03.htm

自牛顿以来的科学家

　　科学理论是多个科学事实的整合建构。库恩概括了一个好的科学理论具有5个基本特征：精确性，从理论导出的结论与观察实验的结果相符；一致性，不仅内部自我一致而且与现有的一些公认理论的一致；广泛性，理论的结论远远超出了要最初要解释的特殊观察、定律；简单性，理论应当简单，给现象以秩序；有效性，理论应当产生大量新的研究成果<a href="03.htm#注" class=v3><sup>[5]</sup></a>。<br><br>

　　科学理论的基本功能是解释功能和预见功能。科学理论的解释功能是指人们能够利用科学理论推断出的结论来验证已经存在的经验证据。它不仅包括因果解释（一个确定性事物在给定初始条件后，过去与将来都是可以决定的），也包括概率解释（由于某些事物本身具有的不确定性导致现象符合统计规律）；不仅包括结构解释（事物的性质表现为其构成的基本成分的性质的综合），也包括功能解释（事物的系统功能表现为各种因素下的功能的综合）；不仅包括渐进解释（事物的各种历史阶段存在逻辑关系），也包括突变解释（事物的内部性质因外部条件突然变化而发生突变）。科学理论的预见功能是指人们能够从科学理论逻辑地推断出未知的经验证据，这些证据已经存在但不为人知、或者暂时不存在但必将发生。<br><br>

　　例如，相对论、量子力学、进化论、基因工程学、宇宙大爆炸等科学理论等就是目前人类拥有的最可靠的、最严格的知识体系，能够对宇宙、自然、生命的起源、发展、构成和未来给出最有力的解释或者预见。<br><br>

　　严格意义上的科学理论都是科学假说，科学理论也只是相对真理。由于科学是不断发展和进步的，更新的经验证据有的还没有纳入到现存的理论之中，有的与现存的理论相矛盾，因此产生了新的科学问题，科学研究活动进入到下一个循环过程。 <br><br>

<br><center><b>3、科学精神的基本内涵 <br><br></center></b>

　　从以上科学理论的形成过程可以推论出关于科学精神的丰富内涵，以下几条是比较重要的。<br><br>

　　①非科学与科学之间存在不可逾越的界限，但科学假说与科学理论之间不存在不可逾越的界限。需要把“科学与非科学”和“科学假说与科学理论”区分开来。科学精神拒绝的是不具备经验证据基础的、超自然的非科学，而不是带有探索性质的科学假说，因此对待非科学应当严格，对待科学假说应该宽容。<br><br>

　　②科学理论的形成要经历不同的过程，不同的过程对科学家的思维有不同的要求，因此必须把“发现的非理性思维”与“辩护的非理性思维”分别开来（有的哲学家简单地把科学活动分为“发现”与“证明（辩护）”两部分）。科学精神不拒绝个别科学家某个阶段思维的突发奇想，如鼓励科学家依靠好奇心、直觉等提出原创性问题。科学精神拒绝的是科学家在假说检验与评价过程的非理性。<br><br>

　　③科学理论需要的经验证据必须是有效的，因此既要保证通过自身观测和实验的经验证据是真实可靠的，也要保证采用的权威证据的来源是真实可靠的。科学精神就要求科学家在收集证据时严格按照科学规范进行，不仅不能伪造、任意修改经验证据，也要防止因疏忽造成的经验证据失真。<br><br>

　　④一个科学理论的形成需要较长的和复杂的检验过程，任何科学家不能借助任何非科学的手段（比如媒体、广告、权威人物等）自我或者立即宣称一个科学假说为一个科学理论，这就要求科学家不管为自己的假说辩护还是反驳他人的假说时都要有开放的心态、等待验证的耐心和平等的权利，也就是说科学精神要求科学家坚毅执著但不固执己见。<br><br>

　　⑤在现代大科学时期，一个科学家往往只能完成一个步骤甚至只是一个步骤的一部分，因此科学研究活动提倡合作交流的团队精神，在这个团队中以多种形式(紧密的或松散的、实质的或者虚拟的)尽可能地集合起完成各个步骤所需要的科学家，这样才能尽快地完成科学理论形成的全过程。<br><br>

<br><center><b>4、一个简例：量子力学的发展<br><br></center></b>

　　量子力学是逐步发现和形成的。１909年德国人普朗克（R.E.L.Planck,1858-1947）首先提出光量子论。1905年德国人爱因斯坦(A.Einstein,1879-1955)用光量子论解释了光电现象。1913年丹麦人玻尔(N.Bohr,1885-1962)提出电子轨道的量子化，用它解释了原子结构和原子光谱。1916年德国人索末菲(Ａ．Sommerfeld,1868-1951)改进了玻尔模型，计算了电子的椭圆轨道。1923年法国人德布罗意(De Broglie,1892-1987)提出电子也是一种波动。1925年德国人海森堡(W.K.Heisenberg,1901-1976)引进矩阵作为力学量，德国人玻恩(M.Born,1882-1970)、约尔丹(E.P.Jordan)和海森堡建立起量子矩阵力学体系。1926年德国人薛定谔(E.Schrodinger,1887-1961)提出量子波动力学，证明波动力学和矩阵力学等价；同年，玻恩提出了波函数的统计解释。1927年德国人约尔丹和英国人狄拉克(P.A.Dirac,1902-1982)证明了普遍的变换定理，海森堡提出测不准关系，玻尔提出互补原理，从而量子力学理论的构建就完成了，并迅速成功地应用于原子、分子和固体结构的研究。<br><br>

