科学精神与科学方法

科学精神与科学方法何国祥一、什么是科学1、科学的定义¡辞典：自然知识与社会知识的总和 ¡达尔文：整理事实，发现规律 ¡英国科学家布莱克特：就是通过国家出钱，来 满足科学家的好奇心。 ¡美国科学家费恩曼：科学是智慧的游戏。 ¡贝尔纳：科学是一种建制、一种方法、一种积 累的知识传统、一种维持和发展生产要素的主 要因素、构成观念和信仰的来源。2、科学的标准¡没有定义也可以掌握科学¡判断科学和非科学的标准。科学界对判 断什么是科学，是有公认的标准的，被 广大科学工作者自觉地或不自觉地应用 着。这个标准主要有四套：¡逻辑的标准¡经验的标准¡社会学的标准¡历史的标准。逻辑的标准¡第一，科学理论必须是自恰的，即本身能做到逻辑 上的一致性，要能自圆其说，不能前后自相矛盾。¡第二，科学理论必须是简明的，不能包含不必要的 假设和条件，为以后的失败留好了退路，也就是说 ，要符合下面要谈到的“奥卡姆剃刀”的原则。¡第三，科学理论必须是能够被证伪的。¡第四，科学理论必须是有清楚界定的应用范畴的， 只在一定的条件下、在一定的领域中能够适用，而 不是无所不能，无所不包。经验的标准¡第一，科学理论必须有可以用实验或观察加以检 验的预测，而不是只是空想。¡第二，在实际上已有了被证实的预测，也就是说 ，一个科学理论不能只被证伪，却从未被证实过 ，否则这样的理论是无效的。¡第三，检验的结果必须是可以被别人独立重复出 来的。¡第四，对于辨别数据的真实与否要有一定的标准 ，什么是正常现象，什么是异常现象，什么是系 统误差，什么是偶然误差，都要划分得清清楚楚 ，而不是根据自己的需要对结果随意解释。社会学的标准¡从社会学上看，一个科学理论必须能够解决已知的问题，如果连这也办不到，这种理论就毫无存在的必要；必须提出可以让科学家做进一步研究的新问题和解决这些问题的模型，也就是说，它还必须能够做出可检验的预测，否则也没有用处历史的标准¡从历史上看，一个科学理论必须能够解释已被旧理 论解释的所有的数据，也就是说，不能只挑选对自己有利的数据做解释，而无视不利的数据，否则的 话就还不如旧理论；¡必须能够跟其他有效的平行理论相互兼容，而不能 无视其他理论的存在，自成一统，甚至惟我独尊， 要把一切科学理论全部推倒从来。二、什么是科学精神？ ¡1、科学精神的核心：实事求是¡2、科学精神的表现：探索和怀疑¡3、科学精神的应用：实证和理性1、科学精神的核心：实事求 是¡实事是指应用理性的、逻辑的方法探索客观 世界，了解事物的真实情况；¡求是是指通过一系列科学的方法获得事物发 展的规律。¡与宗教哲学（最求善和终极真理）、艺术（ 最求美和永恒）相比，科学的社会功能不同 ，科学追求的是相对真理。2、科学精神的表现：探索和怀疑¡探索精神是科学精神的重要内涵，科学就是 不断探索，不断进步，是人类与生俱来的对 未知事物的好奇心的理性体现。 ¡怀疑意味着科学绝不相信权威，也绝不无条 件地宽容，主要是指学术上的不宽容。如果 不具有怀疑精神，就失去了分辨是非的基础 。3、科学精神的应用：实证和理性¡实证：¡被科学研究所接受的证据，必须是客观存在的， 而不是主观臆想出来的；必须是符合严格控制的 条件的，例如有对照和采取双盲原则（研究者和 被研究对象互相不知情）；必须是可重复、可独 立验证的；还必须符合概率统计规律。¡只有在严格控制的条件下，用严密的方法，重复 、独立得到的观察和实验结果，才能算是确凿的 证据。控制条件、重复性、独立性和概率统计， 这些是实证的特征。¡理性：¡实证离不开理性，也就说，用严密的逻辑对证据 进行分析和推导，在各种可能的解释中选择最合 理、最可能的一种。在缺乏证据时，也能够排除 那些不合理、不可能的解释。