科学前沿与哲学 吴新忠 上海交通大学科学史系 021-54941833,sju@sina.com 参考教材：【英】彼得·阿特金斯：《伽利略的手指》， 湖南科学技术出版社，2007年12月第一版。 参考视频：赵峥《物理学与人类文明》，加来道雄《科幻成真》
科学前沿与哲学 吴新忠 上海交通大学科学史系 021-54941833,sju@sina.com 参考教材：【英】彼得·阿特金斯：《伽利略的手指》， 湖南科学技术出版社，2007年12月第一版。 参考视频：赵峥《物理学与人类文明》，加来道雄《科幻成真》
第1讲 科学在19世纪的 全面发展
第 1讲 科学在19世纪的 全面发展
科学：天才引导的历程 自舌以来，人类有两类观念系统，一类是神话想象系统 它们虽然自由而探索精神，但由于它无法使真理从错误和 假象中区分出来而受到局限。另二类观念系统是那些以常 为基础的理性哲学。，这些理论强调观念必须是可靠经验 之 概括，但由于它们缺乏正确的结构，使得理论系统仅 到整理与储存人类可靠常识的作用。而科学研究在受 观察与实验基础上，遵循逻辑规范不断纠正探索创造进程 中的失误，具有扩大可靠经验的能力。 远古一18世纪：实际需要推动技术进步，除了偶尔的发 现带来发明外，需要常常在发明之前，纯粹科学还是学者 的个人兴趣，科学研究滞后宇技术革新，这在工亚革命中 表现的特别显著。美国科学家祆伦·韦弗认为：“科学应 当是最有才华的科学家真正要做的事。” 马克思指出：“工业是自然界与人之间，因而也是自然 科学同人之间的现实的历史关系
科学：天才引导的历程 自古以来，人类有两类观念系统，一类是神话想象系统 它们虽然自由而 探索精神，但由于它无法使真理从错误和 假象中区分出来而受到局限。另一类观念系统是那些以常 识为基础的理性哲学。这些理论强调观念必须是可靠经验 之概括，但由于它们缺乏正确的结构，使得理论系统仅仅 起到整理与储存人类可靠常识的作用。而科学研究在受控 观察与实验基础上，遵循逻辑规范不断纠正探索创造进程 中的失误，具有扩大可靠经验的能力。 远古—18世纪：实际需要推动技术进步，除了偶尔的发 现带来发明外，需要常常在发明之前，纯粹科学还是学者 的个人兴趣，科学研究滞后于技术革新，这在工业革命中 表现的特别显著。 美国科学家沃伦·韦弗认为： “科学应 当是最有才华的科学家真正要做的事。 ” 马克思指出： “工业是自然界与人之间,因而也是自然 科学同人之间的现实的历史关系。
为了了解自然 的秘密，科学 家在跟随她的 足迹：大自然 是向导，理性 是手杖，经验 是眼睛，阅读 是灯火，所有 这些都是探索 自然奥秘所必 备的。 《飞跑的Atalanta》(1618)
《飞跑的Atalanta》（1618） 为了了解自然 的秘密，科学 家在跟随她的 足迹：大自然 是向导，理性 是手杖，经验 是眼睛，阅读 是灯火，所有 这些都是探索 自然奥秘所必 备的
认知结构：人与对象的反馈耦合 任何一个客观事物，它和我们的关系可以 归结为两个部分： 所谓抽象，就在于用一种 1.一部分是客体对主体的作用，包括主体 结构上类似但是又比较简 所接受到的客体的信息及客体对主体的各 单的模型来取代所研究的 种作用、影响。它们反映在客体的输出中 世界的那一部分。科学知 o 可以称之为客体的可观察量（客体的物 质信息→主体的观念信息)。 识是一系列抽象模型组成 2.另一部分是主体对客体的主制作用，包 的。 括主体传递给客体的信息及主体对客体的 各种作用、影响，可以称之为客体的可控 制变量（主体的观念与物化信息→客体的 可观察变量 物质信息)。 主体 客体 实践与认识活动就是主客体的反馈耦合关 可控制变量 系形成的认知结构。科学研究的目的和结 果必须得到对世界某些部分的理解和控制
