科学假设与科学理论

（一）什么是科学假说
1、科学假说：根据已知的科学事实和科学原理，对所研究的自然现象及规律提出一种假定性的推测与说明，它是自然科学理论思维的重要形式。

2、科学假说的来源：
（1）当出现已知科学理论无法解释的新事实时，提出猜测性说明。

（2）将某一理论推广到原适用范围之外时，对未知规律做出推测。

（3）为解决新旧事实、新旧理论之间的矛盾时，提出猜测性说明。

3、科学假说的特征：
（1）科学性：以一定的科学事实为依据，以一定的科学理论为前提。

（2）假定性：在资料不足，认识不完备情况下的假定。

（3）易变性：对同一现象可以有不同的假说，随科学实践的发展而修正、变化更新。

二、科学假说
1. 科学假说及其作用
科学研究的目的是要解决科学问题。

为了解决一定的科学问题，人们根据已知的科学事实和科学原理，对所研究的问题及其相关的现象作出一种猜测性的陈述或假定性的说明。

这种猜测性的陈述或假定性的说明，就是假说。

根据所要回答的问题的不同，我们曾经把假说分为三种类型：一类是由可观察事实的普遍性而提出来的问题，由此而提出经验定律的假说；一类是关于如何理解某种现象而提出来的问题，为此就要提出理论和原理定律的假说；还有一类是为了解释理论和观察事实之间的矛盾而提出可能存在某种未知事实的预测。

其实，这三种类型并不是互相独立的，严格地说，应该看作是假说的三个组成部分，第一类是关于某一类现象的普遍性概括，第二类是关于这种普遍性的理论说明，而第三类则不过是这种理论假说结合一定的事实所作出的推论。

显然，在这各个部分中，理论原理是整个假说核心。

假说同理论有着基本相同的结构和功能，但它不同于理论，它对事物未知本质和规律的认识是根据已知的科学知识和科学事实推想出来的，具有一定猜测性质，它是否把握了客观真理，还有待于实践的检验。

然而，假说又不同于一般的推测，它是以确实可靠的科学事实和经得起实践检验的科学原理为根据合乎逻辑地推论出来的。

因此，它又与简单的幻想和随意的猜测不同，具有科学性。

假说是科学性和猜性或假定性的辩证统一。

假说是科学思维的形式，它在科学研究中起着巨大的作用。

首先，假说使科学研究带有自觉性。

假说是对未知的自然现象及其规律性的一种科学的推测，研究者可以根据这种推测确定自己的研究方向，进行有目的、有计划的观测和实验，避免盲目性和被动性，充分发挥主观能动性和理论思维的作用，因而又往往能够作出惊人的科学发现。

其次，假说是建立和发展科学理论的桥梁。

科学理论是对自然界客观规律的正确反映，但是由于受各种条件的限制，人们不可能一下子达到对客观规律的真理性认识，而往往要借助于假说这种研究方法；运用已知的科学原理与事实去探索未知的客观规律，不断地积累实验材料，不断地增加假说中的科学性的内容，减少假定性的成分，逐步地从现象深入到本质，从个别上升到一般，从感性经验达到理性认识，建立起正确反映客观规律的科学理论。

