自牛顿以来的科学家--近现代科学-第7部分
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当科学家掌握了自认为是完整有效的经验证据之后就进入到下一个步骤——形成假说。
2。3 形成假说与科学方法
根据以上经过一系列的科学思维处理后的经验证据，就可以对某一科学问题做出可检验和待检验的猜想性和尝试性的解答，这就形成了科学假说。
形成假说必须依靠一系列科学方法，包括科学归纳（从大量的经验证据寻找普遍特征）、类比方法（以一个事物的经验证据为基础向另一个事物的经验证据过渡）、统计方法（处理具有多种可能性的随机现象的经验数据）、数学方法（用抽象的符号和数学语言把经验证据统一起来）等等。对科学方法的选择是科学家的个人行为，不同的科学家有不同的思维风格，但是不同形式的假说本质上应该是等价的，可以相互转换的（如物理学中量子理论中的薛定谔的波动力学与海森堡的矩阵力学）。
一个假说可能为真、可能为假，必须接受后续的验证。科学家通过发表论文或者撰写着作的形式公开自己的假说，去接受科学共同体的验证。非科学思维者也可以得出某一假说，但他们往往到此为止，不经过或者不愿意经过后续的检验假说和修正假说的过程，直接把假说当成理论进行传播。
2。4 检验假说与科学假说的特征
科学假设是依据尽可能多的实验材料和经验事实以及尽可能牢固的科学基础上创造出来的，是经验证据和科学思维的产物。如果说形成假说往往是归纳与综合方法的结果，那么检验假说则是演绎与分析方法的开端，因此科学哲学家把从检验假说到形成理论的步骤称之为假说—演绎法。波普尔为假说—演绎法的科学方法论贡献了“可证伪性”、“可检验性”等基本概念＇4＇。
科学假说的基本特征是：①假说的自洽性。假说的各个组成部分是符合逻辑的，不存在矛盾命题。②假说的兼容性。它与得到确证的科学原理是向下兼容的。③假说的解释性。它能够解释符合原来科学理论的经验证据和自己获得新的经验证据。④假说的预见性。通过科学思维能够推论出的经验证据超过它直接说明的经验证据的范围，因此包含着尚未检验的经验证据。⑤假说的可检验性。它是可以被经验证据证实或者被经验证据证伪的。⑥假说的简单性。简单性原则是一个美学原则，它要求尽可能少地包含彼此独立的假说或者公理。⑦假说的试探性。它只是尝试性的解答问题，是可修正的、改变的、并非唯一的。其中最重要的特征是它的预测性和可检验性。
考察一个科学假说是否成立，就是要看它是否具备上述基本特征。例如，只有包含了自然过程、自然事件、自然规律等经验证据的假说才是可检验的，而包含非自然知识的假说则不能被检验；凡是声称是绝对正确的假说也不是科学假说。
检验科学假说的过程实际上是重新收集和认识经验证据的过程：一是科学家通过不断地观测与实验增加了新的经验证据，二是假说预测的经验证据需要接受检验，三是原来的经验证据可能与新的假说预测的经验证据产生矛盾而重新检验。
2。5 修正假说与科学争论
如果科学假说被检验为不能成立，它必须被修正或者抛弃。在这个时候，人文因素又起着重要的作用。科学家因为花去了大量的时间、精力甚至财力才形成了科学假说，因此不可能简单地抛弃他们自认为正确的东西。由于怀疑态度的存在，科学家也不会轻易接受一个他人认为正确的假说。科学家对假说的辩护与反驳成为科学进步的动力。为了保护科学假说的核心部分，科学家通常会逐步建立一些辅助性的保护带。在辩护与反驳过程中，组成科学假说的核心及其保护带被不断地修正，不断地检验。
检验假说与修正科学假说的过程就产生了科学争论。科学争论表现为科学界在经验证据（实验发现、观察报告、数据分析、统计结果等）的有效性、科学方法的选择、假说的预见性结论的应用等诸多方面的分歧和论争。一个严肃的科学争论必须限定在科学研究探索的范围内进行，拒绝来自科学外部因素的影响；它也必须是理性的，以经验证据为基础进行理性推理，拒绝个人情感、个人信仰等非理性的东西。
只有在经过科学共同体多次检验的科学假说才能成为可靠知识的一部分—科学事实。科学事实是高度证实的科学假说，是可以重复检验的，形成了人类知识中的真理部分。因为很多的科学事实，例如生物组织的进化、生命中核酸的存在、大陆的漂移等，与人的普遍意识、过去的哲学观念以及宗教相违背，因此很多人否认它们。通常我们把否认科学事实的行为称为非理性的行为，不管这种行为是来自科学家还是其他人。
