《自然辩证法概论》教学内容提要(8)

在科学发展史上，许多重要的发现都是来自机遇，可见，机遇在科学研究中的重要作用是不容忽视的。科学研究的一个重要特点就是探索性，即通过各种途径去寻求自然界未知的规律。这个认识过程是复杂的，不可能完全循着一条预定的路线达到预期的目的。所以科学认识过程既有目的性，又有意外性，既有必然性，又有偶然性。否认科研过程的意外性和偶然性，那不是辩证法，而是形而上学。出现机遇而不加以利用，那更是一种蠢的表现。

但是，有人把科学发现中的机遇看作是种神秘莫测，不可捉摸的东西，认为是完全碰运气是偶然性。这种看法显然是错误的。

机遇也就是机会，是一种意外的现象，具有偶然性。但是，同任何偶然性一样，它不可能是纯粹的偶然性，在偶然性背后隐藏着必然性，偶然性不过是必然性的表现形式。

首先，机遇现象的出现是偶然的，它可以在自然状态下出现，也可以在人为的干预下出现。但是在一定的条件下，它的出现又是必然的。只要条件具备，X射线总是能穿透衣服、木头和人体，a 、b 、g 射线总是能透过黑带而使照相底片感光等等。所以，科学发现中的机遇就是以客观事物的这种必然性为基础的。

其次，机遇中表现的这类现象在一个时期什么时候、什么场合以什么方式出现是偶然的。但是，这种现象所以在这个时期而不是在以往那个时期发现又是有必然性的。比如，伽利略（Galileo）奠定了近代实验物理学，但是在伽利略时期不可能象意大利生理学家伽伐尼（ ）在1792年所碰到的发现电流的机遇，因为当时的物理科学实验室中根本就不具备静电机这种设备，因此将青蛙之类的动物偶然与静电机发生联系的机遇是不会有的。同样道理，奥斯特（H.C.Oersted）所遇到的电流的磁效应的机遇，伦琴（W.K.Rontgen）发现X射线的机遇都更不可能在那个时候出现。但是随着生产和科学技术水平的发展，当具备了一定条件以后，机遇中的自然现象就会以偶然的形式在不确定的地方、不确定的具体时间中，以不确定的形式表现出来，从而被人们发现和认识。19世纪末物理学的发展已为人们进一步探索原子核内部的结构创立了条件，有许多科学家都在进行这一方面的探索。在这种情况下，各种放射现象就必然要表现出来，并且一当这类现象出现，就迟早会被人们抓住。因此，在发现的时间上，机遇也是偶然性和必然性的统一。

最后，机遇由谁捕捉住是有偶然性的，即是有些碰机会、碰运气的。但就是这里也不是纯粹的偶然，而是也有其必然性的。许多由机遇而作出重大发现的各种现象，在以前许多人也多次见到过，为什么别人见到这类情况却未加理会而只有他们才捕捉住这类机遇并由此作出重要发现呢？这里根本原因是取决于这些科学家本身的水平和能力。意外的机遇，透露了大自然的信息，为人们提供了许多研究线索，但是正如法国大细菌学家尼科尔（ ）所说过的，“机遇只垂青于懂得怎样追求她的人”，或者如巴斯德（ ）说的，“在观察的领域中，机遇只偏爱那些有准备的头脑”。只有那些具有敏锐洞察力、高度判断力、科学想象力和丰富知识和经验的人才能及时捕捉机遇。所以，在这里偶然性背后也同样隐藏着必然性。

因此，我们在科学研究中，在做每个实验的时候，都既要有明确的目的性和计划性，但也要充分注意可能的意外性。而在对待机遇的问题上，既要看到偶然性，又要看到隐藏在偶然性背后的必然性。看不到偶然性，错过机会是可惜的，但是也不能盲目崇拜偶然性，把成功的希望建立在碰运气上，而应该着重于这种偶然背后的必然性上，要加强基础知识的学习

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和辩证思维能力的训 ， 以提高捕捉机遇的能力，善于及时捕捉机遇，作出重要发现。

