科学的结构.ppt

第二讲：物理科学的结构1问题一：中国为什么没有产生近代自然科学1915年，任鸿隽在科学创刊词上回答“中国古代无科学的原因”；1922年冯友兰在国际伦理学杂志上英文发表“为什么中国没有科学对中国哲学的历史及后果的一种解释”；1944年，吴藻溪将德国犹太历史学家维特夫的“中国为什么没有产生自然科学”译成中文；同年竺可桢发表“中国为什么没有科学”都认为中国古代没有科学。2英国学者李约瑟开始研究中国科技史：1954年出版中国科学技术史第一卷总论1956年出版了第二卷“科学思想史”1959年出版了第三卷“数学、天文学及地球学”1962年出版第四卷“物理学及相关技术”3问题二：究竟什么是科学1、从最广泛意义上讲，是指导人与外部事物之间打交道的理论知识，通常首先是指导人与自然界之间打交道的理论知识。这种知识的最原始的形态是博物学。2、理性科学就是那种单纯通过头脑中的思维和思辨，构造出一套逻辑严密的推理体系，它认为“理”是这个世界的本质，“讲理”“推理”是与这个世界打交道的恰当方式，此为理性科学。3、所谓的实验科学，并不简单是你去观察去求证的问题，牵扯到实验设计、实验预测以及实验数据的可重复性等等，在现代的实验科学背后，它隐含着一套数理结构 4一、科学的定义对于“中国古代到底有没有科学？”之所以有两个对立的回答，就是因为对科学的界定问题。所以要回答“中国古代到底有没有科学？”“巫术、迷信、宗教与科学的关系”等问题，逻辑上必然得建立一个大前提什么是科学5乔治萨顿（18841956），美国科学史专家。生于比利时的根特。在大学期间，学习过哲学、化学、数学、结晶学等专业，1911年获博士学位。1912年创办国际性科学史杂志Isis，担任该杂志主编近40年，并发起成立国际科学史学会。他为科学史研究作出重要贡献，一生著述甚丰，出版著作15部，发表论文800余篇，代表作是科学史导论。6科学史学科重要的奠基人萨顿，就曾在他的几部著作中，以定义、定理和推论的形式反复地强调他的科学观和科学史观：定义：科学是系统的、实证的知识，或在不同时代、不同地方所得到的、被认为是如此切和实际的结论。定理：这些实证的知识的获得和系统化，是人类唯一真正积累性的、进步的活动。推论：科学史是唯一可以反映出人类进步的历史。事实上，这种进步在任何其它领域都不如在科学领域那么确切，那么无可怀疑。7正因为如此，萨顿在他的科学史研究中，很自然地把炼金术、占星术和自然巫术当作伪科学而不予考虑，他还把盖伦的生理学理论斥为空想和荒唐，并以此为理由拒绝讨论它们。这些作法当然是与萨顿本人所坚持的实证主义观点相一致的。8定义=种差+属（揭示本质）(Aristotle)l科学是知识（Willam）l科学是创造知识的过程（C.Cynge）l科学本身不是知识，而是一种科学生产（Volkov）l科学是一个有组织的和系统的知识体系，但也是一种活动，一种持续不断的探索过程（Wartofsky）l科学是一种文化过程（Leeketer）l科学是一种游戏（Anthony M.Alioto）J.D.Bernal:科学可以作为：一种建制；一种方法；一种积累的知识传统；一种维持或发展生产的主要因素；我们的信仰和对人类的态度一种结构；一种合理的猜测；一种经验的整理；一种文化；一种人与自然的对话1、对科学的定义对科学的不同认识代表了不同的科学观9首先,科学最明显的特征是关于现实世界的经验认识活动，其目的是要发现自然规律;其次,科学研究是利用自然规律来有效地解释自然现象;第三、科学解释还可以进行预见,并且与具有可检验性;第四,科学理论是试探性的,并且还具有简单性和一致性等特征；第五,科学还需要一种专业上的正直态度。