自然辩证法第五章科学认识的形成ppt课件.ppt

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1、自然辩证法第五章科学认识的形成ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 第一节第一节 科科 学学 问问 题题 科学界的研究人员有三个层次，一是指兔子的，二是打兔子的，三是科学界的研究人员有三个层次，一是指兔子的，二是打兔子的，三是捡兔子的。捡兔子的。 中国科学院一资深领导中国科学院一资深领导一、一、 科学问题科学问题：科学发现的真正起点：科学发现的真正起点 科学问题是指在特定时代，科学认识主体在分析当时科学背景知识科学问题是指在特定时代，科学认

2、识主体在分析当时科学背景知识基础上提出的科学认识上和科学实践中需要解决的矛盾。基础上提出的科学认识上和科学实践中需要解决的矛盾。1、科学发现始于问题、科学发现始于问题 一种观点认为科学始于观察，如亚里斯多德、培根等，强调从感性走一种观点认为科学始于观察，如亚里斯多德、培根等，强调从感性走向理性。向理性。 亚里斯多德亚里斯多德（ Aristotle 384322 BC），），柏拉图的学生，哲学思想在内容和柏拉图的学生，哲学思想在内容和方法上都同柏拉图存在着严重的分歧。公元方法上都同柏拉图存在着严重的分歧。公元前前335年，他曾在雅典兴办了一所叫做年，他曾在雅典兴办了一所叫做 “吕吕克昂克昂”（L

3、yceum）的学校，并创建了自己的学校，并创建了自己的学派，被称为逍遥派。的学派，被称为逍遥派。 在科学方法上，反对理念论，重视实验观察，在科学方法上，反对理念论，重视实验观察，认为事物的本质内在于事认为事物的本质内在于事物之中，这与柏拉图大相径庭，形成了两个不同的科学研究传统物之中，这与柏拉图大相径庭，形成了两个不同的科学研究传统 。观观 察察原原 理理归归 纳纳演演 绎绎 亚里士多德认为，亚里士多德认为，科学目的就在于说明自然现象和低层次定律的原因，科学目的就在于说明自然现象和低层次定律的原因，即试图用普遍性程度较高的定律来说明普遍性程度较低的定律、直至经验即试图用普遍性程度较高的定律来说

4、明普遍性程度较低的定律、直至经验观察结果。而要揭示不同层次的规律之间的因果联系，从而实现可靠的科观察结果。而要揭示不同层次的规律之间的因果联系，从而实现可靠的科学解释，惟有运用三段论进行演绎。于是，学解释，惟有运用三段论进行演绎。于是，每门学科就成了用演绎方法组每门学科就成了用演绎方法组织起来的一组陈述。织起来的一组陈述。 作为该学科最普遍规律的作为该学科最普遍规律的“第一原理第一原理”不是演绎而来的，而是在观察不是演绎而来的，而是在观察中运用直觉或观念得到的不证自明的公理。中运用直觉或观念得到的不证自明的公理。 培根认为一切知识都求之于感培根认为一切知识都求之于感官，知识来源于感觉经验，只有

5、将官，知识来源于感觉经验，只有将经验与理性结合起来，才能获得真经验与理性结合起来，才能获得真正的知识。他提出科学是实验科学正的知识。他提出科学是实验科学的看法，认为科学就在于用理性方的看法，认为科学就在于用理性方法去整理感性材料，归纳、分析、法去整理感性材料，归纳、分析、比较、观察和实验是理性方法的主比较、观察和实验是理性方法的主要条件。要条件。 英国哲学家波普尔认为，如果从收集事实的观察实验开始，然后再建英国哲学家波普尔认为，如果从收集事实的观察实验开始，然后再建构理论，实际上是不可能的。因为，第一，观察并记录一切过程无法完成。构理论，实际上是不可能的。因为，第一，观察并记录一切过程无法完成

6、。研究者永远不可能穷尽一切事实。第二，观察和实验离不开理论。观察总有研究者永远不可能穷尽一切事实。第二，观察和实验离不开理论。观察总有选择性，需要一定的观点、目的。选择性，需要一定的观点、目的。 波普尔轶事波普尔轶事 美国哲学家库恩也认为，从科学发展的角度来看，也是起于科学问题。美国哲学家库恩也认为，从科学发展的角度来看，也是起于科学问题。常规科学就是解决难题；而当大量科学难题出现时，常规科学就是解决难题；而当大量科学难题出现时， “范式范式”发生危机时，发生危机时，就需要用新的就需要用新的“范式范式”来代替旧来代替旧“范式范式” ，这时需要发明新的理论。科学，这时需要发明新的理论。科学危机，

7、实际上就是理论结构内在矛盾的显露，也是理论自身问题的显现。危机，实际上就是理论结构内在矛盾的显露，也是理论自身问题的显现。 另外，一些纯理论研究并不由观察发端，如理论物理、数学等等。另外，一些纯理论研究并不由观察发端，如理论物理、数学等等。 科学发现始于问题与科学发现始于问题与科学始于观察并不矛盾。科学始于观察并不矛盾。科学发现始于问题是对科学发现始于问题是对于具体的科学认识过程而言的，于具体的科学认识过程而言的，科学始于观察则是从人类认识发生的角度而科学始于观察则是从人类认识发生的角度而言的。言的。2、科学问题的科学问题的特点特点 1）历史性历史性 一定的历史时代所提供的背景知识决定着科学问

