论科学假说方法在物理学研究中的作用|科学与假设

论科学假说方法在物理学研究中的作用

摘 要：
物理学研究；

科学假说；

科学性；

多样性；

易变性 科学假说是“依据已有的科学知识和新的科学事实, 对所研究的问题作出一种猜测性的说明和尝试性的解答”， 是科学发展的一种重要形式。科学假说包含着对事物的本质 和规律的猜测 。这种猜测需要在实践中检验它的科学性， 减少它的推测性，以达到理论的认识。在物理教学中我们经 常遇到科学假说，讲清这些科学假说如何被提出、验证，并 上升到物理概念和规律，对我们的物理教学大有益处。

1 科学假说的特点 1.1 科学假说的科学性特点 科学假说虽然是对所研究的自然现象的假定性的推测 和说明，但它既与毫无事实根据的猜想、传说不同，也和缺 乏科学根据的幻想和空想有区别。在物理学研究中，假说的 形成是建立在大量的实验观察的基础上，它必须经过实验数 据、实验事实的积累。比如1766年德国物理学家普里斯特利 通过一系列实验证明，带电的空心金属容器内表面上没有电荷，而且对内部空间没有任何电力作用，他做了猜测，认为 电荷之间的作用力与万有引力相似，即与他们之间距离的平 方成反比。但他仅仅停留在猜测阶段。1785年，法国物理学 家库仑设计了精巧的扭秤实验，才直接测定了两个静止的同 种点电荷的斥力与这两个点电荷所带电量的乘积成正比，与 它们之间的距离的平方成反。经过反复的思考，他又用电扭 摆实验对吸引力测出了相同的结果，从而开辟了近代电磁理 论研究的新纪元。1864年英国物理学家麦克斯韦预言了电磁 波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基 础。1886年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在并 测定了电磁波的传播速度等于光速。

1.2科学假说具有多样性和易变性 科学假说包含着对事物的本质和规律的猜测，所以对于 同一个现象会产生不同的猜测和设想，而不同的观点必然导 致不同的假说，它随着科学实践的发展会不断的修正、补充 和完善。也可能会“死而复生”，也有可能重新陷入困境， 需要加以改进，甚至要被新的假说所代替，使得假说具有了 多样性和易变性。比如在物理研究中关于原子的模型。最早 的模型是德莫克利特的原子模型,他认为物质是由不可再分 的名为"原子"的小颗粒组成,而且原子有不同的形态。但同 时期的以亚里士多德为代表的哲学家都不赞成他，他们推崇 的是"元素说"，即世间万物都是由气、火、水、土四种元素 构成的而且物质是可以无限再分割的。“元素说”占统治地位长达十余个世纪，直到1803年道尔顿原子模型的提出。他 提出的原子模型如下：原子是构成物质的基本粒子，它非常 小，不可再分，内部没有任何结构，就像一个小球一样。到 了1904年，汤姆生做了加热金属丝的实验以后发现一种比原 子更小的粒子，汤姆生将其命名为电子。汤姆生的原子模型 是：原子由带正电荷的主体和带负电荷的电子组成，电子像 镶嵌在蛋糕中的葡萄干那样处于正电荷的“海洋”中。这个 模型中电子与正电荷的分布是处于想象的，因为没有实验证 明。但是，1911年，卢瑟夫用一个放射源发射带正电的α粒 子轰击金箔实验以后得出与汤姆生的模型矛盾的结论。卢瑟 夫的原子模型是：原子由带正电的原子核和带负电的电子构 成，原子核集中了原子的绝大多数质量和全部的正电荷，电 子在原子核外绕原子核转动。1913年，玻尔对卢瑟夫的模型 进行了修正，认为电子在原子核外按一定轨道排列，就像太 阳系中行星的轨道一样。随着量子力学的提出，原有的原子 结构也开始受到挑战，至到1935年提出电子云模型后，人类 对原子结构的认识算是有了一个比较满意的答案。

2科学假说在物理学研究中的作用 2.1科学假说是建立和发展物理科学理论的桥梁 我们在认识客观世界的过程中, 并非一下子达到对客观 规律的真理性认识。而通常要依靠提出假说，用原有的科学 原理和事实去探索未知的客观规律，不断地积累实验数据， 增加假说中科学性的内容，减少假定性的成分，逐步建立起正确反映客观规律的理论。这样，假说就成为达到理性认识 的桥梁，成为逼近客观真理的通路。恩格斯说：“只要自然 科学在思维着,它的发展形式就是假说。”，“ 科学假说” 是研究自然科学的一种广泛应用的思想方法。在整个物理学 的发展中无不体现了从假说──理论──新假说──新理 论……的循环发展模式，而每一次的发展都是对前一层次理 论（假说）的继承、完善和修改，又是后一层次理论（假说） 的重要台阶。因此，只要物理学发展着，假说便是永远不可 缺少的一座桥梁。

2.2科学假说是激发创造性思维的有效途径 对自然现象的大胆探索是假说，是创造性的猜测，是创 新思维的体现，也是进一步探索自然界本质和规律的一个催 化剂。我们还是以库仑定律做为例子：库仑设计了精巧的扭 秤实验，才直接测定了两个静止的同种点电荷之间的斥力与 这两个点电荷所带电量的乘积成正比，与它们之间的距离的 平方成反。经过不断的探索，他又用电扭摆实验对吸引力测 出了相同的结果。至此，库仑定律得到了世界公认，从而开 辟了近代电磁理论研究的新纪元。可见，如果没有科学假说， 库仑就不一定提出库伦定律，没有库伦定律也许现在还有很 多现象尚未发现，或者它们的性质特征现在仍还是一个迷。

爱因斯坦把假说形象的比喻为猜谜，猜测一个设计得很巧妙 的字谜。

2.3争论是物理理论引起突破的“催化剂”首先，由于科学假说具有多样性和易变性，从而引起不 同假说“ 百家争鸣” 的现象，不同观点的争论，可以开阔 思路，相互补充，启发思考，揭露矛盾，激发研究者的创新 思维，引导学术界的繁荣，甚至有利于理论的形成，促进科 学的发展。比如爱因斯坦和波尔关于量子力学的争论，促进 了量子力学的发展。

其次，在科学实践的发展中被证伪的假说对科学的发展 也是有推动的作用。因为假说是以原有科学事实和科学原理 为依据的，它原来必定收集了大量的珍贵事实或者甚至有部 分正确的结论，这些都为新假说的成立减轻了负担。即便是 错误的假说也可能打开另一个新天地，获得惊人的发现。比 如，历史上关于“以太”的假说，曾经推动了许多科学家去 寻求这种神奇的物质，结果得到了否定的答案，可是却导致 了相对论的伟大发现。

总之，上述可知，在物理学研究中假说起着非常重要的 作用，它的任务在于揭示事物的本质或规律，但是事物是复 杂的，人们的认识是局限的，人们的认识总是从对事物本质 的猜测逐步提高到对事物本质的认识。爱因斯坦说：“提出 一个问题比解决一个问题更为重要”。而问题是产生科学假 说的契机。因此在物理学教学中注重采取“因材施教”的教 学方法，结合教材内容，让学生深刻地领会科学假说在物理 学发展中的重要作用，从而培养学生的创造性思维。

参考文献：[1]彭漪涟,马钦荣. 逻辑学大辞典[ K].上海：上海辞 书出版社，2004 ：567 [2]何向东. 逻辑学教程[M] . 北京: 高等教育出版 社,1999 :202. [3]《马克思思格斯全集》, 第20卷583页