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    科学

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    发表于 2009-1-23 01:57:21 | 显示全部楼层 |阅读模式

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    一、绪论
        科学的基本概念与入门

      科学就是把任何被研究的对象.进行无限放大跟无限缩小.在无限放大跟缩小的过程中.找到接近100%的完美理论.得出价值.做出贡献.看看你现在的生活.看看航母.看看互联网等等........这些...........科学的意义平凡于人类的生活当中。

      科学是运用范畴定理定律思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系,是社会意识形态之一。科学是人类智慧结晶的分门别类的学问
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    科学的定义  《博弈圣经》中科学的定义:文明的永恒、普适、唯一性就是科学。

      
    科学是由人类感知的自然现象,通过观察抽象总结形成家教个性论说,再形成有因果系统的宗教共性论说,再通过设置实验环境、证明宗教论说的真假、形成有因果系统的科学个性结论,再形成有因果系统的科学共性结论,进而形成有因果系统的有实验共性结论的可重复验证的学问,这就是科学。科学最基本的特征是可重复性;科学精神的核心是创新精神。

      实际上,由于科学一词从来就没有严格定义过,所以会引起一系列的混乱和无谓的争论。比如:中国古代有没有科学?中医是否是科学?科学与伪科学的区别是什么?科学与宗教的区别是什么?等等。而这些问题又是非常非常吸引人的问题。所以时代要求我们尽早地给出恰当的定义以解决这些争议。下面先看看我根据现有教科书以及有些权威性论著上的定义改进的自认为非常严格的定义,然后再来讨论一下其确切的含义,争取学术界有个一致的认同。

      定义——科学是一种最逼近真理的尽可能不包含自相矛盾的知识体系,且是一项社会事业

      该定义中“最逼近真理的尽可能不包含自相矛盾的”该定语是自己加进去的,原因是为了明确科学的涵义,即明确科学是一个怎样的知识体系(我至今为止不明白为什么很多书上为什么不敢明确地加上它)。其中“矛盾”当然是指逻辑矛盾。

      “知识体系”是人们对科学的最初认识。作为一种非常实用的知识,最重要的就是有很高的条理性和结构。这一点,任何一本经典著作都多少具有这种特色,古代最著名的要数《几何原本》了。中国的古典著作中最有条理的,也许是我不学无术,自认为对我影响最大的是《橘中秘》(一本棋书)。不过科学这种知识体系已不象某些知识体系那样规模那么小,讨论范围那么窄了,而是一个非常庞大的知识体系,其野心甚至企图包罗万象无所不及。这么大的体系仍要保持很强的条理和结构,这就显得与众不同了。但知识体系并不只有科学一种,所以必需明确科学是怎样的知识体系。定义中前面部分给出了限定,跳过一段再讨论。

      很早有人就认识到了科学是一项社会事业,但其意义是随时代发展进一步深化的。而这也是缺少教育的人们不易理解的。知识表现在书本里怎么又是一种社会活动呢?不能被别人理解,不能被别人重复验证,这本身就不叫知识,为什么还要强调其社会性呢?这是因为科学对知识的认识要远远比其它对其的认识严格。不管对巫师、宗教徒、平民还是科学家来说,知识都是指正确的陈述,正确的预见,即知识就是人认为的“真理”。但只有科学家才非常严格地审视“真理”。不光要看它的初始语句(常称为公理)是否来源于直觉、实验或有充分理由,而且严密地审查推导过程中的任何细节,并考查其任一导出结论是否与实验或生活经验相冲突。而这一系列工作都不是没有受过科学训练的人能做的,因此需要教育,需要许多的科学家的共同劳动,也需要广大民众的理解和各方面的支持。随着科学的越来越发达,科学的复杂程度越高,其社会性也就越强。

      “最逼近真理”是强调科学的特质,与其它相比,科学最强调怀疑,因为科学是以不存在先知先觉为前提的。认为所有知识都是人对客观世界的认识,虽然科学追求的是主客观世界的统一,但毕竟主观世界与客观存在并不是一回事,知识再正确,也只是逼近对世界的描述,而不就是客观世界。比如说:理想气体模型它能非常好的描述在常温常压下的氧气、氮气和二氧化碳等气体,是因为这些气体分子的线度远小于它们之间的距离。而范德瓦尔斯对理想气体模型的修正也只是近似的描述象水蒸气那样的真实气体。科学家们懂得他们的理论一开始就是近似,所以他们从未指望从其理论导出的结论与真实世界无丝毫误差。所有的知识是人造的,是主观世界的产物,即使存在外星人,也只可能是比地球人更进化而已,他们也会有错。自然界的秘密存在于自然界本身,自然界以其自身的多样特点表现自己,但不会以文字形式借上帝之口明白地表达出来。可见用“最逼近真理”这一词项既强调科学的严密性,又强调了科学对世界的认识意义。

      “尽可能不包含自相矛盾”该定语反映了科学对完美的追求,强调了科学也有个成长过程。普通人犯错误是经常的,伟人也会犯错误,象牛顿、爱因斯坦和马克思这样最受人尊敬的人物也有错误的理论。罗素的著作中,经常描写伟人的自相矛盾,比如,提倡用节育手段控制人口的马尔萨斯四年内添三个孩子;提倡无为的叔本华对晚来的荣誉欣喜若狂;被称为实验科学的始祖的培根则不知道为他治病的哈维发明血液大循环理论。伟人尚且如此,那么集所有伟人智慧的科学内容要想没有一点自相矛盾的暇点则十分困难,而且体系越大越难以没有错误,特别是新学科,需要时间的检验。任何科学都有个成熟的过程。另外,随着时代的发展,原有的科学也许是某种情境下的近似,在无限推广时就可能出现矛盾,而科学决不会装作没有看见,必定要去解决这一矛盾,使科学向前迈进。由迈克尔逊实验引起的相对论、由黑体辐射实验引起的量子力学以及理发师悖论引起的数学革命,正是排除了那些自相矛盾后发展起来的。