8、题的内涵与一定的历史时代所提供的背景知识决定着科学问题的内涵与深度；背景知识还制约着解决问题的途径。深度；背景知识还制约着解决问题的途径。 我们只能在我们时代的条件下进行认识，而且这些条件达到什么程度，我们只能在我们时代的条件下进行认识，而且这些条件达到什么程度，我们便认识到什么程度。我们便认识到什么程度。 恩格斯恩格斯 如如芝诺悖论芝诺悖论、夜晚天为什么是黑的？、夜晚天为什么是黑的？ 关于遗传的奥秘，魏斯曼、摩尔根及结构学派的不同回答。关于遗传的奥秘，魏斯曼、摩尔根及结构学派的不同回答。2）指向性指向性 科学问题的指向提供了研究对象，指引了探索方向；不仅科学问题的指向提供了研究对象，指引了探

9、索方向；不仅意味着未知领域，而且包含着未知与已知的矛盾、求解。意味着未知领域，而且包含着未知与已知的矛盾、求解。3）可解性可解性 问题不仅意味着无知，而且是关于未知东西的某种知识。问题不单是问题不仅意味着无知，而且是关于未知东西的某种知识。问题不单是不知，而且是关于不知的知识。不知，而且是关于不知的知识。 科普宁科普宁芝诺悖论芝诺悖论 阿喀硫斯永远追不上乌龟阿喀硫斯永远追不上乌龟3、 科学问题的结构科学问题的结构1）问题的指向问题的指向 问题所指的研究对象问题所指的研究对象 2）研究的目标研究的目标 即提问的内容。即提问的内容。目标须正确才是真问题，否则为伪问题。目标须正确才是真问题，否则为伪

10、问题。3）应答域应答域 解决问题的范围，并且可调整。它是一个确定而有限的范围，解决问题的范围，并且可调整。它是一个确定而有限的范围，对求解起着导向作用。对求解起着导向作用。 科学问题中应答域的设定以及科学问题中应答域的设定以及由此带来的指向性在科学研究中的作由此带来的指向性在科学研究中的作用是如此之大，以致于它与研究的成用是如此之大，以致于它与研究的成败休戚相关，因此它将直接决定一个败休戚相关，因此它将直接决定一个问题是否有解。问题是否有解。海森堡海森堡 关于欧氏几何第五公设的证明，罗巴切夫斯基改变应答域，提出反问题，关于欧氏几何第五公设的证明，罗巴切夫斯基改变应答域，提出反问题，开创了非欧几

11、何。开创了非欧几何。 欧氏几何第五公设欧氏几何第五公设即同一平面内一条直线和另外两条直线相交，若在某即同一平面内一条直线和另外两条直线相交，若在某一侧面两个内角的和小于两直角，则这两条直线无限延长后在这一侧相交。一侧面两个内角的和小于两直角，则这两条直线无限延长后在这一侧相交。 对于麦克尔逊对于麦克尔逊莫雷关于莫雷关于“以太以太”漂移实验零结果，洛伦茨认为漂移实验零结果，洛伦茨认为“以太以太” 是存在的，实验中观察不到光行差，是由于沿着地球运动方向的干涉仪的臂是存在的，实验中观察不到光行差，是由于沿着地球运动方向的干涉仪的臂长收缩造成的，他设想，任何相对于以太速度运动的物体长收缩造成的，他设想

12、，任何相对于以太速度运动的物体L0都将缩短都将缩短到到 。 洛伦茨的假设，使麦克尔逊洛伦茨的假设，使麦克尔逊莫雷的否定结果能在保留莫雷的否定结果能在保留 “以太以太”的前提下，获得圆满的解释。的前提下，获得圆满的解释。1904年年5月，洛伦茨发表论文速度月，洛伦茨发表论文速度小于光速运动系统中的电磁现象，导出了新的坐标变换公式小于光速运动系统中的电磁现象，导出了新的坐标变换公式洛伦茨变洛伦茨变换。换。 爱因斯坦则于爱因斯坦则于1905年年9月发表论动体的电动力学一文，彻底否定月发表论动体的电动力学一文，彻底否定“以太以太”概念，概念， 清扫了物理学天空的清扫了物理学天空的“第一朵乌云第一朵乌云

13、”。二、二、 科学问题的分类科学问题的分类1、常规问题与非常规问题、常规问题与非常规问题 常规问题，指已获得实践检验和社会公认的背景知识为前提而形成的科常规问题，指已获得实践检验和社会公认的背景知识为前提而形成的科学问题。依据公认的背景知识而找不到正确的解答，会形成新的科学事实，学问题。依据公认的背景知识而找不到正确的解答，会形成新的科学事实，从而引出非常规问题。从而引出非常规问题。 如依据经典电磁理论提出的如依据经典电磁理论提出的测量测量“以太风以太风”的速度问题的速度问题是一个研究目标是一个研究目标错误的常规问题。由于测量的错误的常规问题。由于测量的“以太风以太风”速度为零，因而引出一个与

