第七章_科學(xué)理論演變的動(dòng)力和模式

1、第六章第六章 科學(xué)理論演變的動(dòng)力和模式科學(xué)理論演變的動(dòng)力和模式 第一節(jié)第一節(jié) 科學(xué)理論演變的動(dòng)力科學(xué)理論演變的動(dòng)力 第二節(jié)第二節(jié) 科學(xué)理論演變模式科學(xué)理論演變模式第一節(jié)第一節(jié) 科學(xué)理論演變的動(dòng)力科學(xué)理論演變的動(dòng)力 一、理論與實(shí)驗(yàn)的矛盾一、理論與實(shí)驗(yàn)的矛盾 牛頓機(jī)械力學(xué)理論、電磁感應(yīng)理論、氧化理牛頓機(jī)械力學(xué)理論、電磁感應(yīng)理論、氧化理論、熱力學(xué)理論、孟德?tīng)栒?、熱力學(xué)理論、孟德?tīng)柲柛z傳理摩爾根遺傳理論，本身就是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的概括和總結(jié)論，本身就是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的概括和總結(jié); ; 許多重大理論的突破，如基本粒子理論、宇許多重大理論的突破，如基本粒子理論、宇稱(chēng)不守恒定律、遺傳基因理論等，都是在科稱(chēng)不守恒定律、

2、遺傳基因理論等，都是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)有所進(jìn)步的條件下取得的。學(xué)實(shí)驗(yàn)有所進(jìn)步的條件下取得的。 科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮壬a(chǎn)實(shí)踐提供更為可靠而必科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮壬a(chǎn)實(shí)踐提供更為可靠而必要的事實(shí)材料，對(duì)科學(xué)理論的演變和進(jìn)步起要的事實(shí)材料，對(duì)科學(xué)理論的演變和進(jìn)步起到補(bǔ)充和修正的作用。電磁學(xué)理論的發(fā)展就到補(bǔ)充和修正的作用。電磁學(xué)理論的發(fā)展就是一個(gè)典型例證。是一個(gè)典型例證。 1 1、任何科學(xué)理論活動(dòng)基本上都是在科學(xué)、任何科學(xué)理論活動(dòng)基本上都是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的不斷證實(shí)和證偽中確立和完善的實(shí)驗(yàn)的不斷證實(shí)和證偽中確立和完善的 邁克爾遜邁克爾遜莫雷檢驗(yàn)以太的實(shí)驗(yàn)，莫雷檢驗(yàn)以太的實(shí)驗(yàn)，本來(lái)是要證明以太的存在，卻出乎意料地本來(lái)是要證明以太

3、的存在，卻出乎意料地帶來(lái)否定以太的結(jié)果，更想不到這一帶來(lái)否定以太的結(jié)果，更想不到這一 “失失敗敗”竟成了物理學(xué)革命的契機(jī)。竟成了物理學(xué)革命的契機(jī)。2 2、科學(xué)實(shí)驗(yàn)往往引出意想不到的結(jié)果，、科學(xué)實(shí)驗(yàn)往往引出意想不到的結(jié)果，推動(dòng)科學(xué)理論的發(fā)展推動(dòng)科學(xué)理論的發(fā)展 愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論創(chuàng)立的前提是兩愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論創(chuàng)立的前提是兩個(gè)重要的科學(xué)事實(shí)個(gè)重要的科學(xué)事實(shí): :運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性和和光速不光速不變性變性。 科學(xué)理論一旦具備了完整的邏輯性，科學(xué)理論一旦具備了完整的邏輯性，就會(huì)邏輯地引出新的理論觀(guān)點(diǎn)和科學(xué)預(yù)見(jiàn)，就會(huì)邏輯地引出新的理論觀(guān)點(diǎn)和科學(xué)預(yù)見(jiàn)，如麥克斯韋通過(guò)數(shù)學(xué)演繹發(fā)現(xiàn)如麥克斯韋通過(guò)數(shù)學(xué)

