第6章 科学理论评价.docx

1、第6章 科学理论评价第六章 科学理论的评价与发展 在科学的发展过程中，当一个新的科学理论提出后，它要经过科学共同体的评价和选择，才能被科学界接受；而科学理论一旦被接受，它又会按照一定的逻辑向前发展。科学共同体依据什么样的标准评价和选择理论，理论在发展过程中又会呈现出什么样的规律性？本章将对这些问题给予回答。第一节 科学理论的逻辑评价与经验检验科学理论的评价包括：逻辑评价和经验检验两个环节，科学理论的形成和确立必须通过评价和检验。科学家在经验检验之前，首先要对理论进行逻辑评价，以选择出一个优先进行检验的理论来，然后，再通过经验来验证理论的可靠性。逻辑评价：优劣，经验检验：真假一、 科学理论的逻辑

2、评价“科学理论的逻辑评价，主要是科学共同体的成员对科学理论的逻辑结构做出评价，即它是否合乎逻辑，它属于理性的考察，有时候也被人们称为理性检验。”新理论首先应经得起理性检验。发现理论的逻辑结构的欠合理和完备，为科学理论的发展指出方向。经不起理性检验的理论则没有必要经受进一步的经验检验。科学理论的逻辑评价主要包括相容性评价、自洽性评价和简单性评价三个方面。1、相容性评价1）含义“指通过与公认的相关科学理论的比较，评价新理论是否与公认的相关理论相违背。”公认的相关理论：一般是科学上已确立的理论。通过相容性评价，可以确认新理论在逻辑上是否合理。2）评价规则相容与不相容，两种理论间的逻辑关系。A, 相容

3、如果：从新理论T2 公认理论T1，或者：从新理论T2/公认理论T1那么：两者相容。可以断定：新理论得到了公认观点的支持。B, 不相容如果：从新理论T2 公认理论T1，或者： 与公认理论T1相悖的推论，两者不相容。在这种情况下可以断定：新理论没有得到公认理论的支持。举例：相对论、量子力学与牛顿力学 “能量亏损”与“能量守恒与转换定律” 3）不相容的解决当发现新的科学理论与公认的传统理论不相容时，必须区分两种情况：不相容是由于新理论自身的表述方式与通用的表述方式不协调造成的，还是由于新理论从本质上就和公认的传统理论中的基本原理根本抵触造成的前一种情况：考虑修改或完善新理论的表述方式，以避免新理论刚

4、一问世就面临暴风雨般的敌视，在新理论的初始创作过程中，更应如此。后一种情况：比较复杂。新理论表述上没问题，并得到新老证据的支持，但却推出与公认理论相悖的论断或推出了对公认理论的否定论断，它可能作为革命性观念而使公认的传统理论失去其评价准绳和比较对象的地位。举例：亚里士多德的物理学、托勒密的天文学、盖仑的医学及牛顿的经典力学新理论与公认理论相悖，始终未获得高质量证据的支持，且表述含混和模棱两可，该理论要么是其逻辑出发点错误，要么本来就是伪科学。不论哪一种情况出现，新理论在评价中被公认理论拒斥都是理所当然的。考察一个理论与公认理论之间是否相容，是科学家们拒斥轻率的理论的重要方法，也是利用经过大量经

5、验证实的、公认的理论抵制伪科学的重要手段。“永动机”、“水变油”。 2、逻辑简单性评价主要是评价理论的形式结构是否简单。“如果两个理论都能够同样好的解释类似的现象，那么，形式结构相对简单的理论被称为简单性的理论。”形式结构的简单性，是指理论中作为逻辑出发点，彼此独立的初始命题数量要尽可能的少，可以是参数或者变量较少，也可以是变量的次数、方程的阶较低，等等。形式结构的简单是对科学理论的逻辑基础的要求，而不是指科学理论内容的简单性。在相同条件下，简单性的理论更易被科学共同体接受，在科学史上从毕达哥拉斯学派起就认为简单性是科学评价中的一条重要原则。逻辑简单性之所以对科学理论的可接受性起着重要的作用，

