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浅谈科学假说方法在化学研究中的作用
追溯科学的发展史,无不体现了科学发展的辨证规律和科学方法的指导作用,证明了科学假说的重要地位。科学假说方法是科学研究工作中的一种十分重要的手段,它是根据已知的科学事实和科学原理,对未知的事物及其规律的推断和假定,是一种带有推测性和假设性的还未被实践所充分证实的理论思维。它在各门自然科学的研究发展中都发挥着重要的作用,在化学研究的发展中也不例外。本文结合化学研究谈谈科学假说方法的作用。
1科学假说的特点
1.1科学假说具有科学性
科学假说虽然是对所研究的自然现象的推断和假定,但它提出不但要以实验材料、以经验事实为基础,而且要以科学理论为依据,并要经过实践检验和证明。所以科学假说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。在化学研究中,假说的形成是建立在大量的实验观察基础上的,它必须经过实验数据、实验事实的积累,完成从量变到质变的过程,否则它就经不起一点点的实践检验。例如门捷列夫元素周期律的发现,是因为有大批科学家进行了大量的实验后所发现和积累的大量元素和物质及其性质的材料,门捷列夫用心领悟大自然的奥秘,利用实验事实和已有的科学理论为依据,最后成功地对原子进行了科学分类,总结出:随着相对原子质量的递增,元素的性质呈现周期性的变化,列出了世界上第一张元素周期表。直接地完成了从量变到质变的思维过程,发现了元素周期律。
1.2科学假说具有假设性
科学假说包含着对事物的本质和规律的猜测,在假说中不可避免的出现了假定、猜测、想象、虚构等成份,这些都是科学家大胆创造的结果,有待于日后的检验和论证,有些假说可能被证伪而淘汰,也有些假说可能被进一步的修正、补充和完善,最后上升为理论。因此假说本身具有不完备性和有待验证性。例如在化学研究中关于燃烧现象的本质,在17世纪末到18世纪初,德国化学家施塔尔(G.E.Stahl)等人提出了燃素说,他们认为:“一切与燃烧有关的化学变化都是物质吸收燃素和释放燃素的过程”。按照这一假说,金属煅烧的过程是释放燃素的过程,因此重量应该减轻。但是在实践中发现,金属煅烧后,重量增加,这与原来燃素说是相矛盾的。说明原来的假说不能成立。以后法国化学家拉瓦锡(A.L.Lavoisier)作了一系列实验,根据这些新的实验事实,提出了“燃烧是可燃物与氧气发生化合作用”这一新假说(氧化学说)代替了燃素说,揭示了燃烧过程的本质。
1.3科学假说具有多样性和易变性
首先,对于同一种事物,可能会产生多种假说。在科学研究活动中由于研究人员的经验不同、认识不同、研究的角度不同、实验观查的结果不同等等,使得研究人员对同一事物的研究可能存在多种假说,而这些假说中有些可能是合理的,有些是可能会被证伪的,有些可能是部分正确、部分错误,有些可能随着实践过程中的新发现而变化,随着争论的发展而修改,研究过程的客观事实使得假说具有了多样性和易变性。例如关于发酵问题的争论就出现过两派不同的假说,一派主张“生命说”,认为发酵是微生物生命活动的结果;另一派主张“化学说”,认为发酵是化学反应,没有生命力的作用。他们各自所持的假说观点在争论中也得到不断补充、完善和发展着。其次,科学假说在化学研究中还具有几何性和形象性,因为化学研究并不是在经验和资料非常充足后,才去设想和构思的,化学研究中,猜测和想象始终贯穿在整个研究过程。化学家在认识物质的结构时其创造性的形象思维起着非常重要的作用,如凯库勒在梦镜中看见的六条小蛇首尾相连形成一个环的启示,从而诞生了苯分子结构,而道尔顿把设想形象化,即原子符号化、图示化。
2科学假说在化学研究中的作用
科学假说作为一种重要的科学研究方法,它对于理论的形成、发展、丰富和完善都起着极其重要的作用,具体表现在以下几个方面:
2.1科学假说是建立和发展化学科学理论的桥梁