4、演繹發(fā)現(xiàn)電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)方程方程，預(yù)言了電磁波的存在。，預(yù)言了電磁波的存在。 任何科學(xué)實(shí)驗(yàn)都是在科學(xué)理論指導(dǎo)下進(jìn)行的任何科學(xué)實(shí)驗(yàn)都是在科學(xué)理論指導(dǎo)下進(jìn)行的 例如，電磁波的赫茲實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證例如，電磁波的赫茲實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，邁克爾遜麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，邁克爾遜莫莫雷實(shí)驗(yàn)則是為了驗(yàn)證以太假說(shuō)。雷實(shí)驗(yàn)則是為了驗(yàn)證以太假說(shuō)。 無(wú)論是實(shí)驗(yàn)課題的確定、實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思和無(wú)論是實(shí)驗(yàn)課題的確定、實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思和設(shè)計(jì)，還是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和概括，都設(shè)計(jì)，還是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和概括，都離不開(kāi)一定的科學(xué)理論。在萬(wàn)有引力理論離不開(kāi)一定的科學(xué)理論。在萬(wàn)有引力理論的指導(dǎo)下，正確分析天王星運(yùn)動(dòng)觀(guān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)

5、下，正確分析天王星運(yùn)動(dòng)觀(guān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，導(dǎo)致了海王星的發(fā)現(xiàn)的結(jié)果，導(dǎo)致了海王星的發(fā)現(xiàn); ;在能量守恒在能量守恒定律的指導(dǎo)下，正確地分析定律的指導(dǎo)下，正確地分析衰變的實(shí)驗(yàn)，衰變的實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致了中微子的發(fā)現(xiàn)。導(dǎo)致了中微子的發(fā)現(xiàn)。 19 19世紀(jì)以前，科學(xué)和技術(shù)往往是脫節(jié)的。世紀(jì)以前，科學(xué)和技術(shù)往往是脫節(jié)的。2020世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)和技術(shù)的聯(lián)系越來(lái)越緊密，世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)和技術(shù)的聯(lián)系越來(lái)越緊密，日益呈現(xiàn)出日益呈現(xiàn)出科學(xué)技術(shù)化科學(xué)技術(shù)化和和技術(shù)科學(xué)化技術(shù)科學(xué)化的特征。的特征。科學(xué)和技術(shù)的相互驅(qū)動(dòng)，事實(shí)上已成為科學(xué)科學(xué)和技術(shù)的相互驅(qū)動(dòng)，事實(shí)上已成為科學(xué)理論演變的重要?jiǎng)恿χ?。理論演變的重要?jiǎng)恿χ弧?020世紀(jì)

6、世紀(jì)8080年代大爆炸宇宙理論的建年代大爆炸宇宙理論的建立所依賴(lài)的重大技術(shù)條件立所依賴(lài)的重大技術(shù)條件: : 望遠(yuǎn)鏡的望遠(yuǎn)鏡的“保形保形”設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)、美國(guó)建立的美國(guó)建立的“甚大甚大陣陣”(VLA(VLA，2727具直徑具直徑2525米的射電望遠(yuǎn)鏡組成的米的射電望遠(yuǎn)鏡組成的一個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，一個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，等效面積達(dá)等效面積達(dá)120120米直徑米直徑望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡) )、甚長(zhǎng)基準(zhǔn)干、甚長(zhǎng)基準(zhǔn)干涉儀涉儀(VLBI(VLBI，綜合孔徑，綜合孔徑的射電望遠(yuǎn)鏡的射電望遠(yuǎn)鏡) )以及各以及各類(lèi)衛(wèi)星和天體探測(cè)器。類(lèi)衛(wèi)星和天體探測(cè)器。上述技術(shù)所導(dǎo)致的重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)上述技術(shù)所導(dǎo)致的重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn) 脈沖星脈沖星

