科學(xué)問(wèn)題：假說(shuō)與發(fā)現(xiàn)1科學(xué)觀與科學(xué)方法論（中）1.科學(xué)問(wèn)題科學(xué)研究始于問(wèn)題

案例：塞麥爾維斯醫(yī)生的故事2科學(xué)問(wèn)題在科研中的意義：“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題重要，因?yàn)榻鉀Q一個(gè)問(wèn)題也許僅僅是一個(gè)數(shù)學(xué)或?qū)嶒?yàn)上的技能而已。而提出新的問(wèn)題，新的可能性，從新的角度去看舊的問(wèn)題，卻需要有創(chuàng)造性的想象力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步”。——愛(ài)因斯坦

1）當(dāng)人們進(jìn)行觀察的時(shí)候，總是以問(wèn)題為框架，有選擇地觀察和搜集事實(shí)材料；

2）從理論發(fā)展過(guò)程看，只有發(fā)現(xiàn)了原有理論不能解決的問(wèn)題，才會(huì)補(bǔ)充、修正或著手建立新理論；

3）科學(xué)研究本身就是要解決那些尚未解決或尚未完全解決的活動(dòng)。3科學(xué)問(wèn)題的定義：

科學(xué)問(wèn)題是指一定時(shí)代的科學(xué)認(rèn)知主體在當(dāng)時(shí)的知識(shí)背景下提出的尚未認(rèn)識(shí)和解決的問(wèn)題，它包含一定的求解目標(biāo)和應(yīng)答域，但尚無(wú)確定的答案。4科學(xué)問(wèn)題的分類(lèi)：

1）按發(fā)問(wèn)的形式不同，可以把科學(xué)問(wèn)題劃分為是什么（What）、為什么（Why）、如何（How）；

2）按抽象的程度不同，可以把科學(xué)問(wèn)題劃分為經(jīng)驗(yàn)性問(wèn)題、理論性問(wèn)題和哲學(xué)性問(wèn)題；

3）按問(wèn)題的答案域是否存在，可以把科學(xué)問(wèn)題劃分為真問(wèn)題和假問(wèn)題；

4）按對(duì)背景知識(shí)是否了解，可以把科學(xué)問(wèn)題劃分為待解問(wèn)題和無(wú)知問(wèn)題；

5）按問(wèn)題在科學(xué)發(fā)展的常規(guī)化時(shí)期與革命時(shí)期所起的作用，可以把科學(xué)問(wèn)題劃分為常規(guī)問(wèn)題和非常規(guī)問(wèn)題。5科學(xué)問(wèn)題的來(lái)源:

1）科學(xué)實(shí)踐與科學(xué)理論的矛盾中產(chǎn)生；

2）從科學(xué)理論內(nèi)部的矛盾中產(chǎn)生問(wèn)題；

3）從不同學(xué)派理論之間的矛盾中產(chǎn)生問(wèn)題；

4）從社會(huì)需要和現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)手段的局限的矛盾中產(chǎn)生問(wèn)題。6科學(xué)問(wèn)題的解決途徑：

