《自然辩证法》思考题和答案

学体系，他对“质量”、“动量”、“惯性”、“力”、“时空”等基本概念的认识赋予了机械自然观更深刻的思想。牛顿希望从力学原理推导出自然界的其余现象，他借助力学还原论实现了科学史上的一次大统一，真正实现了机械论自然观对18、19世纪科学的指导作用。

二十五、 牛顿的自然哲学与18、19世纪的科学发展有何关联？

机械自然观在开普勒、伽利略、哈维、笛卡尔那里得到奠基和发展，牛顿通过在物质和运动的基础上加上一个新的范畴—力，把伽利略的数学传统引入到笛卡尔的机械论哲学，使数学和机械论哲学彼此实现了协调。牛顿还把光学还原为力学，这是牛顿借助力学还原论实现了科学史上的一次大统一。牛顿之后的200年中，从力学原来推导出自然界一切现象的机械自然观，为科学研究提供了总体框架，各门自然科学尤其是经典物理学的各个方面，逐渐形成各自完善的理论形态。

牛顿自然哲学对18、19世纪科学的推动作用首先体现为他本人在科学上取得的巨大成就。牛顿的力学“三大定律”和万有引力定律，将宏观的天体运动和地球上宏观与中观的物质运动统一起来，实现了机械自然观对世界的解释，构成了严谨的经典力学体系，牛顿的力学是还原论的力学，他试图从力学原理中推导出种种其余的自然现象。这一研究纲领使牛顿把力学原理和热学联系起来，从力学原理中推导出波义尔定律。他把光学和力学联系起来，推导出包括折射等许多光学定律，建立起近代光学理论。牛顿力学还原论所取得重大成就，无疑是其时代的一颗“重磅炸弹”，更是当时科学发展的“启明星”。

牛顿的自然哲学对于其时代及后来的时代很多科学研究领域都有着重要的指导作用。19世纪时，尽管存在着牛顿微粒说和惠更斯波动说的长期争论，但这两种学说原则上属于牛顿机械还原论的光学理论，或者说“波动说”可看作牛顿科学研究纲领指导与推动下所获得的成果。当时的电学与磁学的每一个发现（格雷的电流体观念、富兰克林的“一流体”假说，库仑定律），都一直在证实与巩固牛顿的科学研究纲领。热质说和热力学也是一样。19世纪30年代—50年代，在热力学观念下，发现了能量守恒和热力学第二定律。分子运动论为热现象建立了微观的力学机制模型，使热力学得到还原，最终突破了热力学范围，解释了更广泛的现象，这是牛顿机械还原论科学研究纲领取得的又一伟大胜利。

牛顿的机械还原论研究纲领构筑了整个经典物理学的理论基础，18—19世纪在下列四个方面的进展，为巩固这个统一奠定了可靠的基础。

一是拉普拉斯及其追随者，建立了一种既适用于力学，又适用于热学、光学现象的关于粒子间力的普遍性的数学理论的发表。

二是1822年傅立叶关于热的数学理论的发表，把原先只适用于力学问题的数学分析方法，应用于热学的研究，这对建立统一的物理学产生了深远和广泛的影响。19世纪40年代，汤姆逊关于热学和电学之间、质点力学与流体力学及弹性力学之间数学相似性和物理类似性的比较，加深了人们对物理学现象的统一认识。

三是菲涅尔关于光的波动说，假定光是依靠以太的振动实现传播的，因而光学又被纳入到力学自然观的范畴之中。

四是19世纪40年代，能量守恒定律使热、光、电、磁的现象都归并到力学原理的框架之中。这一切无不证明牛顿的自然哲学对18、19世纪科学的巨大的

17

理论指导作用。

二十六、 机械还原论有何局限性？

尽管机械还原论在200年间一枝独秀，指导光学、电学、磁学、热力学、统计力学取得一个个辉煌的成就，但量子力学、相对论、复杂性科学的兴起相继揭示了还原论的局限性。还原论试图从力学原理中推导出其余的一切自然现象，还原论还认为：物质构成具有简单性，物质运动具有简单性。同时主张自然的规律性、外在分离性、还原性及自然的祛魅。但是系统论、混沌学、协同学、自组织理论等复杂性科学对自然界各种现象的研究表明，自然界具有不可分离性，不可还原性、不可完全祛魅等，这说明了还原论存在着对自然认识上的局限性。