      我想,科学的如上定义用了最少的文字既把经典的科学含义表达了出来,又突出了科学的特点,明确了科学与其它的分界,概括了库恩的科学范式理论和波普尔的证伪理论,强调了科学的进化特征。

      《辞海》对“科学”的解释

      科学是运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系,是社会意识形态之一。

      按研究对象的不同可分为自然科学、社会科学和思维科学,以及总结和贯穿于三个领域的哲学和数学。

      按与实践的不同联系可分为理论科学、技术科学、应用科学等。

      科学来源于社会实践,服务于社会实践。它是一种在历史上起推动作用的革命力量。在现代,科学技术是第一生产力。科学的发展和作用受社会条件的制约。现代科学正沿着学科高度分化和高度综合的方向蓬勃发展。

      对于科学的认识

      1、感性认识:源于实践;

      2、理性认识:源于实践中对于感性认识的升华;

      3、非感性认识和非理性认识:实践中始终存在的思维的混沌认识;

      4、用实践的观点、立场、方法、方式,去认识世界和宇宙,使人类的思想结晶和技术手段逐渐的走向科学,并且,建立起科学的发展史。

      5、人类的科学发展史,也是人类社会发展史的科学浓缩。

      科学的三大特征:

      1.客观性:科学研究和论述必须是遵从客观实际的;

      2.验证性:科学研究的结论必须是可验证的;

      3.系统性:科学研究和科学理论必须是系统的、完整的。
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    二、知识的分类  按研究对象的不同可分为自然科学社会科学思维科学,以及总结和贯穿于三个领域的哲学数学

      按与实践的不同联系可分为理论科学技术科学应用科学等。

      按人类对自然规律利用的直接程度,科学可分为自然科学和实验科学两类。

      按是否适合用于人类目标来看,科学又可分为广义科学、窄义科学两类。
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    三、科学这一词汇的来源  科学一词,英文为science,源于拉丁文的scio,后来又演变为scientin,最后成了今天的写法,其本意是“知识”、“学问”。日本著名科学启蒙大师福泽瑜吉把“science”译为“科学”[香港创业学院院长张世平:即分类的“知识”、“学问”]。到了1893年,康有为引进并使用“科学”二字。严复在翻译《天演论》等科学著作时,也用“科学”二字。此后,“科学”二字便在中国广泛运用。

      science的本来含义是系统知识,我想也许这样,科学在十九世纪已是一个非常庞大的知识体系了,它已分得非常细了,即分成许多许多专业,而这些专业知识又不象其它知识那样是互不联系的。除了专业概念外,基础概念是一致的,基本方法也是一样的,“科”的意思是分类或层次条理的意思,所以我自认为science 对应“科学”还是比较合适的。

      中国古代的关于科学的起源,比如各类经典的经书都是关于科学规律的探索的信息记录!古代的祖冲之的数学圆周率、张衡的地动仪、汉朝的指南车和指南针等,黄帝内经就是典型的医学大成!是中国上古社会的科学巨著!但是就科学这个字眼来说,也许还是舶来品!

      中国的成语“名不见经传”,实际上就是告诉我们说所有的经和传等都是关于中国古代人类社会的科学探索纪录!自司马迁开始,根据历史经传编著史记,记录了汉朝以前的所有的可识别的文字信息历史纪录!这些都是自然科学和社会科学的巨著!
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    四、科学一词的各种定义  基本定义——科学是崇尚真理真实的人们的,永无止境地探索实践,阶段性地趋于逼近真理,阶段性地解释和揭示真理的阶段性、发展性历史性、辩证性、普遍性、特殊性、信息性等特点,尽可能不包含自相矛盾的知识体系,且是一项成果的绝大部分有利于造福人类社会的高尚事业。

      科学,应该是五个方面的内容:第一,科学就是知识。第二,科学不是一般零散的知识,它是理论化、系统化的知识体系。第三,科学是人类和科学家群体、科学共同体对自然、对社会、对人类自身规律性的认识活动。第四,在现代社会,科学还是一种建制。第五,科学技术是生产力,科学技术是第一生产力(邓小平提出)。

      贝尔纳则把现代科学的主要特征概括为六个方面: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;构成我们的各种信仰和对宇宙和人类的各种态度的力量之一;与社会有种种相互关系。

      科学的诞生和人类的历史基本上一样久远。我们人类在地球上生活了700万年,据考古发现,大约距今30万年前,原始人就在制造石器的过程中,开始了认识自然、改造自然的实践活动。在距今一两万年前,原始人发明了新的劳动工具—弓箭。弓箭的发明人对人类社会的发展和科技的进步有着十分重要的作用。一方面利用弓箭有组织地狩猎,提高了生产效率,而剩余的猎物则被饲养起来,使人类由狩猎进入畜牧的时代;另一方面利用弓弦绕钻杆打孔的方法钻木取火,又发明了摩擦生热的制火技术,不仅极大的提高了人类的生活质量,而且增加了生产的手段;用火炼制粘土,发明了制陶技术;用火熔化铜和铁,制造出金属农具,使人类结束了一万多年的迁徙不定的生活,进入自给自足的农业社会,从而开始了人类五千年的文明史。

      同时,科学是人种人类意识对客观自然的一种正确的认识,它是来源于实践(人类认识自然和改造自然的活动),指导人类进行新一轮的实践并接受实践的检验从而进行具体有续的整理的周而复始的过程。

      通俗地说,科学是一种态度、观点、方法!同时,科学的东西本身具有悖论!也就是说,不同的专业学科的东西很容易被混淆和认为是矛盾的!其实,它反映了科学地认识事物的不同的多个复杂方面!