随着实践的发展，又会出现原先的理论所不能解释的新现象，这就需要提出新的假说，建立新的理论。

自然科学就是沿着假说—理论—新假说—新理论……的途径，不断地向前发展的。

第三，不同假说的“争鸣”有利于学术繁荣。

不同的假说是从不同的侧面对客观事物本质和规律的探索，它们之间的争论，有助于揭露矛盾、启发思考、相互补充，有利于更全面、更深刻地揭示事物的本质。

假说的这些作用，使它成为科学发展的一种重要形式。

所以，恩格斯说：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。

”
2. 假说的提出
假说的形成是一个复杂的过程，不同的假说有着不同的途径，但也有共同性。

一般地说，假说的形成，大致经历提出、论证和检验三个阶段。

假说的提出是指研究者依据为数不多的事实材料和已有的理论原理，通过一系列的思维过程，对所遇到的现象产生的原因和发展的规律性，作出初步的假定。

例如，人们稍微仔细地观看一下世界地图，就不难发现，非洲西部的海岸线和南美洲东部的海岸线彼此正好相吻合。

进一步观察还可以看出不仅南美洲和非洲，而且北美洲与欧洲也可以拼合，印度、澳大利亚、南极洲也可以拼合。

为什么这样巧合呢？奥地利学者魏格纳（A.L.Wegener）联想到冰山飘移的情景，并由此受到启发，设想出较轻的刚性大陆块是漂浮在地壳内较重的粘性流体——岩浆之上的，于是，“它们就象漂浮的冰块一样逐步远离开来。

”这就是关于大陆飘移的初步设想。

在提出假说的初步设想时，一般不应过于强调思维的逻辑可靠性，而应多发挥思维的创造性。

归纳、类比以至想象、猜测在这时起着主要的作用。

一般来说，观察、归纳在确认某一类现象，并概括形成经验定律（公式、模型）时起着主导作用。

而对这类现象的理论设想，则类比以至想象在这里起主要作用。

但是，对这种假定是否合理，这就涉及到它与更广泛的事实和理论的关系问题。

一个合理的科学假说，不仅要能回答某个具体的问题，解释新发现的事实，而且要能够说明和解释已知的全部事实，即包括科学事实的全部总和。

这是科学假说的解释原则。

科学假说不仅要能用它来解释其他事实，而且它本身也要用更深层次的理论解释，并且同其他科学理论相协调。

这是科学假说的理性原则。

另外，假说还应当满足自洽性与逻辑简单性的要求，一个假说不应存在自身逻辑矛盾，并应用尽可能少的假定去说明尽可能多的现象。

这是科学假说的简单性（或合理性）原则。

为了说明科学假说是否合理，是否合乎这些原则，就要通过论证，以取得严格的逻辑可靠性。

3. 假说的论证
所谓论证，也称逻辑论证，就是用已经实践检验为真的理论或事实作为根据，通过合乎逻辑的推理来证明或者反驳某个判断正确性的一种思维过程。

证明，可分为归纳证明和演绎证明。

如果通过广泛搜集事实资料来证明某种观点的正确性，这是归纳证明。

由于纯粹的归纳无逻辑必然性，因此，在运用归纳证明时，一般总应结合分析，运用完全归纳、科学归纳或者概率统计等方法来进行，并且要能通过分析，确切了解其可靠程度。

如果是运用各种理论原理来证明某种观点的正确性，那是演绎证明。

一个假说的建立，既要寻求尽可能多的经验证据的支持，进行归纳证明，又要应用更普遍或更深层次以及其他科学理论进行演绎证明。

因为一个假说如要成立，就不仅要能够解释各种相关的事实，合乎解释原则的要求，更要能说明它同其他经检验为真的科学理论并不相冲突以至协调可以互相导出，合乎理性原则（或对应原则）的要求。

因此，在一定意义上，对假说的建立或确认来说，寻找更普遍、更深层的理论依据，进行严格的演绎证明往往是更为重要的。

例如，1912年，魏格纳（A.L.Wegener）提出大陆飘移的假说，从地质构造、古生物、古气候等各个方面取得了大量经验证据的支持，但由于有关大陆飘移的原动力和飘移方式等大陆飘移本身问题得不到更深层理论的解释，因此，这种假说，在本世纪30—40年代，一度消声匿迹，未能得到科学家们的广泛承认。

只是到了60年代，由于海底扩张说、板块构造说的崛起，解决了大陆飘移的原动力和飘移方式的问题，也就是大陆飘移的问题得到了更深层次的理论解释或说明，才又衰而复兴，被人们所普遍接受。