6、主要是因为：第一，逻辑前提简单的理论，它所包含的信息容量也往往较大，因而具有更大的普遍性。举例：广义相对论与狭义相对论、四种基本的相互作用力逻辑前提简单的理论，相对来说比逻辑前提不简单的理论含有更多的经验内容，因而具有更强的可检验性和可否定性，也就更容易为人们接受。波普：理论表述内容越普遍，可证伪度就愈高，更容易被经验检验。第二，逻辑前提简单的理论，符合科学家的审美要求。美也是简单性。彭加勒：科学美表现为理论的统一、和谐、对称和简单性等方面。这几个方面实质上是一致的。和谐、统一是就理论的内容而言；对称是就理论的形式而言；简单性则是针对理论的逻辑前提而言。因此，具有逻辑简单性的理论也是美的理论，

7、也就更容易为科学家们所接受。公理化系统托勒密的宇宙体系与哥白尼的宇宙理论爱因斯坦：用一般坐标系的概念取代了惯性坐标系与非惯性坐标系，用坐标变换的广义协变性取代了惯性系之间的洛仑兹不变性， 第三，客观自然界本身具有和谐、统一、守恒和演化等本质和规律性，这些本质和规律性是理论逻辑简单性的客观基础。科学理论的逻辑简单性是自然界的和谐、统一和有序性在观念上的反映。对于简单性的评价标准也不应该绝对化。物理学，在促进科学的进步中起到了很大的作用医学，把本来复杂的事情过分简单化，反而使结论出错。巴斯德的“疾病菌原说”与“单因论”3、自洽性评价“分析理论内部是否自相矛盾。没有发现自相矛盾的理论，具有自洽性，反

8、之不具有自洽性。自洽性要求科学理论内部的各个命题相互之间必须有逻辑联系，不能相互冲突。一个理论T，不能同时逻辑推出命题A和非A， T没有逻辑矛盾，自洽，反之不自洽。悖论，从一个理论前提真可推得其前提假，或从其前提假可以推其前提真。科学家们在消除科学悖论的过程中，提出新的理论，深化了对自然界的认识。这一过程是一个纯粹的逻辑问题，一般可以不借助直接的实验。伽利略的思想实验，揭示了亚里士多德物理学的自相矛盾之处。处于进化阶段的科学理论，会在理论发展的过程中消解自身的不自洽之处。门捷列夫元素周期律理论不自洽的消除。处于退化阶段的科学理论，在新的关键性的反例越来越多的时候，对理论的不自洽的修改只能使该理

9、论进一步暴露出其内部的矛盾，从而加快其被新理论取代的速度。氧化学说克服燃素说的不自洽。对于复杂的不自洽的理论也不要轻易予以抛弃，理论本身还有个成长发展过程。有时，一个新生的理论移植在一个旧理论上，新理论会在这种自相矛盾的基础上成长，逐渐发展为自洽的理论。玻尔的旧星子理论中的光发射理论就是移植在与之矛盾的麦克斯韦理论上的。二、科学理论的经验检验解决科学理论是否与客观实际相符合的问题。通过观察和实验对理论的检验蕴含进行经验的验证。理论命题，全称命题，无法与具体的经验对应无法直接检验的。根据一定条件，推出一个单称的陈述，预见或预言。可以直接被经验检单称命题蕴含在推出它的那个全称命题（理论）之中，这个

10、单称命题，包括推出它的条件称之为该理论的检验蕴含。检验所获得的证据与理论的检验蕴含一致，这个科学理论得到确证，不相符，这个科学理论被否证。科学理论的检验是科学理论评价中极为重要的一个环节，其中包含复杂的认识论问题。1.科学理论的确证逻辑经验主义：科学理论中的经验与理论的关系，观察语言与理论语言的关系，通过对应规则把二者联系起来。“一个理论推出的检验蕴涵总是构成一个证据，在一定程度上支持和确认这个理论。我们将经验证据对理论的检验蕴含的支持和确认，叫做理论的确证。”尽管理论的经验确证不能完全证实一个假说，但它仍然是判断一个理论是否成立，是否应该被接受的第一个标准。科学理论的形成与发展过程: 经验假

