假說
假說是根據已知的科學原理和科學事實提出的、用以解釋某一現象的、沒有得到事實驗證的設想。它是科學發現與發明過程中的一個極為重要的環節。人們在揭示事物的本質及其發展規律前，總是以已經掌握的事實、經驗和知識為基礎，運用邏輯方法進行一係列的科學抽象形成一種設想，然後，根據這個設想去變革事物。這個設想就是假說。
科學假說具有自己的特點，它與宗教的主觀臆想不同，是以確定的科學事實為根據，以科學理論為指導對新事實做出的說明或推測。它與科學幻想不同，科學幻想是根據科學發展的現狀，展望科學發展未來的圖景，目前還不具有現實性；而假說具有現實性，它隨時都有被證明、被推翻或被提高一級的可能，在沒有被推翻之前有一定的導向作用。假說與理論不同，理論是經過實踐檢驗的、具有真理性；而假說具有多種可能性。假說與科學事實不同，假說是思維的產物，高於科學事實。
假說是導致科學發現與技術發明的重要方法之一，其主要作用是提出新實驗或新觀測的方法和可能性。第二個作用是幫助人們看清一個事物或事件的重要意義。例如在進行現場考察時，一個用進化論假說武裝頭腦的人，比沒有這種假說武裝的人更能發現有價值的現象。第三個作用是使科研帶有明確的方向性。假說作為對未知領域的一種推測，可以幫助研究人員確定研究方向、製定研究計劃、部署實驗程序。第四個作用是假說是打開認識新事物大門的一把鑰匙。由於人類的認識受到各種主客觀條件的限製，因此，我們隻能在時代條件的基礎上進行認識，而且這些條件達到什麼程度，我們便認識到什麼程度。在這種情況下，人們隻能借助於假說這種方法，運用已知的科學理論和事實去探索未知的客觀規律，不斷積累實驗材料，修正假說中的錯誤成分，逐漸地使假說越來越真實地反映客觀現實。因此，恩格斯曾說：“隻要自然科學在思維著，它的發展形式就是假設。一個新的事實被觀察到了，它使得過去需用來說明和它同類的事實的方式不中用了。從這一瞬間起，就需要新的說明方式了——它最初僅僅以有限數量的事實和觀察為基礎，進一步的觀察材料會使這些假說純化，取消一些，修正一些，直到最後純粹地構成定律。如果要等待構成定律的材料純粹化起來，那末這就是在此以前要把運用思維的研究停止下來，而定律也就永遠不會出現。”（恩格斯《自然辯證法》人民出版社，1971年版，第218頁）。
假說的形成及其發展
科研過程一般來說總是從實際的材料出發，經過思維產生概念。這時，思維超越了已有的感性階段進入了高級的理性階段，然後，將這些概念放到實踐中去，經受實踐的檢驗。如果實踐證明它們是對的，則上升為理論、定律或法則。反之，就會被拋棄或部分被拋棄。
對發現與發明過程中產生的問題的解釋和答案，一般是先以假說的形式產生出來，然後用觀察和實驗來進行驗證。假說產生的過程如下：
首先，必須深刻了解和準確把握有關事實。任何假說都是根據一定的事實和科學原理提出來的，它絕不是虛無飄渺的幻想。科學發展史告訴我們，凡是有效的假說，都是掌握了有關事實的。為了說明這一點，我們簡要地講一下我國高能物理工作者提出層子模型的過程。
我國的高能物理工作者在探索基本粒子是否具有內部結構時，先把當時發現的200多種強子分為兩大群：一群叫重子，它們的共同特點是自旋等於h的半整數倍；另一群叫做介子，它們的共同特點是自旋都是h的整數倍。然後，把自旋和宇稱相同的作為一組，重子不是十個成一組就是八個成一組，而介子則八個成一組或一個成一組，很有規律性。這是什麼原因呢？我國高能物理學工作者根據五十年代末、六十年代初人們用能量約為十億電子伏的電子對質子進行彈性散射研究，發現質子的電荷並非集中在一個幾何點上的事實以及六十年代後半期，用能量為200億電子伏的電子轟出質子，進行動量傳遞很大的非彈性碰撞實驗時發現的質子電荷分布並不均勻的事實，提出了“層子”模型，即層子是組成強子的更基本的粒子。
