1、2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,1,第7章 問題、假說和理論,1 科學(xué)研究起源于問題 2 科研選題 3 假說方法 4 科學(xué)理論 5 科學(xué)理論的演進(jìn)：科學(xué)哲學(xué)簡介,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,2,1 科學(xué)研究起于問題,20世紀(jì)初的“兩朵烏云”引發(fā)物理學(xué)革命：相對論和量子論 第一朵烏云 以太漂移實驗的零結(jié)果 Michaelson-Morley實驗，沒有測到以太相對于地球運動的速度。以太在哪里？危及到經(jīng)典力學(xué)和電磁理論的根基。Einstein研究這一問題，提出狹義相對論。 第二朵烏云 黑體輻射實驗中的紫外災(zāi)難 實驗結(jié)果與經(jīng)驗定理，南轅北轍。M.Planck研究提出量子

2、論。,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,3,科學(xué)問題,問題即矛盾；科學(xué)問題，是主體在當(dāng)時知識背景下提出的關(guān)于科學(xué)認(rèn)識和實踐中需要解決而又未解決的矛盾,包含著一定的求解目標(biāo)和求解范圍,但尚無確定的答案。,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,4,愛因斯坦論“問題”,提出一個問題比解決一個問題更重要。因為解決問題也許僅僅是一個數(shù)學(xué)上或?qū)嶒炆系募寄芏?而提出新的問題,新的可能性,從新的角度看待舊的問題,卻需要有創(chuàng)造性的想象力,而且標(biāo)志著科學(xué)的真正的進(jìn)步。,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,5,科學(xué)哲學(xué)家波普論“問題”,對科學(xué)知識增長的“理性重建”，如下： P1TTE

3、EP2。 科學(xué)研究始于問題（P1）； 對問題的大膽猜測（TT, tentative theory）, 各種猜測（理論）在競爭中接受反駁，消除錯誤（EE, elimination of error） 新困難導(dǎo)致新問題（P2）。 評論：胡適“大膽的假設(shè)，小心的求證”方法，與波普是一致的。,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,6,怎樣發(fā)現(xiàn)“問題”？,實踐與理論的矛盾:舊理論難解釋新現(xiàn)象。如拉瓦錫的氧化學(xué)說；相對論、量子論 理論內(nèi)部的矛盾:理論的推論中證明了兩個矛盾命題理論中有悖論；從理論中能推出它不能成立的結(jié)論佯謬。輕重物體下降問題、理發(fā)師悖論 不同理論、學(xué)派之間的矛盾:不同學(xué)派運用不同理

4、論；不同學(xué)科領(lǐng)域的不同理論解釋。普里高津進(jìn)化論與熱力學(xué)第二定律 價格：必要勞動時間還是需求決定？ 社會需要而現(xiàn)有技術(shù)不能滿足需要的矛盾。如SARS，激光照排、軟件、手機(jī)等,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,7,How to choose a good scientific problem （Alon，2009）,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,8,一點改進(jìn)（初步）,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,9,2 科研選題,良好的選題，是科研成功的一半。 （1）科研選題 為了實現(xiàn)某個特定目標(biāo)所需要研究的一個或一組科學(xué)問題。 作為科研啟始步驟萬事開頭難，關(guān)系到科研方

5、向、目標(biāo)和內(nèi)容，影響科研途徑、方法，決定成果水平、價值和發(fā)展前途。 （2）科學(xué)研究中的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù) 戰(zhàn)略：“凡屬帶有要照顧各方面、各階段性質(zhì)的、研究全局的規(guī)律性的意圖、計劃，就是戰(zhàn)略。” 戰(zhàn)術(shù):“ 凡屬只具有一個方面、一個階段、研究局部的規(guī)律性的意圖、計劃，就是戰(zhàn)術(shù)”。 戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)的既相互區(qū)別也相互聯(lián)系，在不同層次、不同類型、不同時期發(fā)生著轉(zhuǎn)化。,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,10,（3）科研選題一般步驟 文獻(xiàn)調(diào)研和實際考察； 提出選題； 初步論證； 評議和確定課題。 不斷反饋調(diào)節(jié)的過程,常常需要反復(fù)調(diào)研、多次論證。,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,11,科研選題的

6、基本原則,意義和需要性(與社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切聯(lián)系，如SARS,或是與學(xué)科發(fā)展本身需要密切聯(lián)系；對于基礎(chǔ)研究、發(fā)展研究和試驗應(yīng)用要區(qū)別對待） 創(chuàng)造性(科研是探索性工作,本質(zhì)上要求創(chuàng)新,其生命在于創(chuàng)新) 科學(xué)性(有一定的科學(xué)理論、事實的依據(jù),把選題置于當(dāng)時背景條件下,使之成為科學(xué)上可成立和探索的問題) 可行性（與主客觀條件適應(yīng),據(jù)已有條件或努力創(chuàng)造條件,取得預(yù)期或一定成果) 注意，科研具有不確定性，不確定性由大到小的一般順序：基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和試驗發(fā)展。,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,12,3 假說方法,恩格斯論“假說”：只要自然科學(xué)在思維著，它的發(fā)展形式就是假說。 按波普的模式

