1、科学方法论系列讲座,7、演绎法,什么是演绎法 演绎法也叫亚里士多德法。它的特点是先作假说，然后求证。就是说，在科研开始进行之前，或者至少在科研活动的早期，就先在少量实验或观测的基础上提出假说或判断；然后按照假说进行演绎推理，得到一些特殊的结果；再对所得到的结果，用实验或观测加以验证。它要求研究者运用丰富的想象力和直觉，在脑中先有建立一种或几种，有时甚至一大堆设想或猜测，然后凭一种或多种实验和观测对自已的假说加以验证，再从各种实验、观测结果与假说的对比中求出答案。,演绎推理是由一般性的命题推出特殊命题的推理方法。演绎推理的作用在于把特殊情况明晰化，把蕴涵的性质揭露出来，有助于科学的理论化和体系化
2、。牛顿以微积分为工具，在开普勒三定律的基础上运用演绎法得到了万有引力定律。这一定律成功地定量地解释了许多自然现象，也为其后一系列的观测和实验数据所证实。 下面是其它的例子。,例1 热力学第二定律蒸汽机的发明导致了欧洲的工业革命，然而开动蒸汽机需要消耗大量的煤。于是，人们希望能够制造出不消耗燃料的机器永动机。第一类永动机是不用外加动力的机器，结果失败了。在制造第一类永动机的企图失败之后，不少人又幻想发明一种不消耗燃料，直接利用外界热量的机器第二类永动机。但是这些企图再一次失败了。,为什么第二类永动机制造不出来？它并不违反能量守恒定律呀。由于这个问题，人们开始意识到功和热可能有某种不同的性质：在保
3、证它们的总和不变时，功能够完全变成热，然而热却不能随意地变成功。克劳修斯猜测其根本原因可能在于热传导的不可逆性，即热量可以自发地从高温传到低温物体，但是反过来则不行。经检验，由这个猜想得出的结果与实验完全一致，表明他的猜测是正确的，后人称之为热力学第二定律。,例2 苯的环形结构化学史上的一个著名的例子是苯的结构式。19世纪上半叶，人们从煤焦油中分离出苯、萘、甲苯等。接着开始用这些芳香族化合物合成香料，迫切需要弄清其结构。当时人们提出了链状结构模型，但是不能解释一些实验事实。经化学分析，苯分子由6个碳原子组成。按照传统的观点，这些碳原子构成链状结构。由此可以推出存在多种不同的二氯苯。但是实验表明
4、，只有3种不同性质的二氯苯。为什么？,在直链的假设下，至少存在如下9种不同的二氯苯：,经过长期的探索，1865年德国化学家凯库莱突发奇想，提出一个环形结构假说：认为苯分子具有六角形的形状，由此可以推出恰好应当有 3 种二氯苯。化学实验证实了上述推论，确立了苯的环形结构学说。 Cl Cl Cl Cl Cl Cl,例3 自由落体理论亚里斯多德认为：世界各种物体都有它们的天然位置，重物在下而轻物在上。当物体离开了自己的天然位置时，就要产生天然运动。自由下落是天然运动，其下落速度与重量成正比。重的物体下落得快，轻的物体下落得慢。果真如此吗？,伽利略假想：用一根绳子把两块重量不同的物体联系起来，然后令其
5、下落。按亚里斯多德的理论，其下落时间可以有两个：一是等于重物体与轻物体总重量的下落时间，二是等于各自下落时间的平均值。显然第一种情况的时间小于第二种情况的时间，可见亚里斯多德的论断存在着逻辑上的矛盾。合理的结论应该是：下落速度与重量无关。接着伽利略又通过实验验证了他的自由落体理论。,例4 相对论的创立19世纪中叶以后，人们普遍认为电磁波是一种机械波，只能在绝对静止的以太中传播。如果真有绝对静止的以太，那么在相对以太运动的地球上就会感觉到“以太风”。但是著名的麦克尔逊莫雷实验否定了以太的存在。经典理论无法解释这种现象。,在这一背景下，爱因斯坦从自然界的统一性的信念出发，认为经典力学中普遍成立的相对性原理在电动力学中也应同样成立。他大胆地提出：运动的相对性和光速不变性是一切物理理论都必须遵循的基本原理。根据这两个假设，他建立了狭义相对论，成功地解释了麦克尔逊莫雷实验。1907年，他又在狭义相对论的基础上进一步推出了著名的质能关系式 E = m c2，从而预言了原子能时代的到来。,
