论科学假说的三维功能

鲁本录

摘要：科学假说是一种重要的思维形式，又是科学发展的重要环节和必经途径，也是科学研究中一种不可或缺的重要方法。科学假说经过科学事实和科学实验的检验后能够上升为科学理论，科学理论随着科学实践的发展，又将不断地接受新的科学事实和科学假说的挑战和质疑。科学假说和科学理论之间的相互作用、相互转化和相互促进，有力地推动着科学不断地向前发展。科学假说在科学发展的历史进程中具有导向性的作用，方法论的特性和阶梯性的功能。

关键词：科学假说；假设；导向性；方法论；阶梯性

中图分类号：G30文献标识码：A文章编号：1003-0751(2014)07-0120-05

一、引言

科学假说是一种重要的思维形式，又是科学发展的重要环节和必经途径，也是科学研究中一种不可或缺的重要方法。科学假说经过科学事实和科学实验的检验后能够上升为科学理论，科学理论随着科学实践的发展，又将不断地接受新的科学事实和科学假说的挑战和质疑。科学假说和科学理论之间的相互作用、相互转化和相互促进，有力地推动着科学不断地向前发展。科学假说在科学发展的进程中起到非常重要的作用。它就像一盏明灯，为科学家指明前进的方向；它又像一把钥匙，帮助科学家打开科研道路上的一扇又一扇大门；它还像一个云梯，使科学家勇攀科学高峰，一步步奔向更高的科学殿堂，不断地发现自然界的奥秘，揭示事物的本质和发展规律。

科学发展的过程始终离不开科学假说，它与科学发展如影随形。例如，生物学界的生物进化理论，在19世纪初出现在世人面前时只是一个科学猜想，也就是科学假说，在后来许多的生物学实验中发现了日益增多的物种之间的过渡性类型，从而在实际上证实了生物进化的许多环节，说明这一假说真实反映了生物发展演化的自然现象，使生物进化论从假说上升为科学理论。1869年门捷列夫提出了化学元素周期律的科学假说，并根据这个假说预言了当时尚未发现的镓、钪、锗等新元素及其性质，以后出现的科学事实证实了这些推测，证明了元素周期律的客观真理性。所以，没有科学假说，科学就会停滞不前。恩格斯说:“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。一个新的事实被观察到了，它使得过去用来说明和它同类的事实的方式不中用了。从这一瞬间起，就要新的说明方式了——它最初仅仅以有限数量的事实和观察为基础。进一步的观察材料会使这些假说纯化，取消一些，修正一些，直到最后纯粹地构成定律。如果要等待构成定律的材料纯粹化起来，那末这就是在此以前要把运用思维的研究停下来，而定律也就永远不会出现。”①像哥白尼的日心说、爱因斯坦的相对论等，最初都是一种猜想，后来在实践中取得新的经验事实，证实了最初的猜想、设想或推测与结果相吻合，从而使假说上升为科学理论。

科学研究始于问题，而科学研究过程是不断提出问题和解决问题的过程，作为一个时代背景下提出的科学问题，它是在当时的知识条件下提出的关于科学认识和科学实践中需要解决而又未解决的矛盾，它包含着一定的求解目标和应答域，但尚无确定的答案。当科学家或科研人员手头没有充足的资料和信息时，只能提出尝试性的假说来解决问题，因此，此时的科学假说具有方法论的特性，成为科学家解决问题的钥匙，是他们手中一把有力的武器，能够帮助他们攻克科学道路上一个又一个堡垒。科学研究的根本任务是发现事物的本质和发展规律，但是客观事物本质的充分暴露和完全展现需要一个长期的过程，科学家对事物本质的认识和把握也同样有一个发展过程。当客观事物的内在本质还没有充分暴露，我们还没有掌握完备的资料和信息时，只能借助科学假说的形式，基于现有的科学材料和科学理论，对出现的科学问题提出猜测性和假定性的说明和解释，才能进一步探索和研究客观事物的内在本质与发展规律。这是科学研究的必由之路。