11、说-证实，科学认识论与方法论的原则: 归纳主义与证实主义。证据支持理论包括四个方面，这就是证据的数量、种类、精确和创造性。1）数量： 在没有不利于理论命题的证据或者说没有发现与理论命题相反的证据的条件下，观察到的与理论的检验蕴含相符的证据越多，该理论命题的确证程度就越高。门捷列夫元素周期律比迈耶尔的元素周期律更能被人们接受。注意：同类别的有利证据的增加对相应理论的确证度提高的作用，将会随以前确认的有利证据的增长而减小。2）种类：证据种类的多样性对于理论的支持起着重要的作用。在没有不利证据的情况下，一个理论拥有的有利证据的种类越多，该理论被确证的程度就越高。惰性元素的发现。3）精确：精确的检验蕴

12、涵的验证，会给受检理论提供令人信服的证据，大大增加理论的确证程度。根据有些理论命题，有时候人们还可以推出与科学共同体已经确认了的观察命题不同的检验蕴涵，通过修正这些观察命题，使理论经受更严格的检验。门捷列夫修改原子量。銦4）创造性：创造性的检验蕴涵出自创造性的理论创造性的理论与当时的背景理论相悖，但更有可能产生创造性的成果麦克斯韦的经典电磁理论爱丁顿考察队的日食观测对于爱因斯坦广义相对论的确证。虽然我们已经知道经验命题的数量、种类、精确性和创造性都会增加理论被确证的程度，但是如何才能定量地把握理论的确证程度，目前仍然是一个问题。这个问题涉及概率确证问题，即如何确定一个理论被确证的归纳概率。2.

13、理论的否证现代科学理论的基本假说变得越来越抽象，离经验越来越远，适用于科学早期的以归纳为主的方法，正在让位给探索性的演绎法。从某一理论的一个或多个检验蕴涵为真的事实不能够归纳得出这个理论为真的结论，但从这个理论的一个检验蕴涵为假的事实中却可以逻辑地得出结论，这个假说被否证了。历史上曾有许多被认为是颠扑不破的“真理”的理论，就是被一些关键的实验检验否证的。伽利略在比萨斜塔上的一个实验、以太假说的否证，光的直线行进的否证现代科学哲学认为，证伪否证与确证在逻辑上不对称，在理论的经验检验中，证伪比证实有更优越的地位和有更强的确定性。科学理论的形成与确立的途径：问题假说证伪，其中的科学认识论与方法论的原

14、则：演绎主义与证伪主义。否证检验是排除理论中的某些错误或不必要部分，使人们对自然界的认识逐渐接近于真实状况的有效途径。典型案例：“产褥热”原因的发现。从这个实例我们可以看到，否证与确证是检验科学理论的两种形式，二者相辅相成，共同推进着科学理论的发展。否证是从反面检验科学理论的方法和手段，同时也是从反面论证和表达某些理论命题的方法和手段。热一定律肯定表达方式：“能量只能按照一定的当量从一种形式转变成另一种形式”，其否定的表达方式：“第一类永动机是不可能的”，与肯定表达方式等价。科学区别于伪科学和巫术的一个重要方面，就是科学知识必须经受科学共同体的批判性检验，批判性检验的重要形式就是使理论经受否证

15、性检验伪科学和巫术总是只顾及寻找有利证据，科学既寻找有利证据也积极面对可能不利的证据。3、判决性检验在科学理论的经验检验中，往往要涉及到判决性检验。“是指在两个对立和互相竞争的理论中决定取舍的经验检验。”设h1和h2为两个互相竞争的理论，在说明已知现象上是等价，经受同样的经验检验。设计一个满足条件C的实验：h1C e1 h2C e2 e1 和e2互相排斥，那么这种检验就是判决性检验。如果检验结果为e1，验证h1，证伪h2；如果检验结果为e2，验证h2；证伪h1。尽管判决性检验的结果在很多情况下，不会最终决定两个竞争的理论孰是孰非，但是却可以支持其中一个理论而不利于另外一个理论。“傅科实验”但是

16、，支持一种假设并否证另一种假设仍然不能判定该理论一定真。第三种可能性，光既不是粒子也不是波。“勒纳德实验”可见，判决性检验是一个十分复杂的问题，不能在简单的或绝对的无条件的意义上理解。虽然我们不能通过判决性检验最终断定某个理论的命运，但科学家仍然偏好这种检验方式，因为它至少可以说明，两个相互竞争的理论中，有一个是有问题的。鉴于此，科学家们总是在恰当的时候热衷于设计判决性检验，以对理论的取舍做出判断。三、科学理论评价与检验的复杂性上面讨论，是比较理想的状态实际上，很复杂的，包含着深刻的认识论问题.在科学哲学中，把其复杂性归咎于以下几个方面。1、观察本身的易谬性。观察渗透着理论、动机和经验，不是纯

