論自然科學(xué)及其研究報(bào)告方法

1、-. z.鐵道大學(xué)自然辯證法論文論文題目：論自然科學(xué)及其研究方法學(xué)院：研究生學(xué)院*：振中*： 120160103 學(xué)科專業(yè)：巖土工程 2016年12月29日摘要自然科學(xué)不單指我們所生活的世界，還包括我們所探索和認(rèn)識(shí)世界的重要方法及其成果，我們?cè)趯?duì)自然的探索中，我們不免有疑問，我們真的了解我們所在的世界嗎？這個(gè)世界存在絕對(duì)真理嗎？當(dāng)我們解決一個(gè)又一個(gè)難題的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)急需解決的問題又會(huì)更多，所謂知道的越多，我們不了解的也就越多。本文從世界上沒有絕對(duì)真理這一論題出發(fā)，淺談自然科學(xué)的研究方法，包括實(shí)踐過程和理論推導(dǎo)過程，并從熱力學(xué)角度論述了當(dāng)前自然界普遍存在的兩類現(xiàn)象，即自組織現(xiàn)象以及混沌和分形理論

2、。沒有絕對(duì)真理，只有相對(duì)真理的理論，要求我們敢于質(zhì)疑，敢于打破固有觀念，防止跌入思維定勢(shì)的陷阱，這樣科學(xué)才會(huì)進(jìn)步，是我們?nèi)フJ(rèn)識(shí)自然，探尋真理的起因和動(dòng)力；而科學(xué)研究方法是我們?nèi)フJ(rèn)識(shí)自然，探尋真理的手段；而自然界普遍存在的兩類現(xiàn)象是我們從熱力學(xué)研究角度出發(fā)，在認(rèn)識(shí)自然，探尋真理的過程中得到的重要成果?？傊?，我們對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)不斷深入，但我們對(duì)真理的探尋卻永不止步，這還需要我們科技工作者的不斷努力。關(guān)鍵詞：絕對(duì)真理，相對(duì)真理，科學(xué)實(shí)驗(yàn)法，數(shù)學(xué)模型法，自組織現(xiàn)象，混沌理論，分形理論-. z.1絕對(duì)真理與相對(duì)真理我們所學(xué)習(xí)的知識(shí)和定理在所有條件下都是正確的嗎？比方在平面中，圓周上的點(diǎn)到圓心的距離處處相等

3、，以及三角形角和等于180度，但當(dāng)我們認(rèn)識(shí)的深入，我們以前所認(rèn)識(shí)的真理需要參加限制條件，比方在空間曲面中三角形角和就大于180度，同樣此時(shí)圓周上的點(diǎn)到圓心的距離也不是處處相等的。此時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，以上情形必須參加限定條件在平面中，才會(huì)是正確的，絕對(duì)真理只有在特定的限制條件下才成立，顧真理具有相對(duì)性，真理是相對(duì)而言的。世界上沒有絕對(duì)真理，如果有則就是要添加條件。我們?nèi)祟愇拿鞯拈_展無非是在探索未知的世界和發(fā)現(xiàn)新奇事物，從哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸到愛因斯坦發(fā)現(xiàn)相對(duì)論以及振寧和政道發(fā)現(xiàn)的宇稱不守恒定律等等。我們對(duì)未知事物的探索每往前進(jìn)一步都是對(duì)以往固有知識(shí)的否認(rèn)，我們站在知識(shí)邊界上向未知世界凝望，發(fā)現(xiàn)我們的知識(shí)邊

4、界越廣闊，我們所面臨的未知世界越龐大。可以這么說，人類文明的探索過程是一個(gè)無限翻開房間的過程，我們發(fā)現(xiàn)我們翻開的房間已經(jīng)很多了，但是在我們翻開的房間里面還有新的門，在那扇門的后面還有新的房間，新的房間里面可能還會(huì)有新的房間，我們所面臨的世界可能僅僅只是絕對(duì)世界的很小一局部，我們還有無窮無盡的未知有待探索，無窮無盡的未知猶如這廣袤的宇宙，深邃迷人而又讓人敬畏。我們?cè)谔剿鞯倪^程中，我們雖然對(duì)房間的所以物品都了如指掌，比方它的大小，它的擺放位置等，但是房間里面還有門，門后面的房間是什么？里面有什么樣的物品？物品所擺放位置和原來房間的擺放位置一樣，還是無序？在我們沒進(jìn)入房間時(shí)，我們是絕對(duì)無法了解的。但

