近代科學方法論上有何突破 - 已回答 - 天涯問答

06-03

培根創立實驗歸納法弗蘭西斯．培根（francis bacon,1561-1626）是英國著名的唯物主義哲學家和科學家。他在文藝復興時期的巨人中被尊稱為哲學史和科學史上劃時代的人物。馬克思稱他是「英國唯物主義和整個現代實驗科學的真正始祖。」第一個提出「知識就是力量」。培根極力批判經院哲學和神學權威。他還進一步揭露了人類認識產生謬誤的根源，提出了著名的「四假相說」。他說這是在人心普遍發生的一種病理狀態，而非在某情況下產生的迷惑與疑難。第一種是「種族的假相」 ——這是由於人的天性而引起的認識錯誤；第二種是「洞穴的假相」 ——是個人由於性格、愛好、教育、環境而產生的認識中片面性的錯誤；第三種是「市場的假相」 ——由於人們交往時語言概念的不確定產生的思維混亂；第四種是「劇場的假相」 ——是指由於盲目迷信權威和傳統而造成的錯誤認識。培根指出，經院哲學家就是利用四種假相來抹煞真理，製造謬誤，從而給予了經院哲學沉重的打擊。但是培根的「假相說」滲透了培根哲學的經驗主義傾象，未能對理智的本性與唯心主義的虛妄加以嚴格區別。培根認為當時的學術傳統是貧乏的，原因在於學術與經驗失去接觸。他主張科學理論與科學技術相輔相成。他主張打破「偶像」，剷除各種偏見和幻想，他提出「真理是時間的女兒而不是權威的女兒」，對經院哲學進行了有力的攻擊。培根的科學方法觀以實驗定性和歸納為主。他繼承和發展了古代關於物質是萬物本源的思想，認為世界是由物質構成的，物質具有運動的特性，運動是物質的屬性。培根從唯物論立場出發，指出科學的任務在於認識自然界及其規律。培根的歸納法集中體現在他的《新工具》一書中。他尖銳地批判了亞里斯多德以及後來經院哲學中對演繹法的過分依賴，認為三段論不能給人以新知識，新的科學工具就是實驗和歸納。認為科學知識是經過證明了的知識，理論的基礎、原始的概念和命題是依靠經驗得出來的，從經驗上升到理論是一個逐步上升的過程。因此他強調，運用歸納法必須記住兩條規則：① 放棄所有先入為主的概念而重新開始；② 暫時不要企圖上升到一般的結論。培根雖然不是個科學家，也幾乎沒有進行過認真的科學實驗，但他是近代哲學史上首先提出經驗論原則的哲學家。他重視感覺經驗和歸納邏輯在認識過程中的作用，開創了以經驗為手段，研究感性自然的經驗哲學的新時代，對近代科學的建立起了積極的推動作用，對人類哲學史、科學史都做出了重大的歷史貢獻。為此，羅素尊稱培根為「給科學研究程序進行邏輯組織化的先驅」笛卡兒創立數學演繹法笛卡兒（descartes,rené1596-1660）,法國數學家、科學家和哲學家。他是西方近代資產階級哲學奠基人之一。他的哲學與數學思想對歷史的影響是深遠的。人們在他的墓碑上刻下了這樣一句話：「笛卡兒，歐洲文藝復興以來，第一個為人類爭取並保證理性權利的人。」小時候，他對所學的東西頗感失望。因為在他看來教科書中那些微妙的論證，其實不過是模稜兩可甚至前後矛盾的理論，只能使他頓生懷疑而無從得到確鑿的知識，惟一給他安慰的是數學。在結束學業時他暗下決心：不再死鑽書本學問，而要向「世界這本大書」討教，於是他決定避開戰爭，1628年，他從巴黎移居荷蘭，開始了長達20年的潛心研究和寫作生涯，先後發表了許多在數學和哲學上有重大影響的論著。在荷蘭長達20年的時間裡，他集中精力做了大量的研究工作，在1634年寫了《論世界》，書中總結了他在哲學、數學和許多自然科學問題上的看法。1641年出版了《行而上學的沉思》，1644年又出版了《哲學原理》等。他的著作在生前就遭到教會指責，死後又被梵蒂岡教皇列為禁書，但這並沒有阻止他的思想的傳播。哲學上，他推崇理性，是唯理論的代表。對於精神與物質的關係，持有精神與物質互不相關的二元論觀點。