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主题：【原创】简单聊聊科学方法论 -- 懒厨
家园 【原创】简单聊聊科学方法论 这篇文章其实我已经想写很久了，每次看到中医，挺转反转的争论，我都有这个念头，看到淡山客这篇文章链接出处，我又起了这个念头，感觉搞科普的话，有些关于科学方法论的基本东西必须搞清楚，否则，河里许多辩论根本就是牛头不对马嘴。
这篇文章，大多数内容都是从张五常的经济解释那本书的第一章里抽取出来的，我把其中涉及经济学的内容抽掉，以便大家理解。纵观整本书，都是建筑在这一章的基础上的，非常精彩，对经济学感兴趣的，强烈推荐。
开始聊吧。
首先，人类作为高等动物，是可以观察到不同的现象的，例如，日出日落，一年四季，然后我们会发现，这些现象是有规律的，那么我们就会自然而然的要总结规律，解释这些现象，这个就是科学的起源了。
要解释现象的话，有一些规矩要遵守，1.现象观察是主观的，大家主观上不能有分歧，例如，我看到太阳升起，你偏要说这是下山，这样你和我就无法科学地解释日出日落这个现象了。2.所有大家认同的现象，是有规律的，虽然这个规律不一定可以很容易的找到。如果没有规律，也就无法用逻辑推断，这就不能称之为科学了，例如耶稣升天这样的说法。3.任何现象的发生，都是有原因的，不会无缘无故。
以上三点，就是科学的必须条件。
好了，我们大家都观察到现象了，都同意了其规律了，例如下雨的话，天上必定有云这一现象，而且有重复又重复的的规律，但是，我们不能用雨的出现，来解释云是怎么来的。换言之，我们不能用现象来解释现象，如果我们这么做的话，就是知其然不知其所以然，用逻辑符号来说，就是因为有雨，所以有云。硬要这么解释的话，会有两个问题：1） 两个相关的现象何其多也，这样的理论就缺乏一般性的解释能力了。2）有些规律，在不同的情况下会改变，那么要怎么分门别类呢？例如，羽毛在没有风的情况下会下降，有风会上扬，我们应该如何总结这规律呢？
再举一个例子，在没有万有引力的理论情况下，我们怎么解释在很高的山上，同样的物体，重量会减少这个现象？
首先我们看到，高山上温度很低，所以有人就提出一个理论，是因为温度低，导致重量减少的，我们怎么验证呢，就在平地上搞一个冰库，把温度调到和高山上一样，在冰库里秤，发现重量没变，于是这个理论就被推翻了。
于是那人就把理论修改了，是因为温度低，加上风大，导致重量减少，于是我们又改良了这个试验，加把大风扇，发现重量还是没有减少，于是这个理论又错了。
于是再改，是因为温度低，风大，加上坡度，我们有跟着改试验，发现还错。
最后这个理论改成什么样呢？温度低，风大，有坡度，还有高度，于是我们耗巨资在高山上搞了个同样的冰库，发现重量真的轻了，噢嘢！我们终于成功了，于是我们就暂时说这个理论是对的。
问题出在哪里呢？这个理论的限制条件太多了，以至没有什么解释力，只要内容一改，理论就被推翻了，例如某天突然停电，冰库里面没有风了，在高山上依然重量减轻了，这个理论也就完蛋了。
这个例子里面的理论，叫特殊理论，ad hoc theory, 解释力太小。科学就是这么回事，不停地用更有解释力的理论来代替解释力小的理论。象上面这个例子，到了牛顿发明了万有引力理论之后，就完美地解释了这个现象，不但可以解释这个现象，还可以解释为什么月球绕着地球转，地球绕着太阳转这种现象。科学就是这么进步的。
特殊理论的反面，就是套套逻辑, Tautology，这是不可能错的理论，例如：四足动物都是四条腿的，这个理论无论何时何地都是对的，可惜这种理论是毫无解释力的。