¡科学理性基本特征： 1、公认的基础假设。 2、逻辑推导出的整个体系的逻辑自恰。 ¡3、实践应用方法的重演有效。 ¡4、科学体系是可以被证伪 休谟公理¡ 要判断证据是否确凿，通常需要具有专业的知 识和训练，一般的人并不具有这种能力。¡18世纪英国哲学家休谟在人类理解力研究一书中，提出了理性思维的一条总原则，有时候被 叫做休谟公理：“没有任何证言足以确定一个神迹，除非该证言属于这样的情形，其虚假比它力图确立的事实更为神奇。”奥卡姆剃刀¡中世纪英国哲学家奥卡姆 威廉格言：“不应无必要 地增加实体。”¡这后来也被当做科学研究和理性思维的一条原则， 但是在具体应用时有多种表述。其中一种是：不应 加入无必要的假设，在两种等价的结论中，应选择 简洁的、假设最少的一种。 ¡另一种表述方法是：在多种可能性中，应选择最简 单的那种。 小 结¡探索、怀疑、实证、理性，是科学精神不可分割 的四个方面。正是在这四面旗帜之下，科学研究 不断地观察、检验，抛弃错误的观念，增添新的 知识，从而持续地进步。科学的进步是连贯的进 步。因此，科学研究必须抱着怀疑的态度，以证 据为基础，以逻辑为工具，不轻信任何新奇的说 法，不轻易接受任何大胆的结论，对越是耸人听 闻的主张，越要追问一声：证据何在？是否合乎 逻辑？4、什么是技术¡传统技术是来自生产和社会实践的技能和技 艺；而现代技术是来自科学的转化与互动。¡科学与技术的关系¡在古代：科学与技术是平行发展，互相没有 关系。¡到现代：科学技术的关系越来越紧密，但是 科学与技术有着本质的区别科学与技术的区别：科学 技术发现 提供可能 发明 转换成现实认识世界 改造世界 表现：论文、学术著作； 表现：使专利、样品样机 投入是国家政府， 大多是企业投入， 自由研究 集中研究开发是潜在生产力 在短时间内可以成为现实的生产力 是全人类的共同财富 专利，是发明者的专有权利¡科学研究的目标是：探索未知，掌握规律，积累知识，找出方法。¡ 技术发明和创新的目标是：发展经济，提高效率，国家安全，社会进步。5、科学不是万能的l科学不是终极真理，只是相对真理l科学技术的两重性l科学技术需要和经济社会协调发展三、现代科学技术发展的规律1、指数增长2、整体化和综合化3、数学化4、社会化5、与经济社会结合1、指数增长科学发展的指数增长率： 普赖斯：研究科学杂志，首次发现指数规律： 1665年，英国皇家学会的哲学论坛出版，当时全世界 只有3-4种杂志， 1700年，不到10种； 1800年是100种； 1850年，1000种； 1900年是1万种； 1950年，10万种； 2000年，超过100万种。 结 论：每个世纪增加10倍。¡赖德：研究图书馆的藏书量，发现每16年翻一 番。¡后来发现，小行星发现的数量、加速器的功率 、论文数量，科学家的人数和科学技术的投入 等都是指数增长。¡推论：科学是现代的。因为科学家数量以15年 为倍增期，那么8个科学家至少有7人在世。科 学技术的总量是科学家创造的，那么，科学技 术的总量的八分之七是当代科学家创造出来的 。我们现代技术大部分是我们在世的人亲眼目 睹的。2、整体化和综合化¡18、19世纪，科学技术深入发展，出现了数以 千计的科学专业和数以万计的技术门类。¡20世纪，科学技术出现了新的发展趋势：整体 化和综合化。l学科之间的交叉：生物物理学、射电天文 学等 l学科的统一理论：数学中的群、格、结构 。物理中的统一场论。l综合科学：环境科学、能源科学、材料科学、空间科学、海洋科学、生态科学等。l横向科学：信息论、控制论、系统论。l自然科学与社会科学的合流：发展战略学、决策科学、城市建设等3、数学化马克思：一种科学只有成功地运用数学时，才算 达到了真正完善的地步。