14、经典电速度为零，因而引出一个与经典电磁理论不相容的磁理论不相容的非常规问题，即非常规问题，即“以太确实存在吗以太确实存在吗”。2、经验问题与概念问题、经验问题与概念问题 经验问题，依据自然现象和事实而提出的科学问题。如经验问题，依据自然现象和事实而提出的科学问题。如“重物为什么重物为什么会下落会下落”， “孩子的相貌为什么像他们的父母孩子的相貌为什么像他们的父母”等等。等等。 概念问题是指理论所显示出来的问题，它是理论所特有的，不能独立概念问题是指理论所显示出来的问题，它是理论所特有的，不能独立于理论而存在。概念问题分为两类，内部概念问题和外部概念问题。于理论而存在。概念问题分为两类，内部概念

15、问题和外部概念问题。内部概念问题：理论内部的逻辑矛盾内部概念问题：理论内部的逻辑矛盾外部概念问题：外部概念问题： 科学理论之间的不一致。如天文学中的光度科学理论之间的不一致。如天文学中的光度佯谬佯谬、引力、引力佯谬等。佯谬等。 科学理论与非科学理论如方法论、本体论相矛盾。如孟德尔遗传学科学理论与非科学理论如方法论、本体论相矛盾。如孟德尔遗传学说与说与“活力论活力论”的矛盾。的矛盾。 概念问题往往隐藏在科学理论深处，科学家常常通过所谓的概念问题往往隐藏在科学理论深处，科学家常常通过所谓的“悖论悖论”或或“佯谬佯谬”来揭示概念问题的存在。来揭示概念问题的存在。 “悖论悖论”或或“佯谬佯谬”或者表明

16、理论或者表明理论本身有缺陷，或者表明理论中蕴涵着未被察觉的深刻内容。本身有缺陷，或者表明理论中蕴涵着未被察觉的深刻内容。如罗素悖论，如罗素悖论，薛定谔猫佯谬、双生子佯谬等等。薛定谔猫佯谬、双生子佯谬等等。 悖论悖论：如果某一理论的公理和推论，原则上是合理的，但在这个理：如果某一理论的公理和推论，原则上是合理的，但在这个理论中却推出了两个相互矛盾的命题；或者证明了这样一个符合命题，它表论中却推出了两个相互矛盾的命题；或者证明了这样一个符合命题，它表现为两个相互矛盾的命题的等价式，那么，这个理论包含了悖论。现为两个相互矛盾的命题的等价式，那么，这个理论包含了悖论。 古希腊悖论：古希腊悖论： 鳄鱼与

17、小孩鳄鱼与小孩 一条鳄鱼从一位母亲手里抢走了一个小孩，鳄鱼想吃掉小孩，但又想一条鳄鱼从一位母亲手里抢走了一个小孩，鳄鱼想吃掉小孩，但又想吃得名正言顺，心安理得，于是鳄鱼对这位母亲说吃得名正言顺，心安理得，于是鳄鱼对这位母亲说：“只要你回答对了我只要你回答对了我的问题，我就不吃你的小孩。我的问题是，我会不会吃掉你的小孩？的问题，我就不吃你的小孩。我的问题是，我会不会吃掉你的小孩？” 母母亲该怎么回答呢？亲该怎么回答呢？ 19世纪下半叶，康托尔创立了著名的集合世纪下半叶，康托尔创立了著名的集合论，集合论刚产生时，曾遭到许多人的猛烈攻论，集合论刚产生时，曾遭到许多人的猛烈攻击。但不久这一开创性成果就

18、为广大数学家所击。但不久这一开创性成果就为广大数学家所接受了，并且获得广泛而高度的赞誉。数学家接受了，并且获得广泛而高度的赞誉。数学家们发现，从自然数与康托尔集合论出发可建立们发现，从自然数与康托尔集合论出发可建立起整个数学大厦。因而集合论成为现代数学的起整个数学大厦。因而集合论成为现代数学的基石。基石。“一切数学成果可建立在集合论基础一切数学成果可建立在集合论基础上。上。” 这一发现使数学家们为之陶醉。这一发现使数学家们为之陶醉。1900年，国际数学家大会上，法国著名数学家彭加年，国际数学家大会上，法国著名数学家彭加勒就曾兴高采烈地宣称：勒就曾兴高采烈地宣称：“ 借助集合论借助集合论概念，我

19、们可以建造整个数学大厦概念，我们可以建造整个数学大厦 今天，今天，我们可以说绝对的严格性已经达到了我们可以说绝对的严格性已经达到了 ” 但是，罗素悖论的出现打破了数学家的美梦。但是，罗素悖论的出现打破了数学家的美梦。 理发师悖论理发师悖论：村里有一位技艺高超的理发师，他有一个原则，就是：村里有一位技艺高超的理发师，他有一个原则，就是：他只给村里一切不给自己理发的人理发。那么，他该不该给自己理发？他只给村里一切不给自己理发的人理发。那么，他该不该给自己理发？ 理发师陷入两难境地：如果他给自己理发，根据他的原则，他只给那理发师陷入两难境地：如果他给自己理发，根据他的原则，他只给那些不自己理发的人理

20、发，那么，他不应该给自己理发；如果他不给自己理些不自己理发的人理发，那么，他不应该给自己理发；如果他不给自己理发，根据他的原则，他只给那些不自己理发的人理发，那么，他应该给自发，根据他的原则，他只给那些不自己理发的人理发，那么，他应该给自己理发。己理发。 此即罗素悖论，罗素给正在致力于把算术化归为集合和逻辑的数学家弗此即罗素悖论，罗素给正在致力于把算术化归为集合和逻辑的数学家弗雷格写了一封信，叙述了他发现的一条悖论：雷格写了一封信，叙述了他发现的一条悖论： 有些集合不以自己为元素，如弗雷格规定的有些集合不以自己为元素，如弗雷格规定的0，1，2=3，“3”并并不是自己的元素，有些集合以自己为元素

21、，如不是自己的元素，有些集合以自己为元素，如“所有集合的集合所有集合的集合”，自己是，自己是个集合，所以也是自己的元素。个集合，所以也是自己的元素。 那些那些“不以自己为元素的集合不以自己为元素的集合”，它以概念的外延确定了一个集合，它，它以概念的外延确定了一个集合，它是不是自己的元素呢？是不是自己的元素呢？ 该悖论用数学符号表示，先定义集合该悖论用数学符号表示，先定义集合R，xR，当且仅当，当且仅当x不属于不属于x，而，而由此定义来检验由此定义来检验R自己时就成了自己时就成了“ RR，当且仅当，当且仅当R不属于不属于R”。 弗雷格迅速给罗素回了信。他说：弗雷格迅速给罗素回了信。他说：“哎呀，

22、算术动摇了。哎呀，算术动摇了。” 他在即将出他在即将出版的算术基础中写了一个后记，说：版的算术基础中写了一个后记，说：“在工作结束之后而发现大厦的基在工作结束之后而发现大厦的基础已经动摇，对于一个科学工作者来说，没有比这更不幸的了。础已经动摇，对于一个科学工作者来说，没有比这更不幸的了。” 薛定谔猫佯谬薛定谔猫佯谬三、三、 科学问题的来源科学问题的来源1、科学实践与科学理论之间的矛盾、科学实践与科学理论之间的矛盾 传统的科学理论难以解释新的经验事实，是科学问题的重要来源之一。传统的科学理论难以解释新的经验事实，是科学问题的重要来源之一。随着科学实践的发展，实验技术和手段不断完善，以及大量新的经

23、验事实被随着科学实践的发展，实验技术和手段不断完善，以及大量新的经验事实被揭示，必然会加剧理论与实践的矛盾，从而引发一系列的经验问题。揭示，必然会加剧理论与实践的矛盾，从而引发一系列的经验问题。 光电效应与光的波动说之间的矛盾引出光电效应与光的波动说之间的矛盾引出“光的本质究竟是波还是粒光的本质究竟是波还是粒子？子？”的问题，的问题， 黑体辐射引出黑体辐射引出“能量究竟是连续的还是不连续的？能量究竟是连续的还是不连续的？”这一这一问题。问题。光电效应实验：光电效应实验：光电效应：光电效应： 把一块擦得很亮的把一块擦得很亮的锌版锌版连接在验电器上，用连接在验电器上，用弧光灯弧光灯照亮锌版，验电器

24、的照亮锌版，验电器的指针就张开了，这表明指针就张开了，这表明锌版带了电锌版带了电。进一步的检查发现，锌版带的是正电。进一步的检查发现，锌版带的是正电。这表明在弧光灯的照耀下，锌版的一些自由电子被打了出来，于是锌版就带这表明在弧光灯的照耀下，锌版的一些自由电子被打了出来，于是锌版就带正电。正电。 在实验中可以发现，紫、蓝、紫外线等在实验中可以发现，紫、蓝、紫外线等波长较短的光，即便很弱，也能波长较短的光，即便很弱，也能从金属表面打出电子从金属表面打出电子，而红、黄、红外线等，而红、黄、红外线等波长较长的光，即便很强，也不波长较长的光，即便很强，也不能从金属表面打出电子能从金属表面打出电子。这表明

25、，能否打出电子，并不取决于光的强度，而。这表明，能否打出电子，并不取决于光的强度，而取决于光的频率（频率与波长成反比）。取决于光的频率（频率与波长成反比）。 但光的波动说认为，光的能量由其强度决定，而与频率无关。据此，很但光的波动说认为，光的能量由其强度决定，而与频率无关。据此，很弱的紫光都能激发出电子，那么，很强的红光就更能打出更多的电子。但事弱的紫光都能激发出电子，那么，很强的红光就更能打出更多的电子。但事实恰恰相反。实恰恰相反。 根据古典理论，入射波长根据古典理论，入射波长 = 散射波长，散射波长，但康普顿发现，除了波长不变但康普顿发现，除了波长不变的散射外，还有大于入射波长的散射。光的