虽然特殊理论和套套逻辑没有什么用，但是科学的进步，往往是从这两端开始，逐步往中间移动，慢慢发展起来的。
在上面重量减轻这个例子里，隐含了一个重要的主旨：科学所求的是可能被事实推翻，理论允许被事实推翻而又没有被推翻，那么我们就说这个理论被证实了。象“四足动物都是四条腿的”这样的理论，永远不可能被推翻，所以也就是没有什么解释力的了。
被事实推翻之后怎么办呢，有两条路，其一是抛弃原有理论，开创新理论，其二是再加附加条件来挽救，问题是加太多，又很容易变成特殊理论，所以也要小心。
切记，这个是科学进步必有的过程，今天正确的理论，可能明天被新发现的事实给推翻了，于是新的理论又替代旧的理论了。就像古时候，中国人认为月蚀被天狗吃掉了，可是古人可以很准确的预测月蚀，在没有新理论之前，我们可以一直把这个天狗食月的理论当作是正确的，一直到天文望远镜发明后，观察到新的天文现象，推翻了天狗食月这个理论。
说了这么多基础知识，河友们信不信这些知识是可以用在中医，挺转反转，甚至挺肖反肖的争论上头的？
先说这么多吧，有空再接着聊。
元宝推荐：铁手, 通宝推：特里托格内亚,PCB,陆合,易水,为中华之崛起,燕庐敕,石老人,jent,每周虎,airman,不远攸高,常识主义者,淡山客,
本帖一共被 6 帖 引用 (帖内工具实现)家园 你这个只是表面的科学方法 举个极端的例子，牛顿力学，按照你的理论，它已经被相对论“推翻”了，因此没有任何用处了，应该被抛弃了。但恰恰相反，牛顿力学在目前仍然是生产实践中最主要的理论，需要相对论的地方并不多。
新的理论只是拓展旧理论的适用范围，仅此而已。旧理论仍然适用，只是其适用边界被探索得更明白。
再举个极端的例子，亚里士多德说物体下落速度与质量成正比，这个理论“显然是错误的”。但是，在物体密度与质量成某种正相关关系且在密度适当的空气中，这个理论仍然是适用的。只是因为其适用范围过于狭窄，在生产实践中基本上不会被使用而已。
现实生活中，绝大多数理论都是介于亚里士多德落体定律和牛顿力学这两个极端之间的。
还有比较独特的例子，地心说，这个“显然是错误的”，但是在一些简单的天文应用中，仍然在使用。比如天球的概念，这个完全是以地心说为依据的，但是也是天文学中非常基本的概念，也被广泛使用。
最后总结一下我的观点：新的理论不是“推翻”了旧的理论，而是拓展了旧理论的适用范围。
当然，当且仅当旧理论是“科学的理论”，此条才成立。不过，与很多人的直觉相反，亚里士多德落体定律、地心说这样的理论确实是科学的理论。
家园 你说的我明白，我得再解释一下 牛顿力学，确实已经被相对论“推翻”了，但是有两点要注意：
1. 这个推翻，仅仅是理论上推翻。
2. 推翻的原因，是因为限制条件的改变，换言之，在某些情况下，我们的试验结果，证明牛顿力学不成立。
你提到的大部分生产实践，牛顿力学依然可用，这是完全正常的，因为，大部分生产实践的条件，没有那么极端。说起来，一个理论是否可用，这个应该算是工程的问题了。
所以，我不完全同意你最后的观点，你说的“拓展了旧理论的适用范围”，其实就是改变了旧理论的限制条件，如果旧理论，在新的限制条件下不成立，我们就说他在新的限制条件下被推翻，并非说旧理论在原有的限制条件下被推翻。
最后，我想强调一下，主贴并非要判断一个理论是否科学理论，而是想介绍什么是科学的方法，如何用这个方法判断一个理论是否成立而已。
家园 要点正在于此 科学的方法，在于拓展旧理论的适用范围，而不是否定旧理论。