二、科学假说的一维功能：导向性

科学假说在科学研究过程中具有一种导向功能，它能为科学实践指明方向和目标，为新的观察和实验提供明确的指导思想，从而使科学家能够进行有目的、有计划的观察、实验和分析。大多数研究者认为这是科学假说的预见功能，而笔者以为用导向功能更贴切地表明了科学假说的指引和导向的作用。科学假说能够对未知的事物或现象做出前瞻性的预测，猜测出事物发展或科学现象出现的原因及未来的发展方向，使科研工作者在科学实验、科学观察时有了明确的目的和方向，它能够指引科研工作者沿着这条道路深入研究下去，进一步揭示事物的本质，从而推进科学的发展。科学假说是在大量的观察资料基础上，科学家依据相关的科学事实作出的合乎逻辑的推测，这与毫无科学根据的胡乱猜想和简单猜测有着质的差异，它往往能够对自然界及其客观事物发展的规律性作出科学的推测，因而为科学的发展提供了一个广阔的图景，为科学共同体的解谜活动限定了范围，指明了方向。科学假说的这一特质使得科学家的研究具有强烈的自觉性，使科学家能够充分发挥自主性，沿着该假说指明的方向前进，通常在关于未来科学发展的课题上取得突破性的进展。例如关于地球以外也有类人生命存在的假说，现在正吸引着科学家们去探索，这无疑将引导人们去发现新的奥秘，开拓新的天地。由于自然界与客观事物及其本质的暴露有一个较长的历史过程，人们对客观事物的认识及其必然性的把握也不可能一次就会完成，这使得不同的研究者在面对同一个问题时由于主客观条件的差异而提出不同的假说，这些假说之间相互争论，随着经验与理论的支持力度越来越大，合乎客观事物发展规律的假说逐渐被认可，再经过科学共同体成员的进一步补充、完善，最终上升为科学理论，而与之相竞争的那些假说由于不能对新出现的科学现象做出解释和说明，也不能对未来的科学研究做出合理的预测，逐渐被淘汰。

由此看来，假说也有正确与错误之分，正确的假说为人们进行科研认知和科学研究指明方向，提供路径，使人们沿着“坦途”在科学的大道上奋力前行，但是，错误的假说同样给人们以方向的引导，让人们排除不正确的路径，拨开云雾见太阳，排除了一个个错误的路径，也就找到了正确的路途。贝弗里奇曾说过：“假说是研究工作中的最重要的智力活动手段。其作用是指引出新实验和新观测，因而有时导致新发现，甚至在假说本身并不正确时亦如此。”②科学大师彭加勒也曾强调错误假说的作用。在《科学与假设》这本书中，他提到：我想，他的假设并不是毫无考虑地采纳的；这个假设考虑了一切似乎能够参与现象的已知因素。如果检验不支持它，那正是因为存在着某些未曾预期的、异乎寻常的东西；因为在那里存在着将要去寻找的未知的新颖的东西。而且彭加勒更加重视被丢掉的假说的作用，他明确地指出：可是，被抛弃的假设是毫无成效的吗？远非如此，可以说，它比真实的假设贡献更大。它不仅是决定性实验（decisive experiment）的诱因，而且若不做这个假设，该实验即使碰巧成功，也不会从中推出什么东西。所以，错误的假设更能给人们以研究方向的指引，引导人们推导出新的东西，提出新的科学理论。

不论是正确的还是错误的假说都能够为科学家指明未来的研究方向，提供思路，使科学家们迷途知返，但是科学假说要想真正上升为科学理论，必须要经过充分的检验和证实，否则它不可能成为科学理论。罗伟玲博士提到假说的提出和检验过程中都要受到实验和理论的检验。王华英指出科学假说的检验标准有三个，即实践标准、审美标准和实用标准。其中，实践标准是检验科学理论真理性的标准，是首要的决定性标准；审美标准是检验理论美的标准，实用标准是检验科学理论善的标准，二者是第二位的标准。在理论未经实践检验前，人们运用审美标准首先进行筛选，尔后接受实践检验。经实践检验后，如有几种理论一时难以确定为真，则仍需接受审美标准的检验。③