      实际上,在此以前,由于科学一词从来就没有严格定义过,所以会引起一系列的混乱和无谓的争论。比如:中国古代有没有科学?中医是否是科学?科学与伪科学的区别是什么?科学与宗教的区别是什么?等等。而这些问题又是非常非常吸引人的问题。所以时代要求我们尽早地给出恰当的定义以解决这些争议。

      该定义中“逼近真理的尽可能不包含自相矛盾的”该定语是自己加进去的,原因是为了明确科学的涵义,即明确科学是一个怎样的知识体系(我至今为止不明白为什么很多书上为什么不敢明确地加上它)。其中“矛盾”当然是指逻辑矛盾。

      “知识体系”是人们对科学的最初认识。作为一种非常实用的知识,最重要的就是有很高的条理性和结构。这一点,任何一本经典著作都多少具有这种特色,古代最著名的要数《几何原本》了。中国的古典著作中最有条理的,也许是我不学无术,自认为对我影响最大的是《橘中秘》(一本棋书)。不过科学这种知识体系已不象某些知识体系那样规模那么小,讨论范围那么窄了,而是一个非常庞大的知识体系,其野心甚至企图包罗万象无所不及。这么大的体系仍要保持很强的条理和结构,这就显得与众不同了。但知识体系并不只有科学一种,所以必需明确科学是怎样的知识体系。定义中前面部分给出了限定,跳过一段再讨论。

      很早有人就认识到了科学是一项造福人类的社会事业,但其意义是随时代发展进一步深化的。而这也是缺少教育的人们不易理解的。知识表现在书本里怎么又是一种社会活动呢?不能被别人理解,不能被别人重复验证,这本身就不叫知识,为什么还要强调其社会性呢?这是因为科学对知识的认识要远远比其它对其的认识严格。不管对巫师、宗教徒、平民还是科学家来说,知识都是指正确的陈述,正确的预见,即知识就是人认为的“真理”。但只有科学家才非常严格地审视“真理”。不光要看它的初始语句(常称为公理)是否来源于直觉、实验或有充分理由,而且严密地审查推导过程中的任何细节,并考查其任一导出结论是否与实验或生活经验相冲突。而这一系列工作都不是没有受过科学训练的人能做的,因此需要教育,需要许多的科学家的共同劳动,也需要广大民众的理解和各方面的支持。随着科学的越来越发达,科学的复杂程度越高,其社会性也就越强。

      “逼近真理”是强调科学的特质,与其它相比,科学最强调怀疑和创新,因为科学是以不存在先知先觉为前提的。同时科学也非常强调继承和借鉴!认为所有知识都是人对客观世界的认识,虽然科学追求的是主客观世界的统一,但毕竟主观世界与客观存在并不是一回事,知识再正确,也只是逼近对世界的描述,而不就是客观世界。比如说:理想气体模型它能非常好的描述在常温常压下的氧气、氮气和二氧化碳等气体,是因为这些气体分子的线度远小于它们之间的距离。而范德瓦尔斯对理想气体模型的修正也只是近似的描述象水蒸气那样的真实气体。科学家们懂得他们的理论一开始就是近似,所以他们从未指望从其理论导出的结论与真实世界无丝毫误差。所有的知识是人造的,是主观世界的产物,即使存在外星人,也只可能是比地球人更进化而已,他们也会有错。自然界的秘密存在于自然界本身,自然界以其自身的多样特点表现自己,但不会以文字形式借上帝之口明白地表达出来。可见用“最逼近真理”这一词项既强调科学的严密性,又强调了科学对世界的认识意义。

      “尽可能不包含自相矛盾”该定语反映了科学对完美的追求,强调了科学也有个成长过程。普通人犯错误是经常的,伟人也会犯错误,象牛顿爱因斯坦马克思这样最受人尊敬的人物也有错误的理论。罗素的著作中,经常描写伟人的自相矛盾,比如,提倡用节育手段控制人口的马尔萨斯四年内添三个孩子;提倡无为的叔本华对晚来的荣誉欣喜若狂;被称为实验科学的始祖的培根则不知道为他治病的哈维发明血液大循环理论。伟人尚且如此,那么集所有伟人智慧的科学内容要想没有一点自相矛盾的暇点则十分困难,而且体系越大越难以没有错误,特别是新学科,需要时间的检验。任何科学都有个成熟的过程。另外,随着时代的发展,原有的科学也许是某种情境下的近似,在无限推广时就可能出现矛盾,而科学决不会装作没有看见,必定要去解决这一矛盾,使科学向前迈进。由迈克尔逊实验引起的相对论、由黑体辐射实验引起的量子力学以及理发师悖论引起的数学革命,正是排除了那些自相矛盾后发展起来的。

      我们讲科学、学科学、用科学,在使用“科学”这一概念的时候,我们表达的意思究竟是什么?有必要做出明确地解释。

      科学是使主观认识与客观实际实现具体统一的实践活动,是通往预期目标的桥梁、是联结现实理想的纽带。也可以说科学是使主观认识符合客观实际(客观事物的本来面貌,包括真实的联系变化规律)和创造符合主观认识的客观实际(事物、条件、环境)的实践活动。这是科学的内涵。科学性就是符合客观实际的真实属性,是主观认识与客观实际能够实现具体统一的属性(是否科学,科学的,是指科学性)。使主观认识符合客观实际和探索创造符合主观认识的客观实际的实践活动过程是科学研究;创造符合主观认识的客观实际(实现预期目标)的方法、措施、手段是科学技术;创造符合主观认识的客观实际的实践活动是运用科学;符合客观实际的主观认识是科学知识;符合客观实际的普遍规律是科学理论;对人类来说首次揭示出客观实际事物本来面貌的内容是科学发现;变革现实使它产生从未有过的客观实际是科学发明;按照客观事物之间的实际联系与客观规律进行的思考是科学思考(逻辑思维);运用科学思考的方法分析事物与问题是科学分析;依据科学分析作出的能够实现预期目标的决策是科学决策;通过多方面重复的或普遍的实践检验与科学思考,看主观认识是否符合客观实际,在多大程度上、符合什么样的客观实际,能否创造出符合主观认识的客观实际,这种态度是科学态度。用科学态度指导个人行为与社会实践,这种思想是科学意识科学精神科学家是在科学实践中有重大突破创新(重大发现或发明)的人。这是辩证唯物主义科学观的基本观点。

