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物理学猜想与假设的特征

知识的获得可以是“经验—归纳”的过程,也可以是“问题—假设—验证”的过程。这取决于教学内容的特点,前者更多的是倾向于经验性的知识和逻辑实证的方法;后者则将知识视为一种关系,看作人主动建构的过程。在建构主义看来,知识不再是纯粹客观性的。可以将科学知识看成由假说和模型所构成的系统,这些假说和模型是描述世界可能是怎样的,而不是描述世界是怎样的。这些假说和模型之所以有效,并不是因为它们精确地描述了现实世界,而是因为它们精确地预言了现实世界。因此,猜想与假设指向一种可能,是基于个体的认识基础而提出的一种预言。猜想与假设具有如下特点:

(一)猜想与假设具有经验性和科学性

猜想与假设是对所提出问题的推断和假定。因为问题离不开背景材料,所以猜想与假设不但要以实验材料、经验事实等为基础,而且要以所掌握的理论知识为依据,然后经过实践去验证。因此,猜想与假设不是无根据的猜测和幻想,不是主观臆造,它不同于毫无科学根据的神话和缺乏逻辑的幻想和空想。

例如,开普勒总结出太阳系行星运动的三定律之后,许多科学家就思考:“是什么原因使行星绕太阳运动?”但胡克、哈雷等科学家缺乏清晰的关于运动和力的科学概念,无法对行星的运动给出科学的解释。牛顿在“力是改变物体运动速度的原因”这一认识的基础上,提出行星绕太阳运动需要受到指向圆心或椭圆焦点的力,这个力就是太阳对行星的引力。也就在这样的猜想基础上,牛顿推导出了行星与太阳之间的引力表达式,并借助于“月地检验”大胆地提出了万有引力定律。

(二)猜想与假设具有多样性和易变性

诺贝尔奖获得者汤川秀树说过一段发人深省的话:“当回顾理论物理学的历史时,我们说得过分一些,这几乎可以称为错误史。许多科学家提出的理论大多数是错误的,因而没有生存下来,只有少数正确的理论才继续生存……但是,没有少数成功背后的许多失败,知识就几乎不可能有任何的进步。”对于同一个问题,可能产生多种假说。在探究过程中,由于个体的经验不同、知识背景不同、研究角度不同、实验观察的结果不同等,不同的个体对同一问题可能存在多种假设,也就使得对同一问题产生的猜想与假设具有了多样性和易变性。猜想与假设虽然包含着对事物的本质和规律的猜测,但在假设中不可避免地出现了假定、猜测、想象、虚构等成分,这些都是大胆创造的结果,有待于时间的考验。有些假说可能被证伪而淘汰,也有些假说可能被进一步地修正、补充和完善,最后上升为理论。因此假设的多样性和易变性就带来了假设的不完备性和有待验证性。

例如:看到太阳的东升西落,根据生活经验就产生了太阳绕地球转的猜想;“小孔成像”是光的直线传播的例证,若是基于经典的光学理论,就可以成为光的粒子性猜想的佐证;针对黑体辐射的实验规律,维恩和瑞利从经典的电磁学理论角度形成的理论公式就存在无法解决的困难;卢瑟福的α粒子散射实验,若忽略了少数大角度偏转的粒子,就不会形成原子核式结构模型的猜想。

(三)猜想与假设具有丰富多样的种类

从不同的角度分类,猜想与假设有多种类型。根据对象的不同,可分为事实假说和理想假说;根据概括水平的不同,可分为常识性(或观察的)假说、科学假说和形而上学假说;根据来源的不同,可分为经验概括性假说、演绎推论性假说、自由创造性假说和直觉性假说

例如:卢瑟福根据α粒子散射实验得出的原子核式结构模型就是一种事实假说;伽利略在理想斜面基础上得出的物体在不受力的前提下将保持原来的运动状态就是一种理想假说;汤姆逊发现电子后根据原子整体不带电而提出的原子“枣糕模型”就是一种常识性假说;爱因斯坦提出的物理定律与参照系的选择无关这一相对性原理就是一种科学假说;亚里士多德提出的重的物体比轻的物体下落得快就是一种经验概括性假说;牛顿在开普勒三定律基础上得到的万有引力定律就是一种演绎推论性假说;玻尔根据光谱的不连续性等特征提出的半经典半量子化的原子模型就是一种自由创造性假说;法拉第根据电流的磁效应坚信磁亦能生电就是一种直觉性假说等。

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