科学概论

科学成功之处是它在建立起理论和知识体系的时候，在构建过程中体现出的科学方法的成功。

科学的含义

科学的含义

科学要发现人所未知的事实，并以此为依据，经过严密逻辑论证和实践检验，从中发现客观世界各种事物的本质及运动规律。

一、科学的内涵

科学一词由近代日本学界初用于对译英文中的Science，该词来源于拉丁文Scientia，意为知识学问。在现代意义上，科学是一个建立在可检验的解释和对客观事物的形式、组织等进行预测的有序的知识的系统，是关于发现发明创造实践的学问。

1.科学的内涵

科学是探索客观世界最可靠的实践活动，也是一种态度、观点和方法。科学的概念内涵包含以下几点：

①科学是系统化、理论化的知识体系；

②科学是一种认识过程和方法；

③科学是一种维持和发展生产的关键要素；

④科学是一种重要的观念来源，包括科学精神、科学道德、科学思想、科学方法以及由此建立的价值观念和行为准则；

⑤科学是一种社会建制，是由科学研究体系、科学后勤部门和科学管理机构等共同组成的社会化事业。

2.科学的要素

科学可分为广义科学、狭义科学两类。广义科学包含了科学技术及社会科学，还包括以人类思维存在为对象的思维科学。在中国，教科书上一般将科学分为自然科学（或称为理科）和社会科学（或称为文科）。从准确、可验证性并能达到普遍公认的角度讲，狭义科学仅指自然科学。科学的要素包括以下几点：

①其内容必须具有客观真理性、逻辑性、系统性；

②其方法主要采用观察、假设、实验、求证等；

③其结果构建并继续扩充博大精深的科学知识体系；

④其结论必须具有可检验性和可重复性；

⑤其价值是将人性中的好奇心和求知欲转化为一种卓有成效的认知模式。

3.科学的原则

科学的目标是试图发现普遍的真理，科学所追求的真理是建立在人们对世界所进行的严格实验和仔细观察之上。在这个基础上发现的真理，就由科研人员继续依据实验和观察来系统化为科学知识、理论和法则。

科学的原则主要有以下几个。

（1）必要重复原则

科学的一个关键特征是可复制性，即一个实验必须由不同的科研人员在不同的时间和地点进行复验，以确保实验的结果不是源于某一实验者在单一时间和地点操作的特殊情况。复制需要在可控制的条件下，需要设计能够消除外部因素影响的可控制条件。当一个人的观察证据在其他人的独立、合格的检验下重复出现时，我们可以说它是客观存在，可以接受它成为认识的经验基础的一部分。

（2）随机实验原则

偏见和先入为主的观点会严重地影响我们对事物做出的判断，以及我们对世界方方面面的体验。而随机化实验的目的，正是为了减少实验设计者和参与者的主观意识而造成的结论谬误。近乎所有需要实验的学科都引入了随机化理念。

（3）可证伪原则

科学的标志在于理论的可证伪性，不能证伪的理论就是非科学的。证伪是指找出一个反例，从而否定理论使其不能证实。可证伪主义对科学最大的贡献是它允许科学也包含错误，并承认科学要受到经验的局限性影响。科学实验，应是针对问题提出试探性的理论，并把理论交付经验检验，理论在检验中遭到证伪进而被淘汰，然后用一个新的更好的理论来替代旧理论。

4.科学的特征

科学研究是探索创造符合主观认识的客观实际的实践活动过程，是发现、探索和解释自然现象，深化对自然的理解并寻求其规律，是为了增进知识以及利用知识去发明新的技术而进行的系统的创造性工作。

科学包含以下三个基本特征。

第一，科学是以严格的经验观察所得的事实为基础的。要了解科学，必须知道什么是事实，事实必须在严格周密的调查研究和实验基础上形成。

第二，如何从事实进行推导。科学不仅需要事实基础，还需要对事实进行合理的逻辑推导，可以说，科学是离不开逻辑推理的。事实只有经过合理的归纳，才能形成原理。

第三，一个理论满足什么条件才能成为科学。因为科学理论主要用扩展性推理的方式获得，那么归纳的支持是否可以构成科学理论？这就需要对形成的理论进行验证，并不断地接受实践的检验。

