第六讲 从科学假说到科学理论.ppt

第六讲第六讲 从科学假说到科学理论从科学假说到科学理论1 1本讲内容本讲内容l科学假说的特点和作用（科学假说的特点和作用（3-93-9）l从科学假说到科学理论（从科学假说到科学理论（10-1910-19）l科学理论的评价（科学理论的评价（20-2620-26）l科学理论的修改和淘汰（科学理论的修改和淘汰（27-2827-28）v观看视频：科学史上的100个最伟大的发现医学（约45分钟）2科学知识的构成科学知识的构成l科学事实科学事实 科学认识主体关于客观存在的、个别事物（事件、现象、过程、关系等）的真实描述或判断，其逻辑形式是单称命题。l科学定律科学定律 反映自然界事物、现象之间的必然性关系的科学命题，其逻辑形式大多为全称命题。科学定律可分为经验定律和理论定律。l科学假说科学假说 根据已有的科学知识和新的科学事实，对所研究的问题作出的猜测性说明和尝试性解答。l科学理论科学理论 系统化的科学知识，是关于客观事物的本质及其规律性的相对正确的认识，是经过逻辑论证和实践检验并由一系列概念、判断和推理表达出来的知识体系。3科学假说的特点科学假说的特点l假说具有科学性假说具有科学性。科学假说是以一定的科学事。科学假说是以一定的科学事实为依据，并在某些背景知识的基础上提出来实为依据，并在某些背景知识的基础上提出来的，它能解释有关事实，并与引以为据的理论的，它能解释有关事实，并与引以为据的理论相一致。相一致。l假说具有猜测性假说具有猜测性。假说的核心内容是靠推测、。假说的核心内容是靠推测、靠想象、靠逻辑的跳跃得到的，它已经超越了靠想象、靠逻辑的跳跃得到的，它已经超越了它所依据的经验事实的范围，包含尚未经验到它所依据的经验事实的范围，包含尚未经验到的，或者在原则上不可能经验到的内容。的，或者在原则上不可能经验到的内容。4科学假说的作用科学假说的作用l科学假说是形成和发展科学理论的必经途径。科学假说是形成和发展科学理论的必经途径。当新发现当新发现的事实不能用原有的理论来说明时，就需提出假说。的事实不能用原有的理论来说明时，就需提出假说。l科学假说是发挥意识能动性的有效方式科学假说是发挥意识能动性的有效方式。首先，由于假。首先，由于假说是对蕴含在科学事实背后的本质规律的猜测，它本身说是对蕴含在科学事实背后的本质规律的猜测，它本身就是人类创造性的高度表现，所以，提出假说的能力，就是人类创造性的高度表现，所以，提出假说的能力，往往被认为是科学创造性的重要标志。其次，科学假说往往被认为是科学创造性的重要标志。其次，科学假说引导人们自觉地进行新的观察、新的实验、发现新的事引导人们自觉地进行新的观察、新的实验、发现新的事实，成为发挥意识能动性的有效手段。其三，不同假说实，成为发挥意识能动性的有效手段。其三，不同假说之间的竞争有利于科学的发展。关于同一对象的多种不之间的竞争有利于科学的发展。关于同一对象的多种不同假说之间的竞争，有利于揭露各种假说中存在的问题，同假说之间的竞争，有利于揭露各种假说中存在的问题，促使人们的认识在实践的基础上不断深化和精确化。促使人们的认识在实践的基础上不断深化和精确化。5关于假说的一个例子关于假说的一个例子大陆漂移说大陆漂移说 德国地质学家魏格纳（德国地质学家魏格纳（A.Wegner）（1880-1930），大陆漂移说的创始人），大陆漂移说的创始人 一次世界大战期间，魏一次世界大战期间，魏格纳受伤在医院治疗，他的格纳受伤在医院治疗，他的病床对面有一幅世界地图。病床对面有一幅世界地图。