7、 (1967)(1967) 3K3K微波背景微波背景 ( (證實(shí)了大爆炸宇宙理論的預(yù)言證實(shí)了大爆炸宇宙理論的預(yù)言) ) 類(lèi)星體類(lèi)星體 ( (第一次測(cè)到的高移天體，填補(bǔ)了距離從第一次測(cè)到的高移天體，填補(bǔ)了距離從幾億光年到上百億光年的巨大幾億光年到上百億光年的巨大 “ “實(shí)測(cè)空白區(qū)實(shí)測(cè)空白區(qū)”，強(qiáng)化了宇宙演化的整體性觀(guān)念強(qiáng)化了宇宙演化的整體性觀(guān)念) ) 大批毫米波譜線(xiàn)大批毫米波譜線(xiàn) ( (預(yù)示星級(jí)復(fù)雜分子的存在預(yù)示星級(jí)復(fù)雜分子的存在) ) “褐矮星褐矮星”( (質(zhì)量過(guò)小從而沒(méi)有產(chǎn)生核反應(yīng)的恒星質(zhì)量過(guò)小從而沒(méi)有產(chǎn)生核反應(yīng)的恒星) ) 星系核心的大質(zhì)量黑洞星系核心的大質(zhì)量黑洞 非常大的紅移現(xiàn)象非常大的

8、紅移現(xiàn)象 (把星系研究推向早期把星系研究推向早期) 微波輻射的小背景起伏微波輻射的小背景起伏 (把今日對(duì)宇宙的結(jié)構(gòu)的把今日對(duì)宇宙的結(jié)構(gòu)的理解引向根源理解引向根源) 發(fā)現(xiàn)射線(xiàn)暴起源于遙遠(yuǎn)的宇宙空間發(fā)現(xiàn)射線(xiàn)暴起源于遙遠(yuǎn)的宇宙空間 預(yù)言過(guò)的引力微透鏡效應(yīng)預(yù)言過(guò)的引力微透鏡效應(yīng) 發(fā)現(xiàn)圍繞著其他恒星的行星發(fā)現(xiàn)圍繞著其他恒星的行星 (達(dá)達(dá)40個(gè)個(gè))等等二、理論中的邏輯悖論二、理論中的邏輯悖論 邏輯悖論的排除對(duì)于科學(xué)理論的演變邏輯悖論的排除對(duì)于科學(xué)理論的演變有兩方面的意義有兩方面的意義: : 1 1、改進(jìn)與完善原來(lái)的科學(xué)理論、改進(jìn)與完善原來(lái)的科學(xué)理論 2 2、提出并創(chuàng)立新的科學(xué)理論、提出并創(chuàng)立新的科學(xué)理論

9、亞里士多德：亞里士多德：“物體自由下落物體自由下落的速度和物體的重量成正比的速度和物體的重量成正比”的命的命題，即題，即“物體越重，下落的速度就物體越重，下落的速度就越快；越輕，物體下落的速度就越越快；越輕，物體下落的速度就越慢慢”。 伽利略發(fā)現(xiàn)了其中存在的邏輯悖伽利略發(fā)現(xiàn)了其中存在的邏輯悖論：如果把輕重不同的兩個(gè)物體綁在論：如果把輕重不同的兩個(gè)物體綁在一起，它應(yīng)該下落得更快還是更慢呢？一起，它應(yīng)該下落得更快還是更慢呢？一方面，重量更大，應(yīng)該落得更快；一方面，重量更大，應(yīng)該落得更快；另一方面，快的物體可能被慢的物體另一方面，快的物體可能被慢的物體拖住，沒(méi)有單獨(dú)時(shí)下落得快。拖住，沒(méi)有單獨(dú)時(shí)下落得

10、快。 亞里士多德與伽利略的亞里士多德與伽利略的“落體定律落體定律”EPREPR佯謬佯謬 1935 1935年美國(guó)年美國(guó)物理評(píng)論物理評(píng)論的第的第4747、4848期上分別期上分別發(fā)表了兩篇題目相同的論文：發(fā)表了兩篇題目相同的論文：“物理實(shí)在的量子力物理實(shí)在的量子力學(xué)描述能否認(rèn)為是完備的？學(xué)描述能否認(rèn)為是完備的？”在在4747期上署名的是：期上署名的是：愛(ài)因斯坦愛(ài)因斯坦、波多爾斯基波多爾斯基和和羅森羅森，在，在4848期上署名的是期上署名的是玻爾玻爾。 EPREPR是前三位物理學(xué)家姓的頭一個(gè)字母。是前三位物理學(xué)家姓的頭一個(gè)字母。 “EPREPR佯謬佯謬”的一個(gè)重要經(jīng)典悖論大致如下：的一個(gè)重要經(jīng)典悖