      真理必须是科学的,否则就不能实现预期的目的。科学的不等于是真理,实现了杀人、放火、战争的预期目的,只是正确地运用科学,不一定符合真理,也可能是犯罪。那些只讲科学、不讲真理的人,有些人已经堕落成为社会的罪人,利用高科技实施犯罪活动已经屡见不鲜,制毒贩毒就是典型的案例。无论是自然科学还是社会科学,我们学科学知识、用科学技术、发展科学事业,都是为了实现预期的目的,只有这目的崇高而远大,才能创造人生的高价值与开拓精神的高境界,实现人的大发展;才能创造社会的高效益,促进社会和谐的大发展。科学家只有把目标定在创建和谐社会和谐世界上,或者说把科学的功能用在实践真理与发展真理上,才能使科学成为真理,成为推动社会发展的真正动力

      科学发展要求用科学的态度探索和谐发展的规律,只有正确地运用和谐发展的规律与科学技术,才能实现和谐发展的预期目的。
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    五、对科学一词的理解  综上所述,一般人在对“科学”这个词的理解,可能理解为“人类已经找到的代表现实的真理知识内容”(具体的科学知识)或“科学真理的理论”(科学理论体系),也可能是“如何找到并区别称为科学知识及科学理论的方法”(科学方法和科学精神),在后者中,可能也包含科学哲学。

      事实上,科学的存在和发展中一个永恒的问题是标准与创新的矛盾。一方面,科学知识的出现必然形成相关的评判正误的标准,另一方面,科学知识出现的过程就是对原有标准突破的过程,因此也必然受到原有标准的限制或压制。这就需要我们更深刻地反思两种科学的悲剧:一种是推行错误的标准所导致的后果;另一种是肆意创新所带来的人道主义灾难。聂文涛面向基层医院适宜技术培训讲演中说:人类推行糖尿病“限制碳水化合物”饮食标准(John rollo标准),到重新执行“高碳水化合物”标准(如北京协和医院标准),这期间无数患者因为错误的糖尿病饮食治疗进一步丧失了健康。医学界要如何面对这样的情况?该讲演引发的强烈震动,正在于他提出了一个深刻的科学伦理问题。

      斯蒂芬·茨威格在《异端的权利》原文中的两段话:“(卡斯特里奥与加尔文)在这场战争中,存在着一个范围大得多并且是永恒的生死攸关的问题。”“每一个国家,每一个时代,每一个有思想的人,都不得不多次确定自由和权力间的界标。因为,如果缺乏权力,自由就会退化为放纵,混乱随之发生;另一方面,除非济以自由,权力就会成为暴政。”这两段话隐藏着这样的意思:(1)应该给所有持异端见解的人证明自己的权利,或者说一切反对异端见解的人必须提供证据;(2)所有持异端见解的人都需要证明自己的正确,而无需在此之前抱怨社会的不理解。(3)所谓科学发展的意义,正在于改变人类原有的认识。因此,选择错误是一种权利,否则就没有科学探索的合理性。

      没有标准可能丧失人道;标准本身隐含的错误也能并不人道。因此,科学是一个超越了正确和错误本身的社会问题。
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    六、科学方法  要真正理解科学,仅弄清科学的定义是不够的。但也不是要掌握许多科学知识才能理解科学,想迅速理解科学的捷径,那只有掌握一些主要的科学方法。

      科学就是求真,也就是如何获得真的陈述,经典的科学方法有两大类,即实验方法和理性方法,具体的说主要就是归纳法和演绎法。

      归纳法:将特殊陈述上升为一般陈述(或定律定理原理)的方法。经验科学来源于观察和实验,把大量的原始记录归并为很少的定律定理,形成秩序井然的知识体系,这就是经验科学形成的过程。可见怎样的归纳是有效的、可靠的,这是经验科学要研究的最重要的问题。自从严格意义上的科学延生以来,从未停止过这方面的探索和争论。可以看到随着深入的研究,发现这是个非常复杂的问题。远比演绎法复杂。也许正是这个原因,教育不敢注重科学方法的普及,使得大众接受科学知识和接受其它知识似乎一样,以致分不清什么是科学知识,什么是非科学的知识。这里无法严格的讨论归纳方法的完整内容,但为了说明下面的一系列问题,这里简单提些基础的归纳要点。

      归纳法分完全归纳法和不完全归纳法,其中完全归纳法应用范围很小,因为对绝大多数事物,可观察的现象往往都是无穷的。所以实用的归纳法必然是不完全归纳法。其又分两种即简单枚举法和科学归纳法。简单枚举法是不可靠的,只能得到或然性真理,因此科学归纳法是科学方法讨论的中心。

      所谓科学归纳法又叫排除式归纳法,这种归纳法不一定要增加原始陈述,而是排除那些可应用于特定事例的可能假说。培根的“三表法”和穆勒“五法”都是这类型的。下面简单列出穆勒“五法”。注意,它们的前提是,只存在两类现象,每类只有三个元素,即a、b、c(现象)和A、B、C(原因),并都先假定了①只有一个出现a的条件(原因),②只有A、B、C是可能的条件(原因)。

      1、契合法:a与AB一起出现,也与AC一起出现。可知,A是a的充分条件。如,例1:在两块麦地上施氮肥(A),一块浇水(B),一块施钙肥(C),结果产量都增高(a)。则可以猜想施肥(A)是产量增高(a)的原因。