“理想实验”不是脱离实际的主观臆想。它一方面要以真实的科学实验为根据，抓住带关键性的科学事实，为理想实验的设计提供可靠的基础；另一方面，又要充分发挥科学思维的能动作用，善于分析矛盾和正确地进行逻辑推理。在自然科学研究中，理想实验方法具有重要的作用，它可以使人们对实际的科学实验有更深刻的理解，可以进一步揭示出客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。比如伽利略（Galileo）关于惯性运动的理想实验的设计就是在他进行真实的斜面实验的基础上得出的。爱因斯坦（A.Einstein）曾指出：“惯性定律标志着物理学上的第一个大进步，事实上是物理学的真正开端。它是由考虑一个既没有摩擦又没有任何外力作用而永远运动的物体的理想实验而得来的。从这个例子以及后来的许多旁的例子中，我们认识到用思维来创造理想实验的重要性。” 爱因斯坦（A.Einstein）本人就是成功地运用理想实验方法作出划时代科学发现的大师。他的有名的关于同时性的相对性的理想实验和关于惯性质量和引力质量等效性的理想实验，为他创立狭义相对论和广义相对论奠定了基石。理想实验方法和其他理想模型方法一样，还具有解释功能和判据功能等。当然，我们也要看到，理想实验所提供的现实原型的信息只具有相似的性质，过分夸大理想实验方法的作用，将其结果无条件外推也是不对的。

三、模拟方法

1.模拟方法及其特点

在科学研究中，对于某些关系复杂或情况特殊的对象，由于受到主客观条件的限制，往往难于甚至无法进行直接观察和实验，这时人们可以采用间接方法——先设计与该对象（原型）相似的模型，然后通过模型来间接地研究原型规律性，这种实验方法，叫模拟方法。

模拟方法具有两个特点：其一是，模拟方法作为一种间接实验方法，与研究对象直接参与实验过程的一般实验不同，参与模拟实验过程的，不是研究对象本身，而是与研究对象相似的模型；其二是，这种模型是原型简化了的映象，但又同原型具有某种相似关系，因此可以将模型的实验结果类推到原型上去。

如果说，实验过程的始终都离不开理论思维，那么模拟方法则更直接体现了理性抽象的作用。为寻找可以代替原型的模型，必须先对原型本身进行分析研究，撇开同研究的需要无关的次要的非本质的因素，形成合乎要求的思想模型。这种模型具有抽象普遍性，但没有具体现实性，不能用来作现实实验的对象。为此就需要根据这种模型要求，在现实中去找到或制造出相应的物质模型。例如医学上人们根据对人体某种疾病的认识，利用动物制造相应的病理模型，工程技术上利用对力学规律的认识，制造相应的技术模型。物质模型和现实原型存在着一致性，它们都是一种具体的可以为感觉所直接感知的东西。但物质模型又不是直接的现实原型，它是反映了现实原型的理论认识或理论模型的客体化。物质模型既具有现实原型的具体可感知性，又具有思想理论模型的抽象普遍性，是具体和抽象的统一。因此，既可以此模型作现实的科学实验，又可达到理论的某种普遍性。

2.物理模拟和数学模拟

模型既然是原型的简化，又保持着同原型相似的关系，因此可以根据对模型的实验了解去认识原型。根据模型同原型之间的相似关系的特点，模拟实验可分为物理模拟和数学模拟。

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物理模拟是以模型和原型之间的物理过程相似为基础的一种模拟方法。这里讲的物理过程是广义的，既包括无生命的物理过程，也包括生物界的生理过程或病理过程。在无生命界，物理相似要求有关的所有同名物理量之间的相似，即所有的矢量（如力、速度、加速度等）在方向上相应地一致，在数值上相应地成比例。在这种情况下，模型只是原型的精巧的放大或缩小，而其物理过程的本质是一样的。*

数学模拟，是以模型和原型之间在数学形式相似的基础上进行的一种模拟方法。列宁曾经指出：“自然界的统一性显示在关于各种现象领域的微分方程式的‘惊人的相似’中”。自然界的这种统一性，为数学模拟提供了客观基础。任何两种不同的物理过程，只要它们所遵循的规律在数学方程上具有相同的形式，就可以用数学模拟的方法去进行研究。由于电模型同其他物理模型相比便于实验观察研究，因此通常都是采用电模型的数学模拟。即首先从研究客体中抽象出数学模型，据此建立一个其数学形式与之相同的电模型进行模拟实验，然后再将电模型的实验结果外推到研究对象（原型）系统上去。20世纪中叶以后，由于电模拟装置即电子模拟计算机的出现，数学模拟更显示出它的巨大优越性。