还原论时空观是绝对时空观，认为时间与空间无关，是独立的存在。时间在宇宙中处处流逝着，时间是一条直线，具有同时性和绝对性。相对论与量子力学打破了这种绝对的时空观。相对论认为：时间具有同时性的相对性；时空不可分离；时空与物质不可分离。这说明了还原论存在对时空认识上的局限性。

还原论自然观是决定论的自然观：物质世界的将来行为总是严格遵循着物理规律而发展的。19世纪发展起来的统计物理学表明，由大量微观客体组成的宏观客体所服从的是概率论规律，而不是牛顿力学定律。量子理论在表明牛顿理论在宏观领域的有效性的同时，也暴露了在新的亚原子领域，非决定论普遍存在。混沌学从根本上动摇了机械决定论的理论基础，它表明机械决定论自然观只能适用于日常生活和线性科学。

二十七、 科学的进一步发展、是如何一次次冲击机械论自然观的？

机械自然观受到的第一个冲击来自于光学。1808年，法国科学家马吕斯发现了光的偏振现象，这迫使人们放弃惠更斯关于光是以太纵波的假说，而做出光是横波的假定。横波假说仍是从机械论框架中提出来的，一旦引入这一假定，机械论框架就失去了内部的和谐。这个“以太悖论”在僵硬的机械论框架上打开它的第一个缺口。

在电磁学方面，奥斯忒认为电磁力既不吸引，也不排斥，也没有发生在物质粒子的连线上面。这显然是和机械自然观相矛盾的。以法拉第和麦克斯韦提出的“场”的观念，标志着一种新的自然因素与机械论自然图景的对抗。“场”的观念的形成与发展，最终导致了机械论自身的衰落。总之，19世纪物理学的概念含义—能量守恒、物理场的理论、电磁以及发光理论、熵的概念—都不可能再执意表现为“牛顿的”了。

19世纪90年代。洛仑兹的电子论显示了相对于牛顿纲领的优越性，通过洛仑兹变换可以把牛顿力学看作洛仑兹理论在极限条件下的近似。20世纪初比洛仑兹理论更优越的相对论、量子力学兴起。给机械论决定性的致命打击，从此机械自然观退出了历史舞台。

二十八、 如何理解科学事实与客观事实？

科学事实是科学研究的前提与基础。科学哲学之科学事实，特指某个单称命题，即通过观察、实验、测量等实践活动，借助于一定语言对特定事件、现象、过程的描述和断定。科学事实具有如下三个基本特征：

18

（1）个别性（科学事实必须是“如这块铁在这次实验中表现为热胀冷缩”这样的单称命题）。

（2）重复性（科学事实能为多个观察者重复检验）。

（3）精确性（科学事实应是一种较日常语言程度更高的定量描述）。

客观事实是不依人的意识而独立存在的同时又能被人的意识所反映的客观世界的事件、现象和过程。科学事实与客观事实的区别在于：

1、相对客观性。科学事实作为客观事件的反映，具有客观性，但由于反映过程的复杂性，科学事实并不能与客观事实直接合一，科学事实可能会出现偏差或错误，所以它只具有相对的客观性。

2、非本质性。客观事实是对事实进行“本体论”意识上的考察。即探究它们与其它事件或现象的关系。而科学事实则属于认识论的范畴，探索的是认识主体以及在事实基础上创立的学说之间的关系。科学事实不是客观事实本身，不是事物的本质，它只是一种文本。

3、语言性。客观事实会随观测过程的结束而消亡，科学事实却借助人工语言、自然语言而长期保存。

4、经验性。科学事实来源于实践（包括实验），从某个理论推出的某个陈述，只有在接受实践检验后，才可以被认为是科学事实。

5、可错性。客观事实具有理想中的绝对客观真理性，科学事实却只是某种经验的判断，难免出错或丧失细节，故可以接受评价和估计。

二十九、 科学试验有何特点？它在科学研究的意义何在？

科学试验是人们根据一定的研究目的，利用科学仪器、设备人为地控制或模拟自然现象，使自然过程或生产过程以纯粹、典型的形式表现出来，以便、在有利的条件下进行观察和研究。科学试验的基本特点，在于其功能性，人为地去干预控制所研究的对象。在有意识的变革自然的过程中去认识自然。同科学观察相比，科学试验更有利于深化对研究对象的认识。