认知结构：人与对象的反馈耦合 n 任何一个客观事物，它和我们的关系可以 归结为两个部分： n 1.一部分是客体对主体的作用，包括主体 所接受到的客体的信息及客体对主体的各 种作用、影响。它们反映在客体的输出中 ，可以称之为客体的可观察量（客体的物 质信息→主体的观念信息）。 n 2.另一部分是主体对客体的主制作用，包 括主体传递给客体的信息及主体对客体的 各种作用、影响，可以称之为客体的可控 制变量（主体的观念与物化信息→客体的 物质信息）。 n 实践与认识活动就是主客体的反馈耦合关 系形成的认知结构。科学研究的目的和结 果必须得到对世界某些部分的理解和控制 。 n 所谓抽象，就在于用一种 结构上类似但是又比较简 单的模型来取代所研究的 世界的那一部分。科学知 识是一系列抽象模型组成 的。 主体 客体 可控制变量 可观察变量
自然规律：自然现象间的本质联系 哲学家把规律定义为现象间的本质联 系，认知结构的控制论分析则将规律 看作黑箱输入和输出，或者输出之间 的约束。实际上，这些说法是等价的 ,体现仪器原理的输入-输出关系，往 往就是自然规律成立的约束条件，自 然规律与仪器原理同构。 F=FFP 当前构型 就拿牛顿第二定律为例，它无非是说 当输入F作用于质量m时，物体的行为 表现为机械运动加速度a的输出，质量 m就是力学体系中某个单元的功能函数 。而牛顿第三定律提到的反作用力， 初始构型 中间构型 正是力学体系中的负反馈机制，它导 致机械运动不扭曲空间结构，保证空 间的均匀性，使得动量守恒
自然规律：自然现象间的本质联系 n 哲学家把规律定义为现象间的本质联 系，认知结构的控制论分析则将规律 看作黑箱输入和输出，或者输出之间 的约束。实际上，这些说法是等价的 ，体现仪器原理的输入-输出关系，往 往就是自然规律成立的约束条件，自 然规律与仪器原理同构。 n 就拿牛顿第二定律为例，它无非是说 当输入F作用于质量m时，物体的行为 表现为机械运动加速度a的输出，质量 m就是力学体系中某个单元的功能函数 。而牛顿第三定律提到的反作用力， 正是力学体系中的负反馈机制，它导 致机械运动不扭曲空间结构，保证空 间的均匀性，使得动量守恒
实践能力提高：从特殊深入到普遍 规律可以分为一般规律和特殊规律。某一规律成 立所依赖的条件越少，这一规律就越普遍。人类 对规律普遍程度的认识取决于变革世界的能力， 随着人控制自然的能力的增加，其认识规律的普 遍性越大。因为人是在改造和控制世界的过程中 认识规律的，只有改造世界的能力大到一定程度 ,才能发现自然界更深层次的不变量。 古人不知道水在100℃沸腾是特殊规律，因为他 们不知道控制气压，因此也不可能找出这一特殊 规律所依存的条件。如果人不是先认识了机械能 ,则能量守恒定律就不会被发现
实践能力提高：从特殊深入到普遍 n 规律可以分为一般规律和特殊规律。某一规律成 立所依赖的条件越少，这一规律就越普遍。人类 对规律普遍程度的认识取决于变革世界的能力， 随着人控制自然的能力的增加，其认识规律的普 遍性越大。因为人是在改造和控制世界的过程中 认识规律的，只有改造世界的能力大到一定程度 ，才能发现自然界更深层次的不变量。 n 古人不知道水在1000C沸腾是特殊规律，因为他 们不知道控制气压，因此也不可能找出这一特殊 规律所依存的条件。如果人不是先认识了机械能 ，则能量守恒定律就不会被发现
