科学研究的逻辑起点

• 5、科学问题产生的现实条件
• （2）已有理论与经验事实产生矛盾时， 产生科学问题。 • （3）已有理论之间产生矛盾时，产生科 学问题。
END
应注意：求解应答域错误会劳而无功 • 例如，两千多年来，许多数学家为直接 证明欧式几何中的第五公设耗尽心血， 但一无所获。直到19世纪初，俄国数学 家罗巴切夫斯基等提出反问题，即第五 公设不可证明，改变了应答域和问题的 目标，采用反证法，创立了非欧几何， 这一科学问题才获得突破性的进展。所 以，科学问题应答域的设立是否合理， 直接决定问题是否有解。
古希腊悖论： 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 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 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 亲该怎么回答呢？
19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 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 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 基石。“一切数学成果可建立在集合论基础 上。” 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 勒就曾兴高采烈地宣称：“… …借助集合论 概念，我们可以建造整个数学大厦… …今天， 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。
②从科学研究的具体进程看，人们总是以问题为框 架有选择地去搜集事实材料，与问题有关的材料披 搜集起来，与问题无关的材料则任其流散，不在科 学认识主体中引起信息效应。
③从科学理论发展的总体过程看，只有发现了原有 理论不能解决的问题时，人们才会去修正，补充它， 或着手建立新理论，在这个意义上可以说，问题既 是旧理论的终点也是新理论的起点
3、科学问题的形式结构
• 一是问题的指向； • 二是研究的目标； • 三是求解的应答域。
• 问题的指向：就是问题的研究对象。（实 体或现象 、事件背后的原因 、事件的状态 或过程 ） • 研究目标：是指与特定的疑问词相联系的 义项。一般理解就是想要获得的答案或提 问的内容。 • 求解应答域：指在问题的论述中所确定的 界限，并假定所提出的问题的解必定在这 个领域内。
这种模式比较接近科学技术认识活动的实际。
思考：
• “科学研究从问题开始”与 “认识以实践为基础”是否矛盾？
二、什么是科学问题
• 1)问题---疑难、矛盾 • 2)问题就其产生的特点来说，可以分为两类 ： • ☆ 简单问题或表浅问题 • ☆ 科学问题
科 学 问 题
• 在庆祝Science创集合分为2类，第一类中的集合以其自 身为元素，第二类中的集合不以自身为元素，假 令第一类集合所组成的集合为P，第二类所组成 的集合为Q，于是有： P={A∣A∈A} Q={A∣A∉A} 问，Q∈P 还是 Q∈Q？ 若 Q∈P，那么根据第一类集合的定义，必有Q∈Q， 但是Q中任何集合都有A∉A的性质，因为Q∈Q， 所以Q￠Q，引出矛盾。若Q∈Q，根据第一类 集合的定义，必有Q∈P，而显然P∩Q=∅，所以 Q∉Q，还是矛盾。 这就是著名的“罗素悖论”。
科学研究的逻辑起点
• 一、科学研究始于问题
科学发现：一个经典的例子
1928年9月的一天，英国 细菌学家弗莱明走进实验室， 偶然发现培养葡萄球菌的器皿 里长了绿霉。按照通常的判断， 这种情况说明培养液被污染了， 实验失败了。但弗莱明发现， 在绿霉的周围出现了一圈空白， 原先生长旺盛的葡萄球菌不见 了。这是怎么回事呢？他进一 步提出问题：是不是绿霉有某 种作用能把它周围的葡萄球菌 杀死呢？带着这个问题，他进 行了研究，不到一年就发现了 青霉素，并因此获得了1945年 的诺贝尔奖。
年） 125周年之际（2005
年），该刊杂志社公布了
125个最具挑战性的科学问
题，在今后1／4个世纪的 时间里，人们将致力于研 究解决这些问题。 其中， 前25个被认为是最重要的
问题，如下：
科学问题