有一天，魏格纳盯着这幅地有一天，魏格纳盯着这幅地图出神，无意中发现大西洋图出神，无意中发现大西洋两岸的大陆轮廓吻合得非常两岸的大陆轮廓吻合得非常好好非洲西海岸突出的部非洲西海岸突出的部分与南美洲东海岸凹进的部分与南美洲东海岸凹进的部分正好拼成一个整体。于是分正好拼成一个整体。于是魏格纳突发奇想：大西洋两魏格纳突发奇想：大西洋两岸的陆地在远古时代曾经是岸的陆地在远古时代曾经是连接在一起的，后经裂开和连接在一起的，后经裂开和漂移成了今天格局。他广泛漂移成了今天格局。他广泛收集地质学和古生物学等方收集地质学和古生物学等方面的证据。面的证据。1915年出版了年出版了大陆和海洋的起源大陆和海洋的起源，阐，阐述了大陆漂移的观点。述了大陆漂移的观点。6证据证据1 1：相邻大陆的边缘形态可以拼接：相邻大陆的边缘形态可以拼接 巴西东端的直角突出巴西东端的直角突出部分与非洲西岸直角凹进部分与非洲西岸直角凹进的几内亚湾非常吻合。的几内亚湾非常吻合。1965年，人们曾根据大年，人们曾根据大西洋最新海深图通过计算西洋最新海深图通过计算机对机对1000米等深线处进米等深线处进行拟合，发现两岸几乎可行拟合，发现两岸几乎可以完美无缺的拼接。具有以完美无缺的拼接。具有如此高的拟合度不可能是如此高的拟合度不可能是偶然造成的。偶然造成的。7证据证据2 2：相邻大陆在地层上有许多相似性和可拼合性：相邻大陆在地层上有许多相似性和可拼合性 例如挪威到苏格兰的例如挪威到苏格兰的加里东褶皱山系在北美东加里东褶皱山系在北美东海岸再现；南非开普山与海岸再现；南非开普山与南美布宜诺斯艾利斯的二南美布宜诺斯艾利斯的二叠纪地层可以拼合；非洲叠纪地层可以拼合；非洲高原的前寒武纪片麻岩在高原的前寒武纪片麻岩在巴西重现等等。这就象被巴西重现等等。这就象被撕碎的书页，不仅毛边可撕碎的书页，不仅毛边可以拼接，连印刷文字都恰以拼接，连印刷文字都恰好齐整切合，显然就不是好齐整切合，显然就不是巧合了。巧合了。8证据证据3 3：古生物化石的分布：古生物化石的分布 由于相同的生物种不由于相同的生物种不可能在相隔十分遥远的地可能在相隔十分遥远的地点分别独立出现，它们应点分别独立出现，它们应该起源于同一地区，然后该起源于同一地区，然后再逐渐传播到其他地区。再逐渐传播到其他地区。但是，魏根纳通过对比发但是，魏根纳通过对比发现，在远隔重洋的大西洋现，在远隔重洋的大西洋两岸许多生物种群却存在两岸许多生物种群却存在着亲缘关系，其中特别是着亲缘关系，其中特别是那些根本无法远涉重洋的那些根本无法远涉重洋的陆生生物群落，只有用陆生生物群落，只有用“联合古陆联合古陆”的观点才能得的观点才能得到圆满解释。到圆满解释。9科学假说的检验科学假说的检验n科学假说由于具有假定性和猜测性的特点，科学假说由于具有假定性和猜测性的特点，其本身还不是科学理论，因此，假说提出来其本身还不是科学理论，因此，假说提出来之后还要接受检验。通过检验，假说可能被之后还要接受检验。通过检验，假说可能被证实或获得某种支持，也可能被否证或被推证实或获得某种支持，也可能被否证或被推翻。被推翻了的假说将被人们所抛弃，而被翻。被推翻了的假说将被人们所抛弃，而被证实或获得支持的假说则转化为科学理论被证实或获得支持的假说则转化为科学理论被人们接受下来，成为科学知识的一部分。人们接受下来，成为科学知识的一部分。10假说检验的三个步骤假说检验的三个步骤n从假说推导出一些预期的、可观察事件的陈从假说推导出一些预期的、可观察事件的陈述，即推出假说的检验蕴涵。述，即推出假说的检验蕴涵。