2。6 形成理论与科学理论的基本功能
科学理论是多个科学事实的整合建构。库恩概括了一个好的科学理论具有5个基本特征：精确性，从理论导出的结论与观察实验的结果相符；一致性，不仅内部自我一致而且与现有的一些公认理论的一致；广泛性，理论的结论远远超出了要最初要解释的特殊观察、定律；简单性，理论应当简单，给现象以秩序；有效性，理论应当产生大量新的研究成果＇5＇。
科学理论的基本功能是解释功能和预见功能。科学理论的解释功能是指人们能够利用科学理论推断出的结论来验证已经存在的经验证据。它不仅包括因果解释（一个确定性事物在给定初始条件后，过去与将来都是可以决定的），也包括概率解释（由于某些事物本身具有的不确定性导致现象符合统计规律）；不仅包括结构解释（事物的性质表现为其构成的基本成分的性质的综合），也包括功能解释（事物的系统功能表现为各种因素下的功能的综合）；不仅包括渐进解释（事物的各种历史阶段存在逻辑关系），也包括突变解释（事物的内部性质因外部条件突然变化而发生突变）。科学理论的预见功能是指人们能够从科学理论逻辑地推断出未知的经验证据，这些证据已经存在但不为人知、或者暂时不存在但必将发生。
例如，相对论、量子力学、进化论、基因工程学、宇宙大爆炸等科学理论等就是目前人类拥有的最可靠的、最严格的知识体系，能够对宇宙、自然、生命的起源、发展、构成和未来给出最有力的解释或者预见。
严格意义上的科学理论都是科学假说，科学理论也只是相对真理。由于科学是不断发展和进步的，更新的经验证据有的还没有纳入到现存的理论之中，有的与现存的理论相矛盾，因此产生了新的科学问题，科学研究活动进入到下一个循环过程。
3、科学精神的基本内涵
从以上科学理论的形成过程可以推论出关于科学精神的丰富内涵，以下几条是比较重要的。
①非科学与科学之间存在不可逾越的界限，但科学假说与科学理论之间不存在不可逾越的界限。需要把“科学与非科学”和“科学假说与科学理论”区分开来。科学精神拒绝的是不具备经验证据基础的、超自然的非科学，而不是带有探索性质的科学假说，因此对待非科学应当严格，对待科学假说应该宽容。
②科学理论的形成要经历不同的过程，不同的过程对科学家的思维有不同的要求，因此必须把“发现的非理性思维”与“辩护的非理性思维”分别开来（有的哲学家简单地把科学活动分为“发现”与“证明（辩护）”两部分）。科学精神不拒绝个别科学家某个阶段思维的突发奇想，如鼓励科学家依靠好奇心、直觉等提出原创性问题。科学精神拒绝的是科学家在假说检验与评价过程的非理性。
③科学理论需要的经验证据必须是有效的，因此既要保证通过自身观测和实验的经验证据是真实可靠的，也要保证采用的权威证据的来源是真实可靠的。科学精神就要求科学家在收集证据时严格按照科学规范进行，不仅不能伪造、任意修改经验证据，也要防止因疏忽造成的经验证据失真。
④一个科学理论的形成需要较长的和复杂的检验过程，任何科学家不能借助任何非科学的手段（比如媒体、广告、权威人物等）自我或者立即宣称一个科学假说为一个科学理论，这就要求科学家不管为自己的假说辩护还是反驳他人的假说时都要有开放的心态、等待验证的耐心和平等的权利，也就是说科学精神要求科学家坚毅执着但不固执己见。
⑤在现代大科学时期，一个科学家往往只能完成一个步骤甚至只是一个步骤的一部分，因此科学研究活动提倡合作交流的团队精神，在这个团队中以多种形式（紧密的或松散的、实质的或者虚拟的）尽可能地集合起完成各个步骤所需要的科学家，这样才能尽快地完成科学理论形成的全过程。
4、一个简例：量子力学的发展