26、波动说解释不了，只能用光量的散射外，还有大于入射波长的散射。光的波动说解释不了，只能用光量子假说解释。入射光是光子束，光子同散射体中的自由电子碰撞，把一部子假说解释。入射光是光子束，光子同散射体中的自由电子碰撞，把一部分能量给了电子，自身能量减少，导致光子频率减小，波长变大。分能量给了电子，自身能量减少，导致光子频率减小，波长变大。 光束通过不均匀媒质时，部分光束将偏离原来方向而分散传播，从侧光束通过不均匀媒质时，部分光束将偏离原来方向而分散传播，从侧向也可以看到光的现象，叫做光的散射。波长较短的光容易被散射，波长向也可以看到光的现象，叫做光的散射。波长较短的光容易被散射，波长较长的光不容易被

27、散射。较长的光不容易被散射。2、理论体系之间的矛盾、理论体系之间的矛盾 “水尝无华，相荡方成涟漪；石本无火，相击而发灵光。水尝无华，相荡方成涟漪；石本无火，相击而发灵光。” 1）科学理论本身的内在矛盾产生科学问题。）科学理论本身的内在矛盾产生科学问题。 以悖论最为典型以悖论最为典型 康托尔（康托尔（Georg Cantor，1845-1918），）， 出生于俄圣彼得堡，后迁居德国，犹太人，出生于俄圣彼得堡，后迁居德国，犹太人，著名数学家，开创集合论，也因此而受到不著名数学家，开创集合论，也因此而受到不公正的待遇。公正的待遇。1884年精神崩溃，年精神崩溃，1918年年1月月6日，他在哈尔精神病

28、医院逝世。日，他在哈尔精神病医院逝世。 伽利略悖论，使自然数与部分自然数比伽利略悖论，使自然数与部分自然数比较，产生了较，产生了“整体整体 = 部分部分”的矛盾，康托尔的矛盾，康托尔利用利用伽利略的方法，得出伽利略的方法，得出“一条线上的点要一条线上的点要比自然数多比自然数多”这样令人瞠目结舌的结论。这样令人瞠目结舌的结论。 2）不同学派之间的矛盾）不同学派之间的矛盾 人类起源的人类起源的“夏娃说夏娃说”与与“多中心说多中心说” 分子生物学的研究中，为了获得一个比较确定的遗传速度数值，选择分子生物学的研究中，为了获得一个比较确定的遗传速度数值，选择的是随机突变的的是随机突变的DNA序列，而非功

29、能基因。因为功能基因会随环境的变化序列，而非功能基因。因为功能基因会随环境的变化而变化，它的突变淘汰速度不恒定，使得整个突变速度不稳定。而变化，它的突变淘汰速度不恒定，使得整个突变速度不稳定。 进化论与热力学第二定律，光的粒子说与波动说，地质学中的水成论进化论与热力学第二定律，光的粒子说与波动说，地质学中的水成论与火成论、渐变论与灾变论等等。与火成论、渐变论与灾变论等等。3、社会需要与现有技术手段之间的矛盾、社会需要与现有技术手段之间的矛盾 电子计算机源于二战中弹道计算问题，农业生产中对作物产量和品质电子计算机源于二战中弹道计算问题，农业生产中对作物产量和品质的需要等等，都可以产生科学问题。的

30、需要等等，都可以产生科学问题。四、四、 科学问题在科学研究中的意义科学问题在科学研究中的意义 1）科学问题推动研究。科学问题推动研究。 通过对科学背景知识的分析而提出的科学问题，特别是基础自然科学通过对科学背景知识的分析而提出的科学问题，特别是基础自然科学中的问题，常常是向那个时代的科学理论提出的中的问题，常常是向那个时代的科学理论提出的挑战或诘难挑战或诘难。而且这种挑。而且这种挑战或诘难有时甚至动摇了那一时代科学的根基，以至于被某些人称为战或诘难有时甚至动摇了那一时代科学的根基，以至于被某些人称为“灾灾难难”。由此造成了科学的由此造成了科学的“危机危机”。然而，有时正是种种挑战或诘难，有然而

31、，有时正是种种挑战或诘难，有力地推动了科学的发展。力地推动了科学的发展。 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仅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仅仅是一个数学上的或实验上的技能而已。而提出新的问题，新的可能性，仅是一个数学上的或实验上的技能而已。而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真从新的角度去看旧问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。正进步。 爱因斯坦爱因斯坦 伽利略伽利略从亚里斯多德关于光是瞬间传播的经验现象和结论，提出了光从亚里斯多德关于光是瞬间传播的经验现象和结论，提