笛卡爾的演繹法不是簡單的重提古希臘的演繹法，而認為作為演繹法的出發點的命題與數學公理相類似，是直觀的可靠的真理。他要求他的演繹法與經院哲學的複雜繁瑣的教條相區別，而要遵守以下幾個原則：① 只把那些十分清楚明白地呈現在的心智之前、使根本無法懷疑的東西放在的判斷中；② 把難題儘可能分解為細小的部分，直到可以圓滿解決為止；③ 按從最簡單、最容易認識的對象開始，一點一點地上升到複雜的對象的認識④ 把一切情形盡量完全地列舉出來，盡量普遍地加以審視，以保證沒有遺漏。笛卡兒不僅在哲學領域裡開闢了一條新的道路，同時笛卡兒又是一勇於探索的科學家，在物理學、生理學等領域都有值得稱道的創見，特別是在數學上他創立了解析幾何，從而打開了近代數學的大門，在科學史上具有劃時代的意義。笛卡兒在科學領域的成就同樣累累碩果。他進而又創立了解析幾何學，為微積分的創立奠定了基礎，從而開拓了變數數學的廣闊領域。恩格斯所說：「數學中的轉折點是笛卡兒的變數。有了變數，運動進入了數學，有了變數，辨證法進入了數學，有了變數，微分和積分也就立刻成為必要了。笛卡兒的這些成就，為後來牛頓、萊布尼茲發現微積分，為一大批數學家的新發現開闢了道路。笛卡兒靠著天才的直覺和嚴密的數學推理，在物理學方面做出了有益的貢獻。從1619年讀了開普勒的光學著作後，笛卡兒就一直關注著透鏡理論；並從理論和實踐兩方面參與了對光的本質、反射與折射率以及磨製透鏡的研究。他把光的理論視為整個知識體系中最重要的部分。他從理論上推導了折射定律，與荷蘭的斯涅耳共同分享發現光的折射定律的榮譽。在力學方面，他提出了宇宙間運動量總和是常數的觀點，創造了運動量守恆定律，為能量守恆定律奠定了基礎。他還指出，一個物體若不受外力作用，將沿直線勻速運動。他發展了宇宙演化論，創立了漩渦說。他認為太陽的周圍有巨大的漩渦，帶動著行星不斷運轉。笛卡兒的這一太陽起源的旋渦說，比康德的星雲說早一個世紀。他還提出了刺激反應說，為生理學做出了一定的貢獻。笛卡兒近代科學的始祖。笛卡兒是歐洲近代哲學的奠基人之一，黑格爾稱他為「現代哲學之父」。他自成體系，熔唯物主義與唯心主義於一爐，在哲學史上產生了深遠的影響。同時，他又是一位勇於探索的科學家，他所建立的解析幾何在數學史上具有劃時代的意義。笛卡兒堪稱17世紀的歐洲哲學界和科學界最有影響的巨匠之一，被譽為「近代科學的始祖」。伽俐略的數學與實驗相結合伽利略是偉大的義大利物理學家和天文學家，科學革命的先驅。歷史上他首先在科學實驗的基礎上融會貫通了數學、物理學和天文學三門知識，擴大、加深並改變了人類對物質運動和宇宙的認識。為了證實和傳播n.哥白尼的日心說，伽利略獻出了畢生精力。由此，他晚年受到教會迫害，並被終身監禁。他以系統的實驗和觀察推翻了以亞里士多德為代表的、純屬思辨的傳統的自然觀，開創了以實驗事實為根據並具有嚴密邏輯體系的近代科學。因此，他被稱為「近代科學之父」。新的科學思想和科學研究方法　在伽利略的研究成果得到公認之前，物理學以至整個自然科學只不過是哲學的一個分支，沒有取得自己的獨立地位。當時，哲學家們束縛在神學和亞里士多德教條的框框里，他們苦思巧辯，得不出符合實際的客觀規律。伽利略敢於向傳統的權威思想挑戰，不是先臆測事物發生的原因，而是先觀察自然現象，由此發現自然規律。他摒棄神學的宇宙觀，認為世界是一個有秩序地服從簡單規律的整體，要了解大自然，就必須進行系統的實驗定量觀測，找出它的精確的數量關係。基於這樣的新的科學思想，伽利略倡導了數學與實驗相結合的研究方法；這種研究方法是他在科學上取得偉大成就的源泉，也是他對近代科學的最重要貢獻。用數學方法研究物理問題，原非伽利略首倡，可以追溯到公元前3世紀的阿基米德,14世紀的牛津學派和巴黎學派以及15、16世紀的義大利學術界，在這方面都有一定成就，但他們並未將實驗方法放在首位，因而在思想上未能有所突破。