1）進(jìn)一步獲取科學(xué)事實(shí)來(lái)回答問(wèn)題

2）引入新的假說(shuō)來(lái)解答問(wèn)題

3）引入新的概念解決問(wèn)題案例：從天王星之謎到海王星之發(fā)現(xiàn)7天王星在1781年被確認(rèn)為是太陽(yáng)系的第7顆行星。在此之前，天文學(xué)家曾多次在望遠(yuǎn)鏡中見(jiàn)到過(guò)它。1820年，法國(guó)天文學(xué)家布瓦德根據(jù)天體力學(xué)原理計(jì)算天王星的運(yùn)動(dòng)軌道時(shí)，出現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：他算出的軌道與1781年以后的觀測(cè)極不相符，而他僅以1781年以后的觀測(cè)為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，卻與1781年以前的觀測(cè)極不相符。這一令人困惑的事實(shí)，吸引了許多天文學(xué)家都來(lái)觀測(cè)和計(jì)算天王星的運(yùn)動(dòng)。10年之后，觀測(cè)數(shù)據(jù)積累得更多，計(jì)算也更加周密，計(jì)算時(shí)考慮了離天王星最近的土星和木星的影響。可是，理論值和觀測(cè)值仍然相差很遠(yuǎn)。8布瓦德等天文學(xué)家曾懷疑以往觀測(cè)記錄的可靠性。他們將1750年以后在英國(guó)格林尼治天文臺(tái)對(duì)各個(gè)行星所作的全部觀測(cè)記錄，統(tǒng)一地進(jìn)行了復(fù)核。他們發(fā)現(xiàn)，除天王星以外，對(duì)于別的行星，觀測(cè)記錄與計(jì)算結(jié)果都能相當(dāng)準(zhǔn)確地符合。根據(jù)當(dāng)時(shí)的觀測(cè)技術(shù)水平，天王星的觀測(cè)位置與計(jì)算位置相差之大，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了觀測(cè)的誤差范圍。因此，他們斷定：?jiǎn)栴}不是出自觀測(cè)，應(yīng)該在理論計(jì)算方面找原因。面對(duì)天王星運(yùn)動(dòng)不規(guī)律性之謎，一些人提出疑問(wèn)：為什么從牛頓力學(xué)發(fā)展而來(lái)的天體力學(xué)原理不能適用于天王星運(yùn)動(dòng)的計(jì)算呢？是不是牛頓的萬(wàn)有引力定律并不“萬(wàn)有”？是不是對(duì)于天王星這一距離太陽(yáng)較遠(yuǎn)的行星，引力作用不再遵從牛頓力學(xué)了，或者牛頓的力學(xué)理論需要修正了？9絕大多數(shù)科學(xué)家堅(jiān)信經(jīng)過(guò)一百多年實(shí)踐考驗(yàn)的牛頓力學(xué)的正確性。他們認(rèn)為可以繼續(xù)依靠牛頓理論弄清楚天王星運(yùn)動(dòng)不規(guī)律性的原因。天文學(xué)家們提出幾種可能的假說(shuō)：“災(zāi)變”假說(shuō)、“未知衛(wèi)星”假說(shuō)、“未知行星”假說(shuō)。英國(guó)的亞當(dāng)斯和法國(guó)的勒威耶都用了對(duì)問(wèn)題中一些要素作簡(jiǎn)化假設(shè)和逐步修正的辦法，終于基本上確定出有關(guān)未知行星的各個(gè)參數(shù)的數(shù)值。1845年9月23日，柏林天文臺(tái)的加勒根據(jù)勒威耶寫(xiě)來(lái)的信著手觀測(cè)，當(dāng)晚就在偏離預(yù)言位置不到1度的地方發(fā)現(xiàn)了一顆八等星，查遍星圖，就連最詳盡的星圖也沒(méi)有標(biāo)出這顆星。經(jīng)過(guò)連續(xù)觀測(cè)，數(shù)據(jù)都與預(yù)計(jì)的結(jié)果相符合。于是加勒高興地宣布，這顆星就是所要尋找的新行星。102.科學(xué)假說(shuō)從科學(xué)活動(dòng)的一般模式看，科學(xué)假說(shuō)是通向科學(xué)理論的必要環(huán)節(jié)。“只要自然科學(xué)在思維著，它的發(fā)展形式就是假說(shuō)。”（恩格斯）科學(xué)假說(shuō)的定義：科學(xué)假說(shuō)是對(duì)已有的經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)作出試探性解釋和預(yù)測(cè)的基本的思維形式。11科學(xué)假說(shuō)通常由以下幾個(gè)基本因素構(gòu)成：事實(shí)基礎(chǔ)；背景理論（包括推理規(guī)則）；對(duì)現(xiàn)象本質(zhì)的猜測(cè)；由猜測(cè)推演出的預(yù)言。比如，大爆炸假說(shuō)就是以譜線(xiàn)紅移（哈勃定律）等為事實(shí)基礎(chǔ)，以廣義相對(duì)論和高能粒子物理學(xué)等理論為背景，以超高密、超高溫狀態(tài)下由某種機(jī)制引起的原始火球急劇膨脹為基礎(chǔ)預(yù)測(cè)，以“氦豐度”和“3K背景輻射”等為語(yǔ)言而構(gòu)成的一個(gè)認(rèn)識(shí)體系。122.1科學(xué)假說(shuō)的類(lèi)型科學(xué)假說(shuō)常常是針對(duì)科學(xué)問(wèn)題而提出的。相應(yīng)于科學(xué)問(wèn)題的不同類(lèi)型，假說(shuō)的內(nèi)容和形式也不相同。對(duì)于常規(guī)科學(xué)問(wèn)題，提出假說(shuō)的主要目的在于修改、調(diào)整、擴(kuò)展原來(lái)的背景知識(shí)體系。如麥克斯韋關(guān)于電磁波的假說(shuō)、狄拉克關(guān)于正電子的假說(shuō)等。對(duì)于某些科學(xué)領(lǐng)域中反復(fù)出現(xiàn)的反常問(wèn)題，科學(xué)家則可能提出突破背景知識(shí)體系的革命性的理論假說(shuō)。如著名物理學(xué)家普朗克在20世紀(jì)初提出的量子假說(shuō)。132.2科學(xué)假說(shuō)的檢驗(yàn)科學(xué)假說(shuō)轉(zhuǎn)化為科學(xué)理論的基本條件是其能否經(jīng)受得住科學(xué)實(shí)踐的檢驗(yàn)把科學(xué)假說(shuō)運(yùn)用于實(shí)踐，如果有越來(lái)越多的事實(shí)和這個(gè)假說(shuō)相符合，并且沒(méi)有任何已知事實(shí)與之相矛盾，那就證明這個(gè)假說(shuō)是客觀規(guī)律的正確反映。案例：萬(wàn)有引力定律1417世紀(jì)末，萬(wàn)有引力定律只是一個(gè)科學(xué)假說(shuō)。牛頓利用這個(gè)假說(shuō)，推斷出：