32、出了光的传播即使再快也应该有速度的问题。对光速的测量从此就成为物理学领的传播即使再快也应该有速度的问题。对光速的测量从此就成为物理学领域的基本问题之一，被许多科学家研究域的基本问题之一，被许多科学家研究 。 爱因斯坦爱因斯坦狭义相对论的研究源于狭义相对论的研究源于“追赶光波问题追赶光波问题” ：假使一个人以光：假使一个人以光速跟着光跑会出现什么情况？根据伽利略相对性原理，应该看到光波象空速跟着光跑会出现什么情况？根据伽利略相对性原理，应该看到光波象空间里振荡而停滞不前的磁场，而这又与麦克斯韦理论相冲突。间里振荡而停滞不前的磁场，而这又与麦克斯韦理论相冲突。 2）科学问题指导研究，指导观察。科学

33、问题指导研究，指导观察。 由于科学问题本身蕴涵着问题的指向、问题的应答域。问题的指向指由于科学问题本身蕴涵着问题的指向、问题的应答域。问题的指向指示了研究对象，指明了研究方向；问题的应答域指示了求解范围。所以科示了研究对象，指明了研究方向；问题的应答域指示了求解范围。所以科学问题本身就能指导科学研究。学问题本身就能指导科学研究。去甲万古霉素青霉菌去甲万古霉素青霉菌 弗莱明的问题，是否绿霉具有某种作用而把它周围的葡萄球菌杀死弗莱明的问题，是否绿霉具有某种作用而把它周围的葡萄球菌杀死了？了？ 问题的指向：葡萄球菌的死因。问题的应答域：假定绿霉具有某种问题的指向：葡萄球菌的死因。问题的应答域：假定绿

34、霉具有某种作用。作用。 弗莱明发现了绿霉能够杀菌，但苦于没有资金，搁置研究。后来牛弗莱明发现了绿霉能够杀菌，但苦于没有资金，搁置研究。后来牛津大学化学家欧内斯特在研究酶时，无意中发现了弗莱明的论文，并与津大学化学家欧内斯特在研究酶时，无意中发现了弗莱明的论文，并与好友病理学家弗洛里合作，证明了青霉素不是酶，而是一种具有抑制有好友病理学家弗洛里合作，证明了青霉素不是酶，而是一种具有抑制有害病菌的细菌。二人合作，进行动物实验并转入临床试验。二战爆发，害病菌的细菌。二人合作，进行动物实验并转入临床试验。二战爆发，许多负伤的士兵愿意实验这种药，青霉素挽救无数人的性命。许多负伤的士兵愿意实验这种药，青霉

35、素挽救无数人的性命。 1945年，三人获得诺贝尔医学和生理学奖。年，三人获得诺贝尔医学和生理学奖。 事实上，在此之前，微生物学家斯科特也曾遇到这个现象，但他认事实上，在此之前，微生物学家斯科特也曾遇到这个现象，但他认为是实验中操作失误而产生的污染，就把这些绿霉一洗了之。只是这一为是实验中操作失误而产生的污染，就把这些绿霉一洗了之。只是这一洗了之的代价也未免太大了。洗了之的代价也未免太大了。五、科研选题五、科研选题 所谓课题，是为了解决某个特定的任务所需要研究的通常是用科学术语所谓课题，是为了解决某个特定的任务所需要研究的通常是用科学术语明确表达的一个或一组的科学问题。课题是具有独立性质、具有明

36、确意义的明确表达的一个或一组的科学问题。课题是具有独立性质、具有明确意义的科学问题。科学问题。1、步骤、步骤 课题的形成和选择，无论作为外部的经济课题的形成和选择，无论作为外部的经济技术要求，抑或作为科学本身的要求，都是研技术要求，抑或作为科学本身的要求，都是研究工作中最复杂的一个阶段。一般说来，提出究工作中最复杂的一个阶段。一般说来，提出课题比解决课题更困难课题比解决课题更困难 所以评价和选择课所以评价和选择课题，便成了研究战略的起点。题，便成了研究战略的起点。 贝尔纳贝尔纳 问题调研问题调研课题选择课题选择课题论证课题论证决策决策 根据社会需要和个人的知识结构与学识专长确定研究方向，明确研

37、究根据社会需要和个人的知识结构与学识专长确定研究方向，明确研究领域及研究范围的层次，然后对这一研究领域做全方位的调研。调研内容领域及研究范围的层次，然后对这一研究领域做全方位的调研。调研内容包括：了解国内外对这一学科领域的研究状况，近期有可能取得的突破，包括：了解国内外对这一学科领域的研究状况，近期有可能取得的突破，有哪些问题尚未解决等等。除此之外，还要考虑科学研究中的主客观条件。有哪些问题尚未解决等等。除此之外，还要考虑科学研究中的主客观条件。 根据问题调研的结果，运用选题的原则，从所调研的问题中选出备选根据问题调研的结果，运用选题的原则，从所调研的问题中选出备选课题，进行分析比较，设计出最

38、优方案。并提出开题报告。课题，进行分析比较，设计出最优方案。并提出开题报告。 根据选题的基本原则，对课题的依据、实施条件、价值等进行具体审根据选题的基本原则，对课题的依据、实施条件、价值等进行具体审核分析。核分析。 2、选题原则、选题原则 科学性原则科学性原则 以一定的事实为基础，以已有的科学理论为依据，把以一定的事实为基础，以已有的科学理论为依据，把课题置于当时的科学技术背景下，并使之成为在科学上可以探讨的东西。课题置于当时的科学技术背景下，并使之成为在科学上可以探讨的东西。 遵循科学性质原则，要求遵循科学性质原则，要求反对伪科学，反对从根本上违背科学原理的反对伪科学，反对从根本上违背科学原