17、粹中性的由于理论、动机和经验的易谬性，导致观察的结果也会出现易谬性理论和观察到的经验事实冲突，错的不一定是理论，而极有可能是观察的结果。因此，某个理论命题与某个观察相冲突，很可能首先被抛弃的是观察结果，与观察相抵触的理论却被保留。“太阳的东升西落”2、科学理论的复杂结构。科学理论中，包括辅助性假定、初始条件和边界条件等。应对错误负责的并不是受检理论，而是复杂结构中的其它部分。因此，从严格意义上说，通过有限数目的观察和实验，证实某种科学理论或普遍原理固然不可能，但是，要明确地证伪它同样也是不可能的。人们总是可以通过指责诸如实验结果、所预设的条件或修改辅助性假定的方法，来为受检理论辩护，使其免受证

18、伪的可能性。辩护方式：转嫁难题。最常见，把问题转嫁给观察陈述，对观察结果提出质疑，保护理论。受质疑的观察结果确证，难题转嫁给背景理论。背景理论没有问题，修改受检验理论的辅助性假定，以保证该理论的核心假定。只有在核心理论也遭到证伪时，才意味着受检理论的失败。3、任何理论都有一个发生、发展、成熟的过程，经验检验很难贯彻始终。新理论幼年期往往不易与经验证据相比较，即使能够比较，也往往会发生许多不符合之处，如果彻底贯彻经验检验的评价观，就会扼杀这些新的理论。反之，旧理论之所以能够存在至今，一方面由于它拥有一批证据，另一方面又由于这些理论“先入为主”地占据人心后，更易于取得与自身相符合的证据。把经验检验

19、的评价观绝对化，既不利于新理论的生存和发展，也不利于新旧理论的并存和发展。“爱因斯坦的广义相对论”4、评价和检验受制于评价和检验者的社会环境和个人因素。在理论的评价和检验过程中，评价和检验者的知识背景、价值观念及其它社会心理因素都会影响到他们的评价和检验结论。不同的评价和检验者对同一理论会做出不同的判断。“库恩的范式”5、不同学科或不同学科分支的理论的评价标准也很难统一。不同学科或不同学科分支的理论中，各项评价参量指标的重要程度不一样。一般做法是根据其不同的性质和要求给予加权，用不同权数加于各参量上，表示参量不同程度的重要性。结论：“科学理论的经验检验是一个复杂的过程，它既有确定性的一面，又有

20、不确定的一面。其确定性表现为，在一定条件下，可重复的科学事实总是具体的和确定的，对判定科学理论的真伪有裁决作用；其不确定性表现为，由于实验技术与有关的科学理论都处在发展中，已有的实验结果可能被否定或作出新的解释，又由于理论本身是有结构和相互联系的，所以很难直接判定是理论的哪一部分有错误。经验检验是判定科学真伪的最高准则，但又不能把经验检验的标准绝对化，科学理论的检验是一个历史过程，常常不是有限的几次实验就能完成的。第二节 科学理论的发展科学发展模式的讨论。关于科学发展的规律性、主要特征、内在机理的概括和描述。回答的主要问题：科学是怎样发展的？科学发展的一般形式是什么？什么是科学发展的动因和机制

21、等。好模式，不仅能合理的解释科学发展的历史，而且能对科学发展的规律性做深刻的说明。对科学发展模式的理解与其特定的科学哲学立场和观点相联系。20世纪关于科学理论发展的三种典型模式，代表了三种不同的科学理论发展观，即：累积式发展观、否证式发展观与社会历史发展观。一、科学理论的累积式发展观、内容从培根到逻辑经验主义的科学发展观：科学发展就是通过归纳获得的科学知识的不断增长，科学是一个渐进积累的直线发展的过程。认为，科学知识体系是以观察所提供的可靠的经验事实材料为基础，并通过归纳法建立起来的。科学的发展就是真命题数量的不断增多，是量的积累、递增。科学只有进化，没有革命；只有量的变化，没有质的飞跃。古典