7、，TT（tentative theory, 即Hypothesis假說）是第二個環(huán)節(jié)。在提出問題后，經(jīng)過文獻(xiàn)研究和實驗研究，構(gòu)造假說。 假說的一個案例：Wergner與大陸漂移學(xué)說,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,13,一個案例：Wergner與大陸漂移學(xué)說,有關(guān)資料： 1 吳國盛：科學(xué)的歷程，北京：北京大學(xué)出版社，2002年。 2 Continental drift: a purely scientific controversy, In: Bridgstock, M., et al., 1998. Science, Technology and Society: An Int

8、roduction, Cambridge U. Press, pp. 88-94.(可從老師那里復(fù)印) 3 吳彤老師的PPT,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,14,假說的特性,科學(xué)性。以一定科學(xué)事實為依據(jù)、科學(xué)理論為前提，與幻想、神話等相區(qū)別。 猜測性。包括對事物本質(zhì)和規(guī)律的猜測，未來可能被證偽而淘汰，也可能被確證或部分被確證得到完善。 易變性。對同一自然現(xiàn)象，可能提出多種不同的假說，會隨著實踐過程中的新發(fā)現(xiàn)而變化，隨著爭論的發(fā)展而修改。,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,15,假說的特性：從大爆炸理論看,大爆炸理論的提出 大爆炸理論的基本觀點：“原始火球”，big

9、bang，開辟時空?；玖Ｗ与A段；實物階段（原子、分子、星云、星系、太陽系、地球、生物、人類）,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,16,建立假說的原則,應(yīng)以科學(xué)原理為指導(dǎo)，但不受傳統(tǒng)觀點的束縛。 應(yīng)以經(jīng)驗事實為依據(jù)，但不受原有事實材料的限制。 應(yīng)有可檢驗性，但不局限于當(dāng)代的技術(shù)水平。 應(yīng)使假說內(nèi)容的結(jié)構(gòu)簡明而嚴(yán)謹(jǐn)，但不求立即構(gòu)成公理演繹體系,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,17,假說的作用,對科學(xué)觀察和實驗具有先導(dǎo)作用 阿爾法粒子磁普儀尋找“大爆炸”傳說中的反物質(zhì) 對科學(xué)研究起著定向作用 觀測日全食，有無廣義相對論預(yù)計的“光線彎曲” Phenomena appeare

10、d as expected 在科學(xué)理論的形成和發(fā)展過程中起著橋梁作用 建立理論的必由之路 激發(fā)爭論（controversy）百花齊放，百家爭鳴，有利于揭露矛盾、啟發(fā)思考、相互補(bǔ)充，從而更全面更深刻。,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,18,檢驗假說的方法,理論檢驗 實踐檢驗 最終是實踐檢驗,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,19,理論檢驗,分析假說在邏輯上的合理性，以對假說進(jìn)行初步篩選。包括：假說中概念是否具有精確性、明晰性與簡單性；假說在邏輯結(jié)構(gòu)上是否具有一致性；假說是否得到已有的科學(xué)理論與科學(xué)事實的支持等。而且，實踐檢驗過程中，也常常伴隨著邏輯分析。如實驗方案的設(shè)計

11、，實驗過程的調(diào)節(jié)和實驗數(shù)據(jù)的處理等。,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,20,實踐檢驗,通過觀察和實驗對假說及其推論進(jìn)行驗證。假說中演繹出若干可以直接檢驗的推論，然后與觀察實驗結(jié)果進(jìn)行對照。預(yù)言和預(yù)見并也不總是可以直接檢驗，需要演繹出若干推論和實踐結(jié)果進(jìn)行對照。 總體上說來，邏輯分析只是輔助性的檢驗方法，假說最終必須由科學(xué)實踐檢驗和裁決,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,21,檢驗的結(jié)果,三種結(jié)果：1 被證偽，從而被拋棄；2 被證明，向理論過渡；3 既不能證明，也不能證偽，懸而不決 但由于各種社會因素的影響，事情并不那么簡單。 關(guān)于“光線彎曲”，愛因斯坦說：那怕沒有被觀

12、測到，我相信那也是正確。 關(guān)于鮑林的斷言“維生素能治療感冒和癌癥”，即使權(quán)威的醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)做嚴(yán)格的科學(xué)實驗（對比、雙盲）沒有證明他的觀點，但他仍然堅持絕不改悔。 有人對“特異功能”的態(tài)度是：100次實驗，哪怕都是負(fù)面的結(jié)果，可能101，1001，是真的。甚至被證明是在玩假的，也容忍。 SSK（科學(xué)知識社會學(xué)）對此做了深入的研究。,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,22,4 科學(xué)理論,想一想牛頓力學(xué)、EINSTEIN相對論、量子力學(xué)，DNA雙螺旋理論，鄧小平理論 通常的觀點：理論是被證明了的假說。 科學(xué)理論是經(jīng)過實踐檢驗的系統(tǒng)化的科學(xué)知識體系，它是由科學(xué)概念、科學(xué)原理以及對這些概念、原理

