科學方法論-2014-4-提出科學假說和建立科學理論的方法

提出科學假說和建立(jiànlì)

科學理論的方法康仕慧山西大學科哲中心(zhōngxīn)共四十六頁科學(kēxué)結論生物學家：人是由猿進化來的。宇宙學家：宇宙一直在膨脹。物理學家：一切物質都遵循萬有引力定律(dìnglǜ)?？茖W家為何會做出這樣的斷言呢？——答案是：科學家們是通過推理或推論確信上述結論的?？茖W推理的本質是什么？對于科學家們所作的推論我們應該持有多大的信任度？2共四十六頁1、演繹推理2、歸納推理

3、歸納難題4、最佳(zuìjiā)說明推理提出科學(kēxué)假說和建立

科學(kēxué)理論的方法3共四十六頁演繹推理(yǎnyìtuīlǐ)所有的中國人都是勤勞的。張三是一個中國人?！虼?，張三是勤勞的。演繹推理：如果前提為真，那么結論一定也為真。推理(tuīlǐ)的前提必然導致結論。

特點：從一般原理推出個別結論4共四十六頁演繹推理(yǎnyìtuīlǐ)凡人皆有死。（大前提）愛因斯坦是人。（小前提）———————————因此，愛因斯坦終是有死的。（結論）演繹推理：如果前提為真，推理正確遵循邏輯規(guī)則，那么(nàme)結論一定也為真。

特點：結論不會含有比前提中更多的信息。既然知道凡人皆有死而愛因斯坦是人，那么愛因斯坦終是有死的信息就已在前提中出現(xiàn)。5共四十六頁演繹推理(yǎnyìtuīlǐ)所有的貓都有5條腿。朵朵是我的貓。———————————因此，朵朵有5條腿。

這是一個完全有效的演繹推理，顯然，僅靠邏輯并不能發(fā)現(xiàn)(fāxiàn)自然界的真，也建立不起科學理論。那么，科學定律是如何推導出來的呢？6共四十六頁歸納推理(ɡuīnàtuīlǐ)金屬受熱時會(shíhuì)膨脹。酸會使石蕊試紙變成紅色。

金屬x1在時刻t1受熱時膨脹。金屬x2在時刻t2受熱時膨脹。金屬xn在時刻tn受熱時膨脹?！薪饘僭谑軣釙r都膨脹。普遍命題7共四十六頁歸納推理(ɡuīnàtuīlǐ)擴展推理——結論中所含信息多于前提中所蘊含的?？梢杂芍苯咏?jīng)驗獲知的前提推出未知的結論，即尚未觀察到或經(jīng)驗過的結論。可以從描述觀察到的特殊事件開始，到預言未來（或追溯過去）的更多的特殊事件為止。這種推理（特別是在科學研究中）往往是從描述觀察到的特殊事件開始，到概括大量的與其相似而又未觀察到的特殊事件為止，這些事件可以發(fā)生在過去、現(xiàn)在(xiànzài)或將來。8共四十六頁歸納推理(ɡuīnàtuīlǐ)擴展推理——結論中所含信息多于前提(qiántí)中所蘊含的。從已知特殊到未知特殊推斷從特殊到一般歸納9共四十六頁歸納推理(ɡuīnàtuīlǐ)盒子里前五個雞蛋壞了。所有雞蛋上標明的保質日期都相同?！虼?，第六個雞蛋也將是壞的。歸納推理：如果前提為真，那么結論不一定也為真。推理的前提并不必然導致結論。歸納推理：從關于某對象已被檢驗的前提推論到關于該對象的未被檢驗的結論。特點：從個別事實推演(tuīyǎn)出一般原理。10共四十六頁日常生活中的歸納推理(ɡuīnàtuīlǐ)迄今為止，我的電腦在打開時都不曾爆炸?！虼?，我的電腦在此時打開時將不會爆炸。

該推論是歸納的，不是演繹的。因為推理的前提并不必然(bìrán)得出結論。我的電腦此時爆炸在邏輯上可能的，即使這在以前從來沒有發(fā)生過。11共四十六頁迄今為止，天下雨地面就會濕?！虼?，天一下雨地面就會是濕的。