5、是有一點(diǎn)我們可以肯定，翻開新房間的過程無非是一個(gè)創(chuàng)造新條件的過程，我們所熟知的公式、定理都僅適用原本特有的條件，而在新條件下，那些原有的公式和定理可能使用也可能不適用。比方牛頓的經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀低速物體，宏觀低速就是一個(gè)原有條件，而在微觀高速的新條件下，牛頓的經(jīng)典力學(xué)的公式和定理就不適用了，此時(shí)量子力學(xué)和相對(duì)論在新條件下是適用的，它們是新房間里面的新物品，但是新物品也只是存在于新房間，而且也無法改變?cè)瓉砦锲吩谠瓉矸块g的位置，即我們的探索僅僅只是一個(gè)增加條件的過程，而原來?xiàng)l件下的公式、定理是經(jīng)過無數(shù)人驗(yàn)證過的，是正確的，它們只存在于一個(gè)特有的條件下而已。就好比是宇宙中的物質(zhì)，靜止是相對(duì)的，運(yùn)

6、動(dòng)是絕對(duì)的，故沒有絕對(duì)真理，而只有相對(duì)真理。同樣，這個(gè)世界沒有絕對(duì)的錯(cuò)，也沒有絕對(duì)的對(duì)，正確的觀點(diǎn)里包含錯(cuò)誤的成分，錯(cuò)誤的觀點(diǎn)里也包含正確的成分，只是適用的條件不同和觀察的角度不同而已。2科學(xué)研究的方法科學(xué)分為自然科學(xué)和人文科學(xué)，這里我主要強(qiáng)調(diào)自然科學(xué)，自然科學(xué)作為一種高級(jí)復(fù)雜的知識(shí)形態(tài)和認(rèn)識(shí)形式，是在人類已有知識(shí)的根底上，利用正確的思維方法、研究手段和一定的實(shí)踐活動(dòng)而獲得的，它是人類智慧和創(chuàng)造性勞動(dòng)的結(jié)晶?？茖W(xué)研究方法可以簡(jiǎn)述為理論與實(shí)踐的統(tǒng)一?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)是實(shí)踐的重要容，而數(shù)學(xué)模型法是理論推導(dǎo)中的重要容。2.1科學(xué)實(shí)驗(yàn)法科學(xué)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)踐和社會(huì)實(shí)踐并稱為人類的三大實(shí)踐活動(dòng)。實(shí)踐不僅是理論的源泉

7、，而且也是檢驗(yàn)理論正確與否的惟一標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)就是自然科學(xué)理論的源泉和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。特別是現(xiàn)代自然科學(xué)研究中，任何新的發(fā)現(xiàn)、新的創(chuàng)造、新的理論的提出都必須以能夠重現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，否則就不能被他人所承受，甚至連發(fā)表學(xué)術(shù)論文的可能性都會(huì)被取締。即便是一個(gè)純粹的理論研究者，他也必須對(duì)他所關(guān)注的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，甚至實(shí)驗(yàn)過程有相當(dāng)深入的了解才行。因此，可以說，科學(xué)實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)開展中極為重要的活動(dòng)和研究方法。我們研究生可以通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)來研究事物。科學(xué)實(shí)驗(yàn)的種類有很多，比方定性實(shí)驗(yàn)和定量實(shí)驗(yàn)，對(duì)照比擬實(shí)驗(yàn)和相比照擬實(shí)驗(yàn)等，科學(xué)實(shí)驗(yàn)就是自然科學(xué)研究中的實(shí)踐活動(dòng)，尊重科學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，就是堅(jiān)持唯物主義觀點(diǎn)，無視實(shí)驗(yàn)事實(shí)

8、，或在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中弄虛作假，都是唯心主義的作法，最終必然碰壁。任何自然科學(xué)理論都必須以豐富的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的真實(shí)信息為根底，經(jīng)過分析、歸納，從而抽象出理論和假說來。一個(gè)科學(xué)工作者必須腳踏實(shí)地，這個(gè)實(shí)地就是科學(xué)實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果，因此，唯物主義思想是每一個(gè)自然科學(xué)工作者都應(yīng)該具備的根本素質(zhì)之一。2.2數(shù)學(xué)模型法我們除了實(shí)踐以外，我們還需要理論推導(dǎo)，理論推導(dǎo)的過程是將實(shí)踐的結(jié)果和理論的預(yù)測(cè)的結(jié)果相對(duì)照，而后驗(yàn)證理論是否正確或方法是否正確，以便改良方法和優(yōu)化理論。理論推導(dǎo)的重要容是數(shù)學(xué)模型法。在科學(xué)研究中，經(jīng)常需要進(jìn)展科學(xué)抽象，并通過科學(xué)抽象，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法去定量提醒研究對(duì)象的規(guī)律性，其數(shù)學(xué)模型法根本過程是：(1