三、科学假说的二维功能：方法论

科学假说不是科学认识的目的和归宿，而是人们认识自然界事物本质和规律常用的理论思维方法和手段。例如，在天文学中，德国天文学家贝塞耳（1784—1864年）首先提出了关于天狼星有伴星问题的科学猜测。后来通过观测他发现天狼星会忽左忽右地摆动，长时期的观察资料使他得出这样一个结论：天狼星的运动具有周期性的偏差。但产生这种现象的原因不得而知。贝塞耳根据万有引力定律，结合大量的观测资料推测出有一个光度较弱、质量较大的伴星，围绕着共同的引力中心运转，随着伴星位忽左忽右地摆动，随着伴星位置的变化天狼星的位置也就出现了周期性的变化。1862年，人们在实际的观察中发现了天狼星的伴星，因此也证实了这一科学假说。

假说这种科学方法在科学的发展史中起到了巨大的推动作用。天文学中关于宇宙的起源问题一直都是未曾解答的谜题。18世纪50年代康德提出关于太阳系起源的星云假说，但当时并没有引起天文学界的重视，1796年拉普拉斯在他的著作《宇宙体系论》中提出了对后来有重大影响的关于行星起源的星云假说，并从数学、力学角度充实了星云说，后人把他们的学说合称为康德—拉普拉斯星云假说，由此推动了天文学的大踏步前进。像物理学中原子结构模型的假说，化学中元素周期律的假说等，都推动了该学科的快速发展。

近代科学革命始于西方，当时的科学认识和研究方法以“观察（实验）—归纳”为主，随着科学研究的深入发展，在现代科学的科研活动中，这一方法逐渐被以假说—演绎为主的方法所代替。假说—演绎法不仅是科学工作者进行科学研究的方法，也是人们探索宇宙，认识客观事物，发现自然界客观规律的重要科学探究方法。当前科学研究中普遍使用的一种方法就是假说—演绎法。它是形成和构造科学理论的一种重要思维方法。假说—演绎法的方法论步骤如下：首先，收集大量的观察资料和经验事实，在此基础上提炼出相应的科学问题，其次，在相关的科学知识和科学理论的引导下，运用诸如归纳和演绎、分析和综合、类比和想象等思维方法提出对问题作出解释和说明的一般性假说，然后根据假说进行合理的逻辑演绎，最后用观察和实验结果检验演绎推理的各种现象和结论。观察和实验取得的结果与预期的结论相符合，就证明假说是正确的，反之，则证明假说是错误的。当然这一过程是多次反复完成的。例如孟德尔用纯种高茎豌豆和纯种矮茎豌豆作亲本杂交实验证实了由遗传定律推出的结论：子一代是杂合体必然产生两种数量相等的配子，与隐性亲本类型回交后代的性状分离比例必然是1︰1。这就是假说—演绎法的典型体现和运用。这种方法的基本特点是：在科学研究过程中，研究者在观察、实验的基础上，对所获得的事实材料进行加工制作，首先提出某种作为理论基本前提的假说，然后以假说作为出发点，逻辑地演绎出可由经验检验的结论，构成一个理论体系，最后依据该理论解释已有的科学事实，推测该学科领域可能发生的现象，并用实验来进行检验和修正。

四、科学假说的三维功能：阶梯性

科学假说是不断接近客观真理的合理通道。人们进行科学研究的最终目的是为了揭示大自然的奥秘，发现自然界的本质和它的运行规律。科学假说是人们在揭开错综复杂的自然界神秘面纱的过程中，用已获得的经验材料和已知事实为根据，用已有的科学理论为指导，对未知自然界事物产生的原因及其运动规律做出推测性和尝试性的解释。这种假说需要在实践中检验它的科学性，减少它的推测性，最终达到真理性的认识。虽然假说立足于事实，但又不受事实的局限，假说对未知对象提出大胆的设想，又深入到实践当中去寻求答案。这样，就能够不断地推动人们去探索、去突破，就可能打开另一个新天地。物理学界最早提出的“以太”假说，曾经引发了众多科学家的好奇心，他们采用各种方法去寻找这一奇异的东西，但几乎都是无果而终。不过，有心栽花花不活，无意植柳柳成荫，寻找“以太”的过程却使人们在不经意间发现了相对论。法国数学家高斯也曾指出：没有大胆的猜想就不可能有伟大的发现。因此，只有根据已有的观察材料和经验事实作出大胆的猜测和想象，才能把科学不断地向前推进。