对科学公认的几点：102、科学观l世界是可以被认知的l科学知识具有持久性，科学观念又是变化着的l科学不能为所有的问题提供答案l科学是逻辑和想象的产物，经常是出人意料而得到的结果l科学需要证据，而不是依仗权威，科学家应努力鉴别从而避免偏见l科学要对已知世界作出解释，并具有预见性l科学作为一种复杂的社会活动，由科学内容组成，由不同机构研究l科学研究中有着普遍接受的道德规范，而科学家在参与公共事务时，既是科学家也是公民l科学是一种独特的思维方式l科学是人类共同的文化113、科学观流派l古希腊的科学观亚里士多德为科学而科学l逻辑主义科学观（实证主义、否证主义、精致否证主义）孔德、波普、拉卡托斯证实与否证l历史主义科学观 库恩科学结构，范式（心理、宗教、文化）l后现代科学观费耶阿本德反对方法、科学不存在特殊的地位12逻辑实证主义科学观 维也纳学派（石里克）+柏林学派（赖辛巴赫）维也纳学派是发源于20世纪20年代奥地利首都维也纳的一个学术团体。其成员主要包括领袖人物石里克、鲁道夫卡尔纳普、纽拉特、费格尔、汉恩、伯格曼、弗兰克、韦斯曼、哥德尔，等等。他们多是当时欧洲大陆优秀的物理学家、数学家和逻辑学家。他们关注当时自然科学发展成果（如数学基础论、相对论与量子力学），并尝试在此基础上去探讨哲学和科学方法论等问题。13 石里克（Moritz Schlicklisten，1882年4月14日1936年6月22日）是一名德国哲学家，维也纳学派和逻辑实证主义的创始人，属于分析哲学学派。石里克出生于柏林的一个富人家庭。他在海德堡、洛桑以及在柏林大学学习物理学。在柏林时马克斯普朗克是他的教授之一。14对科学观点：1、（马赫）科学理论是现象的规律性，使用理论术语表述；2、（彭加莱）理论术语是用来谈论现象的。认识：1、科学是公理化的系统；2、在经验上可验证科学与非科学的划界标准 结果：拒斥形而上学。科学的逻辑；先形成观察术语概括定义理论术语科学定律 培根式由经验上升到理论的归纳模式科学通过归并而发展：1、TC-TC-TC-；2、中国套箱式（牛顿和爱因斯坦）。15l归纳方法R1 是黑的（是黑的（T）R2 是黑的（是黑的（T）R3是黑的是黑的（T）R是黑的是黑的（F）卡尔纳普的解决（R是黑的概率大）16波普尔（Karl Popper）否证主义的批判 卡尔波普（19021994）是当代西方最有影响的哲学家之一。他原籍奥地利，犹太人。第二次世界大战期间，他为逃避纳粹迫害移居英国，入了英国籍。波普研究的范围甚广，涉及科学方法论、科学哲学、社会哲学、逻辑学等。他1934年完成的科学研究的逻辑或称科学发现的逻辑一书标志着西方科学哲学最重要的学派批判理性主义的形成。17对实证主义的批判1、实证主义的划界是一个意义标准而不是科学标准；有意义的是科学，无有意义的是非科学。2、可实证性是观察陈述的可推演性；3、标准“既窄又宽”（水星近日点的近动）；4、排除形而上学，但形而上学有些是科学的。18提出了划界标准：可否证性或可证伪前提前提1 P Q前提前提2 Q结论结论 PP：天下的天鹅都是白的；Q：天鹅在t时间是白的；Q：天鹅在t不是白的；P：天鹅是白的是假的。19问题猜想反驳再猜想1、贬低了经验积累的重要性，过分强调证伪2、也夸大了科学理论的脆弱性否证是科学的本质，理论的价值首先在于能否提出有价值的问题。然后是提出试探性的假设，然后再去反驳。什么是科学：科学首先是在经验上可验证的科学家在提出科学理论时必须提出在什么情况下放弃理论（爱因斯坦）；20托马斯库恩(Thomas Kuhn)(1922-1996)，生于美国俄亥俄州的辛辛那提市的一个殷实的实业家家庭里。17岁进入哈佛大学学习，专业是物理学。他刻苦地学习物理学理论，始终保持着优异的学习成绩。1943年，年仅21岁的库恩获物理学学土学位，从而开始了他的研究生阶段的学习。