11、論大致如下：由已知的量子物理法則，可以推斷出，在符合某由已知的量子物理法則，可以推斷出，在符合某個(gè)條件下產(chǎn)生的一組粒子對(duì)，擁有完全相同的質(zhì)個(gè)條件下產(chǎn)生的一組粒子對(duì)，擁有完全相同的質(zhì)量，相反的自旋，會(huì)產(chǎn)生一種量子效應(yīng)上的聯(lián)系，量，相反的自旋，會(huì)產(chǎn)生一種量子效應(yīng)上的聯(lián)系，因而可以通過(guò)干擾其中一個(gè)粒子來(lái)對(duì)另一個(gè)粒子因而可以通過(guò)干擾其中一個(gè)粒子來(lái)對(duì)另一個(gè)粒子瞬間產(chǎn)生影響，且不受任何已知宏觀(guān)物理效應(yīng)的瞬間產(chǎn)生影響，且不受任何已知宏觀(guān)物理效應(yīng)的影響影響也就是說(shuō)，如果把這組粒子對(duì)中的一個(gè)也就是說(shuō)，如果把這組粒子對(duì)中的一個(gè)發(fā)射到銀河中心去，另一個(gè)留在地球上，我們也發(fā)射到銀河中心去，另一個(gè)留在地球上，我們也可以

12、通過(guò)干涉地球上這個(gè)粒子，來(lái)瞬間對(duì)遠(yuǎn)在數(shù)可以通過(guò)干涉地球上這個(gè)粒子，來(lái)瞬間對(duì)遠(yuǎn)在數(shù)萬(wàn)光年外的另一個(gè)粒子產(chǎn)生影響。這違背了相對(duì)萬(wàn)光年外的另一個(gè)粒子產(chǎn)生影響。這違背了相對(duì)論光速不可超越的屏障。論光速不可超越的屏障。 四、不同理論之間的相互競(jìng)爭(zhēng)四、不同理論之間的相互競(jìng)爭(zhēng) 針對(duì)同樣的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)或科學(xué)問(wèn)題，有針對(duì)同樣的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)或科學(xué)問(wèn)題，有多個(gè)科學(xué)理論相互競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而形成某些科多個(gè)科學(xué)理論相互競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而形成某些科學(xué)理論的學(xué)理論的或者某些科學(xué)理論之間的或者某些科學(xué)理論之間的以致以致，進(jìn)而促成科學(xué)，進(jìn)而促成科學(xué)理論的演變理論的演變。1 1、通過(guò)相互競(jìng)爭(zhēng)和爭(zhēng)鳴，最終導(dǎo)致一種科學(xué)理論、通過(guò)相互競(jìng)爭(zhēng)和爭(zhēng)鳴，最終導(dǎo)致一種

13、科學(xué)理論對(duì)其他理論的替代。對(duì)其他理論的替代。日心說(shuō)地心說(shuō)氧化說(shuō)燃素說(shuō)斯塔爾2 2、通過(guò)相互競(jìng)爭(zhēng)和爭(zhēng)鳴，通過(guò)相互競(jìng)爭(zhēng)和爭(zhēng)鳴，產(chǎn)生了更高層次上統(tǒng)一的、綜產(chǎn)生了更高層次上統(tǒng)一的、綜合性的、新的科學(xué)理論。合性的、新的科學(xué)理論。 波動(dòng)說(shuō)微粒說(shuō)惠更斯惠更斯牛頓牛頓波動(dòng)說(shuō)麥克斯韋麥克斯韋微粒說(shuō)愛(ài)因斯坦愛(ài)因斯坦物質(zhì)波物質(zhì)波假說(shuō)假說(shuō)德布羅意德布羅意3 3、不同理論之間的一個(gè)低層次的虛擬的理論悖論，通、不同理論之間的一個(gè)低層次的虛擬的理論悖論，通過(guò)相互競(jìng)爭(zhēng)和爭(zhēng)鳴，形成了一種更高層次的、能夠消過(guò)相互競(jìng)爭(zhēng)和爭(zhēng)鳴，形成了一種更高層次的、能夠消解這種理論矛盾的科學(xué)理論。解這種理論矛盾的科學(xué)理論。 克勞修斯克勞修斯熱力學(xué)第