39、理的所谓课题所谓课题。如牛顿致力于对约翰启示录的诠释，试图证明全能全知的上。如牛顿致力于对约翰启示录的诠释，试图证明全能全知的上帝，克鲁克斯用科学仪器研究降神术，都使得他们的研究徒劳无功。帝，克鲁克斯用科学仪器研究降神术，都使得他们的研究徒劳无功。 伪科学，如所谓的伪科学，如所谓的“中国第五大发明中国第五大发明” ，空瓶取物，占星术等等。，空瓶取物，占星术等等。 同时，科学又是在不断发展的，理论会随着实践的发展而推陈出新。同时，科学又是在不断发展的，理论会随着实践的发展而推陈出新。历史上许多创造性的科学发现正是由于对已有事实和理论的真理性和科学性历史上许多创造性的科学发现正是由于对已有事实和理

40、论的真理性和科学性的重新审查。因此，贯彻科学性原则，的重新审查。因此，贯彻科学性原则，既要尊重事实，又要不泥拘于事实；既要尊重事实，又要不泥拘于事实；既要接受已有理论的指导，又要勇于突破传统观念的束缚。既要接受已有理论的指导，又要勇于突破传统观念的束缚。“四大恶人四大恶人”： 何祚庥、于光远、郭正谊、司马南何祚庥、于光远、郭正谊、司马南 创造性原则创造性原则 一是指选择研究新颖的课题，即前人没有研究过一是指选择研究新颖的课题，即前人没有研究过或者没有完全解决的问题；二是指探索研究课题的方案、途径和方法有突或者没有完全解决的问题；二是指探索研究课题的方案、途径和方法有突破性、独创性，有助于人们获

41、得意想不到的研究成果。破性、独创性，有助于人们获得意想不到的研究成果。 包括包括概念、观点上的创新；方法上的创新；应用上的创新概念、观点上的创新；方法上的创新；应用上的创新，即将现即将现有理论和方法应用到新的领域中去而做出创造性的成就。有理论和方法应用到新的领域中去而做出创造性的成就。 如普朗克的能如普朗克的能量子概念、爱因斯坦的同时性的相对性的概念；量子概念、爱因斯坦的同时性的相对性的概念； 越是重大的科学创新，越容易同传统理论、传统思维相冲突，也容越是重大的科学创新，越容易同传统理论、传统思维相冲突，也容易遭到科学共同体的反对。易遭到科学共同体的反对。 1895年，当年，当光技术出现后，英

42、国科学光技术出现后，英国科学界的领袖、皇家学会的会长开尔文勋爵便评界的领袖、皇家学会的会长开尔文勋爵便评价说：价说：“不久后，人们便会明白，不久后，人们便会明白， 光不过光不过是一个童话。是一个童话。” 数年之后，他又声称：数年之后，他又声称：“无无线电这东西没什么用途。线电这东西没什么用途。” 开尔文（开尔文（ LordKelvin，18241907）英国著名物理学家、发明家，原名英国著名物理学家、发明家，原名W 汤姆汤姆孙（孙（William Thomson）。）。 迈克尔逊迈克尔逊对狭义相对论很不理解，他曾对狭义相对论很不理解，他曾亲口对爱因斯坦说，没想到他的实验会引出亲口对爱因斯坦说，

43、没想到他的实验会引出相对论这个相对论这个“怪物怪物”，为此他还感到有点懊，为此他还感到有点懊悔。悔。 阿尔贝特阿尔贝特 迈克尔逊迈克尔逊 （Albert Abrham Michelson ，18521931），美国物理学家。），美国物理学家。 1889年，赫兹收到一封来信，写信人事一年，赫兹收到一封来信，写信人事一位名叫哈伯的德国工程师，他在信中询问：位名叫哈伯的德国工程师，他在信中询问：“是否可以用电磁波来传递变压器或电话产生是否可以用电磁波来传递变压器或电话产生的电振动信号？就是的电振动信号？就是说将电磁波用于通讯是否说将电磁波用于通讯是否可能？可能？” 赫兹回答说，他对此表示怀疑。赫兹认

44、为，赫兹回答说，他对此表示怀疑。赫兹认为，变压器或电话产生的振动太慢了，即使取每秒变压器或电话产生的振动太慢了，即使取每秒1000次，电磁波的波长已是次，电磁波的波长已是300千米，因此，千米，因此，所使用的电磁波反射凹面镜的焦距也要有所使用的电磁波反射凹面镜的焦距也要有300千米大小。千米大小。如果你能建一个像欧洲大陆这样大如果你能建一个像欧洲大陆这样大的一个凹面镜来反射电磁波，就能用来进行实的一个凹面镜来反射电磁波，就能用来进行实验了。验了。海因里希海因里希 鲁道夫鲁道夫 赫兹（赫兹（1857-1894 ），德国物理学家，于），德国物理学家，于1888年首先年首先证实了无线电波的存在。频率