9、)先將研究的原型抽象成理想化的物理模型，也就是轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念；(2)在此根底上，對(duì)理想化的物理模型進(jìn)展數(shù)學(xué)科學(xué)抽象(科學(xué)抽象的一種形式)，使研究對(duì)象的有關(guān)科學(xué)概念采用符號(hào)形式的量化，到達(dá)初步建立起數(shù)學(xué)模型，即形成理想化了的數(shù)學(xué)方程式或具體的計(jì)算公式；(3)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)展驗(yàn)證，即將其略加修正后運(yùn)用到原型中去，對(duì)其進(jìn)展數(shù)學(xué)解釋。所謂提煉數(shù)學(xué)模型，就是運(yùn)用科學(xué)抽象法，把復(fù)雜的研究對(duì)象轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，經(jīng)合理簡(jiǎn)化后，建立起提醒研究對(duì)象定量的規(guī)律性的數(shù)學(xué)關(guān)系式(或方程式)。這既是數(shù)學(xué)方法中最關(guān)鍵的一步，也是最困難的一步。提煉數(shù)學(xué)模型，一般采用以下六個(gè)步驟完成：第一步：根據(jù)研究對(duì)象的特點(diǎn)，確定研究對(duì)象屬哪類

10、自然事物或自然現(xiàn)象，從而確定使用何種數(shù)學(xué)方法與建立何種數(shù)學(xué)模型。第二步：確定幾個(gè)根本量和根本的科學(xué)概念，用以反映研究對(duì)象的狀態(tài)。第三步：抓住主要矛盾進(jìn)展科學(xué)抽象。第四步：對(duì)簡(jiǎn)化后的根本量進(jìn)展標(biāo)定，給出它們的科學(xué)涵。第五步：按數(shù)學(xué)模型求出結(jié)果。第六步：驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型。以上是數(shù)學(xué)模型法進(jìn)展科學(xué)研究和理論推導(dǎo)的一般步驟，正如馬克思曾指出：一種科學(xué)只有當(dāng)它到達(dá)了能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)時(shí)，才算真正開展了。數(shù)學(xué)語言(方程式或計(jì)算公式)是最簡(jiǎn)明和最準(zhǔn)確的形式化語言，只有這種語言才能給出定量分析的理論和計(jì)算方法，通過理論計(jì)算給出的信息，可以給人們提供*種預(yù)測(cè)、*種預(yù)言。這種預(yù)示性的信息，既可能帶來*種發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和創(chuàng)造，也

11、可能導(dǎo)致極大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，從而使人們格外地感受到它的分量。數(shù)學(xué)作為自然科學(xué)研究的可靠工具，是因?yàn)樗睦碚擉w系是經(jīng)過嚴(yán)密邏輯推證得到的，因此它也為科學(xué)研究提供了眾多邏輯推理方法；同時(shí)數(shù)學(xué)也是一種辯證思維和抽象思維的語言，因此也同樣為科學(xué)研究提供了辯證思維和抽象思維的方法。3自然界中兩類重要現(xiàn)象我們所生活的世界理論上可以無限復(fù)雜，但我們選取一個(gè)角度觀察，比方從熱力學(xué)角度來看，自然界存在有兩類現(xiàn)象，它們分別是如下的自組織現(xiàn)象以及混沌和分形特征。3.1兩類有序構(gòu)造和自組織現(xiàn)象自然界中，生物體是處于遠(yuǎn)離平衡態(tài)的典型的開放系統(tǒng)，因?yàn)樗偸窃诓粩嗟貜钠渖娴沫h(huán)境中吸取營(yíng)養(yǎng)、排出廢物。而生物體在形態(tài)和功能

12、上都是自然界寧最復(fù)雜、最有組織的物體。生物體在各級(jí)水平(分子、細(xì)胞、個(gè)體、群體)上都呈現(xiàn)著有序現(xiàn)象。例如許多樹葉、花朵及各種動(dòng)物的皮毛等常呈現(xiàn)出很漂亮的規(guī)則圖案，而且其生物討程都呈現(xiàn)著周期性的變化規(guī)律。這是否就意味著，遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)有著不同于處于平衡態(tài)的孤立系統(tǒng)中的規(guī)律性呢？自然界中有兩類有序構(gòu)造，一類是像晶體中出現(xiàn)的有序構(gòu)造，它是在分子水平上定義的有序，并可在孤立的環(huán)境中和在平衡的條件下維持其有序，且不需要與外界環(huán)境交換能量和物質(zhì)。另一類是有序構(gòu)造是在非平衡條件下的開放系統(tǒng)中呈現(xiàn)的時(shí)空有序性，而且需要與外界環(huán)境進(jìn)展物質(zhì)和能量的交換才能維持。生物體中的有序是屬于第二類有序構(gòu)造的典型，這類