这个差别是很大的。牛顿说的站在巨人的肩上，其本质正在于此。
不理解这个，所谓的科学的方法就是不科学的。
家园 好文章，先花后看。 家园 最近沉迷在《命运石之门》中，总觉得看帖子讨论有即视感 
外链图片需谨慎，可能会被源头改
外链图片需谨慎，可能会被源头改《命运石之门Steins;Gate》，一般来说算游戏吧，但本质上更接近于“互动电子书”
家园 古人用天狗食月的理论预测月食？这是科学的态度吗？ 一边口口声声说科学，一边把民间传说当科学理论批判，还真是自己树靶子自己打，还真是红果果的双重标准。
随便网上搜搜就有很多古人对天文的观点，可不是一个天狗食月的民间传说就能概括的，比如刘歆整理的《三统历》称：“日行九道，月行十九道”可见中国古人，发现了日食和月食的不同规律。东汉末年（179-184年）刘洪所编的《乾象历》将月行有迟疾引进历算中的历法，它定出了比较精确的近点月日数和一个近点月内每天的月亮实际所行的度数。用月亮的实际运动来修正以往根据月亮的平均运动所算出的朔望时刻（平朔、平望），修正结果称为定朔、定望，更准确地推算出日食和月食的时间。
东汉天文学家张衡在他的著作《灵宪》里，最早科学地解释了月食发生的原因。他说：“月光于日之所照，魄生于日之所蔽；当日则光盈，就日则光尽也。”
自己口口声声说科学科学，这马列主义的手电筒就是不照照自己。
家园 发现规律不等于理解本质 在那个风云变幻的世纪之交，普朗克决定彻底解决黑体辐射这个困扰人们多时的问题。他的手上已经有了维恩公式，可惜这个公式只有在短波的范围内才能正确地预言实验结果。另一方面，虽然普朗克自己声称，他当时不清楚瑞利公式，但他无疑也知道，在长波范围内，u和T成简单正比关系这一事实。这是由他的一个好朋友，实验物理学家鲁本斯（Heinrich Rubens，上一章提到过）在1900年的10月7号的中午告诉他的。到那一天为止，普朗克在这个问题上已经花费了6年的时光（1894年，在他还没有了解到维恩的工作的时候，他就已经对这一领域开始了考察），但是所有的努力都似乎徒劳无功。现在，请大家肃静，让我们的普朗克先生好好地思考问题。摆在他面前的全部事实，就是我们有两个公式，分别只在一个有限的范围内起作用。但是，如果从根本上去追究那两个公式的推导，却无法发现任何问题。而我们的目的，在于找出一个普遍适用的公式来。
（……节略……）
在柏林大学那间堆满了草稿的办公室里，普朗克为了那两个无法调和的公式而苦思冥想。终于有一天，他决定，不再去做那些根本上的假定和推导，不管怎么样，我们先尝试着凑出一个可以满足所有波段的公式出来。其他的问题，之后再说吧。
于是，利用数学上的内插法，普朗克开始玩弄起他手上的两个公式来。要做的事情，是让维恩公式的影响在长波的范围里尽量消失，而在短波里“独家”发挥出来。普朗克尝试了几天，终于遇上了一个Bingo Moment，他凑出了一个公式，看上去似乎正符合要求。在长波的时候，它表现得就像正比关系一样。而在短波的时候，它则退化为维恩公式的原始形式。
10月19号，普朗克在柏林德国物理学会（Deutschen Physikalischen Gesellschaft）的会议上，把这个新鲜出炉的公式公诸于众。当天晚上，鲁本斯就仔细比较了这个公式与实验的结果。结果，让他又惊又喜的是，普朗克的公式大获全胜，在每一个波段里，这个公式给出的数据都十分精确地与实验值相符合。第二天，鲁本斯便把这个结果通知了普朗克本人，在这个彻底的成功面前，普朗克自己都不由得一愣。他没有想到，这个完全是侥幸拼凑出来的经验公式居然有着这样强大的威力。