n进行观察实验获取观察事实，并检验假说的进行观察实验获取观察事实，并检验假说的检验蕴涵与观察事实是否相符。检验蕴涵与观察事实是否相符。n作出检验结论，即如果假说的检验蕴涵与观作出检验结论，即如果假说的检验蕴涵与观察实验结果相符，就可以认为假说得到了证察实验结果相符，就可以认为假说得到了证实或得到了支持，否则，就可以认为假说被实或得到了支持，否则，就可以认为假说被证伪或被推翻了。证伪或被推翻了。11什么是检验蕴涵？什么是检验蕴涵？n从语言形式上看，科学假说大多表现为全称命从语言形式上看，科学假说大多表现为全称命题。由于全称命题无法直接与经验进行比较，题。由于全称命题无法直接与经验进行比较，因此，检验一个假说，只能通过间接的途径，因此，检验一个假说，只能通过间接的途径，即通过检验由假说推导出来的结论而实现。即通过检验由假说推导出来的结论而实现。n设受检验的假说为设受检验的假说为H H，H H为全称命题。显然，如为全称命题。显然，如果果H H为真，则可以推出某个命题为真，则可以推出某个命题I I，I I是可观察是可观察事件。于是，检验假说事件。于是，检验假说H H的真假就可以通过检的真假就可以通过检验命题验命题I I的真假来间接实现。由于的真假来间接实现。由于I I是以是以H H为前为前提演绎出来的，即提演绎出来的，即I I为为H H所蕴涵，因此称所蕴涵，因此称I I为为H H的的检验蕴涵。检验蕴涵。12充分条件假言推理的两种有效式充分条件假言推理的两种有效式l肯定前件式肯定前件式 如果如果p p，那么，那么q q p p 所以，所以，q q 例如例如：如果死者身上有自己无法形成的致命伤，则如果死者身上有自己无法形成的致命伤，则死者是他杀；死者是他杀；本案死者身上有自己无法形成的致命伤；本案死者身上有自己无法形成的致命伤；所以，本案的死者是他杀。所以，本案的死者是他杀。l否定后件式否定后件式 如果如果p p，那么，那么q q 非非q q 所以，非所以，非p p 例如例如：如果死者是砒霜中毒而死的，那么死者的如果死者是砒霜中毒而死的，那么死者的牙根就会呈现出青黑色；牙根就会呈现出青黑色；这名死者的牙根没有呈现出青黑色；这名死者的牙根没有呈现出青黑色；所以，这名死者不是砒霜中毒而死的。所以，这名死者不是砒霜中毒而死的。13充分条件假言推理的两种无效式充分条件假言推理的两种无效式l否定前件不能否定后件否定前件不能否定后件例例 如果某甲是贩毒犯，那么某甲应受法律制裁；如果某甲是贩毒犯，那么某甲应受法律制裁；经查明，某甲不是贩毒犯；经查明，某甲不是贩毒犯；所以，某甲不应受法律制裁所以，某甲不应受法律制裁l肯定后件不能肯定前件肯定后件不能肯定前件例例 如果矿石中的黄金含量很高，那么矿石就会带有光泽；如果矿石中的黄金含量很高，那么矿石就会带有光泽；这块矿石带有光泽；这块矿石带有光泽；所以，这块矿石中的黄金含量很高。所以，这块矿石中的黄金含量很高。14假说证实中的逻辑假说证实中的逻辑l模式模式 如果如果H H，那么，那么I I I I 所以，所以，H Hl实质实质 结论具有或然性，属归纳推理。结论具有或然性，属归纳推理。l意义意义 提供了一个证据，在一定程度上支持提供了一个证据，在一定程度上支持了这个假说，并且这样的证据越多，该假说了这个假说，并且这样的证据越多，该假说为真的可能性就越大。为真的可能性就越大。15假说证伪中的逻辑假说证伪中的逻辑l模式模式 如果如果H H，那么，那么I I 非非I I 所以，非所以，非H Hl确定性确定性 逻辑上具有必然性，属演绎推理。