科学试验在科学研究中，有着不可替代的作用：

（1）简化和纯化自然现象，从而有利于揭示事物的本质变化规律。

（2）再现和强化自然现象。如在超高压、超高空、超强磁场、超清洁、失重等特殊条件下，进行发现新的科学事实。

（3）延缓和加速自然过程，便于对研究对象在所控时间内进行充分深入的研究。

（4）检验科学假说。科学试验是检验科学假说正确与否的重要手段。如爱丁顿日食观测验证了广义相对论。

（5）揭示新的理论。如放射性现象的偶然发现，导致了原子科学的诞生。

三十、 科学理论的内涵是什么？它具体有什么样的功能？

科学假说在经过实验和实践检验后，被证明是正确的部分就成为科学理论。假说与理论的区别在于前者的原理是假定的，后者是能够被证明为真实性的判断。科学理论具有两个最基本的特点：

一是与实践相联系，它反映了客观事物的规律，具有客观真理性。

二是它是由概念、定律、定理、学说和推理等形成的严密的逻辑体系，科学

19

理论一般都具有演绎的逻辑结构以及逻辑上的无矛盾性的特点。

科学理论具有解释与预见两大功能。科学解释包含三个层次： （1）用科学定律解释个别科学事实； （2）用一个科学理论解释科学定律；

（3）用一个更为广泛、更为基本的科学理论解释另一个科学理论。科学解释标志着人类的认识能力大大深化。

但如果科学认识仅仅停留在对过去和现在的解释上面。那么只能说明已知的事实，却很难理解为人类把科学当作自己行为的向导。科学理论还具备一个重要的功能—预见功能，科学预见提供了认识事物发展过程、预见最近和未来发展前景的可能性，是人类改造世界的思想和理论基础。

三十一、 为什么科学始于问题？

从科研程序来看，科学源于问题。所谓问题是指一定时代的科学家在特定的知识背景下提出的关于科学认识和科学实践中需要解决而又未能解决的问题。

1、只有在出现或找出问题后，才有可能解决问题，产生科学。一门学科出现的问题愈多，发展的动力就愈强。

2、观察渗透理论与问题，没有理论与问题就无法观察。

3、科学研究的目的就是要解决问题。基础科学就是解决新现象、新规律探索的问题，应用科学就是解决如何把基础研究的成果转化为实用技术的问题；工程科学就是为了解决技术如何转化为生产力的问题。

4、问题就是矛盾，理论与理论的矛盾，理论与经验的矛盾，理论内部的矛盾，不同假说之间的矛盾，这些矛盾是产生科学问题的途径或现实条件，也是推动科学发展的强大动力。

5、从各个知识领域空白处、交叉处产生的问题，促使交叉科学、边缘科学的诞生。

三十二、 科学假说与科学理论有何区别？

科学假说是以已有事实材料和科学原理为依据，对未知事物的因果性或者规律性作假定性解释。科学理论由科学假说发展而来，它是经过实践的反复检验，正确反映了客观事物的本质及规律，其内容具有客观真理性。两者区别在于：

1、科学假说它一方面具有科学性，因为它以经验事实为基础，依据一定科学知识，经过一系列科学论证，但它毕竟只是假说，它还不是科学的真理，所以另一方面它还具有猜测性，这种猜测还须实践来补充的修正、证实或证伪。而科学理论是经过实践检验的科学假说，具有相对的真理性。

2、科学假说，它的提出、论证和构成体系，是通向科学理论道路上的必要环节，而科学理论是科学假说的最终结果。

3、科学理论两个最基本的特点是：一是与实践相联系，具有客观真理性；二是与形式结构相联系，就是构成严密的逻辑体系。而科学假说的基本特点是，它是科学性与假定性、抽象性与现象性、多样性与易变性的辩证统一。

科学假说与科学理论的联系在于：

1、两者互相渗透。科学假说是科学理论的先导，而任何科学理论都保留着假说的痕迹。

20