科學(xué)研究的邏輯起點(diǎn) 一 科學(xué)研究始于問題 科學(xué)發(fā)現(xiàn) 一個經(jīng)典的例子 1928年9月的一天 英國細(xì)菌學(xué)家弗萊明走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 偶然發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)葡萄球菌的器皿里長了綠霉 按照通常的判斷 這種情況說明培養(yǎng)液被污染了 實(shí)驗(yàn)失敗了 但弗萊明發(fā)現(xiàn) 在綠霉的周圍出現(xiàn)了一圈空白 原先生長旺盛的葡萄球菌不見了 這是怎么回事呢 他進(jìn)一步提出問題 是不是綠霉有某種作用能把它周圍的葡萄球菌殺死呢 帶著這個問題 他進(jìn)行了研究 不到一年就發(fā)現(xiàn)了青霉素 并因此獲得了1945年的諾貝爾獎 1928弗萊明發(fā)現(xiàn)了青霉素 歸納主義者認(rèn)為 科學(xué)始于觀察他們認(rèn)為科學(xué)發(fā)現(xiàn)的程序應(yīng)該是 1 觀察和記錄事實(shí) 2 分析事實(shí)并歸類 3 進(jìn)一步歸納引導(dǎo)出一般結(jié)論 4 驗(yàn)證結(jié)論 波普提出科學(xué)從問題開始 觀察不是隨便看看 要解決觀察什么 為什么觀察 如何觀察的問題 因此觀察是帶著問題的 從科學(xué)研究的具體進(jìn)程看 人們總是以問題為框架有選擇地去搜集事實(shí)材料 與問題有關(guān)的材料披搜集起來 與問題無關(guān)的材料則任其流散 不在科學(xué)認(rèn)識主體中引起信息效應(yīng) 從科學(xué)理論發(fā)展的總體過程看 只有發(fā)現(xiàn)了原有理論不能解決的問題時 人們才會去修正 補(bǔ)充它 或著手建立新理論 在這個意義上可以說 問題既是舊理論的終點(diǎn)也是新理論的起點(diǎn) 愛因斯坦指出 提出一個問題往往比解決一個問題更重要 因?yàn)榻鉀Q問題也許僅僅是一個數(shù)學(xué)上或?qū)嶒?yàn)上的技能而已 而提出新的問題 新的可能性 從新的角度去看待舊的問題 卻需要有創(chuàng)造性的想象力 而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步 科學(xué)研究從問題開始 與 認(rèn)識以實(shí)踐為基礎(chǔ) 是否矛盾 思考 1 問題 疑難 矛盾2 問題就其產(chǎn)生的特點(diǎn)來說 可以分為兩類 簡單問題或表淺問題 科學(xué)問題 二 什么是科學(xué)問題 在慶祝Science創(chuàng)刊 1880年 125周年之際 2005年 該刊雜志社公布了125個最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題 在今后1 4個世紀(jì)的時間里 人們將致力于研究解決這些問題 其中 前25個被認(rèn)為是最重要的問題 如下 科學(xué)問題 科學(xué)問題 宇宙是由什么構(gòu)成 意識的生物學(xué)基礎(chǔ)是什么 為什么人類基因會如此之少 遺傳變異與人類健康的相關(guān)程度如何 物理定律能否統(tǒng)一 人類壽命到底可以延長多久 是什么控制著器官再生 皮膚細(xì)胞如何成為神經(jīng)細(xì)胞 單個體細(xì)胞怎樣成為整株植物 地球內(nèi)部如何運(yùn)行 地球人類在宇宙中是否獨(dú)一無二 地球生命在何處產(chǎn)生 