      2、差异法:a与ABC一起出现,但不与BC一起出现,可知,A是a的必要条件。如,例2:在一块麦地上既施氮肥(A)又浇水(B)又施钙肥(C),结果产量都增高(a);而在另一块麦地上只浇水(B)施钙肥(C)则产量不变。则可以猜想施肥(A)是产量增高(a)的原因。

      3、契合差异法:a与AB一起出现,也与AC一起出现,但不与BC一起出现。可知,A是a的充分必要条件。如,例3:在两块麦地上施氮肥(A),一块浇水(B),一块施钙肥(C),结果产量都增高(a),而在另一块麦地上只浇水(B)施钙肥(C)则产量不变。则可以进一步肯定施肥(A)是产量增高(a)的原因。

      4、剩余法:已知B是b的条件(原因),C是c的条件(原因),abc与ABC一起出现,可知,A是a的充分必要条件。如例4:天文学家观察出天王星的运行轨道有倾斜现象(a、b、c),已知倾斜现象a、b是受两颗行星(A、B)的吸引,于是可以猜想还有一颗行星(C)影响天王星的轨道倾斜(c)。

      5、共变法:A与a以同样方式发生变化,而BC则不以这种方式变化。可知,A是a的充分必要条件。如例5:改变单摆的摆长(A)则单摆的周期(a)随之改变,但改变摆球的质量(B)和摆球的材料(C)则周期不变。则可以认为单摆的摆长(A)决定其周期(a)。

      通过类似于上面穆勒五法的科学归纳,似乎能够不太费力地找到事物的因果关系,但事实上非常困难。就穆勒五法而言,最难满足的就是那两个预设的条件,第一个称决定论公设,量子力学和混沌学的出现真实世界中决定论系统并不是太多的,所以并不总能满足这预设。第二个称封闭系统公设,这在科学研究中最难满足的,比如,契合差异法虽然对决定论系统是非常有效的研究方法,但只要系统较为复杂点,其封闭性就很难满足,对单摆这样的简单系统较容易搞清楚某现象(如周期)背后有哪些可能的原因(摆长、质量、材料等),但例3就不简单。影响麦田产量的可能原因其实有很多很多,因此实际研究决不象例3那样简单。

      关于归纳说了这么多,实在出于无赖,让人们懂得归纳问题是科学的最大难题,要花很多时间的,但不强调这一点就不无法让人们理解科学。关于经验问题,现代哲学可能还没有把主要精力放到归纳问题上,主要还在经验科学的最基础问题上讨论,即如何描述现象,怎样的描述才是有意义的。现象学、逻辑实证论以及非常晦涩的语言哲学都停留在这方面讨论。的确这些是非常重要的。其实实验科学的始祖培根最大的贡献也不是总结归纳法,而是强调怎样得到正确的原始陈述。原始陈述都不正确或无意义,则以后的归纳演绎就全是徒劳的。

      演绎法:应用一般陈述(或公理定律定理原理)导出特殊陈述或从一种陈述导出另一种陈述的方法。乍看起来,演绎似乎不能得到新的东西,所以培根尖锐的批评亚里斯多德的三段论不是没有根据的。但如果改变观念,认真思考一下什么是“新”,则就为发现演绎法的重要性。从牛顿把天上的星体运动与地上的苹果落地相联系到如今的大统一理论,可见物质现象的背后的确很可能有统一的本质,这样就完全可能用很少的陈述推导出对大千世界的各种现象的正确陈述。从这意义上说,“新”不一定指在旧体系之外的陈述,只要是另一种没见过的表述就是新,因为所有的具有现实意义的陈述都可以放在一个科学体系内。

      笛卡尔似乎认识到这一点,所以他十分瞧不起培根,由他的努力终于建立起真正实用的理性大厦。他看到了数学的演绎力量,把古希腊的注重理性思维提高到前所未有的高峰。在西方笛卡尔常被称为哲学之父、科学之父,我也非常赞同。严格的科学从什么时候开始,不是从哥白尼,不是从培根、也不是从伽俐略,而是从笛卡尔。严格的说,没有数学就没有科学。任何一门科学,没有数学的参与,则很难说有效,更谈不上能成熟。

      但数学常不被称为经验科学,甚至有时称为形而上学,因为数学往往是从几个公理出发演绎出的理论体系。如《几何原本》仅由五个公理就演绎出厚厚一本书来,而把其中第五公设变了变,又演绎出《罗氏几何》和《黎曼几何》。数学的公理往往来源于直觉,所以又常常被称为先验科学,其实它与经验科学没有太大的本质区别,只是经验科学中的定律定理相对数学公理不那么直觉罢了。《欧氏几何》是对实际空间的研究,当然很容易直观得到几条公理了,《代数》、《数论》等仅是对数和方程进行研究当然也可能建立在几条直观的公理规则的基础上,但《相对论》要把时空物质都联系起来研究,则其定律定理就不是一目了然的了。数学被认为最抽象的,其实正是其抽象才认为基础,越是具体则研究对象涉及的因素越多。几何为什么是科学的基础,正是因为所有的事物都占空间,代数之所以是基础,是因为所有的概念必需量化后才能被精确研究。抽象有两层意思,一是事物某侧面的描述,二是难以理解难以想象。当然很多情况下这两层意思都有,因为对事物不完整的描述就不具体了,也就难以想象。然而抽象的理论之所以实用正是因为我们对具体事物的描述和处理总喜欢一部分一部分进行。因此抽象的往往是基础的。笛卡尔显然认识到了这一点,并进一步提出了科学研究必需遵守的一些原则:

      ①只把那些十分清楚明白地呈现在我的心智之前、使我根本无法怀疑的东西放在我的判断中;

      ②把难题尽可能分解为细小的部分,直到可以圆满解决为止;