該推論是歸納的，不是演繹的。因為推理的前提并不必然得出結論。天此時下雨但地面并沒有濕在邏輯上可能的，即使這在以前從來(cónglái)沒有發(fā)生過。日常生活中的歸納推理(ɡuīnàtuīlǐ)12共四十六頁迄今為止，太陽一直東升西落?！虼?，明天太陽也將東升西落。

該推論是歸納的，不是演繹的。因為推理的前提并不必然得出結論。明天太陽從西邊升起在邏輯上可能的，即使(jíshǐ)這在以前從來沒有發(fā)生過。日常生活中的歸納推理(ɡuīnàtuīlǐ)13共四十六頁迄今為止，小麗一哭奶奶就給她零花錢。———————————因此，現(xiàn)在小麗一哭奶奶也將給她零花錢。

該推論是歸納的，不是演繹的。因為推理的前提并不必然得出結論。奶奶現(xiàn)在不給小麗零花錢在邏輯上可能(kěnéng)的，即使這在以前從來沒有發(fā)生過。日常生活中的歸納推理(ɡuīnàtuīlǐ)14共四十六頁迄今為止，人都會死去?！虼?，所有的人將來也都會死去。

該推論是歸納的，不是(bùshi)演繹的。因為推理的前提并不必然得出結論。人長生不老在邏輯上可能的，即使這在經(jīng)驗上看似顯得荒謬。日常生活中的歸納推理(ɡuīnàtuīlǐ)15共四十六頁

遺傳學家告訴我們唐氏綜合癥患者具有一條多余的染色體——他們擁有(yōngyǒu)47條而不是常人的46條。

他們是如何發(fā)現(xiàn)的呢？迄今為止，所有被檢驗的唐氏綜合癥患者都有47條染色體。———————————因此，所有的唐氏綜合癥患者（包括尚未進行檢驗的）都有47條染色體?？茖W(kēxué)中的歸納推理16共四十六頁

牛頓的萬有引力原理：宇宙中的每一個物體都會對任一其他物體產(chǎn)生引力作用。

很顯然，牛頓并沒有通過檢驗宇宙中的每一物體來得出這一定律。那么他是如何(rúhé)發(fā)現(xiàn)的呢？行星和太陽以及地球表面附近各種運動的物體適用這個定律?！虼耍摱蓪λ械奈矬w都適用。科學(kēxué)中的歸納推理17共四十六頁

報紙或媒體評論說科學家已經(jīng)“通過實驗證明”基因改良的玉米對人體是安全的?？茖W家已經(jīng)對大量的人測試了這一種玉米，迄今為止，沒有一個人產(chǎn)生(chǎnshēng)不良反應?！虼?，基因改良的玉米永遠是安全的。這種玉米對于被檢驗過的人沒有任何壞處?！@種玉米對于任何人都沒有壞處?？茖W(kēxué)中的歸納推理18共四十六頁《詠菊詩》王安石-蘇東坡西風昨夜過園林，吹落黃花滿地金。秋花不比春花落，說與詩人(shīrén)仔細吟。

