1、科学范氏有哪几种,他们之间的关联和差异是什么?
1)第一科学范氏:实验科学范式
即观察实验,比如伽利略的自由落体实验。这里的数据是我主动、有目的地做实验得来的。
实验范式:把世界当成可观测的实验对象。
2)第二科学范式:理论科学范式
构建数学模型来理解自然现象,比如牛顿的经典力学体系。
理论范式:把世界当成可用数学描述的规则系统。
3)第三科学范式:计算科学范式
通过计算和模拟来理解自然界,比如通过计算机模拟,去预测天气变化。
计算范式:把世界当成可通过模拟来探索的复杂系统。
研究起点 = 已有的理论方程(第二范式)。
做的事 = 用计算机去“算”这些方程在复杂条件下的演化(第三范式)。
4)第四科学范氏:数据密集型科学发现范氏
数据驱动范氏,他强调数据的收集、处理和分析,通过数据挖掘来发现新的科学规律和知识。
这里的大量数据本来就以“非为某个理论服务”的方式产生的已经存在的大规模数据,我甚至不知道里面藏着什么,所以我用算力和算法去“探索”,而不是“验证”。
数据驱动范式:把世界当成可从海量数据中发现模式的信息场。
这四种范式并非互相替代,而是层层叠加、互为补充的。每一种新范式都解决了旧范式“搞不定”的问题。
5、范氏是什么?
范式,就是一个圈子里,大家默认的那套“怎么玩”的规则。
每个范式都包含完全相同的四个追问:
a. 默认规则:这个世界的基本设定是什么?什么问题是值得研究的?
b. 核心问题:基于上述规则,我们要追问的那个“靶心”到底是什么?
c. 什么算证据:怎样得来的信息,才被这个范式承认为“有效事实”?
d.什么算好解释:用什么样的答案回答核心问题,这个圈子的科学家才会满意。
同样面对“苹果落地”
1)亚里士多德范式
a. 默认规则:地上的万物由土水火气构成,有各自天然归宿;重的土元素天然要奔向宇宙中心(地球)。运动分为“自然运动”和“受迫运动”。
b. 核心问题:这个物体为什么会向下运动?它的“本性”是什么?
c. 什么算证据:日常的、宏观的、直观的观察和逻辑推理。苹果从树上脱离后,安静地、直线地往下掉;它没被任何东西拉拽,却自己往下走,这本身就被视为“它在回归天然位置”的证据。烟往上飘,同样佐证了“轻的东西天然上升”。
d. 什么算好解释:用“目的因”解释。苹果之所以下落,是因为它由重元素构成,它的本性就是回到地面。 它是在“回家”。
2)牛顿范式
a. 默认规则:世界是用数学语言书写的精密机器。运动状态(静止或匀速直线运动)不需要解释;改变运动状态,才需要找出一个力。
b. 核心问题:是什么力使苹果产生向下的加速度?
c. 什么算证据:可精确测量、可量化、可重复的实验数据。伽利略的斜面实验测出了距离与时间的平方关系,苹果落地时间可以被精确计时,这些数字才算证据。日常肉眼定性看不行。
d. 什么算好解释:用一个精确的数学公式解释。苹果下落,是因为它与地球之间存在万有引力,且 F = G \frac{Mm}{r^2};这个力精确等于苹果的质量乘以它当下被测量出的加速度。这个公式同时解释了苹果落地和月球轨道,才算“好”。
3)数据驱动范式
a. 默认规则:世界是大量相互关联的变量构成的复杂系统。在数据足够多时,可以先绕开传统因果逻辑,让数据自己暴露规律。
b. 核心问题:我不想先预设引力公式。我要问——与苹果落地行为相关联的那些隐藏变量组合是什么?我能预测得有多准?
c. 什么算证据:由传感器、摄像头、物联网自动采集的海量、高频、多维数据。比如:每秒记录苹果的坐标、速度、加速度、自转、风速、温湿度等,连续记录一万个苹果的完整掉落数据。离群点、噪声本身也是证据。
d. 什么算好解释:一个高精度、可泛化的预测模型。我不关心 F=ma。我可以说:“我训练了一个模型,输入苹果的品种图像、此刻的温湿度和高度,它能以98%的准确率预测落地时间,并发现了几个之前被理论忽略的关键影响因子。”——能极致准确地预测,本身就是一种解释。
同一颗苹果落地,在不同范式里,是完全不同的问题、不同的解法、不同的“好答案”。
科学范式不是“研究科学的科学”,而是“科学家们做研究的底层操作系统”。