科学假说既是科学发展的一个重要环节和思维形式，又是科学研究活动中的基本程序之一。在科学研究中，假说是形成和发展科学理论的必经途径。但是，只有当假说所做出的预见得到证实，并且在实践检验的过程中，有愈来愈多的事实和假说相一致，且未出现与之矛盾的事实，假说才能转化成为理论。当然，对科学假说的检验通常需要逻辑验证和实践检验的双重考验才行，逻辑验证主要是对假说进行初步的筛选，通过检验假说中的概念的精确性、明晰性和简单性，推论在逻辑结构上的一致性以及分析假说是否得到已有的科学理论与科学事实的支持等，筛选出可能在科学实践中得到确证的假说。科学实践是最终的裁判，逻辑分析和检验只是辅助性的验证方法，科学假说要想上升为科学理论，最后一道关口必然是科学观察和科学实验的检验。不过，由于科学实践总是在特定的历史条件下由特定的科学共同体完成的，科学实践也具有相对性和有限性，而且，人类已经进入大科学和复杂科学时代，现代科学的基本概念越来越抽象，由科学假说演绎出来的理论也愈来愈远离经验，越来越需要先进的数学原理、检验技巧与手段，单纯依靠科学实践的检验难以完成对科学假说的彻底验证，所以，逻辑检验是科学实践检验的必要和有益的补充。二者是相互补充、相互渗透的关系。即使如此，它们对科学假说的检验也不是一次就可以完成的，因为，由科学假说推出的总是单称判断，而科学假说是全称判断，从科学假说推出的单称判断一个个均被科学实践证实，无一反例时，科学假说才可以升格为科学理论，对此，丹皮尔做了精确的说明：“根据事实形成一个初步的假说”，“然后再用逻辑的或数学的推理演绎出实际的推论，并用观察或实验加以检验。如果假说与实验的结果不相符合，我们必定要重新猜度，形成第二个假说。如此继续下去直到最后得到一个假说，不但符合于（或如我们常说的能够‘解释）最初的事实，而且符合于为了检验这个假说而进行的实验的一切结果，这个假说于是可以升格到理论的地位”。④

在实际的科学研究活动中，囿于各种主客观条件的制约，人们不可能一次就完成对客观事物和现象的真理性认识，而通常要“借道”，就是借助于提出假说这种方法，运用已知的科学原理和事实去探索未知的客观规律，不断地累积经验材料，增加假说中客观性的成分，剔除猜想性、推测性、假定性的内容，由此形成真理性的理论。可以说，假说就是科学理论的前身，它成为逼近客观真理的通路。正如恩格斯指出的那样：“对各种相互联系作系统了解的需要，总是一再迫使我们在最后的、终极的真理的周围造起茂密的假说之林。”⑤波普尔在《猜想与反驳——科学知识的增长》一书中也提到科学知识的积累过程是：P1—TS—EE—P2。对于问题1，人们提出假说尝试（tentative solution）解决它。然后通过证伪来消除错误（error elimination）进而产生新的问题2。随着问题的深入，解决问题的理论的正确性也越来越高。所以，只有当科学假说预见的结果在被实验确认时，它们才能成为富有成效的真理。比如地质学中板块结构学说的提出、发展、演变到最终成为科学理论的过程，这一过程完整体现了科学假说上升为科学理论的发展历程。1596年奥特利乌斯（Abraham Ortelius)提出了板块结构假说后，德国科学家阿尔弗雷德·魏格纳在1912年进一步展开了论述，最后南非的地质学家杜托伊特（Alexander du Toit）和英国的阿瑟·霍尔姆斯（Arthur Holmes）、罗伯特·迪茨（Robert S. Dietz），布鲁斯·希曾（Bruce Heezen），以及哈利·哈蒙德·赫斯（Harry Hess）进行了补充、说明，加以完善，而且提供了确凿的地质证据，证实了这一假设的真理性，才使得该假说发展成为科学的认识，即板块结构说。彭加勒也曾指出：“没有假设，科学家将寸步难行。”⑥科学知识的积累不仅仅是数量的增长，而更应该是新科学理论代替旧科学理论的质变，事实上就是新科学假说不断代替旧科学假说的过程。自然科学的发展过程就是沿着科学假说——科学理论——新的科学假说——新的科学理论……这个途径愈来愈丰富和发展。