对同一问题，同一现象的假说往往不只是有一个，而是存在着多个。

因此，为了证明自己假说的正确性，就要说明与自己假说对立的观点的不正确性、虚假性。

这就是要运用反驳的方法。

所以，反驳是一种与证明相联系的，通过引用已知为真的判断来确定某一判断虚假性的思维过程。

反驳的方法很多。

举出事实，证明论题与事实不符，就是一种最直接、最有力的反驳。

所谓“事实胜于雄辩”，说的就是这种反驳
的优点。

另一种反驳的方法叫归谬法，即由对方的论题推导或引伸出荒谬的结论，从而证明论题不能成立。

恩格斯揭露宇宙热寂说的荒谬时用的就是这种方法。

我们前面提到过的悖论或佯谬，即从某一前提出发推出两个在逻辑上自相矛盾的命题或从某一理论观点中推出的命题与已知的科学原理产生逻辑矛盾，是一种同归谬法相类似的反驳形式。

科学史上，伽利略（Galileo）反驳亚里士多德（Aristoteles）重物先落地的观点就用了这种方法。

当然，在推理过程中，悖论与佯谬的出现并非仅仅反映逻辑思维的不严密性，同时它还揭示了这些悖论和佯谬背后隐蔽着客观事物本身的矛盾。

在这种情况下，通过悖论或佯谬引出的逻辑矛盾，有助于揭露推理前提中隐含的客观矛盾，从而推动认识的深入发展。

证明和反驳两者是相互联系的，越是有力地证明自身命题的正确性就越是证明与此相矛盾的对方论点的虚假性，反之，越是有力地证明与此相矛盾的对方论点的虚假性，就越是证明自身命题的正确性。

通过逻辑论证，揭露矛盾，认识真理，并由此逐步建立起全面系统严密的逻辑体系，使假说得以发展。

4. 假说的检验
科学假说不仅要经过逻辑论证，说明它能解释普遍事实，并同其他理论相协调，在内部不存在逻辑矛盾，而且要包含有可在实践中检验的结论。

这是科学假说的又一条原则，叫做可检验性原则。

如果是不可检验的，就不能确定其真伪，这种“假说”就不能称为科学假说。

那么，怎样进行实践检验呢？实践检验是通过观察和实验对假说及其推论进行的验证。

假说中包括着对事物本质的猜测，这种猜测往往以全称判断的形式出现，具有抽象性和普遍性，是无法直接验证的。

因此，需要根据假说的基本观点，结合一定的条件，演绎出关于可供直接检验的事实的推论来，然后和观察实验的结果进行对照。

如果观察实验的结果同假说的所有可能的推论相一致，就应该说该假说经受住了检验，得到了证实。

如果观察实验的结果同假说的推论总是不一致，就应该说该假说经不住检验，被实践所证伪。

但是，现实地具体地考察假说的检验过程，则使我们发现，假说的检验并不是简单的而是一个极其复杂的过程。

首先，从假说（H）推出的关于事实命题（E）被观察实验检验为真，并不意味着这个假说（H）就被证实。

因为从逻辑学上来说，从肯定后件（推出的事实命题）到肯定前件（假说），并无逻辑必然性。

事实上，对于一种事实或现象（E）往往可以有多种不同的解释，因而也就可以有多种不同的假说（H1、H2、H3、……）。

其次，从普遍性或全称假说命题H引伸出一系列关于事实的单称命题e1、e2、e3、……en，并且通过观察或实验表明e1、e2、e3、……en，全是真的。

那么，根据归纳论证，也不能判定假说H就是真的。

因为，由归纳得出的普遍性结论是或然的，没有逻辑必然性。

事实上，历史上尽管有一些理论可以解释许多现象，以至可以作出预见，但也不能说明它就是真的。

如托勒密（C.Ptolemy）地心说不仅能够解释许多现象，而且可以预见行星运行的轨道、月食、日食，被天文观测证实的精确程度比刚诞生时的哥白尼（N.Copernicus）学说还高。

