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第27章 科学认识与知识创新方法(6)

2)逻辑严密性

根据已有事实和理论,运用思维规则,一步步推论出所预测的事实和现象,这是假说可能被证实的重要保证。历史上有许多理论不能成为科学假说,就在于其逻辑性的缺乏。比如中国古代的五行学说,作为一种类比思维,它有其重大启发价值,但是,现代科学绝不可能建立在这种学说基础上,因为将“金”、“木”、“水”、“火”、“土”五类自然物的所谓关系与宇宙、自然以及人体等联系起来,缺乏逻辑支持,或者说,双方之间的逻辑关系太远了,远到无法把握。

逻辑性首先要求假说所使用的概念和命题是清晰的。基本概念必须经过精确的定义,命题必须毫无异议,凡是可能引起含糊和歧义的,尤其是那些带有类比、比喻、夸张等特点的语言和表达方式,都应去除。

其次是逻辑的完整性。假说对科学问题的阐述应该是系统的、全面的和完整的,在逻辑上没有缺漏,不能是片面的、支离破碎的,任何一个环节的缺乏都可能导致整个阐述链条的断裂,从而做出错误判断。科学史上有许多失败的假说因此而被淘汰。第三,在前两个要求的基础上,进一步要求假说具有内部自恰性。所谓自恰性,指理论内部概念与概念之间、概念与命题之间、命题与命题之间、命题与推理之间、推理与推理之间没有逻辑上的矛盾,是一个完备的逻辑程序。

3)理论简单性

简单性是现代科学对于理论体系的共同要求,它的理论根据是客观世界的统一性信念。理论简单性就是要求在假说体系中直接使用到的假设、定律或者公理最少,且彼此之间是相互独立的。爱因斯坦在论述科学理论的建立过程时曾说,要从尽可能少的假说或者公理出发,通过逻辑的演绎,概括尽可能多的经验事实。简单性是相对的,不能给予极端要求,某个具体假说体系中的假设、公理应该有几个,应完全视其具体情况而定。一般而言,研究对象的复杂程度与假说体系使用的假设和公理的数量有一定关系,说明一块岩石与说明整个地球所使用的假说和公理,自然不能相比。这是一个重要的科学哲学问题,有待研究。

4)解释和预测性

既能够解释已知事实和现象,又能够预测未知的事实和现象,既是假说的特点,也是对构造假说的要求。

5)可检验性

假说是否科学,是否反映了客观现实,最终需要通过实践检验。但是,并不是所有对于某个事物或某个问题的说明体系都能够得到顺利检验。假说的检验是一个复杂的问题,许多西方当代科学哲学家对此作出了详细而有益的分析,这里只就一般情形加以说明。假说的可检验性主要表现在从理论内部按照严密逻辑推演出的结论能够在经验层面上获得观察和实验的验证。检验的可能性有两个层次,一是理论可能性,二是技术可能性。有的假说立即可以在技术上满足验证条件,有的假说在理论逻辑上具备可检验性,但是现有技术实现不了,这不妨碍其成为一个合格的假说,因为,随着技术条件的成熟,假说总有一天能得到检验。

四、提出假说的方法

假说是一种科学思维形式,因此提出假说的方法一定是思维方法。

由科学假说的属性和特点所决定,提出科学假说的方法不外乎是那些具有结论或然性的思维方法。

(1)不完全归纳法

不完全归纳法又称简单枚举法,是指通过对事物部分数据的掌握和分析而得出事物整体性结论的思维方法,也即从个别事实中导出一般性理论的方法。事实根据的不完全性决定了归纳方法结论的不确定性即或然性。正因如此,不完全归纳法是提出科学假说的有效而常用的方法。

如达尔文的进化论,迈尔的能量守恒定律等,都是不完全归纳法提出科学假说有用性的证明。

(2)演绎思维方法

演绎思维方法主要是指亚里士多德的三段论推理方法。其特点是由一般性原理中导出个别性结论。运用演绎推理方法,只要前提是可靠的,推理程序正确无误,就能够保证结论的可靠性。其推理模式为:

M——P

S——M

所以S——P

显然,演绎推理是必然性推理。演绎推理用于提出假说的条件是,大前提是假说其结论必然是假说。只不过是从一般性假说中导出特殊性、个别性假说而已。如康德的从“物极必反”原理,导出有形有序的天体必然源于无形无序的物质,进而提出天体演化假说,开启了第二次科学革命的进程。

(3)类比思维方法

类比思维方法,是指由个别到个别或由一般到一般的推理方法。显然,类比思维的结论是或然性的。其或然性决定了作为提出科学假说方法的有效性。类比思维模型如下:

A:a1,a2,a3,…,an+1

B:b1,b2,b3

ai=bi

所以B:bn+1

着名物理学家劳厄曾言:库仑发现库仑定律的过程纯粹是对牛顿定律的一种类比。同样,后来科学家们类比库仑定律,又反过来提出了引力场和引力子存在的科学假说。

(4)灵感思维方法

灵感是指人脑显意识思维和潜意识思维协同作用的一种超常思维方式和方法。其思维过程:

问题→准备和思考→意识转换(暗示自己)→灵感产生→记录并解释

意识转换意味着显意识思维的中断,潜意识思维的继续;灵感的出现是潜意识思维结果向显意识的转换。主动中断显意识思维的方式因人而异,不能够形而上学地模仿、照搬。值得指出的是,灵感思维具有一定的非逻辑性但并非是非理性的。学会灵感思维,可以大幅度提高人们的创新思维能力。

阿基米德发现浮力定律,吉列发明安全剃刀等,历史上的许多重大发现和发明都得益于科学家、发明家的灵感思维。需要郑重声明的是,灵感思维的结论只能是假说,其科学性必须经受科学事实的检验。

五、预测与判决性实验

根据假说的不同特征,其实践检验也有不同。假说中有一类是关于某个事实或现象的预测,结构和体系比较简单,关于它的检验比较直接,只要通过观察和实验直接比对假说预测的结果就可以了。另外一些假说则比较复杂,它包括一系列科学事实和理论命题,其中有若干作为演绎前提的假定,预测的又是以全称命题形式出现的普遍规律。这类假说的检验就不能仅仅通过简单的观察和实验来完成。一般观念是,如果这类假说预测出的具体事实和现象都得到了观察实验的证实,那么,就可以认为假说得到了证实。但是,无论是科学史还是理论本身的分析都表明,对它的验证相当复杂。

首先,从全称命题的假设推论出某个或几个具体结论,构成了逻辑上的前件与后件关系,即使观察实验的结果支持了作为后件的结论,也不能从逻辑上必然得出前件为真的结论。因为后件为真,前件可能真也可能假。

其次,全称命题的假设表征的是一个规律性的事实,这种规律理论上贯穿在无数信息背后,可以说每个信息都是对这种规律的一次验证。

在实际构造的这类假说中,能够预测的信息实际上很少,比如广义相对论,它包含的有关宇宙本质的信息在理论上是无数的,但是,爱因斯坦及后来的相对论科学家能够从这个理论推论出的可供检验的信息只是可数的几个。因此,即使观察和实验验证了这些推论,也只能说明这个假说得到了部分支持,验证不是全面的。

最后,科学技术实践与观察实验的复杂性也使假说的验证变得困难。

比如科学技术实践可能因为水平有限而导致验证错误。再比如观察实验本身出现问题,有可能导致原本与预测结论一致的证实是错误的,也可能导致原本与预测结论不一致的否证是错误的。

在假说验证的问题上,当代科学家和科学哲学工作者特别关注其中的判决性实验。判决性实验是说,两个相互对立、相互竞争的假说,如果有一个或一组观察和实验在证实了其中一个假说的推论的同时,否证了另一个假说,那么,就应该认为这一个或一组实验就是判决两个竞争性假说谁对谁错的判决性实验,也就是没有在判断上留下任何中间状态的实验。

例如水星近日点进动的现象,在牛顿力学理论中长期得不到合理解释。1911年,爱因斯坦大胆地为广义相对论提出了三个否定牛顿物理学的验证:①水星近日点的进动的解释;②在强引力场中,时钟变慢;③光线在引力场中发生偏转。经过数学工具的完善,到1915年爱因斯坦完全建立起了广义相对论。1919年英国天文学家爱丁顿通过观测日全食,得到了与广义相对论的预言一致的观测结果,从而被认为是对广义相对论的判决性的验证,同时是对牛顿力学的判决性的否证。

但是科学哲学家们通过进一步研究发现,判决性实验也并非没有问题。事实上,某个理论或者假说遇见了反例后,并不会立即被支持者抛弃,支持者会通过调整假说或理论系统中的某一部分来维护假说的核心部分,这里的调整包括修改、抛弃等手段。有时候支持者还会增加一些命题来修补受到挑战的假说。

马克思主义哲学认为,实践对理论的检验既有确定性的一面,也有不确定性的一面。判决性实验的检验功能也一样。任何一个理论和假说的检验,都是一个辩证的历史过程,需要多次观察和实验的反复肯定与否定才能完成。

思考题

1.科学问题是如何产生的?简述科学问题的形式结构。

2.选题应遵循哪些基本原则?

3.什么是科学假说?结合科学史的具体案例分析科学假说的提出过程和检验条件。

4.科学假说形成的途径有哪些?

5.结合具体的科学发现过程,谈谈你对科学理论和科学观察的关系的认识。

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