如何產(chǎn)生 什么決定了物種的多樣性 科學(xué)問題 什么基因的改變造就了獨(dú)特的人類 記憶如何存儲和恢復(fù) 人類合作行為如何發(fā)展 怎樣從海量生物數(shù)據(jù)中產(chǎn)生大的可視圖片 化學(xué)自組織的發(fā)展程度如何 什么是傳統(tǒng)計(jì)算的極限 我們能否有選擇地切斷某些免疫反應(yīng) 量子不確定性和非局部性背后是否有更深刻的原理 能否研制出有效的HIV疫苗 溫室效應(yīng)會使地球溫度達(dá)到多高 什么時間用什么能源可以替代石油 地球到底能負(fù)擔(dān)多少人口 1 科學(xué)問題的概念 一定時代的科學(xué)認(rèn)識主體在當(dāng)時的歷史條件下提出的科學(xué)認(rèn)識和科學(xué)實(shí)踐中需要解決的矛盾 2 科學(xué)問題的條件 A 能否在實(shí)踐中檢驗(yàn) 與信仰問題區(qū)別 B科學(xué)問題是時代的產(chǎn)物 與常識問題區(qū)別 是在一定的知識背景下提出的 運(yùn)用已有的知識背景進(jìn)行解答 一個問題是否有科學(xué)意義 在不同的知識背景下 回答是不同的 點(diǎn)金術(shù) 問題 例如所謂的 點(diǎn)金術(shù) 問題 在中世紀(jì)煉金術(shù)的知識背景下被認(rèn)為是有意義的 而在原子論化學(xué)的知識背景下則毫無意義 但在20世紀(jì)核物理知識背景下 它又變成有意義的并且于1919年被盧瑟福首次解決了 有些問題由于受目前知識水平限制 一時尚無法進(jìn)行研究 還不能稱為科學(xué)問題 只有在一定歷史條件下 才能成為科學(xué)問題 一是問題的指向 二是研究的目標(biāo) 三是求解的應(yīng)答域 3 科學(xué)問題的形式結(jié)構(gòu) 問題的指向 就是問題的研究對象 實(shí)體或現(xiàn)象 事件背后的原因 事件的狀態(tài)或過程 研究目標(biāo) 是指與特定的疑問詞相聯(lián)系的義項(xiàng) 一般理解就是想要獲得的答案或提問的內(nèi)容 求解應(yīng)答域 指在問題的論述中所確定的界限 并假定所提出的問題的解必定在這個領(lǐng)域內(nèi) 應(yīng)注意 求解應(yīng)答域錯誤會勞而無功 例如 兩千多年來 許多數(shù)學(xué)家為直接證明歐式幾何中的第五公設(shè)耗盡心血 但一無所獲 直到19世紀(jì)初 俄國數(shù)學(xué)家羅巴切夫斯基等提出反問題 即第五公設(shè)不可證明 改變了應(yīng)答域和問題的目標(biāo) 采用反證法 創(chuàng)立了非歐幾何 這一科學(xué)問題才獲得突破性的進(jìn)展 所以 科學(xué)問題應(yīng)答域的設(shè)立是否合理 直接決定問題是否有解 What 即 是什么 的問題 即要求對研究對象進(jìn)行識別或判斷 一般具有 X是什么 的語句形式 Why 即 為什么 的問題 即要求回答現(xiàn)象的原因或行為目的 是一種尋求解釋性的問題 How 即 怎么樣 的問題 即要求描述所研究對象或?qū)ο笙到y(tǒng)的狀態(tài)或過程 是一種描述性的問題 4 科學(xué)問題的基本類型 1 當(dāng)已有理論內(nèi)部顯現(xiàn)邏輯困難時 產(chǎn)生科學(xué)問題 2 已有理論與經(jīng)驗(yàn)事實(shí)產(chǎn)生矛盾時 產(chǎn)生科學(xué)問題 3 已有理論之間產(chǎn)生矛盾時 產(chǎn)生科學(xué)問題 5 科學(xué)問題產(chǎn)生的現(xiàn)實(shí)條件 