第八讲 科学假说与科学理论

（4）判决性实验 ）
如果对同一研究对象，存在两个对立的假说H1和 如果对同一研究对象，存在两个对立的假说H1和 H1 H2，并分别推出互不相容的结论C1 C2， C1和 H2，并分别推出互不相容的结论C1和C2，而且可 以通过一个实验进行检验，其检验结果符合C1（或 以通过一个实验进行检验，其检验结果符合C1（ C1 C2），不符合C2 ），不符合C2（ C1）， ），则认为这个实验肯定 C2），不符合C2（或C1），则认为这个实验肯定 H1（ H2），否定了H2 ），否定了H2（ H1）， ），该实验就是 了H1（或H2），否定了H2（或H1），该实验就是 关于假说H1 H2之间的判决性实验 H1和 之间的判决性实验。 关于假说H1和H2之间的判决性实验。
狭义相对论， 狭义相对论，运动的相对性 广义相对论 惯性质量= 惯性质量=引力质量 假说与神话、幻想有原则区别 假说与神话、
假定性： 假定性：有一定的猜测性
科学创造活动具有跳跃性： 科学创造活动具有跳跃性： 资料不充分→猜测→ 资料不充分→猜测→假定性成分 假说—— 猜谜” 爱氏） ——“ 假说——“猜谜”（爱氏） 假说与理论有原则的区别 假说是科学性与假定性的统一
（5）重要假说可以形成科学共同体 ）
科学研究的必要条件：在某种思想、 科学研究的必要条件：在某种思想、旗帜下聚 集、形成团体和学派 “只要自然科学在思维着，它的发展形式就是 只要自然科学在思维着， 假说”——恩格斯 假说”——恩格斯
3、假说的建立 、
（1）建立假说的基本条件 ） 理论发展的需要 客观条件 事实材料的一定积累
经过艰苦的实地考察，终于提出三个方面的证据： 经过艰苦的实地考察，终于提出三个方面的证据： 第一， 第一，大西洋两岸的许多生物有亲缘关系 第二，大西洋两岸的岩石、 第二，大西洋两岸的岩石、地层和皱褶相吻合 第三，在古气候方面，两极地区有热带沙漠的征兆，在 第三，在古气候方面，两极地区有热带沙漠的征兆， 赤道地区找到了冰盖 从地貌学、地质学、地球物理学、古生物学和生物学、 从地貌学、地质学、地球物理学、古生物学和生物学、 古气候学、 古气候学、大地测量学等多角度进行严密的论证
1、假说及其的特征 、
（1）什么是假说？ ）什么是假说？ 根据已知的事实材料和科学原理，对 根据已知的事实材料和科学原理， 尚未被认识的自然现象及其规律性所作出 的一种猜测性说明 假说是自然科学的一种重要思维形式
构成假说的基本要素： 构成假说的基本要素：
案例：“宇宙大爆炸假说” 案例： 宇宙大爆炸假说”
第八章 科学假说与科学理论
形成假说（理论） 形成假说（理论）是科学研究的核心问题 观察实验 科学抽象 逻辑方法 非逻辑方法 假说 理论
一、科学假说
假说的特征 假说在科学认识中的作用 假说的建立 假说的检验
“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。一个新 只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。 只要自然科学在思维着 的事实被观察到了， 的事实被观察到了，它使得过去用来说明和它同类的事实的 方式不中用了，从这一瞬间起，就需要新的说明方式了—— 方式不中用了，从这一瞬间起，就需要新的说明方式了 它最初仅仅以有限数量的事实和观察为基础。 它最初仅仅以有限数量的事实和观察为基础。进一步的观察 材料会使这些假说纯化，取消一些，修正一些， 材料会使这些假说纯化，取消一些，修正一些，直到最后纯 粹地构成定律。如果要等待构成定律的材料纯粹化起来， 粹地构成定律。如果要等待构成定律的材料纯粹化起来，那 末这就是在此以前要把运用思维的研究停下来， 末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。 永远不会出现。” 恩格斯在这里对假说的特征、 恩格斯在这里对假说的特征、假说建立的基础和过程等问题 作了高度的概括，指出了假说是自然科学发展的形式和方法， 作了高度的概括，指出了假说是自然科学发展的形式和方法， 也是科学认识接近科学真理的途径。 也是科学认识接近科学真理的途径。
易变性： 易变性：假说不是固定不变的
同一问题：几种假说同时并存 同一问题： “争论”“争鸣” 争论”“争鸣” ”“争鸣 新假说战胜旧假说 假说的发展 完善的假说取代片面的假说 争论不休， 争论不休，长期并存
2、假说在科学认识中的作用 、 （1）假说是通向理论的桥梁 ）
客观方面： 客观方面：暴露的过程 主观方面： 主观方面：材料不完备 假 说
（3）假说的“争鸣”有利于学术繁荣 ）假说的“争鸣”
地心说与日心说 燃素说与氧化说 岩石成因的水成说与火成说 生物学上的突变论与进化论 光的微粒说与波动说
（4）重要假说可以引起科学革命 ）
日心说（1543） 日心说（1543） 万有引力理论（1665—1667） 万有引力理论（1665—1667） 地质渐变论（1830） 地质渐变论（1830） 生物进化论（1859） 生物进化论（1859） 氧化理论（1774） 氧化理论（1774） 量子假说（1900） 量子假说（1900） 相对论（1905—1916） 相对论（1905—1916） 大爆炸宇宙学说（1948） 大爆炸宇宙学说（1948） 板块构造学说（1966） 板块构造学说（1966）
可检验性原则 假说必须能用观察、实验加以检验， 假说必须能用观察、实验加以检验，判定其真 伪。 假说的可检验性主要是通过从假说中推出新的 预言或预见而表现出来的。 预言或预见而表现出来的。
4、假说的检验 、
（1）逻辑分析 ）Байду номын сангаас
分析假说逻辑上的合理性， 分析假说逻辑上的合理性，目的是对假说进行初步筛选 概念的精确性、明晰性、 概念的精确性、明晰性、简单性 逻辑结构的一致性（自恰性）、 ）、完备性 逻辑结构的一致性（自恰性）、完备性 与已知的事实和理论的关系
（3）建立假说的方法论原则 ）
解释性原则
假说与已知事实的关系： 假说与已知事实的关系：假说要能够解释已知的全部 事实， 事实，不能与已知的事实相矛盾 矛盾 1911，卢瑟福：有核模型 分立光谱， ，卢瑟福：有核模型———分立光谱，原子稳定性 分立光谱 1913，玻尔：轨道量子化原子模型 ，玻尔：
（2）建立假说的基本步骤 ）
出现已有理论无法解释的新事实、 出现已有理论无法解释的新事实、新关系 对新事实、新关系产生的原因作出初步的 对新事实、 假定 使初步的假定发展成为较完整的科学假说
案例：魏格纳的“大陆漂移假说” 案例：魏格纳的“大陆漂移假说”
1910年 1910年，偶然发现非 洲西海岸与南美东海 岸一凸一凹的对应现 海陆固定论” 象。“ 海陆固定论” 无法解释，萌生“ 无法解释，萌生“大 陆漂移” 陆漂移”奇想 1915年 1915年，找到古生物 学证据， 学证据，初步提出 大陆漂移假说” “大陆漂移假说”
其二， 其二，以全称判断形式出现的科学假说是通 过检验蕴涵的方法接受验证的。 过检验蕴涵的方法接受验证的。这是通过证实后 推论）为真从而证实前件（假设） 件（推论）为真从而证实前件（假设）为真的方 在逻辑上，这种方法的保真性是没有保证的。 法。在逻辑上，这种方法的保真性是没有保证的。
其三， 其三，一个假说所演绎出的可被直接检 验的结论，若与观测事实不符， 验的结论，若与观测事实不符，那么在整体 上可以说这个假说已被证伪。 上可以说这个假说已被证伪。这在逻辑上无 疑是正确的。但事实上， 疑是正确的。但事实上，证伪一个假说并不 象逻辑学上否定后件就必然否定前件那样简 单。 科学实践受科学技术水平的制约， 科学实践受科学技术水平的制约，是可错 1906年考夫曼否定质增效应的实验 的。如1906年考夫曼否定质增效应的实验
逻辑的合理性
逻辑分析只是辅助性的检验方法
（2）实验检验 ）
指通过观察、 指通过观察、实验对假说及其推论进行的验证 演绎 假说 全称） （全称） 推论 || 观察、实验 观察、 特称） （特称）
“电磁波与光具有同一性”的验证（赫兹，1888） 电磁波与光具有同一性”的验证（赫兹， ） 电磁波速=光速 电磁波速 光速 电磁波的反射、折射、聚焦、 电磁波的反射、折射、聚焦、偏振