但这种学说毕竟是错误的。

第三，一个科学假说（H）所演绎出的可被直接检验的结论（E），若与观测事实不符（非E），那么，根据逻辑学告诉我们的道理，否定后件必定否定前件，由此可以说这个假说已被证伪（非H）。

波普（K.Popper）正是以此为理由而竭力强调证实与证伪在逻辑上的不对称性，即认为理论或假说不能证实，只能证伪。

但是，一旦出现反例是否就能否定相关的科学假说呢？事实上，证伪一个科学假说并不象逻辑学上否定后件就必然否定前件那样简单。

首先，科学实践受科学技术水平的制约，是可错的。

当观测到的经验事实与推论不相符时，不一定是理论假说错了，而有可能是实验设计不合理或仪器精度不够造成的。

其次，科学假说本身也是有结构的，它包含了背景知识和许多辅助性假说，不是一个单纯的孤立的全称命题，所以若出现观察实验结果同假说推论不符，可能是因为其中的辅助假说有误，而不一定是假说的主要内容有误。

最后，由假说推出关于可供检验的事实时，总还需结合有关的条件，所以一旦出现反例，还有可能是有关条件的陈述不对，而不一定就是假说本身的错误。

最后，所谓判决性实验的判决作用也不是绝对的。

判决性实验是指：如果对同一研究对象，存在两个对立的假说H1和H2，并分别推
出互不相容的结论E1和E2，而且可以通过一个实验进行检验，其检验结果符合E1（或E2），不符合E2（或E1），则认为这个实验肯定了H1（或H2），否定了H2（或H1）。

该实验就是关于假说H1和H2之间的判决性实验。

判决性实验由于对两个相互对立的假说能够起到肯定一个、否定另一个的裁决作用，因此历来为科学家和哲学家所重视。

但是在本世纪初的物理学革命中，人们对判决性实验的作用提出了质疑。

例如，1850年，傅科的判决性实验，肯定了光的波动说，否定了光的微粒说。

但本世纪初，由于光电效应的实验研究和实验中验证了光子的存在，使光的微粒说又得到复活并得到发展。

从而傅科实验的判决性结论亦被否定。

由此，引起了不少科学家和哲学家对判决性实验的争论，有的肯定，有的否定。

其实，从辩证法的观点来看，判决性实验的判决作用也不是绝对的，而是相对的。

观察、实验对假说的检验有确定的一面，也有不确定的一面。

其确定性表现为：在一定的条件下，可以重复的科学的观察与实验总是具体的和确定的，它在支持一个假说的同时，又可能为证伪另一个假说提供科学事实。

因此，在一定科学背景下，判决性实验对检验假说有裁决作用。

不确定性表现为：由于实验技术与有关的科学理论都在发展，已有的实验结果可能被否定或作出新的解释；还由于假说本身是有结构的和相互联系的，所以很难直接判定假说的哪一部分有错误。