伽利略的數學與實驗相結合的研究方法，一般來說，分三個步驟：① 先提取出從現象中獲得的直觀認識的主要部分，用最簡單的數學形式表示出來，以建立量的概念；② 再由此式用數學方法導出另一易於實驗證實的數量關係；③ 然後通過實驗證實這種數量關係。伽利略進行科學實驗的目的主要是為了檢驗一個科學假設是否正確,而不是盲目地收集資料,歸納事實。伽利略不但親自設計和演示過許多實驗，而且親自研製出不少實驗儀器。他的工藝知識豐富，製作技術精湛，他所創製的許多實驗儀器在當時及對後世都很有影響，下面舉出幾項：浮力天平　這是利用浮力原理快速測定金銀器皿首飾中金銀含量比例的直讀儀器。這種儀器當時已用於金銀首飾器皿的交易中。溫度計　伽利略首創的溫度計是一種開放式的液體溫度計，玻璃管內盛有著色的水和酒精，液面與大氣相通(見彩圖伽利略的溫度計)。這實際上是溫度計與大氣壓力計的混合體，這是由於當時他對大氣壓力的變化還沒有明確的認識。儘管如此，其學術價值仍很大，溫度從此成為客觀的物理量，不再是不確定的主觀感覺。望遠鏡　伽利略製成的望遠鏡，可以觀察到物體的正像。經過改進後,其倍率由3逐步增大到33；不但指向星空，還可應用於船艦要塞，取得空前豐碩的發現成果。這種望遠鏡結構簡單，而其倍率和分辨本領受球差和色差的限制較大。伽利略在人類思想解放和文明發展的過程中作出了劃時代的貢獻。在當時的社會條件下，為爭取不受權勢和舊傳統壓制的學術自由，為近代科學的生長，他進行了堅持不懈的鬥爭，並向全世界發出了振聾發聵的聲音。因此，他是科學革命的先驅，也可以說是「近代科學之父」。雖然他晚年終於被剝奪了人身自由，但他開創新科學的意志並未動搖。他的追求科學真理的精神和成果，永遠為後代所景仰。1799年，梵蒂岡教皇j.保羅二世代表羅馬教廷為伽利略公開平反昭雪,認為教廷在300多年前迫害他是嚴重的錯誤。這表明教廷最終承認了伽利略的主張──宗教不應該干預科學。牛頓論科學方法牛頓一生的重要貢獻是集16、17世紀科學先驅們成果的大成，建立起一個完整的力學理論體系，把天地間萬物的運動規律概括在一個嚴密的統一理論中。這是人類認識自然的歷史中第一次理論的大綜合。以牛頓命名的力學是經典物理學和天文學的基礎，也是現代工程力學以及與之有關的工程技術的理論基礎。這一成就，使以牛頓為代表的機械論的自然觀，在整個自然科學領域中取得了長達兩百年的統治地位。亞里士多德的哲學講求事物的和諧，求和諧思想是正確的，但亞里士多德認為天上的日、月、星辰的運行軌道是圓形，因為只有圓運動才是完美的、和諧的，而地上的運動，例如重物直線下落是凡俗的。古希臘哲學家的和諧思想不能在天與地之間連貫。到了17世紀，牛頓用引力理論和運動三定律把天上行星和它們的衛星運動規律，同地上重力下墜的現象統一起來，實現了天上人間的統一，這是牛頓在自然哲學上的偉大貢獻。牛頓在科學上的成就須由他的哲學思想和科學方法來尋根求源。在物理學科中伽利略的實驗工作是實驗物理學的開端，牛頓深受其影響。隨後牛頓使作為實驗科學的物理學形成一個光輝體系，同時也使科學實驗方法闖入了哲學思想的殿堂。牛頓認為從現象中可以得出科學原理，或者說科學基本原理可以從現象中導得或推出。牛頓在《原理》和《光學》兩書中明白表達他的做學問的方法，即要明白無誤地區別猜測、假設和實驗結果（及由此而歸納得出的結論），還有從某些假設條件下所得到數學推導。《原理》第一編十四章中處理細微粒子的運動和第二編命題23中設想氣體中有相互排斥質點的模型都是牛頓運用具有物理實質性的數學模型的例子，但是他對這些問題缺少實質性的實驗證據，未能寫出無可辯駁的論述。