当时在库恩的心目中只有一个目标：当一名理论物理学家，完全没有想到要成为一名科学史家或科学哲学家。代表作为哥白尼革命和科学革命的结构。库恩历史主义科学革命21“范式”是一个科学共同体的成员所共有的东西，它代表着这一特定科学共同体的成员所共有的信念、价值、技术等等构成的整体。l科学与非科学的区别 有无范式22范式（Masterman）（1）形而上学的范式（信念、思辨）（2）社会学范式（科学成就、习惯）（3）人造范式（教科书等）科学就是利用已有范式解难题的过程 成为范式的条件：（1）吸引了一定的拥护者；（2）有难题和规范。23新新问问题题原原有有范范式式科学革命科学革命反常反常新范式新范式解释解释常规科学常规科学1、把发展和革命结合起来更具有合理性，并且在新旧范式之间的过渡时重视文化背景的作用2、但他的革命的结果是突变性的，过分夸大了新旧范式之间的间断性，过分强调了新旧范式的不可通约性；并且把科学家的信仰作为理论选择的标准，陷入相对主义和非理性主义24出生于匈牙利的一个犹太商人家庭，原姓利普施茨。1944年在德布勒森大学毕业。纳粹德国占领匈牙利期间，他加入了地下抵抗运动，后又改姓为拉卡托斯。1949年留学莫斯科大学从1969年起在伦敦经济学院任教，并成为K.R.波普尔的学生和同事，1972年任该学院科学方法、逻辑和哲学系主任，并兼任不列颠科学哲学杂志主编。1974年突然病逝。他的主要学术著作在死后由他人整理成哲学论文集出版，第 1卷名为：科学研究纲领方法论,第2卷名为：数学、科学和认识论。拉卡托斯（1922-1974）精致证伪主义（研究纲领）251、科学规律中有一些更为根本的规律硬核（起着纲领性的作用），不可证伪的，作用在于知道研究和产生预见（新颖）；2、一个纲领需要补充一些假定，以便充实纲领，这些假定形成硬核的保护带。3、纲领之间的竞争表现为科学的进步，纲领在退化后还会进化（波动和微粒）保护 带硬核没有给出淘汰一个纲领的规则；必须用科学史的研究来证明他的方法论大自然可以喊不，人可以比大自然喊得更响26费耶阿本德（Paul Feyerabend，19241994）奥裔美籍科学哲学家 无政府主义生于维也纳，1994年2月11日在瑞士去世。他的父亲是个公务员，母亲是位裁缝。1940他应召去纳粹军队服役，1945年在俄国撤退时脊骨被俄军射中，留下终生残疾。1947年，回维也纳大学学习历史和社会学，不久转学物理学。1969年，在没有经验的科学这篇小短文中，费耶阿本德终于放弃了成为一个经验主义者的想法。1970年，发表对专家的安慰，费耶阿本德在文章中用库恩的观点抨击波普。论文版反对方法无政府主义知识论纲要发表，该文第一次公开使用“认识论的无政府主义”一词。1975年，费耶阿本德的成名作反对方法面世，正式公布“认识论的无政府主义”观点。1978年自由社会中的科学面世，他丝毫没有放弃在反对方法中宣布的立场，书中也包括对相对主义认可的主要观点，这是让他成名的重要观点之一。271、多元理论尽早发展其他理论（只有在对比中才能显示出优劣）2、韧性原理在许多理论中选择一个加以坚持，无论多艰难也要坚持3、扩散原理尽早提出T，T，T28科学没有优于其它意识形态的特征；科学没有固定的方法，科学家应该尊重他们自己的主观愿望，怎么都行;科学的最先进和最普遍的是还个人以自由，而科学最贫瘠的是丧失个人自由；认为科学有一些固定不变的运行规则的话，那是不现实的，也是有害的。反对科学沙文主义科学以权势而不是论据今日的知识可变成明天的童话，最可笑的升华最总课变成科学中最扎实的部分。