由此可见，观察和实验是科学的检验标准，但不要把已有的实验检验绝对化，它也有相对性，是绝对和相对的辩证统一。

如此说来，是不是可以说，假说和理论是既不能证实也不能证伪了呢？我们的回答是否定的。

假说和理论的检验包括证实和证伪都是复杂的，但实践是检验假说的标准，归根到底，它既可以证实假说，也可以证伪假说。

首先，由假说所推出的事实，其份量并不都是相同的。

虽然一般地说，不能由个别或有限事实的被检验为真，就得出假说为真的结论。

但如有的事实，特别是有的重要科学预见，它的份量特别重，富有代表性，具有普遍意义。

如果这类事实被检验为真，那就应该说这个假说在相当程度上被证实了。

如1919年爱丁顿（A.S.Eddington）对日全蚀的观测结果，就可以说在很大程度上证实了广义相对论。

其次，由实验结果的真来说明所赖以推出的假说为真，也并不是单纯的类比和归纳论证，而总同时要结合分析。

归纳结合分析，就可以同时揭示其内部的机制和规律性，那么，只要几个以至一个事例，这种分析结果被证实，就能说明所有类似情况下必然发生的事情。

例如，氯奎可以治疗疟疾，这个结论如果只是从许多病人服用氯奎而治愈的经验而作出普遍性结论，那是以特殊性来说明普遍性，是缺乏必然性的逻辑根据的。

但如分析了一定量氯奎怎样作用于寄生在人体血细胞中的疟原虫，而破坏了原虫正常新陈代谢过程，从而必然引起原虫的死灭。

只要这个分析结果被证实（如在取血检验中用显微镜直接观察到原虫发育周期的被打乱）那么，氯奎可治疟疾的普遍性命题就被证实了。

其实在这里已是由简单枚举归纳上升为科学归纳。

科学归纳法是一种必然的推理，就是因为它不是单纯的归纳，而是归纳和分析的结合，因而这样的结论就不只具有现实性的品格，而且取得了普遍性的品格。

事实上，许多普遍性原理的证实，都是分析结论为实践所证实的结果。

正是对分子运动论的分析及实践检验证实了机械运动的普遍性原理，对自由电子论的分析及实践检验证实了金属导电的普遍性论点，对微观客体波粒二象性的分析及其实践检验证实了波函数公式和测不准关系的普遍性等等。

这样的实验结果就是可以重复的，在条件保证同样的情况下，都可以得到相同的结果。

即使研究的是随机现象，不可能分析事物内在机理和因果性，但通过统计归纳或概率分析，也可以确切地知道在多大的程度上被证实或有多大的确证度。

第三，由于假说本身是有结构和相互联系的，因此，抽象地看，不管有多少反例，该假说的维护者也总归可以通过增补一些辅助假说来为其辨护而免受被证伪。

但是，任何假说都不是孤立存在的，而总是有许多假说与之并存，因而在假说之间就会有竞争。

在这种情况下，那确证度高，证伪率低，出现了反例可被消除以至可由此作出预见的假说就会战胜那些确证度低，证伪率高，一再出现反例而又难以被一再增补的辅助假说所消除的假说而被证实。

反之就被证伪。

在科学史上，托勒密（C.Ptolemy）地心说虽能解释大量现象以至作出预见，但总因一再出现反例一再增加均轮也无法消除而最终在日心说的竞争下而被证伪，就是一个典型的例子。