逻辑上具有必然性，属演绎推理。l复杂性复杂性 当检验蕴涵与观察实验结果不一当检验蕴涵与观察实验结果不一致时，要考虑两种情况：观察实验结果是否致时，要考虑两种情况：观察实验结果是否正确；辅助性假说是否正确。正确；辅助性假说是否正确。16实践检验与逻辑证明实践检验与逻辑证明l所谓逻辑证明，是指在认识过程中，运用正确的概所谓逻辑证明，是指在认识过程中，运用正确的概念和判断进行推理，从理论上论证和确定一个新判念和判断进行推理，从理论上论证和确定一个新判断是否正确的逻辑方法。断是否正确的逻辑方法。l逻辑证明是实践检验的必要补充。第一，逻辑证明逻辑证明是实践检验的必要补充。第一，逻辑证明把实践检验由特殊提高到普遍，从而辅助实践检验。把实践检验由特殊提高到普遍，从而辅助实践检验。第二，逻辑证明是实践检验的先导，它为实践检验第二，逻辑证明是实践检验的先导，它为实践检验提供理论依据，做到知其然又知其所以然。第三，提供理论依据，做到知其然又知其所以然。第三，有些理论无法直接引入实践来加以证明，必需借助有些理论无法直接引入实践来加以证明，必需借助逻辑推理来证明。逻辑推理来证明。17科学理论及其其特征科学理论及其其特征l科学假说经过严格的检验转化为科学理论。科学理科学假说经过严格的检验转化为科学理论。科学理论是人们借助于抽象思维所把握的关于事物的本质论是人们借助于抽象思维所把握的关于事物的本质及其规律的认识，其逻辑形式是概念、判断、推理及其规律的认识，其逻辑形式是概念、判断、推理及其由此组成的理论系统。及其由此组成的理论系统。l科学理论作为一种系统化的知识体系，是由三个基科学理论作为一种系统化的知识体系，是由三个基本的知识元素组成的：基本概念、联系基本概念的本的知识元素组成的：基本概念、联系基本概念的判断即基本原理或定律、由这些概念与原理推演出判断即基本原理或定律、由这些概念与原理推演出来的逻辑结论，即各种具体的规律和预言。来的逻辑结论，即各种具体的规律和预言。l科学理论具有四个基本特征：真理性、逻辑性、统科学理论具有四个基本特征：真理性、逻辑性、统一性、简单性。一性、简单性。18科学理论的构建方法科学理论的构建方法l公理化方法公理化方法 指从尽可能少的基本概念、公理出发，指从尽可能少的基本概念、公理出发，运用演绎推理规则，推导出一系列的命题和定理，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。从而建立整个理论体系的方法。l从抽象上升到具体的方法从抽象上升到具体的方法 指在思维过程中，把表指在思维过程中，把表现复杂对象的多种规定性，按照从抽象到具体的逻现复杂对象的多种规定性，按照从抽象到具体的逻辑顺序联系起来，形成一个反映对象整体的理论体辑顺序联系起来，形成一个反映对象整体的理论体系。系。l逻辑与历史相统一的方法逻辑与历史相统一的方法 指思维或理论的逻辑进指思维或理论的逻辑进程应当与客观事物的历史发展过程相一致，或与人程应当与客观事物的历史发展过程相一致，或与人类认识的历史过程相一致。类认识的历史过程相一致。19科学理论的评价科学理论的评价l由于科学实践本身不能绝对证实也不能绝对证伪一由于科学实践本身不能绝对证实也不能绝对证伪一个科学假说，因此，科学假说的检验问题就推广为个科学假说，因此，科学假说的检验问题就推广为科学理论的评价问题。科学理论的评价问题。l所谓科学理论的评价，是指人们怎样接受和选择理所谓科学理论的评价，是指人们怎样接受和选择理论的问题，也就是人们以什么样的标准去衡量和看论的问题，也就是人们以什么样的标准去衡量和看待已经出现的理论，并由此决定对理论的态度，是待已经出现的理论，并由此决定对理论的态度，是接受还是拒绝。