13、有序構(gòu)造被普里高津命名為耗散構(gòu)造，因?yàn)樗男纬珊途S持需要能量的耗散。第一類有序構(gòu)造又稱為平衡構(gòu)造，因?yàn)樗稍谄胶鈼l件下形成和維持。一個(gè)系統(tǒng)的部由無序自動(dòng)變?yōu)橛行?，即自?dòng)使其量分子按一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象叫自組織現(xiàn)象。生命過程實(shí)際上就是生物體持續(xù)進(jìn)展的自組織過程。在自然界中，我們常?？梢杂^察到許多自發(fā)形成的宏觀有序構(gòu)造現(xiàn)象。例如，天空中的云也常形成宏觀的有序構(gòu)造，像魚鱗天和云街都是典型的自組織現(xiàn)象，天空中的云呈現(xiàn)出整齊的魚鱗狀排列稱為魚鱗天，而天空中的云呈現(xiàn)整齊的帶狀間隔排列，我們稱之為云街，這便是自然界中自組織現(xiàn)象的一個(gè)普通現(xiàn)象。3.2混沌理論和分形理論混沌理論用于研究有序如何從無序中產(chǎn)生，以及

14、如何探索它的規(guī)律性?；煦绗F(xiàn)象的研究最初是法國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家龐加萊在研究了受到引力相互作用的三個(gè)星體(例如，一個(gè)恒星和兩個(gè)行星)的軌道問題時(shí)開場(chǎng)的，他考慮到由三個(gè)星體初始點(diǎn)位置不同所引起的軌道行為的差異，他發(fā)現(xiàn)軌道對(duì)初值(初始位置)的改變十分敏感，即初值微小變化，運(yùn)行軌道隨著時(shí)間推移可以產(chǎn)生很大的差異。這意味著三個(gè)星體的軌道問題是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，即不可能從運(yùn)動(dòng)方程的形式及初值確定未來的軌道，即星體長(zhǎng)時(shí)間的行為具有很大的不確定性或隨機(jī)性。這種對(duì)初始條件十分敏感的現(xiàn)象就是混沌現(xiàn)象，也就是我們所說的蝴蝶效應(yīng)。這一特征不同于概率論中的隨機(jī)過程，隨機(jī)過程中的隨機(jī)性是指演化的下一次結(jié)果無法準(zhǔn)確預(yù)知，短

15、期無法預(yù)測(cè)，但長(zhǎng)期演化的總體行為卻呈確定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，混沌行為剛好相反，短期行為可確知，長(zhǎng)期行為不確定。混沌不是混亂，本質(zhì)上指的是一種無法預(yù)測(cè)的狀態(tài)。分形理論被應(yīng)用于研究客觀物體的另一類復(fù)雜性，如物體粗糙、破碎或不規(guī)則的程度。最開場(chǎng)它被用于測(cè)量英國(guó)海岸線的長(zhǎng)度，發(fā)現(xiàn)在無限放大的根底岸線會(huì)無限的長(zhǎng)，而且海岸線具有自相似性，即宏觀與微觀存在*種程度上的相似性。比方人擁有一個(gè)頭和兩條胳膊兩條腿，且我們的四肢每根都擁有5根指頭，正好指頭的數(shù)量正好對(duì)應(yīng)我們整體頭和胳膊的數(shù)量。此外自然界存在的各種各樣的樹，它們宏觀的形狀正好對(duì)應(yīng)微觀枝杈的形狀，再比方宇宙中，宏觀中的天體與微觀中的原子構(gòu)造都具有*種程度上的相

16、似性，正如*位科學(xué)家所說，如果我們抓住一個(gè)外星人，發(fā)現(xiàn)它有一個(gè)頭和四肢，則根據(jù)分形理論，它的一只手一定具有5跟手指頭。雖然我們沒見過外星人，我們也無法科學(xué)驗(yàn)證，但是我們可以感覺我們自然界存在的普遍規(guī)律進(jìn)展大膽推測(cè)，而分形現(xiàn)象就是我們自然界普遍存在的一個(gè)規(guī)律。4結(jié)論學(xué)習(xí)了自然辯證法這門課并查閱諸多資料，我認(rèn)識(shí)到了面對(duì)自然科學(xué)應(yīng)該具有如下素質(zhì)，也就是，我們作為研究生，雖擁有無盡的對(duì)科學(xué)探索的熱情，但只有我們相信沒有絕對(duì)真理，只有相對(duì)真理的理論，則我們便能夠敢于質(zhì)疑，敢于打破固有觀念，從而防止跌入思維定勢(shì)的陷阱，形成源源不斷的創(chuàng)新，推動(dòng)科學(xué)的進(jìn)步，該理論我們?nèi)フJ(rèn)識(shí)自然，探尋真理的起因和動(dòng)力；而科學(xué)研究方法包括理論和實(shí)踐的統(tǒng)一，容