標題: 第23講:科學的方法
s20011301
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發表於 2-9--2012 06:58 AM  資料 文集 私人訊息 
第23講:科學的方法
假說演繹法
從處理日常事務到科學探索,我們常常需要提出一些假設,用來說明或解釋一些現象。
例如,當你晚上做功課時,全家的燈突然熄滅了。為了解決這個問題,你必須找出原因。故你提出一個假設:因短路而跳閘。但當你檢查電閘的時候,發現並沒有跳閘,於是你推翻了這個假設。 於是你提出新的假設:這個地區的供電系統發生故障。如果這個假設成立,就會推出鄰近的住宅也沒有電力供應這個結論。為了印證這個假設,你就去查看一下。如果鄰近的住宅和街道都漆黑一片,就支持了上述的假設;反之,如果鄰近的住宅和街道燈光如常,就推翻了上述的假設。
像上述例子那樣,為了解決問題或解釋一些現象而提出假設、然後檢驗這個假設的方法叫做假設演繹法(hypothetical deductive method)。假設演繹法由以下三個步驟組成:

假設演繹法的步驟
第一步:提出假設
為解決問題或解釋一些現象而提出假設。
第二步:推出推論
從這個假設推出一些可觀察的現象。
第三步:檢驗推論
看看是否出現這些可觀察的現象。
就以前述的例子來說,全家電燈熄滅了就是所出現問題或產生一些現象。為了解決這個問題或解釋這個現象,必須1提出假設。這個假設就是:這個地區的供電系統發生故障。然後2從這個假設可以推出這樣的推論:鄰近的住宅和街道漆黑一片。最後3檢驗這個推論,即去看一看鄰近的住宅和街道是否真的漆黑一片,如果是的話就支持了上述的假設,否則就很可能推翻了上述的假設。

印證一個假設
檢驗一個假設,就是看看是否出現由這個假設所推出的一些可觀察的現象。如果不出現這些現象,就推翻了這個假設。但如果確實出現這些現象,並不一定就證明了這個假設是真的,有時只是為這個假設提供了一定程度的支持。這種一定程度的支持稱爲印證。
以H表示假設,以O表示由這個假設所導出的可觀察的現象,以下的論證是無效的:
  如果H,則O
  O
  所以,H
這個論證犯了肯定後件的謬誤。以前述停電的例子來說,即使鄰近的大廈和街道真的漆黑一片,也不證明必定是這個地區的供電系統發生故障,有可能別的什麼原因導致鄰近的大廈和街道漆黑一片,如恐怖分子破壞等。但鄰近的大廈和街道漆黑一片為那個假設提供了較有力的支持。

科學理論及其印證
在上述的例子中,供電系統是否發生故障,是可以被最終證實的。但科學理論則往往不能被最終證實。有些科學理論講的是宇宙的普遍規律,由於涉及到無窮的時空,故它不可能被完全證實(verify),只可被印證(confirm)。所謂「完全證實」就是最終被確定為真,所謂「印證」就是有證據支持。被印證了的科學理論不一定都是真的,它有可能有一天會被推翻或修正,但在目前來說我們有理由相信它是真的。
一個科學理論雖然不能被最終證實為真,但獲得越多的證據支持,它就越可靠。這主要表現在以下兩點:其一,一個理論能夠解釋的事實越多,它就越可靠;其二,一個理論對未知事實預測被證實的越多,它就越可信。 牛頓力學就是被高度印證的理論。它不但能解釋地球上的種種運動,也能解釋天體的運動,它還有極強的預測能力。

假設演繹法在科學中的運用
假設演繹法的應用十分廣泛。從解決日常疑難到政治上的決策、從商業管理到科學探究,常常都使用假設演繹法。這種方法能有效地幫助我們了解事物的因果關係、解釋一些現象、甚至掌握宇宙的普遍規律。以下看看假設演繹法在科學中應用的兩個例子。
大陸漂移說
魏格納有一天看地圖時,發現南美洲的東海岸與非洲的西海岸能吻合在一起,為了解釋這個現象,他提出了「大陸漂移」的假說,即大陸原來是一塊整體,由於地球自轉和潮汐作用,後來裂成了幾大塊並逐漸分離開來。
由這個假說可以演繹地導出以下的推論:大西洋兩岸和印度洋兩岸彼此相吻合地區的地質結構相同;大西洋兩岸的古生物化石相同。並且可以預言大西洋兩岸的距離正在逐漸增大等。科學家發現這些推論都與事實相符,預言也得到了證實。這些經驗事實有力地支持大陸漂移的假說,也就是說印證了這個假說。
海王星的發現
天文學家發現,天王星運行的軌道與理論計算的不相符,為了解釋這個現象,天文學家提出這樣的假說:在天王星以外有未知的第八顆行星,這個行星的引力影響了天王星的運行,使其運行的軌道偏離了理論預計的軌道。
根據這個假說,亞當斯和勒維烈這兩位天文學家在19世紀40年代分別計算出這第八顆行星的軌道,預言了它所在的位置。後來天文學家果然在這個位置上找到了這顆新的行星。海王星就是這樣發現的。
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