当然，他也想到，这说明公式的成功绝不仅仅是侥幸而已。这说明了，在那个神秘的公式背后，必定隐藏着一些不为人们所知的秘密。必定有某种普适的原则假定支持着这个公式，这才使得它展现出无比强大的力量来。普朗克再一次地注视他的公式，它究竟代表了一个什么样的物理意义呢？他发现自己处在一个相当尴尬的地位，知其然，但不知其所以然。普朗克就像一个倒霉的考生，事先瞥了一眼参考书，但是答辩的时候却发现自己只记得那个结论，而完全不知道如何去证明和阐述它。实验的结果是确凿的，它毫不含糊地证明了理论的正确性，但是这个理论究竟为什么正确，它建立在什么样的基础上，它究竟说明了什么？却没有一个人可以回答。
以上引文来自CAPO的《上帝掷骰子吗——量子物理史话》。后面的事情大家都知道了——从普朗克拼凑出来的公式，最终得到“量子”的概念以及现代量子物理学的基石——普朗克常量。
客观现实的规律性，是可以被观测到的，但规律背后所代表的本质，却不是所有人都能理解的。有一些规律，可以用不同的理论去诠释，但这并不代表符合客观现实规律的理论全部都是正确的的。通过探索和思考，使理论体系变得完整并且至少在适用范围内可以解释规律性现象，当出现普适性更好的理论的时候果断抛弃旧的（普适性相对差的），这才是科学方法论。
家园 发重了，删除 古人对于月食的认识肯定不及现在，即使是西方，地心说也流行到了16世纪，随着科学技术的进步而被放弃，指望更早的古人有一步到位的认识是不可能的，但是古人的探索也不是一个天狗食月这样的民间传说能概括的。楼主这个举例真不恰当。天狗食月还成理论了？楼主自创的古代天文理论吗？真是好笑。
家园 感觉我们说的是两回事 古人对于月食的认识肯定不及现在，即使是西方，地心说也流行到了16世纪，随着科学技术的进步而被放弃，指望更早的古人有一步到位的认识是不可能的，但是古人的探索也不是一个天狗食月这样的民间传说能概括的。楼主这个举例真不恰当。天狗食月还成理论了？楼主自创的古代天文理论吗？真是好笑。
家园 那你不妨说说，古人认为月蚀的成因是什么？ 愿闻其详。
家园 中国古代很早就认识月食日食和地球，太阳，月亮位置有关 交食研究
我国古代对于日月食成因的科学认识是很早的。
《周易·丰卦》就有“月盈则食”的记载，《诗·小雅·十月之交》有“彼月而食，则维其常”的诗句，就认识到月食是有规律的，只有在月望的时候才能发生。
战国时期的石申，已经知道日食和月亮有关，认识到日食必定发生在朔或晦。西汉末刘向在《五经通义》中说：“日食者，月往蔽之。”可见最迟在西汉的时候，就已经明白了日食产生的原因。东汉张衡在《灵宪》中对月食的成因解释得更清楚，认为月光来自太阳所照，大地遮住了太阳光，便产生月食。
东汉天文学家张衡在他的著作《灵宪》里，最早科学地解释了月食发生的原因。他说：“月光于日之所照，魄生于日之所蔽；当日则光盈，就日则光尽也。”也即说，月球本身并不发光，光乃太阳所赐。当月球转到太阳地球之间时，她以照不见阳光的阴面对着我们，所以不发光；当月球转到地球另一面比被地球遮挡时，反射太阳的光，我们就看见了她。而月食的发生，恰恰是地球本身挡住了发射向月球的阳光。
沈括在《梦溪笔谈》卷七中曾清楚地解释了为什么不是每一朔望月都发生日月食的道理，指出了黄道和白道并不在一个平面，而是相交的。只有当角度（经度）相同而又靠近的时候（纬度相近），就是在黄道、白道相交的地方，才会互相掩盖。在黄白道正好相交的地方，便发生全食；不在正中，便发生偏食。