1）秒擺長(zhǎng)度愈接近赤道變得愈短，赤道處的引力比兩極附近小，赤道半徑大于極半徑，地球是個(gè)兩極較平、赤道突出的扁球體。

2）地球與其軌道平面（黃道面）形成一個(gè)傾斜角，所以作用在地球赤道鼓出部分的太陽(yáng)引力，一定會(huì)引起地球的自轉(zhuǎn)軸繞著垂直于黃道面的直線(xiàn)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)周期為26000年。15牛頓的解釋遭到當(dāng)時(shí)天文學(xué)家的強(qiáng)烈反對(duì)，根據(jù)當(dāng)時(shí)流行的理論，地球的形狀應(yīng)當(dāng)是兩極距離大于赤道直徑的長(zhǎng)形球體。為此，法國(guó)數(shù)學(xué)家莫泊圖在1730年，到芬蘭北部的拉普蘭去測(cè)量北緯子午線(xiàn)一度的長(zhǎng)度。結(jié)果表明，牛頓的觀點(diǎn)是正確的。1798年，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許采用扭秤法較精確地測(cè)定了引力常數(shù)的值，直接證實(shí)了地面物體之間存在著萬(wàn)有引力。萬(wàn)有引力定律在實(shí)踐中取得了圓滿(mǎn)的結(jié)果，成功解釋了一個(gè)又一個(gè)事實(shí)，沒(méi)有遇到不可克服的矛盾（反例），從而逐漸轉(zhuǎn)化為科學(xué)理論。16科學(xué)假說(shuō)的檢驗(yàn)是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程。