22、归纳主义：作为科学基础的是关于经验事实的命题，科学研究是通过归纳程序去发现一般原理，如此逐步地归纳上升到最基本的原理。培根：要深入到自然的内部深处，必须用他所倡导的归纳法。随着近代实验科学的兴起和发展，归纳主义观点广为流行并产生了巨大的影响。开普勒、伽利略、牛顿19世纪末，逻辑经验主义，归纳主义传统，认为科学发展主要是通过归纳法的归并使知识不断积累而增加的。休厄尔：把科学的进化类比成支流汇聚成江河。科学是通过将过去的成果逐渐归并到现在的理论中而进化的。例：牛顿的万有引力定律。卡尔纳普：把科学的积累过程形象地比喻为一个中国套箱，随着科学的发展，新的理论总像大的套箱一样把原有的理论包容其中。但是，

23、归纳法并不是可靠的科学证明方法，它只是一种概率意义上的确证，而不是最终的证明。按照概率论的归纳逻辑，一个理论得到观察陈述支持的概率愈大，它得到确证的程度就越高。一种理论如果得到高度的确证，就应该得到承认和接受。科学的发展就是这种得到高度确证的理论在新领域的扩展，或被归纳和合并到更全面的理论中。从累积的观点看，科学理论在其发展过程中，有两种情况导致科学的进步。第一种情况：某个理论在原来的范围内继续得到确证以后，其适用范围得到扩展；第二种情况：若干个得到确证的理论，被新的理论所归并。共同特点：旧理论没有被抛弃，而是被归化入更全面的理论之中。理论应用范围的扩大表现在理论解决疑难活动不断取得的成就方面

24、。这些成就扩大了人们对理论能够解释的事实的了解，从而进一步充实了理论本身。例如，哥白尼理论应用的进展。理论的移植也从认识的广度上显示了理论应用范围的扩大。例：从量子力学到量子生物学的发展。如果更替前后的两个理论，虽然根本的核心内容不同，但是经过一番改造后二者却可以相容，那么理论的更替就表现为旧的理论被新的理论所归并。 “归并”：指旧理论的基本概念与基本命题等核心内容被新理论吸收、包含。例如，从牛顿力学到量子力学的更替。、评价认为科学的发展是量的积累、递增。科学只有进化，没有革命；只有量的变化，没有质的飞跃。和世纪以后的科学发展不符。二、科学理论的否证式发展观、内容20世纪初，相对论和量子力学出

25、现，科学家和哲学家开始对那种认为科学理论是一些经过证实的、不可能再出错的概念、定律和事实的集合的观点提出了怀疑。波普，提出以“证伪主义”为核心的否证式的科学发展观。从批判归纳主义入手，他认为归纳法在逻辑上并不完善。波普：“由于我们无论看到多少只白天鹅都得不出凡天鹅皆白的结论，所以，通过归纳法不可能最终证实任何科学理论，但只要一次证伪却可以否证一个严格的全称命题。”因此，证实与证伪在逻辑上不对称，科学的发展主要在于证伪的力量，而不是证实。于是，他以证伪主义为核心，提出了一个从问题开始、大胆提出试探性理论、经过严格检验直至证伪这个理论、然后再又从新产生的问题开始的发展模式， “不断革命”的发展模式

26、。这一模式可以表示成如下形式：P1 TT EE P2 P1：问题，TT：试探性理论，EE：排除错误，P2：新的问题。从这个四段式发展模式中可以看出，科学的最根本性质就是猜测与反驳，最根本的方法就是“试错法”，即“大胆猜测，严格检验”。 “从错误中学习”。波普认为，科学家除了有敢于犯错误的精神之外，还应敢于批判别人和自我批判，因为科学本身就是在批判中前进的。科学家为了创立新理论，还必须有否定精神，只有首先否定旧理论，才能创立新理论，缺乏否定精神，就不敢去尝试，新理论就不能产生。“批判的态度是一种最好的科学活动特征。”如果科学的发展仅仅是否证，那么科学如何成长和进步呢？波普将科学的目标定位于不断逼