¡第一个运用成功的是伽利略，使物理学成为发 展最快，最为成熟的科学领域。到了牛顿成为 集大成者，是经典力学成为科学领域中最为闪 光的学科。¡数学的运用成为科学学科成熟的标志。随机数学与模糊数学¡随机数学诞生，统计数学、概率论等成为研 究这些对象的强有力的数学工具。¡60年代美国数学家查德开创了模糊数学的领域。在思维科学、社会科学和信息论控制论 等新兴学科中，模糊现象的研究导致了模糊 数学的问世。4、社会化l16世纪，科学研究以个人研究为主，哥白尼、伽利略、牛顿等都是个体研究的。l17世纪中叶后，英国皇家学会、法兰西科学院和德国科学研究院成立，松散的科学组织 成立，科学交流和评价力量大大加强，通讯 、杂志、论文、书籍等有了基础。l18世纪科学技术成为学校教授的科目，以科学技术的研究和教育成为职业。科学技术开始进入企 业，科技人员成为资本家的雇员。l19世纪下半叶，科学集体的紧密性组织出现，如卡文迪许实验室、贝尔实验室、爱迪生的门罗顿 实验室等。这些实验室一头连着基础科学研究， 一头向生产实际开放，成为这一时期最强有力的 科学发源地。大科学时代来临¡20世纪人类进入大科学时代：¡最早的是希特勒在1937年花费了3亿马克， 建立了军事科研中心，造出了飞弹V-1、V-2 ，以后，美国的原子弹，北极星导弹，阿波 罗登月计划等都是以全国之力，以大科学的 形式来研究开发的。¡原子弹：曼哈顿工程，20亿美元，12.5万科 学家于工程师大科学时代来临¡60年代美国开始了阿波罗登月工程，投入了 240亿美元，120所大学，2万家公司，400万 科技人员。¡50年代后，进入到了国际规模的研究：如国际 地球物理年考察，国际太阳峰年考察，全球大 气研究计划。2000年宣布完成的人类基因组序 列测试。¡世界上最大的强子对撞机耗资44亿英镑 ，位于瑞士、法国边境地下100米深的环 形隧道中，隧道全长达27公里 5、与经济发展的结合越来越 紧密 ¡1蒸汽机 1680 1780 100¡2照相术 17271838 112¡3电话 1820187656¡4电动机 1829188657¡5电影 1832189563¡6无线电收音机1867190235¡7汽车 1868189527¡8滴滴涕 1874193965¡9真空管 1882191533¡10飞机 1897191114¡11电视机 1922193412¡12核反应堆1932194210¡13原子弹 193919456¡14晶体管 194819535¡15太阳能电池195319552¡16激光器 19601960几个月四、世界科学中心转移论¡世界各国科学技术发展是不平衡的，横断来看，一个时期有一个世界科学中心；纵向来看，这个中心在世界各国、各地区在转移，不固定。¡贝尔纳、汤浅光朝研究了这一现象：1、第一个世界科学活动中心在 意大利：（1540-1610）¡文艺复兴运动打破了中世纪的黑暗，给欧洲 的科学文化带来了光明。¡科学家：达 芬奇；哥白尼（波兰）伽利略等 。后来反动教皇镇压科学家，科学中心转移 到英国。2、第二个世界科学活动中心在 英国（1660-1730）¡前期派出了很多人到大陆学习，1662年成立了皇家学会。¡科学家：物理学家牛顿、虎克、波义耳；天文学 家哈雷、布拉德雷；数学家瓦利斯、哈克和马克 劳林；医生高达德等。出现了60多名杰出的科学 家，占当时世界总数的36%，科学发明总数的 40%。推动了英国的产业革命。¡牛顿是其中最杰出的人物，一生做出了11项重大贡献。3、第三个世界科学活动中心在法 国（1770-1830）¡法国主要是通过办教育（留学和办学）赶 上超过英国的。1792年由于战争的需要， 创办欧洲最早的一批技