1）一個(gè)全稱(chēng)判斷所演繹出的經(jīng)驗(yàn)推論在數(shù)量上是無(wú)限的，其中部分結(jié)論與觀測(cè)事實(shí)相符合只是為該科學(xué)假說(shuō)提供了某些辯護(hù)和支持，無(wú)法完全證實(shí)這一科學(xué)假說(shuō)。

2）以全稱(chēng)判斷形式出現(xiàn)的科學(xué)假說(shuō)只能通過(guò)證實(shí)后件（即推論）為真從而證實(shí)前件（科學(xué)假說(shuō)）為真的方法確證，然而在邏輯上這種方法是不能完全保真的。如果p則q；p；所以q（結(jié)論必為真）如果p則q；q；所以p（結(jié)論可能為真，可能為假）173）結(jié)論與觀測(cè)事實(shí)不符，不一定能否定相關(guān)的科學(xué)假說(shuō)。判決性實(shí)驗(yàn)存在嗎？所謂判決性實(shí)驗(yàn)，就是在對(duì)立的兩個(gè)假說(shuō)之間，設(shè)計(jì)一個(gè)或一組觀測(cè)或?qū)嶒?yàn)，來(lái)證實(shí)哪一個(gè)預(yù)見(jiàn)性更正確。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們相信，如果從一個(gè)假說(shuō)作出的推斷跟另一個(gè)假說(shuō)作出的推斷相抵觸，實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持其中的一個(gè)推斷而否定另一個(gè)推斷，就可以認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)在兩個(gè)對(duì)立的假說(shuō)中作出了判決。被判定正確的那個(gè)假說(shuō)就轉(zhuǎn)化為理論。18案例：傅科實(shí)驗(yàn)1850年，傅科采用旋轉(zhuǎn)鏡法，測(cè)到光速為298000千米/秒（誤差不超過(guò)1%）；同時(shí)，測(cè)到光在空氣中的速度比在水中的速度大傅科實(shí)驗(yàn)的結(jié)果涉及到兩個(gè)互相抵觸的“可檢驗(yàn)預(yù)測(cè)”：（1）波動(dòng)說(shuō)預(yù)言。如果進(jìn)行[傅科]實(shí)驗(yàn)，那么第一個(gè)像將呈現(xiàn)于第二個(gè)像的右邊。（2）微粒說(shuō)預(yù)言。如果進(jìn)行[傅科]實(shí)驗(yàn)，那么第一個(gè)像將呈現(xiàn)在第二個(gè)像的左邊。傅科實(shí)驗(yàn)對(duì)光速的測(cè)量為光的波動(dòng)理論的勝利提供了有力的證據(jù)，被認(rèn)為是確證波動(dòng)說(shuō)、同時(shí)證偽微粒說(shuō)的“判決性實(shí)驗(yàn)”19關(guān)于判決性實(shí)驗(yàn)的爭(zhēng)論：1906年，法國(guó)物理學(xué)家迪昂在其代表作《物理理論的目的和結(jié)構(gòu)》一書(shū)中對(duì)判決性實(shí)驗(yàn)提出了反對(duì)意見(jiàn)。他認(rèn)為，物理學(xué)中不存在判決性實(shí)驗(yàn)，“物理實(shí)驗(yàn)不是否定孤立的假說(shuō)，而是否定整個(gè)理論整體。”到1950年初，美國(guó)科學(xué)哲學(xué)家蒯因進(jìn)一步重申并加強(qiáng)了迪昂的觀點(diǎn)，他說(shuō)：“我們關(guān)于外部世界的陳述不是個(gè)別的，而是作為一個(gè)整體面對(duì)感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)的法庭。”后來(lái)學(xué)界把這里強(qiáng)調(diào)的觀點(diǎn)成為“迪昂-蒯因論點(diǎn)”。20解析迪昂-蒯因論點(diǎn)：根據(jù)邏輯學(xué)中的“否定后件推理”：如果一個(gè)理論（或假說(shuō)）H必然地推出一個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)E，即H→E，那么E一旦被否定，H將必然遭到否定，即-E→-H。但是，“理論H”有更多的含義。實(shí)際情況不是單個(gè)的理論H必然推出實(shí)驗(yàn)結(jié)果E，而是理論整體H∧A必然推出E，即H∧A→E，這里的A包括“輔助性假說(shuō)”和“背景信念”。所以，E反駁的是“H∧A”整體，而不是單一的H，即-E→-（H∧A），實(shí)驗(yàn)結(jié)果E無(wú)法構(gòu)成對(duì)理論H的判決性反駁。21