• • • • • • • • • • • • • 宇宙是由什么构成？ 意识的生物学基础是什么？ 为什么人类基因会如此之少？ 遗传变异与人类健康的相关程度如何？ 物理定律能否统一？ 人类寿命到底可以延长多久？ 是什么控制着器官再生？ 皮肤细胞如何成为神经细胞？ 单个体细胞怎样成为整株植物？ 地球内部如何运行？ 地球人类在宇宙中是否独一无二？ 地球生命在何处产生、如何产生？ 什么决定了物种的多样性？
• 爱因斯坦指出：“提出一个 问题往往比解决一个问题更 重要。因为解决问题也许仅 仅是一个数学上或实验上的 技能而已，而提出新的问题， 新的可能性，从新的角度去 看待旧的问题，却需要有创 造性的想象力，而且标志着 科学的真正进步。”
目前我们的基本看法：问题—解答模式
问题 猜想 检验 科学事实或规律、理论的确立
• 5、科学问题产生的现实条件
• （1）当已有理论内部显现逻辑困难时， 产生科学问题。 • （2）已有理论与经验事实产生矛盾时， 产生科学问题。 • （3）已有理论之间产生矛盾时，产生科 学问题。
悖论（佯谬）：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复合 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。
• 4、科学问题的基本类型
• What，即“是什么”的问题，即要求对研 究对象进行识别或判断，一般具有“X是什 么”的语句形式。 • Why，即“为什么”的问题，即要求回答现 象的原因或行为目的，是一种寻求解释性的 问题。 • How，即“怎么样”的问题，即要求描述所 研究对象或对象系统的状态或过程，是一种 描述性的问题。
1、科学问题的概念：
• 一定时代的科学认识主体在当时的 历史条件下提出的科学认识和科学 实践中需要解决的矛盾。
2、科学问题的条件： A 、能否在实践中检验（与信仰问题区别） B 科学问题是时代的产物（与常识问题区 别） ①是在一定的知识背景下提出的 ②运用已有的知识背景进行解答。 一个问题是否有科学意义，在不同的知 识背景下，回答是不同的。
•
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： 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 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 己理发。
1928弗莱明发现了青霉素
• 归纳主义者认为，科学始于观察 • 他们认为科学发现的程序应该是： • （1）观察和记录事实；（2）分析事实 并归类；（3）进一步归纳引导出一般结 论；（4）验证结论。
波普提出科学从问题开始：
①观察不是随便看看，要解决观察什么，为什么观 察，如何观察的问题，因此观察是带着问题的。
“点金术”问题
• 例如所谓的“点金术”问题，在中世纪 炼金术的知识背景下被认为是有意义的，而
在原子论化学的知识背景下则毫无意义，但
在20世纪核物理知识背景下，它又变成有
意义的并且于1919年被卢瑟福首次解决了。
有些问题由于受目前知识水平限制，一时尚
无法进行研究，还不能称为科学问题，只有
在一定历史条件下，才能成为科学问题。
康托尔悖论
• 有1个元素的集合其子集有2个，有2个元素的集合 其子集共有4个，一般地，有n个元素的集合其子集有 2^n个,n个元素的集合其基数为n，而其所有子集组成的 集合的基数为2^n ，显然2^n＞n。因此有“康托尔定 理”：任意集合（包括无穷集）的幂集的基数大于该任 意集合的基数。
据康托尔集合理论，任何性质都可以决定一个集合， 这样所有的集合又可以组成一个集合，即“所有集合的 集合”（大全集）。显然，此集合应该是最大的集合了， 因此其基数也应是最大的，然而其子集的集合的基数按 “康托尔定理”又必然是更大的，那么，“所有集合的 集合”就不成其为“所有集合的集合”，这就是“康托 尔悖论”。
科学问题
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什么基因的改变造就了独特的人类？ 记忆如何存储和恢复？ 人类合作行为如何发展？ 怎样从海量生物数据中产生大的可视图片？ 化学自组织的发展程度如何？ 什么是传统计算的极限？ 我们能否有选择地切断某些免疫反应？ 量子不确定性和非局部性背后是否有更深刻的原理？ 能否研制出有效的HIV疫苗？ 温室效应会使地球温度达到多高？ 什么时间用什么能源可以替代石油？ 地球到底能负担多少人口？