悖論 佯謬 如果某一理論的公理和推論 原則上是合理的 但在這個理論中卻推出了兩個相互矛盾的命題 或者證明了這樣一個復(fù)合命題 它表現(xiàn)為兩個相互矛盾的命題的等價式 那么 這個理論包含了悖論 古希臘悖論 鱷魚與小孩一條鱷魚從一位母親手里搶走了一個小孩 鱷魚想吃掉小孩 但又想吃得名正言順 心安理得 于是鱷魚對這位母親說 只要你回答對了我的問題 我就不吃你的小孩 我的問題是 我會不會吃掉你的小孩 母親該怎么回答呢 19世紀(jì)下半葉 康托爾創(chuàng)立了著名的集合論 集合論剛產(chǎn)生時 曾遭到許多人的猛烈攻擊 但不久這一開創(chuàng)性成果就為廣大數(shù)學(xué)家所接受了 并且獲得廣泛而高度的贊譽(yù) 數(shù)學(xué)家們發(fā)現(xiàn) 從自然數(shù)與康托爾集合論出發(fā)可建立起整個數(shù)學(xué)大廈 因而集合論成為現(xiàn)代數(shù)學(xué)的基石 一切數(shù)學(xué)成果可建立在集合論基礎(chǔ)上 這一發(fā)現(xiàn)使數(shù)學(xué)家們?yōu)橹兆?1900年 國際數(shù)學(xué)家大會上 法國著名數(shù)學(xué)家彭加勒就曾興高采烈地宣稱 借助集合論概念 我們可以建造整個數(shù)學(xué)大廈 今天 我們可以說絕對的嚴(yán)格性已經(jīng)達(dá)到了 但是 羅素悖論的出現(xiàn)打破了數(shù)學(xué)家的美夢 康托爾悖論 有1個元素的集合其子集有2個 有2個元素的集合其子集共有4個 一般地 有n個元素的集合其子集有2 n個 n個元素的集合其基數(shù)為n 而其所有子集組成的集合的基數(shù)為2 n 顯然2 n n 因此有 康托爾定理 任意集合 包括無窮集 的冪集的基數(shù)大于該任意集合的基數(shù) 據(jù)康托爾集合理論 任何性質(zhì)都可以決定一個集合 這樣所有的集合又可以組成一個集合 即 所有集合的集合 大全集 顯然 此集合應(yīng)該是最大的集合了 因此其基數(shù)也應(yīng)是最大的 然而其子集的集合的基數(shù)按 康托爾定理 又必然是更大的 那么 所有集合的集合 就不成其為 所有集合的集合 這就是 康托爾悖論 理發(fā)師悖論 村里有一位技藝高超的理發(fā)師 他有一個原則 就是 他只給村里一切不給自己理發(fā)的人理發(fā) 那么 他該不該給自己理發(fā) 理發(fā)師陷入兩難境地 如果他給自己理發(fā) 根據(jù)他的原則 他只給那些不自己理發(fā)的人理發(fā) 那么 他不應(yīng)該給自己理發(fā) 如果他不給自己理發(fā) 根據(jù)他的原則 他只給那些不自己理發(fā)的人理發(fā) 那么 他應(yīng)該給自己理發(fā) 羅素悖論 把所有集合分為2類 第一類中的集合以其自身為元素 第二類中的集合不以自身為元素 假令第一類集合所組成的集合為P 第二類所組成的集合為Q 于是有 P A A A Q A A A 問 Q P還是Q Q 若Q P 那么根據(jù)第一類集合的定義 必有Q Q 但是Q中任何集合都有A A的性質(zhì) 因?yàn)镼 Q 所以Q Q 引出矛盾 若Q Q 根據(jù)第一類集合的定義 必有Q P 而顯然P Q 所以Q Q 還是矛盾 這就是著名的 羅素悖論 2 已有理論與經(jīng)驗(yàn)事實(shí)產(chǎn)生矛盾時 產(chǎn)生科學(xué)問題 3 已有理論之間產(chǎn)生矛盾時 產(chǎn)生科學(xué)問題 5 科學(xué)問題產(chǎn)生的現(xiàn)實(shí)條件 END