      ③按从最简单、最容易认识的对象开始,一点一点地上升到复杂的对象的认识

      ④把一切情形尽量完全地列举出来,尽量普遍地加以审视,以保证没有遗漏。

      这几个原则除了第一点轻视了实验的作用外,是非常精辟的。整个经典科学按照这些原则建立起来。现代科学尽管补充了经典科学的方法,但以上经典科学方法仍是科学的最基本方法和主要方法。所谓类比、模拟、实验、分析综合和假说等也都应属于经典科学的方法,由系统论、信息论和控制论提练出的功能模拟法、黑箱法和信息法即使在电脑处理能力极强的当今,也只能算是科学方法的补充。从整体到细节这种颠倒的认识过程无论如何不可能成为主流方法,只在不得已时使用。

      从将数学应用于各门科学所出的成果来看,说演绎不能得到新东西有非常明显的问题。比较而言,演绎比归纳有较多的主动和自由,因为演绎可以自由选择初始公理,自由制定演绎规则,这样就能创造出大量的理论体系,这些理论体系一旦发现现实世界某部分适用,则立即显示出它的巨大作用,如《黎曼几何》用于《相对论》,《群论》用于《粒子物理学》等等。另外归纳本身常需要演绎,且一个陈述的正确程度需要用数字反映出来,由于数学的加入大大减少了归纳程序,提高了归纳的效率。比如,德布罗意根据光的波粒二象性和详细考查物理学的发展过程,扩展联想到可能所有粒子都具有波粒二象性,这过程几乎属于演绎,但根据这一假说可以定量地预测出电子衍射的结果,通过实验记录现象,由实验现象记录与理论导出陈述的定量比较,从吻合的有效数字中就能大致知道该假说的正确程度。显然有效数字是实验的核心理论,有两位有效数字吻合意味着只有百分之几的错误概率,有8位吻合则只有亿分之一的被证伪概率。所以定量实验实际上是弥补不完全归纳的缺陷。几个精确的实验就可以大致证实或证伪假说了,否则象《广义相对论》这类很难观察的理论就无法得到人们的承认。

      到此,我们应该能理解为什么说数学是科学的皇后了。在某些哲学家那里,理性主义与经验主义的区别常用倒金字塔和正金字塔来比方。认为先验的体系一旦某一原则或原理被证伪,则整个体系化为乌有,而经验体系即使有几个原理被否定,但就象金字塔底部抽去几块石头一样金字塔不会倒(如牛顿力学属于经验科学,它没有因为相对论推翻了其几个定理而蹦塌)。这样的比如很生动也很恰当,但很容易让人们轻视理性。其实这个比方只是警示我们小心地套用人为构造的理论,而理性则是科学的本质,因为演绎不仅用来构造理论、应用理论导出陈述,而且它也溶于归纳过程中。科学离不开逻辑离不开理性。

      “科学方法似乎毫无趣味、很难理解,但是它比科学上的发现要重要得多。”国际科普理论学者认为,科学方法是科学素养中最重要的内容,公众理解科学,最重要的就是要理解科学方法并应用这些科学方法解决自己生活和工作中的各种问题,在现实生活中,一些人的盲从行为,也与缺乏科学方法有关。特别是在我们缺乏理性基础的国度更应该强调学习科学思维方法。
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    七、科学精神  因为科学常和技术连在一起,因此容易让人忘了科学是上层建筑中的一部分,特别是没有理性传统的落后社会中,甚至很大一部分人们不知道还有科学精神。的确很少有人总结概括科学精神,也很少有人宣传科学精神。正是这个原因,科学对落后国家的影响不是很大的,至少不是全方位的。

      虽然我教了几年科技概论课程,却还没有找到对科学精神的系统阐述。这里就我的零星资料试作简单概括。美国科学社会学家默顿认为:普遍性、公有性、无私利性和有条理的怀疑性构成科学的精神气质。我国的蔡德诚教授则把科学精神归纳为“六要素”,即:客观的依据、理性的怀疑、多元的思考、平权的争论、实践的检验、宽容的激励。两位学者有许多共有认识。为说得更明确点,我把科学精神用以下语词概括:公正、简单入手多元思考、证实加证伪、理性怀疑、争论与激励。下面作些解释。

      ①公正:以公正的立场观察事物。我把这一科学精神称为哥白尼精神。有人说近代科学从哥白尼开始,我虽然不赞同,但对哥白尼精神的伟大却赞叹不已。没有哥白尼精神则没有科学,从这一点上讲哥白尼精神的确是近代科学的先导。由于观察总是从自身的角度去看的,因此在自然状态下,人们很难脱离自身的角度去想象和思考现象,于是自我为中心的观念无意识形成,当随着年龄增长观念僵化,则非常不容易站在一定的高度看问题,因而不容易把握事物。所以说公正是科学思维的基础。事实上科学的发展越来越强化了公正意识。相对论的出现,使人们认识到不仅我们所在的地球不是宇宙的中心,且太阳、银河系中心都不是宇宙的中心。19世纪的马克思理论的缺陷主要就是太强调立场了,社会科学也必需打破阶级的框架,建立一个无矛盾的统一体系,不应该有两对立阶级的社会科学理论。实际上现代自组织理论已经迈出了这一步。

      ②简单入手多元思考:选择简单对象开始研究,建立理想模型,尽量应用数学,完整的考虑各要素,建立理论,并通过修改和扩展,扩大应用范围。这其实就是上面所叙笛卡尔提出的科学思想,所以把它称为笛卡尔精神。不仅在物理上牛顿的质点模型、克劳修斯的理想气体模型等取得了巨大的成功,而是在其它领域也一样,如生物界摩尔幸运地选择了果蝇这个简单对象才揭开了遗传学研究的序幕。对事物的正确认识,最重要的就是避免片面思维,要有多元化思考,但大脑处理信息能力有限,所以先选择简单对象,就可以避免思考过多的因素。而较复杂问题可以用研究简单问题导出的结论通过各种方式的迭加和处理解决,更复杂的问题可以用已有结论定量近似和定性分析。