29二、科学的要素、结构科学包括四个层次：1、知识体系（数理逻辑）2、实验仪器及物质产品3、思想方法4、科学精神 并且形成一个有机的整体301、科学思想方法常规方法常规方法非常规方法非常规方法经典方法经典方法现代方法现代方法观察、实验法（自然观察和实验观察）观察、实验法（自然观察和实验观察）逻辑思维方法逻辑思维方法形式逻辑形式逻辑辩证逻辑辩证逻辑比较与分类比较与分类分析与综合（内插）分析与综合（内插）归纳与演绎（归纳与演绎（类比类比）理论与实际理论与实际历史与现实历史与现实理想化法（模型）理想化法（模型）假说法假说法控制论控制论系统论系统论信息论信息论经典数学经典数学现代数学现代数学概率、模糊数学、突变数学、数学实验概率、模糊数学、突变数学、数学实验数学法数学法耗散结构耗散结构协同学协同学突变论突变论直觉与灵感直觉与灵感想象与猜想想象与猜想简单简单对称对称统一统一悖论悖论物理美学思想物理美学思想失败反思失败反思312、物理学特有的方法质疑与释疑物理学特有的方法假说与验证唯象与机理物理类比内插与外推物理实验物理模型法物理美学方法32波动性波动性波动性波动性 (,v v)粒子性粒子性粒子性粒子性 (mm,p)p)光光光光+实物粒子实物粒子实物粒子实物粒子+？物理类比德布罗意物质波实物粒子具有波粒二象性。物理类比：根据某些事物具有相同的判断，推出另外方面也相同的判断。机械波能反射折射，类比推出光能反射折射33u内插法普朗克公式MB 瑞利 金斯公式(1900年)维恩公式(1896年)普朗克公式(1900年)实验曲线实验曲线34物理假说：为解决遇到的物理现象和问题，所作的假物理假说：为解决遇到的物理现象和问题，所作的假定性的解释和说明，是科学的可能方案，要能成为理定性的解释和说明，是科学的可能方案，要能成为理论必须得到实验的论必须得到实验的检验检验n n普朗克量子假说n n爱因斯坦光量子假说n n玻尔氢原子假说35灵感：对长期百思不得其解的问题出现的一种突发式的跳跃式的又具有创造性的顿悟。（脑科学的潜、显意识研究）获得灵感的方法：1、寻求诱因法 2、问题搁置法3、跟踪记录法 4、追捕热线法5、西托梦境法成功案例：费米创造费米统计理论瓦特改造蒸汽机DNA双螺旋结构苯的环形分子结构阿基米德发现浮力定律左脑显意识神经回路右脑潜意识神经回路抽象、逻辑、分析型思维形象、直觉、综合型思维三类回路与偶然中接通一二回路外界电火花灵感36美学方法：对物理学现象依据形式美的规则和审美趋向进行加工。哥白尼的日心说比地心说简单麦克斯韦电磁场理论的对称性热学和热力学统计物理1、简单性内容、结构、方法逻辑的简单性2、对称性直观、抽象、数学、破缺3、统一性自洽、对应、互补37默顿科学的规范结构一书中指出科学得精神气质：v普遍性v公有性v非功利性v有组织的怀疑论2、科学精神科学精神是科学本性所要求的各种价值观念、思想观念、行为准则以及道德与意志品质的总和，它是一种对待自然、社会和自我以及真善美等精神产品的态度。38五四运动时，国人不光看到了科学作为“形而下”的器的物质功用，也看到了科学作为“形而上”的“道”的精神价值和文化意蕴，德先生和赛先生一起走进中国文化任鸿隽在编辑科学时，认为科学精神乃科学之“真诠”，并把它列入方法、分类之首加以研究。科学精神者何？任鸿隽一言以蔽之：“求真理是已”认为：科学精神人人可以学而得之，而且对人生观大有裨益39(1)求真。求真,就是相信存在着一个客观的对象世界,相信这个世界上有不以人的意志为转移的客观规律,并相信人类能通过科学实践和逻辑推理认识客观世界和客观规律。(2)求实。求实,就是科学活动要以系统、严格的观察与实践和严密的逻辑推理为依据,并使之经得起实践的反复检验,最终造福于人类。(3)创新。这是科学精神的内在灵魂,也是科学进步的不竭动力。(4)存疑。有怀疑才会去探索。科学所以能够不断突破和创新,就在于它的存疑精神。科学精神的组成40思考：科学精神与人文精神的关系阅读：C.P.斯诺的两种文化，简述科学与人文关系及科学与人文分裂的原因41