14、二定律表現(xiàn)出熱力學(xué)第二定律表現(xiàn)出來(lái)的是退化規(guī)律來(lái)的是退化規(guī)律 達(dá)爾文達(dá)爾文達(dá)爾文進(jìn)化論表現(xiàn)出來(lái)達(dá)爾文進(jìn)化論表現(xiàn)出來(lái)的是進(jìn)化規(guī)律的是進(jìn)化規(guī)律 普利高津普利高津耗散結(jié)構(gòu)理論耗散結(jié)構(gòu)理論 ：系統(tǒng)趨：系統(tǒng)趨向平衡還是遠(yuǎn)離平衡向平衡還是遠(yuǎn)離平衡 五、科學(xué)發(fā)展的不平衡性五、科學(xué)發(fā)展的不平衡性1 1、學(xué)科發(fā)展的不平衡性、學(xué)科發(fā)展的不平衡性 蘇聯(lián)哲學(xué)家凱德洛夫曾據(jù)此提出科學(xué)發(fā)展的帶頭蘇聯(lián)哲學(xué)家凱德洛夫曾據(jù)此提出科學(xué)發(fā)展的帶頭學(xué)科的更替理論。學(xué)科的更替理論。時(shí)間時(shí)間帶頭學(xué)科帶頭學(xué)科1616世紀(jì)和世紀(jì)和1818世紀(jì)世紀(jì) 力學(xué)力學(xué)1919世紀(jì)世紀(jì)物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)2020世紀(jì)上

15、半葉世紀(jì)上半葉微觀(guān)物理學(xué)微觀(guān)物理學(xué)從從2020世紀(jì)中期開(kāi)始世紀(jì)中期開(kāi)始物理學(xué)、控制論、分子生物學(xué)和遺傳學(xué)、航天物理學(xué)、控制論、分子生物學(xué)和遺傳學(xué)、航天學(xué)、高分子化學(xué)等學(xué)、高分子化學(xué)等未來(lái)未來(lái)分子生物學(xué)和心理學(xué)分子生物學(xué)和心理學(xué)2 2、世界科學(xué)活動(dòng)中心的不斷轉(zhuǎn)移、世界科學(xué)活動(dòng)中心的不斷轉(zhuǎn)移 科學(xué)社會(huì)學(xué)家貝爾科學(xué)社會(huì)學(xué)家貝爾納最先在納最先在歷史上的科歷史上的科學(xué)學(xué)中提出世界科學(xué)活中提出世界科學(xué)活動(dòng)中心的概念，他認(rèn)為，動(dòng)中心的概念，他認(rèn)為，科學(xué)中心總是隨著民族科學(xué)中心總是隨著民族的經(jīng)濟(jì)文化的興衰消長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)文化的興衰消長(zhǎng)而轉(zhuǎn)移的。而轉(zhuǎn)移的。 公元前公元前6 6世紀(jì)到公元前世紀(jì)到公元前3 3世紀(jì)，學(xué)術(shù)文化的中心在世紀(jì)，學(xué)術(shù)文化的中心在地中海沿岸，古希臘、古羅馬是歐洲科學(xué)文化的地中海沿岸，古希臘、古羅馬是歐洲科學(xué)文化的中心。中心。 公元公元5 5世紀(jì)到世紀(jì)到1515世紀(jì)，東方的中國(guó)一直居世界領(lǐng)先世紀(jì)，東方的中國(guó)一直居世界領(lǐng)先地位。地位。 1515世紀(jì)下半葉世紀(jì)下半葉 ，意大利成為近代以來(lái)的