接受还是拒绝。l科学理论的评价概念比科学假说的检验概念要广一科学理论的评价概念比科学假说的检验概念要广一些，因为对一个理论的接受或拒斥是由多种因素、些，因为对一个理论的接受或拒斥是由多种因素、多种标准的共同作用决定的。多种标准的共同作用决定的。20经验标准经验标准l一个假说是否可以被接受，可接受的程度有一个假说是否可以被接受，可接受的程度有多高，不仅要看它有没有获得经验事实证据多高，不仅要看它有没有获得经验事实证据的支持，还要看支持它的事实证据的数量和的支持，还要看支持它的事实证据的数量和质量。质量。l在数量方面，支持一个假说的经验证据越多，在数量方面，支持一个假说的经验证据越多，假说的确证度也就越高。假说的确证度也就越高。l在质量方面，要考虑证据的多样性、精确性在质量方面，要考虑证据的多样性、精确性和新颖性。确证证据越是多样广泛，越是精和新颖性。确证证据越是多样广泛，越是精确，越是新颖，对假说的支持就越强。确，越是新颖，对假说的支持就越强。21功能标准功能标准l科学理论具有解释和预见两种功能，它不仅科学理论具有解释和预见两种功能，它不仅能解释已知的自然现象，还能预见一些目前能解释已知的自然现象，还能预见一些目前尚未观察到的自然现象。评价一个假说的优尚未观察到的自然现象。评价一个假说的优劣，除了要看证据支持程度之外，还要看它劣，除了要看证据支持程度之外，还要看它的解释力和预见力的大小。如果一个假说比的解释力和预见力的大小。如果一个假说比另一个假说解释、预言了更多的东西，即使另一个假说解释、预言了更多的东西，即使它的预言尚未得到确证，它也会比另一个假它的预言尚未得到确证，它也会比另一个假说更可接受。说更可接受。22结构标准结构标准l科学假说评价的结构标准要求理论内部具有科学假说评价的结构标准要求理论内部具有简单性和逻辑自洽性。简单性是指科学理论简单性和逻辑自洽性。简单性是指科学理论体系内所包含的独立的基本概念和基本假定体系内所包含的独立的基本概念和基本假定应该尽可能地少，它要求以简单的逻辑形式应该尽可能地少，它要求以简单的逻辑形式反映尽可能多的理论内容。公理系统最典型反映尽可能多的理论内容。公理系统最典型地体现了这一原则。地体现了这一原则。l逻辑自洽性是指科学理论内部的无矛盾性，逻辑自洽性是指科学理论内部的无矛盾性，即要求理论自身能自圆其说，不允许在同一即要求理论自身能自圆其说，不允许在同一理论内部存在自相矛盾的命题。理论内部存在自相矛盾的命题。23案例案例：一个不自洽的理论一个不自洽的理论燃素说燃素说l在化学发展史上，燃素说曾经解释了许多化学现象，在化学发展史上，燃素说曾经解释了许多化学现象，取得了极大的成功，在化学中长期占据着主导地位。取得了极大的成功，在化学中长期占据着主导地位。该理论认为，燃烧是物体放出一种特殊的化学元素该理论认为，燃烧是物体放出一种特殊的化学元素即燃素的过程。这个核心假定可以解释木头燃烧后即燃素的过程。这个核心假定可以解释木头燃烧后得到的灰烬比木头轻的现象。但是后来人们发现，得到的灰烬比木头轻的现象。但是后来人们发现，金属煅烧后形成的煅灰却比煅烧前的金属重。于是金属煅烧后形成的煅灰却比煅烧前的金属重。于是燃素论者提出一个新的辅助性假设，即燃素具有负燃素论者提出一个新的辅助性假设，即燃素具有负重量。这就出现了矛盾：同一种燃素，在木头中具重量。这就出现了矛盾：同一种燃素，在木头中具有正重量，而在金属中却具有负重量。