1960年，科學(xué)哲學(xué)家格倫鮑姆發(fā)表論文，反對(duì)迪昂-蒯因論點(diǎn)的觀點(diǎn)，認(rèn)為不能一概否認(rèn)判決性實(shí)驗(yàn)的存在。格倫鮑姆把迪昂-蒯因論點(diǎn)概括為兩種形式：第一種形式，從邏輯上說(shuō)，證偽一個(gè)理論H或確證一個(gè)理論H，情形一樣，總要涉及到包含著理論H在內(nèi)的整個(gè)理論網(wǎng)絡(luò)，是整個(gè)理論網(wǎng)絡(luò)面對(duì)檢驗(yàn)，而不是單獨(dú)的理論面對(duì)檢驗(yàn)。第二種形式，理論H是整個(gè)理論網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成成分，不可能單獨(dú)地把理論H從整個(gè)理論網(wǎng)絡(luò)中剝離出來(lái)，讓它去面對(duì)證據(jù)的判決性反駁。22

格倫鮑姆進(jìn)一步模擬迪昂-蒯因，提出了兩個(gè)形式化推論：第一，從[H∧A→E]∧-E，推不出-H，而只能推出-（H∧A）。因此，-H不能從前提[H∧A→E]∧-E演繹地推出，從而得出，-E對(duì)H的反駁不是決定性的。第二，與E不相容的實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果E’允許H是正確的，而A是錯(cuò)誤的，因?yàn)槔碚摷铱偰軌虬袮修改成A’，使得H與A’的合取能推導(dǎo)出E’，即H∧A’→E’，從而保證H不被反駁。23

首先，格倫鮑姆認(rèn)為，第一個(gè)推論式，即[H∧A→E]∧-E，推不出-H，而只能推出-（H∧A），即[H∧A→E]∧-E]→-（H∧A）作為一個(gè)否定后件式推理是有效的，但它有適用的條件，即E’與由H和A的合取推導(dǎo)出的試驗(yàn)結(jié)果E不相容，因此，并不足以證明對(duì)H的反駁一定是非決定性的。其次，無(wú)論是否定后件式推理還是其他的邏輯形式都不能保證一定有（?A’）[H∧A’→E’]。再次，格倫鮑姆提出質(zhì)疑，迪昂、蒯因憑什么保證對(duì)于任何H和任何E，總存在著一套挽救性假說(shuō)A’，使得E’能從H與A’的合取中演繹出來(lái)，因?yàn)椋@根本不是邏輯能保證的。A’是否存在，只能根據(jù)每一種特殊情況作個(gè)別的、具體的證明才能確定。24

如何理解判決性實(shí)驗(yàn)？

判決性實(shí)驗(yàn)比其他類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)更有可靠性。此外，判決性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇椭藗冚^快地、較充分地評(píng)價(jià)它的證實(shí)或否證意義。然而，任何檢驗(yàn)自身是相對(duì)的、具體的和可變的。即使是判決性的否證，也不可能把假說(shuō)中的一切謬誤都一下子指出來(lái)。而且，不存在著把一個(gè)假說(shuō)判為絕對(duì)純粹的謬誤的否證。253.