歸納推理(ɡuīnàtuīlǐ)的不可靠19共四十六頁寓言故事：有一只公雞早上醒來打鳴，它每次打鳴時，太陽就升起來了。因此，它非常(fēicháng)自豪，以為自己可以使太陽升起來，所以它每天早上總是按時起來打鳴。例子(lìzi)2：公雞打鳴20共四十六頁以對一種疾病(jíbìng)新疫苗的試驗為例。這一疫苗可在幾個實驗中都證明有效，但我們?nèi)圆桓覕嘌詫硪矔行?。?943和1945兩年美國大規(guī)模試驗中起到很好預防作用的流感疫苗，在1947年流感再次流行時卻無效。原因在于：1947年的流感病毒菌株不同于1943年和1945年引起流感的流感病毒菌株。例子(lìzi)3：流感疫苗21共四十六頁這不是一個(yīɡè)普通的火雞，這是一只會思考的火雞，而且它是一個(yīɡè)卓越的歸納主義者，它會用歸納的方式來思考。這只會思考的火雞有一個重大發(fā)現(xiàn)：每天上午9點鐘主人總會給它喂食。但是這只火雞是一只有思想的火雞，它不會馬上做出結論，它就一直在搜集相關的證據(jù)，進行了大量的觀察。而且它的觀察是在不同的情況下進行的，比如說雨天和晴天，熱天、冷天，星期三和星期四，它每天在自己的記錄中都會加入新的觀察和陳述，到最后它才進行歸納整理，得出結論。這個火雞說，主人是一個非常善良好心的主人，他總是在每天上午9點鐘來給我喂食。從此它就放心了，但是事情并沒有像它想象的那樣簡單快樂。到了圣誕節(jié)的前一天，這個主人不僅沒有給它喂食而且還把它殺了，做了一頓香噴噴的火雞大餐。通過歸納總結概括的結論，終于被無情地推翻了。例子(lìzi)4：羅素的火雞22共四十六頁休謨的歸納(guīnà)問題23共四十六頁歸納的分類:（1）本能的歸納；（2）由對常識的思考獲得的歸納；（3）通過批判性科學研究獲得的歸納。盡管歸納對獲得有關經(jīng)驗世界的知識十分重要，但是(dànshì)那種原始的歸納，并非一定能讓我們獲得最可靠的知識。新的經(jīng)驗會促使我們修正以前認為是沒有問題的概括。比如：糾正太陽繞地球運轉這一常識性的概念。永遠不要絕對認為我們已經(jīng)掌握了經(jīng)驗知識，歸納出的知識基礎遠非意味著根深蒂固，進一步的經(jīng)驗仍可將其動搖。目前，尚無法證明歸納不出錯誤。即使所有的前提均為真，都不可能證明，歸納推理是保證結論必然為真的手段。歸納(guīnà)問題24共四十六頁休謨問題(wèntí)大衛(wèi)(dàwèi)·休謨（DavidHume，1711-1776）“我們沒有理由對那些超越我們經(jīng)驗的任何對象作出任何推斷”，即便是在觀察到它們的“經(jīng)常的或恒常的聯(lián)結”之后。也就是說，并不存在從大量的觀察證據(jù)達到真理的合法推理。休謨認為，我們沒有任何邏輯理由去相信未來將像過去一樣。25共四十六頁訴諸經(jīng)驗的成功經(jīng)驗告訴我們歸納論證是成功的。我們每天都在不可避免地運用著歸納推理。相信明天太陽不從東方升起的人是奇怪的。但是這種辯護本身(běnshēn)就是一種歸納推理，也就是用歸納證明歸納，是循環(huán)論證。如何為歸納推理進行(jìnxíng)辯護？26共四十六頁歸納原理在場合x1成功地發(fā)揮了作用。歸納原理在場合x2成功地發(fā)揮了作用，等等。歸納原理總能發(fā)揮作用。這種辯護本身就是一種歸納推理(ɡuīnàtuīlǐ)，也就是用歸納證明歸納，是循環(huán)論證。如何(rúhé)為歸納推理進行辯護？27共四十六頁增加(zēngjiā)附加前提，把歸納論證轉換為演繹論證。前提一：所有已被檢驗的唐氏綜合癥患者都有47條染色體。前提二：未檢驗的唐氏綜合癥患者與已被檢驗的唐氏綜合癥患者具有相似性。（自然的齊一性假設）—————————————————————因此，所有的唐氏綜合癥患者都有47條染色體。但是，自然的齊一性假設本身就是一種歸納。如何為歸納推理進行(jìnxíng)辯護？28共四十六頁休謨的歸納(guīnà)問題在通常情況下，我們認為科學正是理性探究的范式。對科學家們所說的關于世界的一切，我們深信不移。每一次坐飛機旅行，我們都把自己的生命放在設計飛機的科學家的手上。但是科學卻依賴著歸納，休謨的觀點似乎表明歸納不可能被理性地辯護。如果休謨正確，建立科學的基礎看起來就不如我們所希望的那樣堅固。這種使人困惑的情形被稱為(chēnɡwéi)休謨歸納問題。29共四十六頁最佳(zuìjiā)說明推理30共四十六頁非演繹推理(yǎnyìtuīlǐ)：歸納迄今為止，所有驗證過的x都是y。