1713年牛頓在出版《原理》第 2版時在給他的學生科茨的信中提到運動定律是居於首位的定律或稱之為公理，並說它們都是從現象中推斷或稱演繹而來的，並運用歸納法使之普適化。牛頓說：「這是一個命題在哲學中所能達到最高境界的例證。」誠然，必須看到歸納與演繹不能人為地對立起來。恩格斯指出「歸納和演繹正如分析和綜合一樣，是必然相互聯繫著的。不應當犧牲一個而把另一個捧到天上去」。牛頓在此早著先鞭。關於實驗與假設之間的關係，牛頓在各種場合都有論述。他在給奧爾登堡的信中說：「進行哲學研究的最好和最可靠的方法，看來第一是勤勤懇懇地探索事物的屬性並用實驗來證明這些屬性。然後進而建立一些假說，用以解釋這些事物的本性。」給科茨信中說：「任何不是從現象中推論出來的說法都應稱之為假說，而這樣一種假說無論是形而上學的還是物理學的，無論屬於隱蔽性質的還是力學性質的，在實驗哲學中都沒有它們的地位。」牛頓這些論述奠定了自然哲學的基礎，啟開了實驗科學的大門,300年來為自然科學的繁榮立下了不朽功勛。牛頓研究事物規律的方法不同於那些只從簡單的物理假設出發的人，而是通過邏輯的演繹法得到對事物現象的解釋。綜合分析方法牛頓指出，在自然科學裡，應該像在數學裡一樣，在研究困難問題時，總是應當先用分析的方法，然後才用綜合的方法。分析——包括做實驗和觀察，用歸納法從中作出普遍結論，並不使這些結論遭到異議，除非這些異議來自實驗或者其他的可靠的真理方面。用這樣的分析方法，就可以從複合物論證到它們的成分，從運動到產生運動的力，一般說，從結果到原因，從特殊原因到普遍原因，一直海洋到最普遍原因為止。綜合——假定原因已經找到，並且已把它們立為原理，再用這些原理去解釋由它們發生的現象，並證明這些解釋的正確性。愛因斯坦指出：「牛頓才第一個成功地找到了一個用公式清楚表述的基礎，從這基礎出發他用數學的思維，邏輯地、定量地演繹出範圍很廣的現象並且同經驗相符合。」「在牛頓之前還沒有什麼實際的結果支持那種認為物理因果關係有完整鏈條的信念。」牛頓是完整的物理因果關係創始人；而因果關係正是經典物理學的基石。牛頓出身於篤信基督教的家庭。在劍橋求學時代,他就懷著宗教生活里亦如科學實驗一樣可以自由自在的幻想和工作。《原理》完成後，他便著手有關基督教《聖經》的研究，並開始寫這方面的著作,手稿達150萬字之多，絕大部分未發表。可見牛頓在宗教著述上浪費了大量時間的精力。關於牛頓在1692～1693年間答覆本特萊大主教 4封信論造物主（上帝）之存在，最為後人所詬病。所謂神臂就是第一推動出於第四封信中。從現代宇宙學來說，第一推動完全可能在物理框架中解決，而無需「神助」。近代科學方法體系形成過程如下：概要：近代自然科學是從歐洲興起的。15世紀資本主義開始萌芽，商品經濟的發展和開拓市場的需要推動了遠航探險和地理髮現，進而推動了天文知識和地理知識、數學和力學的發展，於是伴隨著思想和宗教領域的文藝復興和宗教改革運動，在科學領域中產生了以天文學開始的科學革命。主要人物及其作出的貢獻：1、1543年哥白尼(N．Copernicus，1473－1543)發表《天體運行論》這部不朽著作，提出了日心說宇宙體系。經過伽利賂(G．Galilei，1564－1642)、開晉勒(J·Kepler，1571－1630)的進一步論證和發展，不僅實現了天文學上的革命，也引起了自然觀、科學認識論和方法論上的革命。人們開始從對自然界的的籠統的、模湖的認識發展到對於自然界的進行深入的、細緻的研究。2、英國的培根(F．Bacon，156l－1624) 對於近代科學的興起有卓越貢獻的。他的貢獻主要不在科學成果上，而是為科學的復興搖旗吶喊，大力提倡新的科學方法。培根第一個系統研究科學方法並將其當作追求知識的原則、追求知識的程序和方法，他的關於科學方法論的著作取名《新工具論》，以示其在科學方法論上的創新。