3.模拟方法的作用

模拟方法在科学研究中被广泛应用，起着重要的作用。运用模拟方法，可以使人们对已经时过境迁的自然现象进行实验研究。如模拟几万万前地球上的自然环境，再现地球上的生命起源和演化过程。运用模拟方法可以将自然现象放大或缩小，或使自然现象在短时间内重复出现，以便于观察研究。如我国科学院大气物理研究所进行的大气环流模拟实验，可以将由地面垂直向上几万米的整个大气层的运动，在实验室里再现出来。大气环流模型的转台，每半分钟左右转一圈，就能模拟一天的气候变化，三个小时就能模拟一年的气候变化。模拟实验特别是重大工程和建筑设计的重要辅助的手段，它既可以确保安全，又能达到经济合理的目的。如大型水库、高层建筑和电力系统等都不允许直接进行实验，只有通过设计模型，对模型进行试验。运用模拟方法，还可以使人摆脱危险，避免事故。例如，在宇宙航行中用狗作为生理模型代替人去探险，以及在医学中用动物作为病理模型代替人来进行毒性药物疗效的实验等等。

模型方法在科学技术研究中之所以能够具有上述的独特作用，在于它是通过简化模型来间接了解原型。然而，模拟方法的优点之所依，亦是其不足之所在。由于模拟所得到的关于原型的结果是由简化的模型间接外推而来的，因而其可靠程度和同原型的接近程度就不能不受到限制。但是模型同原型的接近程度是随着研究深入而提高的，因此可以使从模型推得的结果越来越符合原型的实际情况。最后再进一步通过中间试验和现场试验，就逐渐达到了同一。

四、进行思维加工

1、途径：经验事实?科学事实?科学概念?科学符号?科学思想?思想模型（物

理模型?数学模型）

第三节 理性思维

一、概念、符号和思想模型

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1.科学概念

感性直观离不开理性思维，并且观察实验的结果只有经过科学抽象才能达到对事物本质的认识。科学概念、科学符号和思想模型等形态是科学抽象的成果，同时又是科学思维的基本形式，因此，理性思维的探讨，首先要从这几个基本形式，特别是从科学概念谈起。

科学概念是在科学认识中反映事物本质属性的思维形式。它是科学思维的“细胞”，是思维结构的基本单位。科学是通过概念和概念之间的关系来反映事物的本质和规律性的。科学概念也是任何科学理论的基础，是科学这一“知识之网”的网上纽结。人类科学认识的新成果，归根到底要凝结于科学概念之中，所以列宁说：“自然科学的成果是概念” 。

科学概念同任何概念一样，具有既互相区别又互相联系的两方面的特征，即概念的外延和内涵。外延是指所涉及的类的总和。内涵是概念中所思考的属性、关系和本质特征的总和，这种总和会随着认识运动的深化时而增加时而减少。内涵方面的变化也会引起外延方面的相应变化。

科学概念的制作，主要是通过抽象法，通过比较、分析和综合形成的。

通过比较，抽取共同点。因为本质总是通过共同点表现出来的，所以抽象首先要抽取共同点。为此，就必须进行比较。海森伯对此作过生动的阐述：“当比较三头牛和三只苹果时，有一个共同的特点可以用‘三’这个词来表达。这里数的概念的形成，已经标志着从我们直接感觉到的世界迈向理性能够理解的思维结构之网的决定性一步”，并认为“识别共同点可能是一种最重要的认识行为”。

其次，深入分析，抽取本质。事物本质的东西是共同的东西，但共同的东西不一定是本质。这就需要在认识诸共同点的基础 上，根据科学研究的需要，经过辩证的分析，有选择地重点深入，着重把握共同点中的主要的东西，而把其它次要的东西舍去，才能逐步接近本质，直至抽取事物的本质属性。

最后，辩证综合，复现对象。在处理有丰富内涵的概念时，还要对概念的要素进行辩证综合，或者进一步理想化，做到理想地复现对象。以牛顿研究物体的机械运动规律为例，他运用抽象方法，根据力学研究的需要，一切物体经过抽象只余下具有质量、几何形状和位置这样几个要素的总和，为了数学上处理的方便，他又进一步把质量理想化地集中在只有几何位置的数学点上，而舍去了物体的任何形状，这样就达到了高度的抽象和高度的综合，“创造”了极其简单又极为深刻的思想事物——质点。只有这样高度抽象的思想事物，才能与同样高度抽象的数学工具相匹配，顺利地进入逻辑、数学操作过程。牛顿正是沿着科学抽象这条道路，在人类历史上破天荒地实现了认识“经验世界的深刻特征” 这一目标的。