      ③证实加证伪:科学是严格的,它强调理论与实践的一致,即理论的任何导出陈述都必须与观察相符,能用实验证实,不能被证伪的理论就不是科学。我们称这为波普尔精神。现代科学有许多新理论没有较多的实验支持,往往来源人为的演绎构造,这样的知识系统,只要有一个与观察不同,就应该推翻。但对经验科学,经验先于理论,则不应该轻易相信证伪,即使某个陈述被证伪,也应先考虑修改,或用更大的理论包容旧理论。

      ④理性怀疑:科学只是最逼近真理,事物的真实道理只有事物自己知道,任何知识体系都是人为构造的,科学特别强调怀疑包括对自身的怀疑,但自从科学延生三百多年来由无数具有怀疑精神的科学家十分谨慎地发展,许多科学领域近于成熟,因此怀疑需要一定的理性基础。科学史上影响最大的两个人物笛卡尔和马克思都不约而同的把“怀疑一切”看成是自己的座佑铭。由于信仰共产主义的人们偏偏忽视了马克思的怀疑精神,过分地相信教条,为了警示这一点,我把它称为马克思精神。虽然如今的科学可靠性远比两个伟人所处的时代可靠得多,但科学的可怀疑性不变,只是不能缺少科学训练盲目怀疑了,当你想怀疑某个科学结论时,你得认识认识自己,是否够上水平,因为简单的怀疑早被怀疑过无数次了。特别一些经典的理论,如欧氏几何、代数、运动学等理论,它们是由很少的公理和定律构成的。如欧氏几何,其五条公理相当直观,且没有一条来自实验,在此之上演绎出的理论经几千年无数人的验证,因此可以说是完全可靠的理论。而运动学的可靠性也是这样,只是运动学的原理中,有实验定律(如速度合成平行四边形法则),所以可靠性不如欧氏几何。为什么有实验定律的理论系统可靠性反而弱呢?这是因为实验定律是受实验条件限制的,往往一时弄不清适用条件,比如说牛顿定律是在低速情况下实验总结的,所以当人们认为它普遍适用无限推广时就会出错。从这意义上说经验科学反而没有纯科学可靠。完全人为构造起来的理论,容易做到完全没有逻辑矛盾。只是这样的理论要在现实世界中找到完全对应则不容易,即纯科学的倒金字塔不可靠性在于其应用。怀疑精神常用在生活中,花花世界,你必须睁大眼睛辨别一下哪些是科学哪些不是科学,怀疑精神主要用于对非科学内容的怀疑,遇事要多多思考思考,不要盲从。在我国,盲目崇拜、守旧缺乏创新精神以及传统势力过于庞大,可以说就是缺少怀疑精神所致。是目前的高考制教育模式扼杀了怀疑精神,考试题总是要求题目有唯一的答案,且任何对题目本身的怀疑都是多余的,一定会影响分数,则师生一致不去作任何“多余”的思考。因此教育围绕考试这现象应引起我们的深思。

      ⑤争论与激励:科学是人造的,因此与人的素质有关,争论和激励能使人的素质迅速提高,因此科学需要讨论的环境和维护人们对科学的热情。我觉得这方面科学家中玻尔最出色,所以称为玻尔精神。由玻尔与薛定谔的激烈争论以及以他为中心的哥本哈根学派的集体贡献,天书一般的量子力学终于建立起来,这是人类的奇迹。玻尔与爱因斯坦也争论了一辈子。相比之下,我们的环境学术气氛就太差了,讨论是那么的少,稍有争论就伤感情,如此脆弱的气质怎么能对科学有所贡献呢?现代科学已完全是一种社会事业,远不是个人独立能有所建树的,为什么小小的德国出那么多哲学家,为什么小小的卡文迪许实验室出那么多著名科学家?为什么贝尔公司微软公司有那么多的发明?这一切说明科学环境太重要了。一个社会要真正重视科学则首先注意科学环境的创造和维护。中小学要培养辩论水平,大学要有较多的学术活动,学术权威应多向爱因斯坦学习,努力发现和推荐新人,注意培养科学道德,蔑视和打击科学上的剽窃和弄虚作假,保护知识产权。

      科学精神到底有多少,需要大家来讨论,我想,把科学精神概括为以上五种,并以五个著名科学家的名字来命名能够较好地突出科学的特质,有助于,我们大规模的普及科学思想,创建精神文明。

      五、科学与技术的区别

      技术(technology)一词的愿意是木匠,这也许在古代木匠在各工匠中最具技艺的原故。技术的定义是人们在生产活动中,各种具体技艺、经验和具体知识。

      我认为是一门研究各种自然现象并寻找探索它所成的规律的一门功课,需要你的探索精神。

      “科学”是反映自然、社会、思维等的客观规律的分科的知识体系。
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    八、研究科学的目的  研究科学的目的有两个:第一是给出新的解决问题方式;第二是试图更简约地理解自然现象。

      这个世界的演化是有逻辑规律的, 这个宇宙间丰繁多姿的现象背后是有原因的, 这是科学存在的前提, 也是任何智慧存在的前提。 至于这个宇宙为什么是有逻辑规律的, 这并不属于科学的范畴。 我们存在于这样一个宇宙中, 这是一个基本的经验事实。当人类每一次重新理解自然现象的时候,都是对原有理论和方法的不同程度的否定,因此必然涉及科学权威和社会意识形态的改变,因此需要艰难的取证。这一点,只要看一下对《天体运行论》的三个著名评论就可明白:

      恩格斯评价哥白尼的《天体运行论》:

      自然科学借以宣布其独立并且好像是重演路德焚烧教谕的革命行为,便是哥白尼那本不朽著作的出版,他用这本书(虽然是胆怯地而且可说是只在临终时)来向自然事物方面的教会权威挑战,从此自然科学便开始从神学中解放出来。