按照培根的科學方法論，正確進行科學研究乃是從命題金字塔的底部一步一步上升到頂部．也就是：有條理地追求知識的程序是以自然為對象，以感官知覺為起點，讓心靈順著一條全然循序遞進的階梯向前推進，即通過實驗、列表、比較、排除、歸納而逐步上升到公理(形式)階梯的頂部。」培根在他的《新工具論》里，還採用他的實驗歸納程序，詳細討論了熱的本質的問題。培根的方法主要強調歸納的一面，他試圖將科學方法程序化也有其積極的意義。3、笛卡兒(R．Descartes，1596－1650)是解析幾何的創立者。他在《哲學原理》中，闡述了「物理學」中的機械唯物主義，把自然界看作一個具有統一性的物質世界，其本質是廣延性，上帝的第一次推動使得混沌狀態的物質微粒形成了旋渦運動並通過排斥和吸引而組織起來。他試圖以機械運動來說明自然界的一切事物，把整個自然界看作一架大機器，進而用來解釋動物有機體，提出了「動物是機器」的影響深遠的著名命題。他在科學方法上的重要貢獻在於，他是唯理論科學方法的創立者，又是將還原主義原理深深扎入科學之中的關鍵性人物。他以「我思故我在」的著名命題，規定了唯理論科學方法的出發點。他的「探求真理的指導原則之一」是：「全部方法，只不過是：為了發現某一真理而把心靈的目光應該觀察的那些事物安排為秩序。如欲嚴格遵守這一原則，那就必須把混亂暖昧的命題逐級簡化為其他較單純的命題，然後從直觀一切命題中最單純的那些出發，試行同樣逐級上升到認識其他一切命題。」另一條原則是：「要從錯綜複雜事物中區別出最簡單事物，然後予以有秩序的研究，就必須在我們已經用它們互相直接演繹出某些真理的每一系列事物中，觀察哪一個是最簡單項，其餘各項又是怎樣同它的關係或遠或近，或者同等距離的」。在《方法談》中，笛卡兒給出的指導人們理智的四條原則，第一條包括避免「急躁與偏見」，只接受清晰和獨特的思想；第三條要求從簡單到複雜漸次前進；第四條要求進行無一遺漏的完整分析。其中被認為是統治了西方科學方法達350年之久的最為重要的原則是：「第二條原則是把我正在考慮的難題分成儘可能多和必要的部分，以便把它最好地加以解決。」切克蘭德(P．Checkland)在《系統論的思想與實踐》一書中將其稱為「標示了西方知識傳統之特徵的分析還原原理」而且正是現代的系統論運動才真正對這一原理提出了挑戰。事實上，還原論的觀點，就奠定了追求簡單性、追求線性解的思想基礎。這就是說，因為總體總是可以分解為部分的，複雜的現象總是可以分解成為簡單的現象來理解的，非線性系統就總是可以化簡為線性問題來解決的。[]1686年4月28日是人類歷史上最偉大的日子之一，牛頓在這『天向倫敦皇家學會提出了他的《自然哲學之數學原理》。牛頓總結了天體力學和地面力學的成就，為經典力學規定了一套基本概念，提出了運動三定律和萬有引力定律，從而使經典力學成為一個完整的理論體系，實現了自然科學的第一次大綜合。4、18世紀的法國科學家和唯物主義哲學家，極大地推進了這個機械系統的自然觀、機械確定論的規律觀、還原論的科學方法論。在笛卡兒斷言「動物是機器」的基礎上，拉美特利(de Ia Mettrie，1709－1751)進而聲稱《人是機器》(1747)。經過法國的分析大師們的工作，誕生了理論力學，牛頓經典力學就有了新的精確的表達方式。拉普拉斯(P．－S．LapIace．1749－1827)設想的全能全知的妖精，被認為是最為明確、最為徹底地表述了機械決定論的理想。5、在自然科學發展的初期，這樣一幅機械的、分析的、線性的、被組織的世界圖景的形成是有其歷史必然性的。只有通過自然科學的進一步的發展進步，我們才可能通過對於這種機械的、分析的、線性的、被組織的世界圖景的再一次否定，走向一幅有機的、綜合的、非線性的、自組織的系統世界圖景。