辑证明的关系的讨论）首先，逻辑检验与实践检验的关系是互补的，因为很多科学假说，在实验条件的限制下，不可能直接进行实验验证，这时就必须借助于逻辑推理的方式进行论证，等到将来实验手段进步时，再作验证，这表明实践作为理论的检验方式，它也有自身的局限性；即使通过实践的方式对某一假说可以进行检验，在假说和检验的事例之间是否存在确定性的对应关系，这是需要通过逻辑分析加以确认的，因此，不论是实践能不能对科学假说进行直接的检验，逻辑分析都是必不可少的辅助手段。

第17页，课件共21页，创作于2023年2月其次，从实验本身来看，一次的验证，并不等于一劳永逸，就不需再检验了，因此，实践作为检验真理的标准，是绝对性与相对性的统一；经验事实对科学假说的检验，还要看被检验的假说形式，如果是事实型假说，一般是单称形式，只要获得了事实依据，就可以说得到了证实；如果被检验的假说是规律型或理论型的，它们的陈述具有全称判断的特点，进行检验的经验事实往往是采用演绎的方式，以一个或几个经验事实作为检验的判据，这使得在检验与被检验者之间存在不对称性，因此，一定程度的映证，只能说是对假说的确证，以后的进一步检验只是提高这一假说的确证度，而不能视为完全的证明。最后，强调实践作为真理的唯一标准，不应该成为排斥逻辑证明的一个理由，因为从逻辑证明的知识起源看，逻辑证明所依赖的逻辑规则和理论知识是过去长期的实践知识的结晶。

第18页，课件共21页，创作于2023年2月科学假说与科学理论的关系科学假说是未经证明的知识体系，科学理论是已经被证明了的科学假说，科学假说存在着转化为科学理论的潜在可能性，但这不等于说科学假说必然会成为科学理论，多种相互竞争的科学假说可能有一些被淘汰，或者杂取多种假说的长处，形成更新的假说，而它仍然要经历科学实践的检验。第19页，课件共21页，创作于2023年2月科学理论作为已经被验证了的知识，它具有相对的稳定性，在没有出现重大危机的情况下，一般