我国古代对于交食是作了长期认真的分析的，早在西汉以前，就能认识到交食的发生是有一定规律的，是有周期变化的。所谓“交食周期”，就是经过一个周期以后，太阳月亮地球三者又回到了原先的相对位置，一个周期以前出现的日月食又再次相继出现。从数学上来看，这就是探求朔望月和交点年之间的公倍数问题。由于两者之间没有简单的倍数关系，所以根据不同的精度可以求得不同的交食周期。我国古代的历法工作者用自己创立的方法探求交食周期，所采用的数值在世界天文学史上说，也是很先进的。西汉的《三统历》就使用了一百三十五个朔望月的交食周期。此后交食周期值的推算不断得到进步，达到很高的精度。西方十九世纪才由美国天文学家纽康（1835－1909）推得的比较精密的三百五十八个朔望月的纽康周期，我国早在唐代的《五纪历》就已经找出了（周期是纽康的二倍）。
利用交食周期，只能预推日月食发生的大概日期和情况。我国古代天文工作者并不满足于这一结果，而是编制了一套预推交食的计算方法。早在《乾象历》中，就已经求得黄白交角是六度左右，这在当时来说是相当精密的。《乾象历》规定月亮距黄白交点十五度以内才能发生日食，后代都用这个数作为会不会发生交食的判据，这就是食限的概念。
随着对日月运动研究的深入，推算日月食的方法也越来越改进，预报的结果也越来越精密。
三国时期杨伟的《景初历》开始了预报日食发生的食分大小和亏起方位。刘焯在推算交食的时候第一次考虑到视差对交食的影响（在地球表面观测天体和在地心观测天体所产生的天体位置的差称“视差”）。从唐代僧一行起，开始尝试推算各地见食的情况。隋唐宋元历法水平不断向上发展，因而推算日月食的水平也不断提高。元代郭守敬所推交食是相当准确的，所用方法在世界天文学史上也是很先进的。
你可以说古代的理论不完善，没有现代的天文学精确，不过一句天狗食月来概括也太雷人了。
通宝推：mailsina,家园 谢谢你提供的资料 《周易·丰卦》就有“月盈则食”的记载，《诗·小雅·十月之交》有“彼月而食，则维其常”的诗句，就认识到月食是有规律的，只有在月望的时候才能发生。周朝的时候，就已经能够发现规律了，那个时候，大概还是认为天狗食月的吧？
本文的意思是，即使发现了规律，并不意味着对事物的本质有全面的了解，即便是张衡，他提出了月光是阳光的反射这一理论，在他那个年代，限于技术，也是无法验证的，虽然比天狗食月论更接近本质。
- 复 谢谢你提供的资料
家园 我对你主贴没什么大的意见，对你用天狗食月来说明古代天文理 论很有意见，这神话和天文可是彻彻底底两回事。
从周朝认识到月食是一个规律性的活动，到汉朝计算月食周期，对月食的认识是一步一步深化的，又不是一口吃个胖子。限于古代技术水平，要求古人有完整的理论是不现实的。就西方来说，日心说的完善也花了几百年的时间。在哥白尼的主要著作《天体运行论》的序言中，序言作者奥西安德写道：
……一个天文学者的职责是通过细致的和熟练的观察创作天体运动的历史。然后转向这些运动的原因或有关这些原因的假说，由于他无论如何不能达到真实的原因，他必须构想出和发明出这样一些假说，设想能够按照几何学原理正确地计算出过去以及将来的运动。这些职责本书作者［哥白尼〕都卓越地完成了。由于这些假说并不要求是真的，甚至不要求可能是真的，如果他们提供了一个观察一致的演算法也就足够了。
哥白尼理论并不被认为是世界实际上是什么的一种描述。它并不是断言地球实际上围绕太阳运行。不如说它是一种计算方法，能够把一组可观察的行星位置同另一组联系起来。要是把行星系统看作为仿佛太阳处于中心，就更加容易计算。
通宝推：花大熊,
家园 好吧，只问一个问题 古人发现了月球绕这地球转，地球绕太阳转的这个自然现象没有？