      W.海森伯评价哥白尼的《天体运行论》:

      今天,我们甚至可以以更极端的形式说,“静止”一词是由地球静止着这个陈述来定义的,并且我们把相对于地球是不动的每一物体描述为静止的。如果对“静止”一词作如此理解——而这是普遍接受的意义——那么,托勒密是对的,哥白尼却错了。只有当我们沉思了“运动”和“静止”的概念,并把运动理解为至少是关于两个物体的关系的陈述,我们才能够把关系倒转过来,使太阳成为行星系的不动的中心并获得一个简单得多、也更统一的关于行星系的观点,后来牛顿充分评价了这种观点的阐明的力量。因此,哥白尼把一个全新的要素加到直接经验之上,我称这个要素为“自然定律的简单性”,而它与直接经验毫无关系。

      聂文涛评价哥白尼的《天体运行论》:

      这是对天体进行的一次完全的数学研究,或者称为纯粹的逻辑运算。哥白尼在《天体运行论》开篇就说:“不懂几何者禁止入内。”人类每一次最具有革命意义的进步,都是依靠科学家深邃的思考和逻辑运算,而所谓的观察则大多数只是对逻辑的检验。所以,调查统计的说服力是非常有限的。人类应该恢复对智力的信心而不仅仅是眼睛。

      应当看到, “简化” 是一个比较含糊的字眼, 不问内涵地追求简单性会使人误入歧途。 最大而又最荒唐的简单性莫过于把一切归因于上帝, 就象圣经所宣称的, 那比 Newtow 定律, Maxwell 方程式, 或是相对论的基本原理简单多了。 但那不是科学, 因为圣经只不过是把它所 “解释” 的东西罗列了一遍, 上帝第一天创造什么, 第二天创造什么, 如此而已。 除了生添一个上帝外, 这种所谓的 “解释” 并不构成任何实质意义上的简化。 更重要的是, 这种 “简单性” 缺乏人们对科学的一个很基本的期盼, 那就是要能够预言未知的或未来的现象。 仅限于对已知现象的归纳整理这更接近于历史而不是科学。

      那么对自然现象什么样的理解能够构成实质意义上的简化, 并且具有科学所必须具有的预言性呢? 是逻辑推理。 把科学的理论框架建立在逻辑推理之上是其力量的重要源泉, 也是科学有别于宗教的一个极其本质的特征。 在一个科学理论中从基本原理到对现象的解释是用逻辑推理的方式来衔接的。 因为逻辑推理的有效性是宇宙间一个近乎于先验的最基本事实, 我相信人类远在意识到 “逻辑” 这个概念之前, 就已经在本能地运用着初等的逻辑推理了。 逻辑推理具有极大的延展性和客观性。 从一个科学理论的基本假定出发, 运用逻辑推理可以衍生出近乎于无限的推论, 而且这些推论是以非常确凿并且独立于个人意志的方式存在着的。 一个科学理论一旦提出就以一种完全严谨和谦虚的方式存在于学术界。 任何人都有权对它的基本假定和逻辑推论进行检验。 任何一个这样的检验如果得出明确的否定结果, 就意味着理论被推翻, 或者其局限性被发现。 科学理论的这一特征被科学哲学家 Popper 提升到了一个核心的地位。 Popper 写过很多大部头的书, 其中一个基本的观点, 就是认为一个理论成为科学理论的必要条件是这个理论具有可证伪性。 也就是说一个理论要成为科学理论, 必须明确地提出在何种情形下它可以被推翻。 这一点初看起来很出人意表, 因为通常人们在思考科学理论时往往是从证明而不是证伪的角度去考虑的。 但细想一下其实却不难理解, 因为一个科学理论的推论是无穷尽的, 再多的实验也只能加强它的可信性而无法证明它的正确性。 相反, 由于科学理论明晰的逻辑推理性, 要推翻它却只要有一个确凿的反例就可以了。

      人性有弱点, 科学家是人, 故也不例外。 疏忽、 偏见, 甚至蓄意的伪造都可能带来谬误。 科学之所以能够在探索自然的漫长征途中去芜存菁, 获得卓越的发展, 正是得益于科学理论严密的逻辑性和科学界这种公正、 谦虚和理性的态度, 这是人类智慧的骄傲。
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    九、科学作为形容词的解释  合乎科学的。很多情况下作为形容词,其涵义是:“正确的”。例:①这种方法很科学;②科学共产主义;③科学发展观。
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    十、《科学》期刊  该杂志于1880年由爱迪生投资1万美元创办,于1894年成为美国最大的科学团体“美国科学促进会”(American Association for the Advancement of Science ,AAAS)的官方刊物。全年共51期,为周刊,全球发行量超过150万份。

      多数科技期刊都要向读者收取审稿、评论、发表的相关费用。但《科学》杂志发表来稿是免费的。其杂志的资金来源共有三部分:AAAS的会员费、印刷版和在线版的订阅费、广告费。

      《科学》杂志属于综合性科学杂志,它的科学新闻报道、综述、分析、书评等部分,都是权威的科普资料,该杂志也适合一般读者阅读。“发展科学,服务社会”是AAAS也是《科学》杂志的宗旨。

      在全球,《科学》杂志的主要对手为英国伦敦的《自然》杂志,该杂志创办于1869年,曾发表了大量的达尔文赫胥黎等大师的文章。21世纪的 前4年中,二者为率先发表人类基因排列的图谱而激烈竞争。

      《科学》杂志的主编唐纳德·科尼迪毕业于哈佛大学,博士学位,为斯坦福大学第八任校长,著名的环境科学教授。

      《科学》杂志官方网址:http://www.sciencemag.org

      《科学》九年制义务教育教科书,三——六年级使用。
    匿名  发表于 2017-2-4 11:40:25

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    匿名  发表于 2017-6-5 04:08:08

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