其次，以現有的定理、定律、理論或經驗為指南，以把握的事實為基礎提出設想——假說。事實是科研的基本原料，已有的定理、定律、理論和經驗是辨別和加工這些原料的器械。當我國的高能物理學工作者提出了“層子”之後，開始研究層子有多少？他們以群論方法以及實際的工作經驗為指導，對事實作了分析，認為層子可能有三種。介子是由一個層子和一個反層子組成的，一個層子和一個反層子可以有九種不同的組合，因此介子可以八個形成一組和一個獨自形成一組。由群論方法可知，三個層子可以用8維和10維表示，因此重子常常八個形成一組，十個形成一組。第三、根據假說進行邏輯推理，得出新的預言。預言是假說發展過程中的一個重要環節。假說的確證，通常是用實驗來檢證由假說引伸出來的預言。當門捷列夫根據物質結構的“原子論”推出，元素的特征與原子量、原子價有關之後，提出了元素周期律這一假說。為了發展這一假說，他作了一些預言，其中包括預言未發現的元素的特征和修改許多當時還很少研究的元素的原子量。預言在鉀的旁邊會出現“類硼”元素。
第四、對於預言的驗證。驗證預言是一個相當複雜的過程，也是判定假說能否成立的過程。實踐既是假說產生的源泉和動力，又是驗證假說真理性的標準。這是因為隻有當科學假說所作的預言在科學實踐中，與越來越多的事實相符合，且沒有任何已知的事實與之矛盾時，才能證明作出這個預言的假說正確地反映了事物發展的規律。也有用“判決性實驗”來檢驗預言的真偽性。例如十九世紀初，達爾文的生物進化論剛提出時，隻是一個假說，後來發現了很多過渡類型的動物，如介於無脊椎動物和脊椎動物之間的文昌魚，介於爬行類和鳥類之類的始祖鳥等等，這些都是對達爾文進化論的驗證。又如1944年，艾弗裏及其合作者對肺炎球菌的實驗，表明遺傳的物質基礎是核酸，從而否定了與之對立的主張蛋白質是遺傳的物質基礎的假說。
但是，假說的驗證過程並不是一帆風順的，有不少假說形成以後，與新發現的科學事實產生根本性質的矛盾，因而被新的假說所代。例如在十七世紀末、十八世紀初，德國化學家柏策和施塔爾提出了燃素假說，即認為燃燒是物體吸收燃素與放出燃素的過程。如木頭燃燒時其中的燃素被逸出，變成灰渣。可是，1774年法國化學家拉瓦錫將鉛和錫放到一個密閉的容器裏進行鍛燒實驗。加熱後，錫和鉛雖已化為灰燼，但是灰渣的重量與加熱前的金屬的重量相等，隻是當他打開容器，空氣進入之後重量才發生變化。以後，多次實驗表明，鍛渣的重量變化與空氣量有關。因此，拉瓦錫否定了燃素說，提出了燃燒物與空氣化合作用引起燃燒的假說。另外，有些假說與新的實驗事實在基本原則上相一致，但是在觀點上產生了矛盾，這就需要對原來假說進行修正。如康德提出的星雲假說，認為在廣漠的宇宙中存在著由氣體和塵埃構成的彌漫物質，這就是原始星雲。由於原始星雲中的塵埃大小不一，引力不同，結果大顆粒吸引了小顆粒變成團塊。團塊相互碰撞，相互作用，有的被撞碎，有的被吸收變成更大的團塊。這些更大的團塊再次分化、聚合，變為巨塊……長期作用下，最大的塊是今日的太陽。在太陽四周的較小團塊就是地球、金星、水星、火星……等等。可是，隨著天文學的發展，人們對天體的認識越來越深入，我國天文學家戴文賽修正了康德星雲說，提出了新的演化理論。還有一些假說由於發現了前所未知的新事實，從而豐富和補充了原有的假說，甚至建立了新的假說來發展原有的假說。大陸漂移說的興衰史就是這類假說的一個代表。關於地殼構造和地殼運動的傳統假說是“槽台說”。這一學說認為，地槽是強烈活動的地帶，它在長期緩慢地下沉過程中，不斷沉積，形成了巨厚的地層。當地槽發展到一定階段時，就返回上升，發生強烈的拆皺而成為山脈。地台則是地殼上比較穩定的地塊。地台與地槽是相互聯係的，以垂直運動為主。