27、近真理，所以科学的进步就是在不断地向真理逼近，理论之间的竞争也就是它们之间的逼真度高低的竞争。“科学的进步有两个方面的标志。一方面是理论的可证伪度，另一方面的标志是确证度的增加。高度可证伪的理论如果得到不断的确证，我们的知识就经受住了证伪的考验。可证伪度是科学理论潜在的进步标准，确证度是理论进步的实际标准。”、评价波普的“证伪主义”模式提出的科学革命的观点，突破了认为科学是已经证实了的知识的积累的传统看法，也突破了逻辑经验主义对科学知识作静态的语言和逻辑分析的框框，把人们的眼光引向对科学知识的增长作动态考察的广度和对这一过程的内在机制作逻辑说明的深度。它强调理论思维的能动作用，鼓励科学家进行猜

28、测和反驳的批判进取精神，对我们都很有启示。但是，波普的理论也有偏颇之处。过分的简化了科学的实际发展过程，否认科学的继承和积累，否认科学发展包含量变的过程，因而难以符合科学发展的历史事实，科学发展的实际并不像波普所说的那样，理论一经证伪，就要让位于其它理论；在他的发展模式中过于强调猜想、灵感、想象在科学假说形成中的作用，却忽视了逻辑思维的基础性作用；此外，波普在从证伪主义立场出发推崇演绎法时，却片面否定了归纳法的作用。把累积式发展模式与否证式发展模式作一下比较，我们可以看出，前者更加注重科学理论的证明，后者更加强调科学的成长。在否证式发展模式看来，确证的意义更在于它提供了证据表明被确证的理论有理

29、由否证并且取代旧理论。三、科学理论发展的社会历史观、内容20世纪以后，特别是二战以来，科学出现了整体化的发展趋势，呈现出一些新的特点。一是科学研究的规模越来越大。科学共同体由过去松散的团体变成了一个结构分明、联系密切的有组织的社会集团；二是随着科学技术对社会作用的日益增大，科学共同体的社会地位日益增强，成为了社会活动中一只不可忽视的力量；三是自然科学各学科之间、自然科学与社会科学之间、自然科学与技术之间的交叉越来越多，表现为一系列边缘学科、横断学科、综合学科的出现；此外，心理学、人类学、文化形态学中的最新研究成果也对人类的科学认识活动提供了营养。在这种背景下，历史主义学派的科学哲学家们不再把科

30、学单纯看成是科学理论或科学知识的集合，而把科学看成是一个有复杂结构的整体。根据个人的理解和思想风格的不同，他们提出了各自不同的科学结构的模式，并以此出发讨论了科学发展的模式，库恩是这一学派的代表人物。美国科学哲学家库恩把“范式”作为描述科学结构的基本概念。 “范式”:包含科学家共同体的信念、哲学观点、公认的科学成就、方法论准则、规定、习惯，乃至于教科书或经典著作、实验仪器等等，具有极其复杂的内涵库恩把范式与科学共同体紧密相连。科学共同体：是指某一特定研究领域中持有共同观点、理论和方法的科学家集团，这一科学家集团的成员受到过大体相同的教育和训练，因而有共同的探索目标和评判标准。库恩：“科学共同体

31、才是科学认识的主体，科学知识实质上是科学共同体的产物。范式的产生、形成以及更替是与科学家共同体成员的创造、拥护以及叛离活动密切联系在一起的。”以范式的发展为主线，库恩提出了如下的科学发展模式：前科学 常规科学 反常与危机 科学革命 新的常规科学 科学的发展就是前科学常规科学科学革命循环往复的过程。前科学时期：范式尚未形成的时期。各种理论、观点、假说相互竞争，但没有一种能够在科学共同体中得到确认；科学家们各持己见，对某一问题的解释存在着众多相互竞争的力量。例：牛顿以前的光学。常规科学时期：科学共同体在范式指导下不断积累知识的时期。科学家们在范式的指导下进行解难题活动（理论和实验）。解决难题是为了保护和发展范式，而不是否定范式。解决科学难题的多样性的途径使科学研究变得丰富多彩。例如：对于能量守恒与转化原理的揭示。提高理论应用的精确性也是常规研究活动中十分重要的课题。它包括：改进理论的推导结果与观测事实之间相符合的程度；确定普适常数