二、科学的特性

任何研究方法要被视为科学方法，首先必须是客观的，其次必须是可靠的，即证据必须真实且研究方法能重制，再次必须有完整的资料以供佐证。

1.客观性

客观性的重要基石是要有证据支持。科学的态度首先是做一个健康的怀疑论者，一件事是否科学取决于它是否被众多严密的证据支持。假说本身仅仅是猜测，在被相信以前，应该得到证据支持，这在科学上必须被严格遵守。

科学的假说是关于自然世界的，所以只有对自然世界的观察可以作为证据。例如，16世纪，哥白尼提出太阳是我们行星系的中心，而且地球围绕太阳转的假说，这与流行的托勒密假说地心说相反。接下来的几年里，发明了望远镜，由此，成千上万的观察都肯定了哥白尼的假说，否定了托勒密的假说。没有这些观察所构成的证据，哥白尼的假说永远都不会被接受。

2.可靠性

但并不是所有的证据都是可靠的，比如某些权威证词、太孤立不能建立起任何因果联系的证据都不能成为科学的证据。科学证据的可靠性至少必须具备真实性和精确性。

（1）真实性

证据是否真实、可接受，是科学推理的基础。证据的虚假主要有两大来源：一是提供证据的人本身有意说谎了；二是人的本能和认识的局限。提供证据的人无意地提供了虚假信息。有时即使是自认为亲眼目睹，也未必真实。

（2）精确性

科学中常常使用测量来作出客观对比并减少分歧，例如不同的颜色可以通过光的波长来区分，而不使用具体的颜色这样的模糊概念。科学的假说经常被数学语言所限定，或者它们至少能被翻译成某种数学的表达方式。

迷信和伪科学往往有一个缺陷，其定论经常很含糊，以至于很难提供精确的证实。

3.完整性

一个推断被认为是科学的，必须有完整的证据、资料文件以供佐证。若证据因各种原因流失于事实认定之外，就会影响到事实认定的准确性。在科学研究中，收集和呈现证据时必须是诚实的，并且对沿此途径所产生的那些理论问题进行了诚实的合逻辑的思考。缺乏完整性的情况包括伪造证据和因果联系的缺失。

三、科学的方法

科学性就是符合客观实际的真实属性。科学的本质是求真，其基本任务就是探索、认识未知。

1.科学方法的特征

科学方法就是科学研究的方法，包含以下重要特征：严谨的观察、构建假说并验证之、对新信息的开放性并自愿接受他人的经过验证的成果。具体至少涵盖观察、假说、验证三个方面。

从逻辑的角度来看，科学研究的本质就是进行推理，用推理来形成假说，并验证假说。即从可观察的事实或证据出发，推导出假定性结论，并用经验来验证；再依据这个得到验证的结论推导出一个相对系统的理论。科研工作就是不断地寻求新的证据和结论，先从证据归纳出结论，再寻求新的证据来强化或者修改这个结论，然后应用这个结论，这样，不断地取得科学的进步。

2.常用的科学试验方法

常用的科学实验方法有以下三种。

（1）受控实验法

当研究某一课题的时候，实际情况往往十分复杂，通常是很多因素共同作用的结果。所以，采用简化系统模型的方法，将众多因素设置为常量和无关变量，使得这些因素不会影响最终结果。

（2）对照实验法

在研究某一课题时，可把实验分为实验组和对照组，实验组与对照组无关变量影响应该是相同的，实验组与对照组两者的差异，可认定为是来自实验变量的效果造成的。比如，有人认为鸡蛋黄的黄色跟鸡所吃的绿色植物性饲料有关，为了验证这个结论，最可靠的方法是做对比实验，即让实验对象的其他方面的条件相同的情况下，改变差异因素（植物性饲料）后，看结果（蛋黄的颜色）是否不同。因此，对比实验应该是这样的：选择品种等级完全相同的蛋鸡，一半喂食植物性饲料，一半喂食非植物性饲料。