最后，实践作为检验真理的标准，不只是绝对的，同时也是相对的。

因为实践是历史的，发展的，每一历史阶段的实践都有局限性。

一定历史阶段的实践不能完全证实或者驳倒一切的认识。

某个历史阶段的实践所证实的某种认识的正确性，也是有限的，超出这个限度就未必是正确的。

前面提到的科学史上的傅科实验就说明了这个问题。

但是，实践标准首先是绝对的，在一定的条件下，一定的限度内所提供的事实是客观的，绝对的。

并且，今天的实践所不能证明的，终将在今后的实践中得到证明。

因此，我们并不可因在一定历史条件下的实验结果被修正，而就否认识实践标准的绝对性，否认证实或证伪的可能性。

总之，实践是检验假说真理性的标准，但这种检验不是简单的，而是复杂的，不是机械的，而是辩证的，不是一次完成的，而是一
个历史的过程。

5. 假说向理论的转化
科学假说经实践的检验，就向理论转化。

假说向理论发展的情形，大体有三种情况。

第一，假说经过实践检验逐步转化为科学理论，而与之矛盾的假说被否定。

例如，关于热现象的本质，科学史上曾有两种相对立的假说：热素说和热之唯动说。

前者认为热是没有重的某种流质，叫热质也叫热素，后者认为热是构成物质的某一种微粒的运动。

两种观点都有一些根据，进行着长期的争论。

但到了十八世纪末，英国的伦福德（Rumford）和戴维（H.Davy）首先用严格的实验初步证实运动说而否定了热素说。

以后，十九世纪四十年代，焦耳（J.P.Joule）等人通过测定热功当量的实验建立了能量守恒定律。

十九世纪中叶以后，分子运动论的建立并得到了实验的验证，这样，热的运动说就得到了证实而转化为科学理论，而热素说就从根本上被否定了。

第二，经实践检验后，假说的基本观点被肯定，但在些具体细节上存在着矛盾，需要进行某些修正。

例如，世纪六十年代，通过沃生（J.D.Watson）、克里克（F.Crick）等人的研究，建立起了生物遗传的所谓中心法则。

这个法则认为，DNA是遗传物质，它只能通过自我复制产生，并且它所带的遗传信息转录到RNA后才能控制蛋白质的合成（即DNA®RNA®蛋白质）。

大量的实践证明，遗传的中心法则基本上是正确的。

它对人们改造生物的实践具有重大指导意义。

但是，七十年代以来人们又发现，在蛋白质的合成过程中，不单由DNA 决定RNA，RNA同样可以反过来决定DNA。

例如，1970年发现某些致癌病毒中有一种酶，叫做逆向转录酶，在这种酶的作用，用RNA作为模板，合成DNA，以后在两栖动物、哺乳动物中都发现了这种逆向转录现象。

逆向转录现象的发现说明，DNA只能由DNA自我复制产生和单向转录观点就不合实际了。

应该对中心法则加以修正。

修正后的中心法则应写成：DNA¬®RNA®蛋白质。

这样就使遗传的中心法则更加接近客观真理了。

第三，通过实践检验，证明两个对立假说各自包含局部真理，而为另一种更深刻的学说所代替。

例如，十七世纪末，对光的本性有两种假说：一种是“微粒说”，认为光是直线运动的微粒流；另一种是“波动说”，认为光是一种波。

有一类实验，如干涉实验和衍射实验可为波动说所解释，而不能为微粒说所解释；另一类实验，如黑体辐射、光电效应等可为波动说所解释而不能为微粒说所解释。

这两种假说，各自解释了光的某一方面的属性，却又都具有片面性。

二十世纪初，爱因斯坦（A.Einstein）提出了光量子概念，在微观水平上说明了光既是微粒又是波。

光的波粒二象性学说比以往的微粒说、波动说，更深刻地反映了光的内在本质。

综上所述我们可以清楚地看到，在科学发展中，充满着假说的不断更替，或者推翻一些假说，或者修正一些假说，或者验证一些假说。

它反映了人类认识的复杂性和迂回性，人类正是在实践中把握客观真理，认识事物本质，通过实践提出假说，又通过实践验证假说，使科学假说发展为科学理论。

三、科学理论
1. 科学理论的基本特征和评价
科学理论是经过实践检验的客观真理，是对某种自然现象的系统说明。

它是由一定的科学概念、科学原理以及对这些概念、原理的理论论证所组成的知识体系。

科学理论作为认识发展过程中相对完成的东西，具有如下一些基本特征：
（1）客观真理性。

科学理论正确地反映了客观事物的本质及其规律性，因而具有客观真理性。

这是科学理论的基本特征，也是它和假说的根本区别。

实践是检验真理的唯一标准。

因此，作为一个科学理论，必须做到：建立这种理论所凭借的经验材料必须是真实的，经过实践检验的，是能够重复的；根据这些经验材料提出的假说中的假定性的规定已经得到实践确认，并经得起实践的进一步检验；根据这种理论所作出的科学预见已在实践中得到证明。

总之，一种科学理论必须包含必要而又充分的实践证明，并且贯穿于理论的始终。

（2）普遍性。

科学理论通过揭示某一领域的共同本质而普遍适用于这个领域，能对这个领域的复杂多样的现象作出解释，能预言出。