一部科学发展史,可以说是一部假说和理论不断更迭的历史。一个自然现象,在未被揭示出科学本质之前,人们对它的认识是很不完整的,甚至是片面的,只有借助于假说的形式进行研究与探索。当某一假说被科学事实证实时,它就有可能发展成为一种理论,而当事物发展过程中出现新的变化和科学事实与假说相矛盾时,又必须对该理论进行修改、补充才能圆满地解释事实,进而促进理论的进一步研究与发展。自然科学就是沿着假说--理论--新假说--新理论……的途径,不断的向前发展的。在化学的研究中,化学假说的形成和上升为理论也是一个十分复杂的过程。但是可以说没有假说,化学研究将无法取得进展。在化学研究中一般需要经历四个阶段:第一,在化学实践过程中出现了一些现有化学理论无法解释或解释得不够完美的新事物或新问题;第二,依据现有的化学知识和实验事实,通过一系列思维过程,对于这些新事实、新问题作出初步的假定性解释;第三,利用有关理论和尽可能多的实验材料进行广泛的论证,使这个初步假定发展成为结构比较完整的科学假说。第四,经过大量的实践证实,假说成立,那么假说就上升为理论了。例如门捷列夫提出的元素周期律就经历了这样的四个阶段。
2.2科学假说是激发创造性思维的有效途径
假说是科学家对所研究事物的大胆探索,是创造性的猜测,是创新思维的体现,同时它又为这种创新思维的进一步发挥、对假说的进一步完善提供了一个平台,也是科学家进一步探索自然界本质和规律的一个动力和源泉。我们还是以门捷列夫的元素周期律来做为例子:门捷列夫根据元素周期律修正了铟、铀等几种元素的原子量,重新改排了金、锇、铂等元素组的原子量大小次序,经重新测定表明,他的见解是完全正确的;此外,他不仅在元素周期表中留下了一些未知元素的空位,而且又对当时尚未发现的三种元素镓、钪、锗的特性做了精确的预言,这和发现这些元素以后实际测得它们的性质惊人的一致。可见,如果没有科学假说,门捷列夫就不可能列出元素周期表,没有元素周期定律也许现在还有很多元素尚未发现,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不同假说的“争鸣”有利于化学研究的繁荣并促进科学的发展
首先,由于科学假说具有多样性和易变性,使得不同假说出现“百家争鸣”的现象,这有利于各种假说相互补充、启发思考,揭露矛盾,这样可以使学术变得更加繁荣,甚至有利于促进理论的形成,推动科学的发展。例如关于发酵问题的争论,生命说和化学说的这场争论一直延续了几十年,其争论的最终结果是生命说和化学说的统一,即发酵“酶学说”的确立。正是由于这场争论,大大促进了生物学与化学的结合,使得生物学与化学的结合物——生物化学成为一门独立的学科。
其次,在研究中被证伪的假说对科学的发展也是有推动作用的。因为假说是以已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。即便是错误的结论也可能成为新假说思考的动力、源泉而具有某种积极作用。例如,热素说虽然是错误的,但它对一些重要的科学成果的形成也产生了积极影响。比如热传导理论,卡诺循环和卡诺定理等,而这些成果都为关于热的分子运动论和热力学的产生准备了条件。
总之,化学研究发展中的科学假说充分体现了人们思维的创造力,当人们需要构造新的假说时,也就是人类科学向前发展迈出的第一步。纵观化学研究的发展,就是假说的连续更替和假说的内容不断精确化、深刻化,不断向科学理论转化的过程。恩格斯在概括近代自然科学的发展离不开假说这一事实时指出:“只要自然科学在思维着,它的发展形式就是假说。……进一步的观察材料会使这些假说纯化,取消一些,修正一些,直到最后纯粹的构成定律。如果要等待构成定律的材料纯粹化起来,那么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。”这段话说明了假说的作用及假说形成和发展过程,它使人们不断地向真理迈进。
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