认识能力提高：从普遍下降为特殊 随着人类观察和改造客观世界的能力增强，变量 及变量之间的约束关系也越来越多地被发现。人 类原来所发现的变量之间的约束关系随着科学的 发展，往往被发现是处于更多变量的约束之中 。 也就是说，随着科学的发展，人们将发现更多的 规律所依存的条件。这实际上就意味着一个普遍 规律将越来越下降为一个特殊规律 19世纪的能量守恒定律，在相对论中表现为质能 关系的特殊形式；宇称守恒以及破缺，是CPT守 恒的特殊形式，等等
认识能力提高：从普遍下降为特殊 n 随着人类观察和改造客观世界的能力增强，变量 及变量之间的约束关系也越来越多地被发现。人 类原来所发现的变量之间的约束关系随着科学的 发展，往往被发现是处于更多变量的约束之中。 也就是说，随着科学的发展，人们将发现更多的 规律所依存的条件。这实际上就意味着一个普遍 规律将越来越下降为一个特殊规律。 n 19世纪的能量守恒定律，在相对论中表现为质能 关系的特殊形式；宇称守恒以及破缺，是CPT守 恒的特殊形式，等等
自然规律与人：科学以人为中心 人从不把完全可控的客体当作科学研究的对象，只有当人类 对自然谋求更大的控制权时，才会产生科学。而那些人类 一 时无法控制但又企图去控制的事物，便会成为科学研究的第 批对象 。 人类一旦认识了那些不可控制的变量与我们可以控制的变量 之间的联系， 就把认识到的这种联系称为自然规律；这些规 律使人的控制能力扩大，这扩大了的范围又成为科学的新起 点… 因此，科学有一个中心， 即人本身，有一个出发点，即他最 初所具有的控制能力及其可能控制的那一批变量 在信息革命时代，我们从系统科学哲学的新世界观出发，拓 宽普遍联系与变化发展的唯物辩证法，探讨各门具体科学的 概念预设与基本方法论，理性地把握自然界的整体演化，以 及人与自然的辩证关系
自然规律与人：科学以人为中心 n 人从不把完全可控的客体当作科学研究的对象，只有当人类 对自然谋求更大的控制权时，才会产生科学。而那些人类一 时无法控制但又企图去控制的事物，便会成为科学研究的第 一批对象。 n 人类一旦认识了那些不可控制的变量与我们可以控制的变量 之间的联系，就把认识到的这种联系称为自然规律；这些规 律使人的控制能力扩大，这扩大了的范围又成为科学的新起 点…… n 因此，科学有一个中心，即人本身，有一个出发点，即他最 初所具有的控制能力及其可能控制的那一批变量。 n 在信息革命时代，我们从系统科学哲学的新世界观出发，拓 宽普遍联系与变化发展的唯物辩证法，探讨各门具体科学的 概念预设与基本方法论，理性地把握自然界的整体演化，以 及人与自然的辩证关系
科学之光：普罗米修斯圣火 原始人只有一双手和一身力气，他最初的控制变量是 其力所能及的物体的位置，他可以把木柴堆在一起， 可以钻木取火。 人一旦控制了火，就有可能控制简单的化学反应，可 以炼铜炼铁。铁使人对自然界的控制权进一步扩大了 科学技术就这样发展起来。人作为科学的中心 他的四肢能控制的变量和五官能感到的变量就是科 学技术的出发点 人类所使用的工具和仪器都是围绕着这个出发点而发 明的，从这个出发点开始，一圈一圈扩展开来，伸向 无穷远处。科学的光辉照亮了黑暗的宇宙，而这光辉 的源泉就是人
科学之光：普罗米修斯圣火 n 原始人只有一双手和一身力气，他最初的控制变量是 其力所能及的物体的位置，他可以把木柴堆在一起， 可以钻木取火。 n 人一旦控制了火，就有可能控制简单的化学反应，可 以炼铜炼铁。铁使人对自然界的控制权进一步扩大了 ，……科学技术就这样发展起来。人作为科学的中心 ，他的四肢能控制的变量和五官能感到的变量就是科 学技术的出发点。 n 人类所使用的工具和仪器都是围绕着这个出发点而发 明的，从这个出发点开始，一圈一圈扩展开来，伸向 无穷远处。科学的光辉照亮了黑暗的宇宙，而这光辉 的源泉就是人