45、的国际单位制单位赫兹以他的名字命名。证实了无线电波的存在。频率的国际单位制单位赫兹以他的名字命名。 赫兹上述分析不错，赫兹上述分析不错，但缺乏预见性。其实，但缺乏预见性。其实，在地球的上空存在着一在地球的上空存在着一个天然电离层可以反射个天然电离层可以反射电磁波，只是当时人们电磁波，只是当时人们不知道而已。另外，赫不知道而已。另外，赫兹没有想到，如果提高兹没有想到，如果提高电磁波的频率，波长就电磁波的频率，波长就会变短。会变短。 玻尔提出量子化原子结构理论，很少有人相信。玻尔提出量子化原子结构理论，很少有人相信。不少著名的物理学家指责玻尔不少著名的物理学家指责玻尔“瞎搞瞎搞”，劳厄甚至劳厄甚至

46、还宣称：还宣称：“如果玻尔的原子理论对了，那我就不再如果玻尔的原子理论对了，那我就不再研究物理了。研究物理了。” 冯冯 劳厄（劳厄（Max Theodor Felix Von Laue 18791960），因发现），因发现射线在晶体中的衍射，射线在晶体中的衍射， 获得获得了了1914年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。需要性原则需要性原则 一是社会的需要；二是自然科学自身发展的需要。一是社会的需要；二是自然科学自身发展的需要。 社会上一旦有技术的需要，则这种需要比十所大学更能把技术推向前社会上一旦有技术的需要，则这种需要比十所大学更能把技术推向前进。进。-恩格斯恩格斯 另一方面，科学上的许

47、多重大问题并不都是直接来自于社会生产实践的另一方面，科学上的许多重大问题并不都是直接来自于社会生产实践的需要，往往是为了解决科学自身发展的内在矛盾而提出来的。需要，往往是为了解决科学自身发展的内在矛盾而提出来的。 哥白尼日心说哥白尼日心说 开普勒行星运动三定律开普勒行星运动三定律 牛顿万有引力牛顿万有引力 可行性原则可行性原则 指根据实际具备的或者经过努力可以具备的条件来选指根据实际具备的或者经过努力可以具备的条件来选择课题，对完成课题的主观和客观条件尽可能加以周密的估计。择课题，对完成课题的主观和客观条件尽可能加以周密的估计。 我们只能在我们时代的条件下进行认识，而且这些条件达到什么程度，我

48、们只能在我们时代的条件下进行认识，而且这些条件达到什么程度，我们才能认识到什么程度。我们才能认识到什么程度。 恩格斯恩格斯 一个人的发展取决于和他直接进行交往的其他的一切人的发展，任何一个人的发展取决于和他直接进行交往的其他的一切人的发展，任何伟大历史人物也不能伟大历史人物也不能 超出他们自己的时代所给予的限制。超出他们自己的时代所给予的限制。 恩格斯恩格斯 统一场理论研究失败，从客观上来看，统一场理论研究失败，从客观上来看，当时比较清楚的物理场只有电磁场相互作当时比较清楚的物理场只有电磁场相互作用和引力相互作用，而弱相互作用和强弱用和引力相互作用，而弱相互作用和强弱相互作用还不十分清楚，因此

49、通向统一场相互作用还不十分清楚，因此通向统一场理论懂得客观条件还不成熟，具体途径也理论懂得客观条件还不成熟，具体途径也不明朗。不明朗。 从主观上看，从主观上看，爱因斯坦忽视了当时正爱因斯坦忽视了当时正在蓬勃发展的粒子物理学，企图单从场物在蓬勃发展的粒子物理学，企图单从场物理学方面来统一；忽略了从经验基础上直理学方面来统一；忽略了从经验基础上直觉把握统一场论大厦的基石，仅仅凭借数觉把握统一场论大厦的基石，仅仅凭借数学手段来建筑这幢大厦，结果留下一大堆学手段来建筑这幢大厦，结果留下一大堆弄不清其物理意义的数学方程式。弄不清其物理意义的数学方程式。 玻恩玻恩评价这件事时说道：评价这件事时说道：“在征

50、服浩瀚的量在征服浩瀚的量子现象的斗争中，他是一个先驱者，但量子理子现象的斗争中，他是一个先驱者，但量子理论向前发展时，他却远而疑之。我们许多人认论向前发展时，他却远而疑之。我们许多人认为这是一个为这是一个悲剧悲剧 因为他在从此在孤独中摸因为他在从此在孤独中摸索前进，而我们却失去了一位领袖和旗手。索前进，而我们却失去了一位领袖和旗手。” 爱因斯坦并不认为自己误入歧途，他于爱因斯坦并不认为自己误入歧途，他于1948年年3月月18日写给玻恩的信中：日写给玻恩的信中：“我实在非我实在非常了解你为什么要把我看作是一个冥顽不化的常了解你为什么要把我看作是一个冥顽不化的老头子。但是我相信你并没有了解我是怎样