五、结语

恩格斯提出科学假说是自然科学发展的必然形式，那是在小科学时代的观点，随着科学技术的突飞猛进，科学技术高度发展，科学已经成为一种大规模社会建制化的社会集体活动，是科学共同体的事业。当代的科学革命和技术革命早已汇合在一起，科学技术成为一体化的大科学，一系列交叉科学、边缘科学、横断科学的出现，加强了各门学科之间的联系，各门学科之间的理论和方法越来越相互渗透。事实上，当代的人文社会科学也积极地借鉴了科学假设的研究方法，并广泛运用到许多学科的理论发展过程中。例如，社会学研究中普遍使用的模型方法就是科学假说方法的典型应用。科学家对社会发展中出现的社会问题，以现有的事实和相关的科学理论为依据，提出一个解决问题的模型，这个模型其实就是科学假说，然后在深入探讨和研究过程中不断地修改模型，就像恩格斯说的“取消一些，修正一些”，最终使模型得以完善，能够说明和解释现有的社会现象，解决相关的社会问题，并归纳和提炼出相应的理论体系，使科学假说成为科学理论，实现从“蚕蛹到飞蛾”的华丽蜕变。还有如经济学的“有效市场假说”和“生命周期假说”，生态学研究中的“盖亚假说”等最初出现的时候都是基于现有的事实和材料提出的一种猜测性的解释和说明，随着经验事实的支持力度越来越大，最后都上升为理论。所以，科学假说不仅是自然科学发展的必然形式，而且也是人文社会科学发展的必经途径。

科学假说在科学发展的整个历史进程中起到了非常重要的作用。科学假说是科学家的左膀右臂，是科学家进行科研活动须臾不可少的。科学假说具有重要的方法论功能，它是科学理论形成的必经途径和必要环节，它促进了科学理论的出现和形成，科学正是由此获得了他们的严格性。科学假说还具有向导的作用，它能使科学家拨开云雾见太阳，在攀登科学的大道上不断地排除谬误，寻找真理。但是，提出一种科学假说的真正目的是要建立一个新的科学理论体系，我们要大胆使用假说，及时验证，严格检验，不断排除谬误，使科学假说上升为科学理论。若我们错误地使用科学假说，就不能达到胜利的彼岸，发现不了科学真理，无法揭示大自然的奥秘和人类社会发展的秘密。世界的奥妙是无穷无尽的，它们等待着我们去勇敢探索，我们要积极、恰当地使用科学假说这个利器向自然和社会进军，探索更多的世界奥妙，解开自然和人类社会发展的密码，实现人类从必然王国向自由王国的飞跃。

注释

①恩格斯：《自然辩证法》，人民出版社，1971年，第218页。②［澳］贝弗里奇：《科学研究的艺术》，陈捷译，科学出版社，1979年，第55页。③王华英：《科学假说检验标准初探》，《科学技术与辩证法》2004年第2期。④［英］丹皮尔：《科学史及其与哲学和宗教的关系》，李珩译，商务印书馆，1979年，第119页。⑤《马克思恩格斯全集》第20卷，人民出版社，1971年，第96—97页。⑥［法］昂利·彭加勒：《科学与假设》，李醒民译，商务印书馆，2006年，第20页。

参考文献

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