假說(shuō)—演繹方法假說(shuō)-演繹模型：指的是用一個(gè)與經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系的公理體系來(lái)組織科學(xué)知識(shí)。

首先，提出一個(gè)公理系統(tǒng)。（提出假說(shuō)）其次，規(guī)定一個(gè)把公理體系的命題與觀測(cè)結(jié)果相連接的程序。（進(jìn)行演繹）再次，確證用經(jīng)驗(yàn)解釋的公理體系中的演繹結(jié)果。（完成檢驗(yàn)）

假說(shuō)——演繹——檢驗(yàn)26經(jīng)典案例：牛頓創(chuàng)立光的顏色理論

牛頓把一塊棱鏡放在陽(yáng)光通過(guò)小孔后形成的狹窄光束的路徑上，并在棱鏡后面的屏幕上看到了一條拉長(zhǎng)了的彩色光帶：紅橙黃綠青藍(lán)紫。經(jīng)多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，積累了大量觀測(cè)材料。27提出試探性解釋的假說(shuō)：“日光是由具有不同折射率的不同顏色的光所組成的，棱鏡的作用就是使每種顏色的光按照某個(gè)特定的角度發(fā)生折射。”利用這個(gè)假說(shuō)，牛頓就可以解釋許多其他的現(xiàn)象，例如彩虹。以假說(shuō)為前提演繹得到推論（預(yù)測(cè)），再設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)加以檢驗(yàn)推論出穿過(guò)棱鏡的某種單色光應(yīng)當(dāng)按這種顏色特有的折射率發(fā)生偏折，不會(huì)再分解成別的顏色。牛頓設(shè)計(jì)了一個(gè)雙棱鏡實(shí)驗(yàn)證明了這個(gè)預(yù)測(cè)。28現(xiàn)代假說(shuō)-演繹模型：

P……H∝OcHc

某項(xiàng)研究從解決一個(gè)問(wèn)題（P）開(kāi)始，通過(guò)非邏輯或者直覺(jué)的猜測(cè)得出一個(gè)假說(shuō)（H），由此推演出（∝）必然的可觀察的檢驗(yàn)陳述（Oc），如果這些陳述被證明是正確的，就歸納出（）被確證的結(jié)論（Hc）。29亨普爾：假說(shuō)-演繹模型的關(guān)鍵在于研究這一假說(shuō)的形式對(duì)問(wèn)題所作的試探性回答。試探性假說(shuō)是假說(shuō)-演繹模型的出發(fā)點(diǎn)。波普爾：任何理論都不難找到確證的證據(jù)，但不可能完全得到證實(shí)，取消了確證的環(huán)節(jié)

P1→TT→EE→P2

P1表示問(wèn)題，TT表示試驗(yàn)性理論，EE表示消除錯(cuò)誤，P2表示新的問(wèn)題

P……H∝Oc（猜測(cè)出假說(shuō)H，演繹出觀察命題Oc）30波普爾：《猜想與反駁》波普爾演繹模型的兩個(gè)特征：

1）反歸納主義的傾向。人類(lèi)所具有的潛在的、先天的知識(shí)，處于潛在的期望之中，當(dāng)從事科學(xué)探索時(shí)而被激活。一切知識(shí)都是某些先天知識(shí)的變形，因而不存在重復(fù)性的歸納。

2）間斷論的觀點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)的過(guò)程不是單一的邏輯過(guò)程，而是兩個(gè)不連續(xù)的階段：第一步是非邏輯或直覺(jué)的，屬于發(fā)現(xiàn)階段；第二步是邏輯的或理論的重構(gòu)，屬于證明階段。31波普爾的證偽主義：科學(xué)發(fā)展模式最根本的特點(diǎn)——科學(xué)是一個(gè)永無(wú)止境、不斷發(fā)展的過(guò)程。理論：黑格爾第一次提出發(fā)展的思想事實(shí)：19世紀(jì)，形而上學(xué)自然觀被打出缺口，

20世紀(jì)，形而上學(xué)科學(xué)觀被辯證自然觀代替，1919年日食觀測(cè)：為什么久經(jīng)考驗(yàn)、無(wú)可置疑的理論也會(huì)因?yàn)橐淮问《鴼в谝坏?/p>