（3）双盲实验法

双盲实验始于20世纪50年代，目的是避免试验的对象或进行试验的人员的主观偏向影响实验的结果。所谓双盲，既是指对于受试验的对象及研究人员都不知道哪些对象属于对照组，哪些属于实验组。只有在所有资料都收集及分析过之后，研究人员才会知道实验对象所属组别。该方法是对如上对照实验方法的改进和补充。在医学、心理到社会科学等诸多领域，都会用到双盲方法进行实验。作为一种广义的双盲试验，盲测经常用于抽查新商品以检验其与老商品的可比性及竞争性。

科学与解释

第二节　科学与解释

理解并解释世界是改变世界的基础，事实通过推导而形成理论，并不一定都是科学的。对事实的解释可以区分为科学解释和非科学解释。

一、解释的评判

所谓解释，就是在观察的基础上进行思考，合理地说明事物变化的原因，事物之间的联系，或者是事物发展的规律。

案例　荒地的巨幅图形

在秘鲁安德斯山脉的高处，有一个纳兹卡荒地。那块荒地的地面形成了一些大型的几何图形，以及一些动物图案如猩猩、蜂鸟和蜥蜴。这些图案产生于一千多年前，是通过扒开覆盖在土地上的具有氧化铁表皮的沙石而描绘出的，由于其形状巨大，只有站在更高处才能把它们认成相应的图案。

科学与解释

理解并解释世界是改变世界的基础，事实通过推导而形成理论，并不一定都是科学的。对事实的解释可以区分为科学解释和非科学解释。

一、解释的评判

所谓解释，就是在观察的基础上进行思考，合理地说明事物变化的原因，事物之间的联系，或者是事物发展的规律。

分析：对此现象的一个有力的解释是，加州的地壳，与东部相比较，当地震波从震中向外传递时，有更丰富的吸收地震波的断层。

例4：有气象专家指出，全球变暖已经成为人类发展最严重的问题之一，南北极地区的冰川由于全球变暖而加速融化，已导致海平面上升；如果这一趋势不变，今后势必淹没很多地区。但近几年来，北半球许多地区的民众在冬季感到相当寒冷，一些地区甚至出现了超强降雪和超低气温，人们觉得对近期气候的确切描述似乎更应该是全球变冷。

分析：对此现象的一个有力的解释是，近几年来，由于两极附近海水温度升高导致原来洋流中断或者减弱，而北半球经历严寒冬季的地区正是原来暖流影响的主要区域。

1.解释的类型

提出解释，是科学的一大任务，对事物和现象的解释，有以下几种类型。

第一类解释是指出事物产生的原因和因果过程。

1.解释的类型

提出解释，是科学的一大任务，对事物和现象的解释，有以下几种类型。

第一类解释是指出事物产生的原因和因果过程。比如，为什么地球环绕太阳运转？因为太阳的引力将它拉住了。

第二类解释是用规律来解释为何现象是这样的。比如，为什么水开之后烧水壶的盖子不断跳动？因为气体加热后会膨胀。

第三类解释是用事物的功能、作用和目的来解释它为何这样。比如，为什么啄木鸟的嘴那么尖？因为这样它可以啄出树洞中的虫。

从是否符合科学的角度，解释可分为科学解释和非科学解释，这两者最根本的区别是，接受或拒绝某个观点所基于的基础。

科学发现的主要活动，包括提出解释、做出预言、做出假说并且判断其是否可接受。评价解释优劣的一般经验有两条：其一，自然主义的解释优先于超自然的解释；其二，基于已知实在的解释优先于那些基于奇妙的或怪异的现象的解释。

比如，为什么地球环绕太阳运转？因为太阳的引力将它拉住了。

第二类解释是用规律来解释为何现象是这样的。比如，为什么水开之后烧水壶的盖子不断跳动？因为气体加热后会膨胀。

第三类解释是用事物的功能、作用和目的来解释它为何这样。比如，为什么啄木鸟的嘴那么尖？因为这样它可以啄出树洞中的虫。

从是否符合科学的角度，解释可分为科学解释和非科学解释，这两者最根本的区别是，接受或拒绝某个观点所基于的基础。

科学发现的主要活动，包括提出解释、做出预言、做出假说并且判断其是否可接受。评价解释优劣的一般经验有两条：其一，自然主义的解释优先于超自然的解释；其二，基于已知实在的解释优先于那些基于奇妙的或怪异的现象的解释。