長期以來，對地殼結構和地殼運動規律的解釋都是從這一理論出發，認為活動性地殼不斷轉化為穩定性地殼，海洋性地殼不斷縮小，大陸地殼不斷擴大。可是，1912年魏格納提出了大陸漂移說。這一學說認為，早期全球隻有一塊原始大陸，由於地球自轉產生的離心力和天體之間的引潮力，把原始大陸撕裂成七塊，並且各自漂移，形成現在的七大洲。這一假說的提出轟動了整個地質學界。可是，由於它無法很好地解釋大陸漂移的動力而被否定。可是，隨著地震波觀測材料的積累，海底大洋脊的發現，古地磁的測定，大陸漂移說又被重新提出，以後板塊假說把魏格納的大陸漂移說提高到了一個新的階段。
假說的運用
貝弗裏奇認為假說是科研工作中的最重要的智力活動手段。因此，它被廣泛地運用。
一、假說運用的場合
（一）解決某些複雜問題。恩格斯指出，當我們深思熟慮地考察自然界或人類曆史或我們精神活動的時候，首先呈現在我們眼前的，是一幅由種種聯係和相互作用無窮無盡地交織起來的畫麵，其中沒有任何東西是不動的和不變的，而是一切都在運動、變化、產生和消亡。這就是說，世間萬物是相互聯係、相互依賴、相互作用、不斷變化發展著的。事物之間的這種關係，使事物處於複雜聯係中。發現與發明就是探索這些關係的一項極為繁重的勞動，這是問題的一個方麵。問題的另一方麵是，人的認識總是受到時代的限製。盡管科研工作者憑借著現代化的科學儀器和設備，但仍不可能百分之百地收集到所需要的信息，也不可能全部地搞清發現與發明對象的一切關係。因此，在大多數情況下，科技工作者總是運用假說來探索發現與發明對象的規律。如上海理工大學的陳之航教授在從事鍋爐單相流體研究中，大膽地運用假說，在較短的時間內取得了成果。現代蒸汽鍋爐十分龐大，且在高溫高壓下運行。這一特點使鍋爐內的流體動力特性和傳熱特性十分複雜。想通過純理論的分析來了解上述特征是非常困難的，通過直接的實驗來解決上述問題也是不可能的。陳之航教授通過查閱資料了解到國外同行對這一問題的研究狀況。有些學者雖然得出了單相流體並聯管組中分布規律的函數式，但其函數形式十分複雜，經驗係數很多，不便於應用。陳教授根據多年研究工作的經驗，大膽地提出了關於並聯管組集箱內速度分布的六種假說。然後，根據動量方程式建立了分配集箱和彙流箱內分布規律的函數表達式。這樣變高溫高壓為常溫常壓、變複雜的管形為簡單管形，大膽地撇開了實際鍋爐運行中會出現的運行波動等問題，很快取得了成功。（二）解釋一現象產生的原因。現象是本質在事物運動過程中的表現。發現與發明過程中科研工作者不斷地收集、分析現象的過程。由於現象和本質是有差異的，本質貫串現象總體，現象隻是本質的一個方麵。另外，在現象中包含著許多假象，它歪曲地反映著本質，掩蓋了事物的真相。因此，任何一個發現者或發明者都不可能一下子透過現象看到本質，隻有借助於假說一步一步地從不甚深刻的本質到較深刻的本質，再從較深刻的本質到更深刻的本質，……直至搞清研究對象的變化規律。如低溫之父——卡皮查在研究氦-Ⅱ超流體時就是這樣做的。以前，人們總認為自然界所有的氣體都具有三相點，即氣、液、固三相共存的溫度點，這是氣體的基本屬性之一。當氦氣被液化之後，很自然設法測定氦的三相點。但是，實驗人員找不到氦的三相點。隻有當壓力超過25個大氣壓時，才有固相，而且固相與氣相不相連。進一步的研究發現，液氦在2.17°K時各種性質都有異常突變，此變化稱為λ轉變。λ的聯線將液氦區分為氦-Ⅰ，氦-Ⅱ兩個部分。在對氦-Ⅱ抽真空降溫時，氦-Ⅱ居然會沿著容器壁以液膜形式自動爬出來，其爬行速度竟達30厘米/秒。另外，人們還發現氦-Ⅱ的導熱性能比銀還大20倍。怎樣解釋這些新現象呢？卡皮查提出了假說：氦-Ⅱ本身絕不可能具有如此之大的導熱性能，其之所以表現出這種現象是氦-Ⅱ對流作用的結果，即氦-Ⅱ是一種超流體。後來，卡皮查就是沿著這一假說的思路去工作的。