一切科学概念都应该具有可确定性，应该是可以明确规定涵义的。正因于此，它才能在现实和历史上的一定科学概念之间构成可演绎的网络，从而得到某种逻辑上的支持。科学概念不仅需要具有逻辑上的可确定性，而且必须具有实践上的可检验性（可直接检验或可间接检验）爱因斯坦曾明确主张：“物理学中没有任何概念是先验地必然的，或者是先验地正确的。唯一地决定一个概念的‘生存权’的，是它同物理事件（实验）是否有清晰的和单一而无歧义的联系。” 最后，科学概念的确定性并不排斥它的变动性。由于客体的发展变化和主

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体认识为实践所限等原因，主体把握客体本质的程度总是近似的、不完全的。任何“最科学”的概念都不可能是凝固的、绝对不变的。因此，任何科学概念又总是具有可变动性，它能随着实践和认识的发展而不断发展、深化、修正甚至更新。

2.科学符号

科学思维必须通过概念等基本的思维形式进行，但“纯粹”的概念是一种无定型的精神性的东西，它还必须借助于它的代替物——物质性的、可感知的符号（语言、文字等）而获得完善并得以显示。不然，人类既无法使自己的思想清晰化，更无法做到互相交流和沟通。

人类的语言（文字）就是人类最普遍地使用着的符号系统。其最基本、最普遍的形式是自然语言符号系统。自然语言是某一社会中历史地形成的一种民族语言。它以特定的语音、文字作为存贮和传递社会集团所需信息的手段。这种手段是人类在一切活动中交流思想、认识、感情、意志所必需的。当然也是保存和传播科学知识的通用工具。

自然语言符号系统的基本特征之一是多义性、歧义性、语法结构不够严格和统一。这些特征一般并不妨碍社会信息的交流，而且还能有助于以诗歌等文艺形式表达思想、感情。但在科学思维中，如果完全运用自然语言符号来表达概念、进行判断推理，就会引出差错甚至悖论，而成为不可容许的缺陷。而且，在用自然语言符号系统来表达事物的复杂关系的规律时，常会显得累赘而笨掘。这样，形式就成了内容发展的障碍，必须改进形式来促进内容的发展。

随着科学的发展，人们在自然语言符号系统基础上，逐步建立起了人工语言符号系统（也叫科学语言系统）。即各学科的专门科学术语（符号），用以表示严格定义的科学概念，表示事物之间的特定关系和运动变化规律，使语言符号保持其单义性、无歧义性和明确性。例如，当说“氧”的时候，人们不知道是指氧元素还是氧气，但人工语言符号O和O2就可作出明确的区分。这种新的术语的引进，和旧的用语、词汇在新的、专门的意义上的使用（如“力”、“功”在科学中的重新定义），便构成了人工语言符号系统发展的第一阶段，即“科学行话”阶段。

人工语言符号系统发展的第二阶段叫形式化语言，它实际上是以数学、数理逻辑符号语言为蓝本的科学语言。形式化语言的外在特点是：以紧凑性和可观察性为特色；在这些语言中不仅提供了原始的标志（语言字母），而且准确鲜明地定义了建立名称和含义表述的规则，定义了把一些表述（判断、公式等符号系列）变成另一些表述的规则，因而，形式化语言比原来的人工语言，形式化程度更高，并具有更大的精确性与适应性。由于各门科学的语言从类型上说基本上是描述性、断定性而非评论性的，在描述性语言中又以分析陈述为主* 这样各门科学就更有可能充分利用形式化语言，来表达自己深刻复杂的内容并进行演算化的推理。正如玻恩（Max Born)所说，运用科学符号形成的“思维结构”，仿佛是事物本质的“镜象”，“符号是深入到现实背后的自然实在里去的方法的一个必不可少的部分”。现在又有了能被计算机识别的形式化语言——计算机语言。人类还在努力开发具有更强的符号处理功能的智能机，使人的思维过程进一步做到机械化，自动化，这将是科学技术发展的一个新飞跃，也是语言符号发展的一个新飞跃。

形式化语言的推广运用作为一种研究手段，被称为形式化方法。当代著名逻辑学家鲍亨

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