　　量子力学发展的速度虽然很快，却是在激烈的学术争论中展开的。薛定谔提出薛定谔之猫的悖论和爱因斯坦与波多尔斯基（B.Podolsky）和罗森(N.Rosen)提出EPR佯谬，长期不同意海森堡的理论和玻恩的统计解释。爱因斯坦甚至终身都不认为量子力学是一个完备的理论，而是致力于寻找一种具有确定性的统一理论。贝尔（J.S.Bell）提出了贝尔不等式，证明了EPR的基本原理与量子理论不相容。量子力学的解释与爱因斯坦的诘难究竟谁对谁错只有等待实践去检验。<br><br>

<br><center><b>5、另一个简例：冷聚变是病态科学吗<br><br></center></b>

　　1989年3月，美国犹他大学的庞斯（S.Pons）和英国南安普敦大学的弗莱希曼(M.Fleishmann)教授宣布，他们用简单的重水装置，在室温下的钯电极中实现了持续的核聚变（产生了过热效应和核产物中子），后被称为冷聚变（cold fusion）。不久，伯明翰·杨大学的琼斯（S.Jones）也宣称自己独立地实现了冷聚变，不过他只观测到了中子而为观察到过热效应。冷聚变的发现打破了核聚变必须在上亿度高温下才能进行的传统观念，震惊了整个世界。很快世界上几十个国家和地区的数百个科研小组加入了研究的行列，不少小组宣布实现了核聚变。但这次高潮很快就衰退了，因为包括属于世界一流研究机构在内的很多实验小组未能重复出庞斯和弗莱希曼的实验结果<a href="03.htm#注" class=v3><sup>[6]</sup></a>。<br><br>

　　反对冷聚变的人把冷聚变看成是病态科学。病态科学的基本特征是：实验效应差，没有显著的因果关系，低统计的事例，惊人的高精密度，背离原有的理论基础，发现者沉醉于自己的索的结果，不能接受他人的批评。而冷聚变恰恰具备了这些特征：实验重复性低，直到现在对电解过热而言实验的重复性远未达到100%；核产物的不匹配上，测量到的中子信号只不过是宇宙射线作用的结果；中子数据在检验极限上与现有的和理论相违背；很多实验小组公布的结果经不起推敲而前后矛盾；冷聚变最先公布不是通过传统的在学术会议或者学术刊物上披露而是以新闻发布会这种形式加以宣传，面对记者和科学家的提问和责难时庞斯和弗莱希曼未能透露出实验的细节。<br><br>

　　赞成冷聚变的科学家也从多方面对此进行辩护：重复性低是因为实验的难度比较大，重复性也需要逐渐提高；任何一个反例的存在就足以判断常规科学是不完备的甚至错误的，而冷聚变提供了很多反例；观测到的异常需要新的理论进行解释，在未找到新理论之前不能简单地否定；传统的核理论不能覆盖一切，只是一定范围内的近似准确的理论，不能同来解释冷聚变；发表形式源于科学的竞争，与当年超导发现的情况类似。<br><br>

　　直到现在，许多国家对冷聚变的研究的资金投入很少，而热衷于冷聚变研究的科学家也在继续努力。只有时间才能真正检验一切科学的真伪。<br><br>

<font color=seagreen>
<a name="#注">注：<br></a>
　　1、J.D.贝尔纳，历史上的科学，科学出版社， 1981。<br><br>

　　2、齐曼，元科学导论，湖南人民出版社，1988。<br><br>

　　3、拉瑞·劳丹，进步及其问题，华夏出版社，1999年。<br><br>

　　4、K.R.波珀（现通常译为波普尔），科学发现的逻辑，科学出版社，1986年。<br><br>

　　5、托马斯·S·库恩，必要的张力，福建人民出版社，1981年。<br><br>

　　6、对冷聚变更详细的内容介绍可以参见英国科学知识社会学学者科林斯和平奇撰写的《人人应知的科学》一书（江苏人民出版社，2000年）。</font>


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<font color=thistle><b>本文有关信息：</b></font><br>
《自牛顿以来的科学家——近现代科学家群体透视》<br>
张九庆　著<br>
收录时间：2002.04<br>
来源：授权发表<br>
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<font color=thistle><b>该作者其它作品：<br></b></font>

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