量子力学是逐步发现和形成的。１909年德国人普朗克（R。E。L。Planck；1858…1947）首先提出光量子论。1905年德国人爱因斯坦（A。Einstein；1879…1955）用光量子论解释了光电现象。1913年丹麦人玻尔（N。Bohr；1885…1962）提出电子轨道的量子化，用它解释了原子结构和原子光谱。1916年德国人索末菲（Ａ。Sommerfeld；1868…1951）改进了玻尔模型，计算了电子的椭圆轨道。1923年法国人德布罗意（De Broglie；1892…1987）提出电子也是一种波动。1925年德国人海森堡（W。K。Heisenberg；1901…1976）引进矩阵作为力学量，德国人玻恩（M。Born；1882…1970）、约尔丹（E。P。Jordan）和海森堡建立起量子矩阵力学体系。1926年德国人薛定谔（E。Schrodinger；1887…1961）提出量子波动力学，证明波动力学和矩阵力学等价；同年，玻恩提出了波函数的统计解释。1927年德国人约尔丹和英国人狄拉克（P。A。Dirac；1902…1982）证明了普遍的变换定理，海森堡提出测不准关系，玻尔提出互补原理，从而量子力学理论的构建就完成了，并迅速成功地应用于原子、分子和固体结构的研究。
量子力学发展的速度虽然很快，却是在激烈的学术争论中展开的。薛定谔提出薛定谔之猫的悖论和爱因斯坦与波多尔斯基（B。Podolsky）和罗森（N。Rosen）提出EPR佯谬，长期不同意海森堡的理论和玻恩的统计解释。爱因斯坦甚至终身都不认为量子力学是一个完备的理论，而是致力于寻找一种具有确定性的统一理论。贝尔（J。S。Bell）提出了贝尔不等式，证明了EPR的基本原理与量子理论不相容。量子力学的解释与爱因斯坦的诘难究竟谁对谁错只有等待实践去检验。
5、另一个简例：冷聚变是病态科学吗
1989年3月，美国犹他大学的庞斯（S。Pons）和英国南安普敦大学的弗莱希曼（M。Fleishmann）教授宣布，他们用简单的重水装置，在室温下的钯电极中实现了持续的核聚变（产生了过热效应和核产物中子），后被称为冷聚变（cold fusion）。不久，伯明翰·杨大学的琼斯（S。Jones）也宣称自己独立地实现了冷聚变，不过他只观测到了中子而为观察到过热效应。冷聚变的发现打破了核聚变必须在上亿度高温下才能进行的传统观念，震惊了整个世界。很快世界上几十个国家和地区的数百个科研小组加入了研究的行列，不少小组宣布实现了核聚变。但这次高潮很快就衰退了，因为包括属于世界一流研究机构在内的很多实验小组未能重复出庞斯和弗莱希曼的实验结果＇6＇。
反对冷聚变的人把冷聚变看成是病态科学。病态科学的基本特征是：实验效应差，没有显着的因果关系，低统计的事例，惊人的高精密度，背离原有的理论基础，发现者沉醉于自己的索的结果，不能接受他人的批评。而冷聚变恰恰具备了这些特征：实验重复性低，直到现在对电解过热而言实验的重复性远未达到100％；核产物的不匹配上，测量到的中子信号只不过是宇宙射线作用的结果；中子数据在检验极限上与现有的和理论相违背；很多实验小组公布的结果经不起推敲而前后矛盾；冷聚变最先公布不是通过传统的在学术会议或者学术刊物上披露而是以新闻发布会这种形式加以宣传，面对记者和科学家的提问和责难时庞斯和弗莱希曼未能透露出实验的细节。
赞成冷聚变的科学家也从多方面对此进行辩护：重复性低是因为实验的难度比较大，重复性也需要逐渐提高；任何一个反例的存在就足以判断常规科学是不完备的甚至错误的，而冷聚变提供了很多反例；观测到的异常需要新的理论进行解释，在未找到新理论之前不能简单地否定；传统的核理论不能覆盖一切，只是一定范围内的近似准确的理论，不能同来解释冷聚变；发表形式源于科学的竞争，与当年超导发现的情况类似。
直到现在，许多国家对冷聚变的研究的资金投入很少，而热衷于冷聚变研究的科学家也在继续努力。只有时间才能真正检验一切科学的真伪。
注：
1、J。D。贝尔纳，历史上的科学，科学出版社， 1981。
2、齐曼，元科学导论，湖南人民出版社，1988。
3、拉瑞·劳丹，进步及其问题，华夏出版社，1999年。
4、K。R。波珀（现通常译为波普尔），科学发现的逻辑，科学出版社，1986年。
5、托马斯·S·库恩，必要的张力，福建人民出版社，1981年。
6、对冷聚变更详细的内容介绍可以参见英国科学知识社会学学者科林斯和平奇撰写的《人人应知的科学》一书（江苏人民出版社，2000年）。
自牛顿以来的科学家
第一篇 科学与科学活动的运行
第4章 科学研究中的越轨行为
科学是由人和他的工具完成的。而人是有可能犯错误的。求知的动力，确切的说，是好奇心、利他主义和合理的动机。但是，创造就是几乎�
