科学思想与科学方法的发展历程

科学思想与科学方法的发展历程

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西安交通大学钱学森实验班

学号：********** 本文主要梳理古代、近代及现代的主要科学思想及其演变进程和科学研究的方法。

一、科学思想的发展进程

（一）古代科学思想

本节所论古代科学思想，主要是指文艺复兴之前的科学思想。由于古代思想大多数包含在自然哲学中，所以也可以认为“古代科学思想”就是“古代哲学思想”，因而古代科学思想多为关于世界本原的思考。

1、世界本原思想

世界本原思想即一些如关于“世界从哪里来”、“外事外物如何产生”等之类的思考。对此主要有“一元说”、“二元说（阴阳说）”和“多元说”。

“一元说”主要出现在古希腊哲学思想中。最早在公元前7世纪，泰勒斯提出世界形成的“水原说”，认为“水为万物的起源”。后阿拉克西曼德认为这种本原应该是无定型或者无限；阿拉克米尼提出“气源说”；毕达哥拉斯提出“数原说”，认为世界是数与数的关系构成的一个和谐的系统，即“万物皆数”，并通过“一元生二元”的方式不断衍生便为万物，类似于道家的“一生二，二生三，三生万物”；赫拉克利特提出“火源说”。后来，留基伯与德谟克利特提出了“朴素原子论”，认为一切是由“原子”这种基本的粒子构成的并不可再分、永恒存在，这可以说是近代“原子论”的奠基。古代中国也有一定的“一元说”思想，如“元气说”、“道元说”等。

“二元说”亦即“阴阳说”。这一思想主要在古代中国盛行，甚至至今有影响，最为典型的就是中医。阴阳学说逐渐形成于商代，认为阴与阳相互对立制约又相互依存。它提出阴阳是事物发生变异的内在动力，同时认为阴阳是一种系统结构不可分割，是一种对立统一又包含变化的朴素科学观。

“多元说”思想在中西皆有体现。中国的“五行”认为世界的基本元素是金、

木、水、火、土；古希腊的恩培多克勒提出“四元素说”，即水、火、土、气。

2、物质结构思想

古代的物质结构思想主要是“原子论”。这一思想最早是由留基伯提出基本框架，后由德谟克利特完成，认为一切事物由原子构成，将神排除在了自然界之外，是西方第一个系统的唯物主义学说。

3、宇宙结构思想

古代对宇宙形态的认识十分多样。在古代中国，有盖天说（天圆地方）、宣夜说、浑天说、无限说、气旋说等；在西方有多种宇宙观，如双半球宇宙图景、地圆盘浮水宇宙图景以及和谐宇宙观、无限宇宙生成观等。

可以看到，由于古代科学手段和方法的单一性，人们只能通过肉眼的观察和假设、思考作为科学分析的方法，因而其科学思想是朴素的，是基于人的直观感受与直觉判断的，因而在其科学合理性上有较大的欠缺。

（二）近代科学思想

近代以来，随着技术水平的提升，科学的发展开始加速，人类对事物的认识越来越趋向于客观本质。而在这一阶段，具有跨时代意义的科学思想层出不穷，如哥白尼的天体运行学说、伽利略的自由落体定律、牛顿的经典力学体系、能量守恒思想、场的思想等。

1、宇宙中心思想

在哥白尼之前，“地心说”长期为人们广泛接受。在古希腊，地心说作为一个完整的理论最早出现，并得到了亚里士多德等哲学家的奉行。

“日心说”的建立最早是公元2世纪的托勒密，但一直以来未能获得认可。哥白尼认为宇宙是可以用简单是数学关系表达的，他强调对观测数据分析的重视。在《天体运行论》中，他明确提出地球不是宇宙的中心，太阳才是中心，同时揭示了地球在宇宙中的地位和运动规律，并建立了一个完整的以太阳为中心的新的宇宙体系。

2、经典力学理论

1687年，牛顿的《自然哲学的数学原理》问世，建立了经典力学体系。它提

出了宏观物体的力学运动规律和万有引力定律，完全地用数学公式去概括了运动规律。

3、能量守恒思想

能量守恒的思想在19世纪被提出。这一思想认为，能量是物质所具有的基本属性之一，它能够以多种形式存在，可以相互转化但是不会凭空创造或者消失。能量守恒思想在作为物理规律的同时，更是一种自然哲学思想，是对宇宙本质规

律的认识。

（三）现代科学思想

1、量子说

量子理论的建立来源于两个与经典理论相悖的实验——黑体辐射实验和光电效应实验。黑体辐射实验表明物体的热辐射与温度有关，可能出现的“紫外灾难”导致经典理论严重受创；光电效应则表明光并不同于普通的波，与经典的电磁理论相违背。量子理论提出黑体辐射和吸收能的量子化概念，打破了能量辐射连续的自然观；将光的波动性与粒子性联系统一起来；提出了物质波的概念；并引出波函数的概念。

2、相对论

相对论这个名词最早由彭加勒提出，后由爱因斯坦建立。相对论将牛顿力学和麦克斯韦的电动力学两个体系实现了统一，并建立了所有物理规律的广义协变形式及其引力理论。

3、系统科学思想

系统科学作为一门软科学，是以系统思想为核心，综合多门科学而成的一个综合性科学。广义来说，系统科学包括系统论、信息论、控制论、耗散结构论、协同学、突变论、运筹学、模糊数学、系统动力学、灰色系统论等，该科学在我国国内的奠基人就是钱学森学长。

系统科学认为世界是系统与系统的集合，强调系统与环境的关系、从整体性关联性和结构性等来考虑问题，其中包含了丰富的科学思想和方法论。系统科学所提倡的“1+1>2”以及“综合就是创新”的观点与之前的任何科学都有很大的

不同，也促成了科学知识的爆炸型增长。

二、科学研究的方法

从古代科学对世界本质的认识，到现代科学使用各种现代化的手段进行科学观测和研究，科学研究的方法经历了很大的变化。从总体来说，科学的方法由古代最早的直觉判断，逐渐演变为近代不断开始注重的假说演绎乃至数学分析和实验验证。

1、古代科学方法

不论是中国还是西方，古代的科学探究方法主要依据的是观察和直观感受。譬如统治西方前年的地心说，之所以被长期的不动摇地认可，主要是由于其与人类感官观察十分切合，而在数学规律与科学设备并不丰富的时代，除了感官感受之外观察者难以进行其他方式的验证。再如中西关于世界本质的思想，不论是一元说、二元说还是多元说，都是基于对观察到的事物的总结得出的。

但与中国不同的是，西方对数学方法的注重要比中国早很多。这一点主要是由于中西文化和思维方式的影响。在亚里士多德时代，事实上在西方数学已经有了一定程度的应用。

2、近现代科学方法

近现代以来，科学探究方法变得更加合理化和科学化，这时期的科学方法有实验、假设演绎、数学公式等。

伽利略在探究运动规律的过程中即采用了控制变量对照试验的方法。他按照“观察—假设—数学演绎与逻辑推理—实验验证—修正与推广”的思路进行研究，科学严谨性有大幅的提高。其中实验的科学方法是至关重要的，后来的孟德尔等各种科学工作中，实验被广泛应用。

伽利略及其以前时代的人们并不会对实验结果进行公式语言的表达，而是以自然语言的描述。而开普勒、牛顿时代的研究者开始注重数学语言的运用，即通过数学表达式和几何图形去表达规律、进行研究。牛顿第二定律、万有引力定律、开普勒定律在数学公式的应用上已经达到了前所未有的高度，而这一科学方法对于后来科学的进程有着很大的作用。