13、的理論論證所組成的體系 極端的觀點說：任何理論都是假說，working hypothesis。（如K. Popper）,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,23,科學(xué)理論結(jié)構(gòu),基本概念:思維基本單位，反映自然事物本質(zhì)屬性的思維形式，構(gòu)成理論的基石； 基本原理或定律:聯(lián)系基本概念的判斷，對所研究對象的基本關(guān)系的反映，科學(xué)理論賴以建立的基礎(chǔ). 邏輯推論：由這些概念與原理推演出來的邏輯結(jié)論，即各種具體的規(guī)律和預(yù)見.執(zhí)行著理論解釋和預(yù)見的功能.,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,24,科學(xué)理論的特征,客觀真理性.正確地反映了客觀事物的本質(zhì)及其規(guī)律性，具有客觀真理性.這是科學(xué)理論的

14、基本特征，也是它和假說的根本區(qū)別.任何一個科學(xué)理論必須具備三個基本條件：所憑借的事實材料須經(jīng)過實踐復(fù)核且證明其真實；此基礎(chǔ)上所提出的假定性已得到實踐確認(rèn)，并經(jīng)得起進(jìn)一步檢驗；所作出的科學(xué)預(yù)見已在實踐中得到證明.,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,25,一定條件下的普遍性.通過揭示某一領(lǐng)域的共同本質(zhì)而普遍適用于這個領(lǐng)域，不是通過形式上的“去異存同”的抽象來達(dá)到，而是通過對深刻本質(zhì)的揭示而實現(xiàn)的. 系統(tǒng)性.不是各種孤立概念、原理的堆砌，也不是互不相關(guān)的各種論點、論據(jù)的機(jī)械組合，而是根據(jù)自然界的有機(jī)聯(lián)系，由它的知識單元（概念、原理、定律）組成的有內(nèi)在結(jié)構(gòu)的知識體系. 邏輯性：科學(xué)理論必須

15、概念明確、判斷恰當(dāng)、論證嚴(yán)密即合乎邏輯.,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,26,科學(xué)理論的演進(jìn),科學(xué)家的樸素觀點： 波普（已講） 庫恩的范式說 Lakatos Cole 核心-前沿模式,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,27,新理論如何取代舊理論：科學(xué)家周培源的觀點,一個理論提出來，第一，要看它能不能說明舊理論已經(jīng)說明的物理現(xiàn)象；第二，要看它能不能說明舊理論解釋的現(xiàn)象；第三，要看它能不能預(yù)言還未注意到或?qū)⒁l(fā)生的新現(xiàn)象。 評論：這是樸素的科學(xué)觀，在科學(xué)家中有一定的代表性。但是，一，新理論取代舊理論不是一個順利的過程，而是一個艱辛的過程，如普朗克定律（后述）所言。二，新

16、理論取代舊理論，還夾雜著外在的社會因素，如SSK所揭示的利益因素。,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,28,了解周培源,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,29,周培源與毛、周、楊,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,30,周培源與鄧小平,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,31,普朗克定律,A new scientific truth does not triumph by convincing its opponents and making them see the light, but rather because its opponents

17、eventually die, and a new generation grows up that is familiar with it.,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,32,普朗克定律,一種新的科學(xué)真理并不是靠使他的反對者信服，并且使他們同情而勝利的，不如說是因為他的反對者終于死了，而在成長的新的一代是熟悉它的?？茖W(xué)革命的結(jié)構(gòu)譯文ch.XII 一個新的科學(xué)真理的勝利并不是靠使它的反對者信服和領(lǐng)悟，還不如說是因為它的反對者終于死了，而熟悉這個新科學(xué)真理的新一代成長起來了。（科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)，2002年中譯本，P136） 一個新的科學(xué)真理，不能通過說服她的反對者并使其理解而獲勝

18、，她的獲勝靠其反對者的終于死去而熟悉她的新一代的成長 一個新理論的接受要靠新的一代成長起來，老的對手逐漸死亡才能得以實現(xiàn)。（教材，221) 一個新的科學(xué)真理的勝利，不是通過說服其反對者讓他們明白過來而實現(xiàn)的，而是由于其反對者最終死去，而熟悉這個真理的新一代成長起來了。,科學(xué)理論的評價受多種外在因素的影響,科學(xué)家個人的心理偏好 科學(xué)家的權(quán)威、聲望和社會地位 社會意識形態(tài)教材223-4 可以采用interest approach來分析,2020/8/1,劉立 清華大學(xué) STS中心,33,Haldane論新理論被接受的過程,J B S Haldane (1892 - 1964), 人口遺傳學(xué)創(chuàng)始人之一，指出一個新的理論被接受acceptance，要經(jīng)過四個階段，即： i) this is worthless nonsense; ii) this is an interesting, but perverse point of view; iii) this is true, but quite unimportant; iv) I always said so.,2020/8/1,劉立