这种不自洽有正重量，而在金属中却具有负重量。这种不自洽的理论观点，反映了燃素说的严重缺陷。的理论观点，反映了燃素说的严重缺陷。24背景标准背景标准l一个新假说应与已经得到确证并且被普遍接一个新假说应与已经得到确证并且被普遍接受的科学理论相一致。如果一个假说与这些受的科学理论相一致。如果一个假说与这些背景知识相容，并且得到这些背景知识的有背景知识相容，并且得到这些背景知识的有力支持，它的可接受程度就会大些；相反，力支持，它的可接受程度就会大些；相反，如果某个假说与这些背景知识不协调，它的如果某个假说与这些背景知识不协调，它的可接受程度就会差些。可接受程度就会差些。l所谓与背景知识协调或与背景知识相容，主所谓与背景知识协调或与背景知识相容，主要包括两种情况：它或者包含了背景知识，要包括两种情况：它或者包含了背景知识，或者为背景知识所蕴涵。或者为背景知识所蕴涵。25案例案例：相对论、量子力学与牛顿力学相对论、量子力学与牛顿力学n牛顿力学研究宏观物体的低速运动，量子力牛顿力学研究宏观物体的低速运动，量子力学研究微观客体的高速运动，相对论研究宇学研究微观客体的高速运动，相对论研究宇观物体的高速运动。据此，牛顿力学一方面观物体的高速运动。据此，牛顿力学一方面可以看作是量子力学在宏观世界的近似表现，可以看作是量子力学在宏观世界的近似表现，另一方面又可看作是相对论在低速世界的近另一方面又可看作是相对论在低速世界的近似表现。反过来说，可以把相对论和量子力似表现。反过来说，可以把相对论和量子力学看成是牛顿力学在高速运动领域和微观世学看成是牛顿力学在高速运动领域和微观世界领域的拓展。因而它们之间是相容的关系。界领域的拓展。因而它们之间是相容的关系。26科学理论的修改科学理论的修改l理论的修改是指人们为了提高理论的解释和预言能理论的修改是指人们为了提高理论的解释和预言能力，在理论的基本概念和基本原理即理论的硬核保力，在理论的基本概念和基本原理即理论的硬核保持不变的情况下，对体系的次要部分做出的某种调持不变的情况下，对体系的次要部分做出的某种调整和改进。整和改进。l科学理论之所以要进行修改有，一是研究者认识能科学理论之所以要进行修改有，一是研究者认识能力的局限性，二是认识对象的复杂性，这两个原因力的局限性，二是认识对象的复杂性，这两个原因决定了人们不可能一蹴而就地获得完善的认识。决定了人们不可能一蹴而就地获得完善的认识。l理论的修改主要有两种类型：第一，为理论的完善理论的修改主要有两种类型：第一，为理论的完善而自主地修改；第二，为对付反常而被迫地修改。而自主地修改；第二，为对付反常而被迫地修改。27科学理论的淘汰科学理论的淘汰l科学理论的淘汰，是指一个曾经被确证的科科学理论的淘汰，是指一个曾经被确证的科学理论，由于它的内容被归并或被放弃，不学理论，由于它的内容被归并或被放弃，不再作为独立的系统而存在，而被另一个理论再作为独立的系统而存在，而被另一个理论系统所取代。系统所取代。l理论淘汰的方式之一就是归并，即被淘汰的理论淘汰的方式之一就是归并，即被淘汰的理论被归并到另一个解释力和预测力更强的理论被归并到另一个解释力和预测力更强的理论中去，而不再作为独立的理论系统而存理论中去，而不再作为独立的理论系统而存在；另一种方式是放弃，即以一种全新的理在；另一种方式是放弃，即以一种全新的理论取代某种过时的或错误的理论。论取代某种过时的或错误的理论。28思考题思考题1.假说的特点和作用是什么?2.如何理解假说证实的逻辑与证伪的逻辑？3.试述科学理论评价的标准。29