科学发展的形式：假说→理论→新假说→ 科学发展的形式：假说→理论→新假说→新理论 科学发展史=假说和理论不断更替的历史 科学发展史 假说和理论不断更替的历史
（2）假说对科学研究具有导向作用 ）
围绕假说形成研究领域 “错误假说”的作用？ 错误假说”的作用？ 带来“副产品” 炼金术” 热素说” 带来“副产品”，如“炼金术”、“热素说”
背景理论 事实依据 猜 炸 预 见 氦丰度（ ），3k微波背景辐射 氦丰度（25%）， 微波背景辐射 ）， 测 广义相对论， 广义相对论，粒子物理学 星系的谱线红移 超高密、超高温状态→ 超高密、超高温状态→原始火球爆
（2）假说的一般特征 ）
科学性：以一定的科学事实为依据， 科学性：以一定的科学事实为依据，以科学 理论为前提
19世纪迈克尔逊-莫雷实验： 19世纪迈克尔逊-莫雷实验：否定以太假说 世纪迈克尔逊 1919年爱丁顿对日食观测 与牛顿力学的推论相悖， 年爱丁顿对日食观测： 1919年爱丁顿对日食观测：与牛顿力学的推论相悖， 与广义相对论的预言一致 实验检验的确定性和不确定性
二、科学理论
科学理论是经过实践检验的系统化 了的科学知识体系，它是由科学概念、 了的科学知识体系，它是由科学概念、 科学原理以及对这些概念、 科学原理以及对这些概念、原理的论证 所组成的体系。 所组成的体系。
恩格斯： 恩格斯：不要因为假说的激烈竟争和频繁更 替而看不清科学认识的本质和目标。 替而看不清科学认识的本质和目标。科学认 识离不开假说， 识离不开假说，这并不等于科学认识就是从 假说到假说，永远是猜测， 假说到假说，永远是猜测，永远不能把握自 然规律。 然规律。假说经受住了长期的严格的检验就 逐渐转化为科学定律或理论。 逐渐转化为科学定律或理论。但是认识到此 并末完结， 并末完结，“对各种相互联系作系统了解的 需要， 需要，总是一再迫使我们在最后的终极的真 理的周围造起茂密的假说之林” 理的周围造起茂密的假说之林”。
“哥白尼的太阳系学说有三百年之久一直是一 哥白尼的太阳系学说有三百年之久一直是一 种假说，这个假说尽管有百分之九十九， 种假说，这个假说尽管有百分之九十九，百 分之九十九点九， 分之九十九点九，百分之九十九点九九的可 靠性，但毕竟是一种假说， 靠性，但毕竟是一种假说，而当勒维列从这 个太阳系学说所提供的数据， 个太阳系学说所提供的数据，不仅推算出一 定还存在一个尚未知道的行星； 定还存在一个尚未知道的行星；而且还推算 出这个行星在太阳系中的位置的时候， 出这个行星在太阳系中的位置的时候，当后 来加勒确实发现了这个行星的时候， 来加勒确实发现了这个行星的时候，哥白尼 的学说就被证实了。 的学说就被证实了。”
对应原则
假说与已知理论的关系： 假说与已知理论的关系：假说不应与经过检验的科学 理论相矛盾 新假说—→新理论——包含旧理论（特例或极限形式） 包含旧理论（ 新假说 →新理论 包含旧理论 特例或极限形式） 低速 相 对 论 ———→经典力学 → 宏观 量子力学———→经典力学 量子力学 →
l=l0(1-v2/c2)1/2 hν
（3）证实与证伪 ）
假说的验证是一个非常复杂的过程 其一，一个全称判断所演绎出的接受检验的结 其一， 论在数量上是无限的， 论在数量上是无限的，其中部分结论与观测事实 相符，只是为该假说提供了辩护和支持， 相符，只是为该假说提供了辩护和支持，还不能 说完全证实了这一假说，因而通常成为确证。 说完全证实了这一假说，因而通常成为确证。
1916年 发表《海陆起源》 形成较完整的“ 1916年， 发表《海陆起源》，形成较完整的“大 陆漂移假说” 陆漂移假说”：组成洋底的岩石比组成大陆的岩石 因此，组成大陆的地壳就像“冰山” 重，因此，组成大陆的地壳就像“冰山”一样在洋 底岩石上漂移。 底岩石上漂移。
1929—1930年 四次到格陵兰岛探险， 1929—1930年，四次到格陵兰岛探险，以身殉职 出师未捷身先死，常使英雄泪满襟” “出师未捷身先死，常使英雄泪满襟”