案例　水星近日点进动现象的解释

2.评判解释优劣的标准

对同样的现象，人们往往会提出不同的、相互不协调的解释。人们在评判科学解释性的假说的优缺点时普遍地使用三个标准。

（1）协调性

即与原有已确立假说的协调性。科学的目标是获得一个解释性的假说系统。当然，这样的系统必须是自我相容的。科学的进步要求新假说应与已经得到证实的那些假说相一致。当然，有时重要的新假说与已有理论不相容，它直接替代了已有理论，事实上，旧理论不是被认为一无是处地被抛弃。比如，物质守恒原则被修正成更为广泛的质能守恒原则。一个理论被建立，因它显示出能够解释大量的数据或已知事实的能力。它不能被某些新假说所废弃，除非新假说对同样的事实能够进行解释甚至解释更好。

（2）预测性

每个能够提供科学解释的假说必须是可检验的；如果某个可观察的事实能够从中演绎出来，它就是可检验的。当我们面临两个可检验的假说，其中一个比另外一个演绎出更大范围的事实，我们说该假说具有较大的预测力或解释力。比如，伽利略建立了落体定律公式，差不多同时，开普勒建立了行星运动定律，但是它们是各自分离的。之后，牛顿提出了三大运动定律和万有引力理论，将这些分离理论统一了起来并给予了解释。牛顿万有引力解释了所有伽利略和开普勒解释的结果，以及除此之外更多的事实。

（3）简洁性

两个竞争性假说可能是相关的和可检验的，可能与已有理论吻合得同样好，甚至可能具有大致相当的预测力。在这样的条件下，人们一般更可能支持两个中比较简洁的那个。

二、科学与非科学

科学解释仅仅在存在支持它的证据的条件下才值得接受，而且寻找证据的过程永不停止。科学是经验的，即真理的检验在于经验之中，因而科学解释的本质是，它是可检验的。

非科学解释不依赖于证据，或者其依赖的证据是不客观、不真实、不可靠的。非科学解释的主要特征是，这种解释不是依据事实而是依据想象。

例如，对一个疾病的原因的分析，如果有人把一个人染上某种疾病的原因解释为邪恶的灵魂附体，或者解释为因果报应，这个解释当然就不是科学解释，因为谁也无法验证这个推测。

再如，中国人普遍相信坐在旁人捂热乎的地方会长痔疮；恰恰相反，英国人认为坐在凉地方才长痔疮呢。然而，乌克兰妈妈的忠告却大不一样：她们坚信坐在凉地方导致不孕。有些秘鲁人相信在冰箱前徘徊太久有可能致癌。在捷克，吃完水果喝水会导致腹痛腹胀是一种常识。为了免遭雷劈，菲律宾的孩子们绝不在暴风雨里穿红色的衣服。德国人与澳大利亚人则对气流怀有极端的恐惧，谴责其为急性肺炎、动脉阻塞等疾病的致病因素。因此，夏日火车客车里的上班族们宁愿日复一日地忍受着33摄氏度（90华氏度）的高温，也不愿哪怕把窗子开个小缝儿，以免清凉—但是剧毒的微风吹进来。然而，在韩国，对空气流通性的忧虑恰好相反。韩国人只在窗子敞开的时候使用电风扇。因为他们普遍坚信在密闭的房间里使用电风扇存在生命危险。这种威胁的机械原理不甚了了：或称缺氧或谓寒冷。

1.科学与非科学

科学与非科学的根本区别在于解释、假设或假说能否被验证。比如，历史事件的假设无法得到验证，故历史不是科学，但科学与非科学的区分并不是一成不变的，历史、文学、社会学、经济学、哲学也都有其具有逻辑的核心思想，也可以使用科学方法来辅助解释现象，因此，也具有一定的科学性，但由于其本质上不可验证或难于验证，因此，不属于严格意义上的科学。