——————————————下一個將要(jiāngyào)驗證的x也會是y，或者，所有的x都是y。31共四十六頁非演繹推理：最佳(zuìjiā)說明推理櫥柜里的面包不見了，僅留下一些面包屑。昨天晚上聽到了來自櫥柜的嗤嗤聲音。

——————————————所以，面包是被老鼠吃了。

前提并不必然導致(dǎozhì)結論，是非演繹推理。32共四十六頁非演繹推理：最佳(zuìjiā)說明推理老鼠假說保姆假說保姆偷吃后故意留下面包屑。嗤嗤的聲音是水壺發(fā)出(fāchū)的。老鼠假說的解釋更為合理，這種推理就被稱為最佳說明推理。雖然我們不能確定猜想老鼠作案是對的，但總體來講這個假說看起來相當合理：它是對已知事實最好的解釋方式。33共四十六頁科學(kēxué)中的最佳說明推理達爾文的生物進化論馬和斑馬由上一級共同祖先演化而來——為解剖學的相似性提供(tígōng)了最佳解釋。兩個相互競爭的假說：最佳說明34共四十六頁科學(kēxué)和偽科學35共四十六頁歸納推理(ɡuīnàtuīlǐ)的缺陷科學(kēxué)的確證科學的證偽卡爾?波普爾（KarlR·Popper

，1902-1994）假說-演繹36共四十六頁科學(kēxué)的可證偽性標準波普爾認為(rènwéi)科學理論的基本特征是它應具有可證偽性?？勺C偽性并不是說它是錯的。而是說它意味著該理論能夠作出一些可以用經(jīng)驗進行檢驗的特定預測。如果這些預測被發(fā)現(xiàn)是錯誤的，這一理論就被證偽了，或者說被否證了。一個可證偽的理論是指——它不能和每一個可能的經(jīng)驗過程相容。一些所謂的科學理論是不滿足這一條件的，因此根本不應該被稱為科學，它們是偽科學。37共四十六頁不可(bùkě)證偽的偽科學弗洛伊德的精神分析理論。弗洛伊德的理論可以與無論怎樣的經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)相一致。對于患者的任何(rènhé)行為，弗洛伊德學派都可以找到相應的解釋——他們永遠不會承認自己的理論是錯的。馬克思的歷史理論馬克思主張，資本主義將讓位于社會主義并最終走向共產(chǎn)主義。當這一斷言沒有變成現(xiàn)實時，馬克思主義者并不承認馬克思的理論是錯的，而是會提出各種解釋為之辯護。因此，馬克思的理論和現(xiàn)有的各種社會形態(tài)相容，是不可證偽的，因而不是真正的科學。38共四十六頁科學(kēxué)的可證偽性愛因斯坦的廣義相對論預測：來自遙遠星球的光線會在太陽引力場的作用下發(fā)生偏轉現(xiàn)象。驗證：1919年英國天文學家愛丁頓組織的探險考察隊驗證了這一預測。假如事實上星光沒有被太陽偏折，就表明愛因斯坦是錯誤的。因此(yīncǐ)，愛因斯坦的理論滿足可證偽性條件。39共四十六頁科學(kēxué)的可證偽性標準合理嗎？可證偽性如果經(jīng)驗與預測不符，則相應的科學理論被證偽。反例：牛頓萬有引力理論預測：行星在圍繞太陽旋轉時有特定的軌道。經(jīng)驗：觀測到的天王星的軌道與牛頓的預測不一致。實踐(shíjiàn)：英國的亞當斯和法國的勒威耶并沒有假定牛頓的理論是錯的，而是假定存在另外一顆行星，最終發(fā)現(xiàn)確實存在海王星。40共四十六頁科學(kēxué)的可證偽性標準合理嗎？因此，可證偽性并不是決定一種理論(lǐlùn)是否是科學理論(lǐlùn)的標準。在波普爾之后，又出現(xiàn)了許多新的解釋。41共四十六頁假說-演繹(yǎnyì)也涉及歸納假說的提出