而伪科学与迷信更是属于非科学的真子集。伪科学不是科学，却用科学的外表和科学的语言来说服、迷惑和误导人们认为它是科学可信的，它们经不起真正的科学的检验。

比如，有人作了如下论述：

尽管特异心理学（包括对传心术、先知和心灵致动等的研究）经常被认为是一种伪科学，但它实际上是一种真正的科学事业，因为它应用诸如对比实验和检验假说的统计学方法等科学方法来研究其所提出的问题。

分析：该论述所认为的特异心理学是一种真正的科学事业这一结论基于的假设是，任何使用科学研究方法的研究领域都是一种真正的科学事业。而这一假设其实是不成立的，研究领域即使使用科学研究方法，但也不一定完全符合前述的科学的原则、标准和特性，也不一定就是科学。

2.科学与迷信

科学与迷信在很大程度上是截然相反的。科学活动承认证据支持、客观性、可靠性和完整性的重要，而迷信则是完全忽视。

比如，当牧师向奥德塞斯展示一幅关于那些尊敬上帝并都从沉船中逃生的人的图画时，问他现在是否仍不承认上帝的力量，他回答得很好，是的，他说，但是画中那些祈祷后又被淹死的人在哪呢？这就是所有迷信的方式，在迷信上，人们都倾向于这样的心态，把他们成功的事情都记下来，而忽视并且忘记那些他们失败的事情，即使那些事情更经常发生。

导致迷信的原因往往包括以下两个方面：

一方面是心理和意志因素。包括恐惧和焦虑、幻想和精神上的懒惰等等。其中，恐惧和焦虑来源之一是每个人都会死亡、疼痛、孤独和失败等等，人们无力控制这些生活中的事实，为了缓解他们产生的焦虑，很多人诉诸符咒和护身符。焦虑来源之二是自由和自由使人承担的责任。很多人都畏缩于掌控自己的命运的想法，从而在一位领导人或宗教老师那里寻求避难所，并且盲目地服从。

另一方面是对世界的观察产生的歪曲。这包括多种因素：一是安慰剂效应。医生利用并不提供任何药性或治疗益处的安慰剂给病人，使得病人的病症治愈或减轻，这其实不是安慰剂本身起作用，起作用的是医生给病人的暗示等精神因素。二是空想性错视。比如，有时人们观看云雾、高山或者窗户和天花板，会看见人脸、动植物等。空想性错视效应是导致大量的宗教迷信的因素之一。三是知觉设置。指以某种先前的经验引导我们的期望的方式去感知事件和物体的倾向。人们常常能感知到期望感知的事物，而事实上它们并没有发生，这就是产生的错觉。四是集体幻觉。集体幻觉是发生在一大群人中，人群在一个很高的情绪状态可能会产生知觉歪曲。这种幻觉可能是人群对看到重要的事情或奇迹的期望所引起的。五是自运动效应。如果在黑暗处观察一个小的、静止的、发光的点或物体，常常会发现这个发光的点或物体看起来是动着的。

为避免主观状态的歪曲，在自然科学中，很多观察是通过仪器或工具实现的。在社会科学中，双盲取样和统计数据分析的技术把观察者同实验的结果隔离开来。

3.科学的局限

第一，正确不等于科学。比如说明天可能下雨也可能不下雨，这句话肯定是正确的，但是一句正确的废话，没有人会认为这是科学。

第二，科学也不等于绝对正确。有一些现在认为不正确的东西曾经也属于科学范畴，人们判断一个东西是不是科学，主要不是看它的结论是否绝对正确，而是看它所运用的方法以及在当时是否得到了严格的验证，是否具有相对正确性。

科学是在不断发展进步的，进步的时候就把前面的东西否定掉了或者把前面的东西认为是个特例。比如，人们以前认为地球是宇宙的中心，太阳围着地球转；后来人们才明白地球是绕着太阳转的；再往后又清楚太阳也不是宇宙的中心。从托勒密到哥白尼，再从牛顿到爱因斯坦，旧的结论总是被新的结论取代。但每个阶段都是属于科学的历史，当然，科学还在发展，今天乃至未来的科学结论也不能保证是对客观世界的终极描述。