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有些意外的实验“现象”可能就是某个“结论”或“发现“ 精选

已有 2995 次阅读 2017-11-19 22:28 |系统分类:教学心得|关键词:观察 分析 迈尔 能量守恒定律 热力学第一定律

现如今,许多研究生做实验,越来越不重视实验过程或实验现象观察和仔细分析,尤其是对自己没有“预测”到或意外的现象更是如此。有时甚至认为是错误的而被粗暴地“忽略不计”甚至“剔除”。当我们把这些“不想要的”现象或结果抛弃的时刻,也许就是扔掉了一个个重要的结论甚至发现。

实事求是地讲,如果认真对待某些意外的现象,也许就是研究生“青出于蓝而胜于蓝”的最佳机遇。既然是意外嘛,那么一般来说导师也是不知道的。

在科学探索的历史上,这种仔细观察、认真分析得出结论性认识从而导致科学重大发现的例子还是很多的。(当然也有在常人看来似乎傻子式的“突发奇想”,比如像中学时期的爱因斯坦设想“一个跑得与光差不多快的人会看到什么呢?”这里不讨论这些天才)

比如,热力学第一定律(即能量守恒与转化定律)的发现者之一德国医生、物理学家迈尔(Mayer)就是这种观察仔细、分析认真从而得出重大发现的认识就是如此。以下是来自网络上关于迈尔这一发现简介:

1840年2月22日,他作为一名随船医生跟着一支船队来到印度尼西亚。一日,船队在加尔各达登陆,船员因水土不服都生起病来,于是迈尔依老办法给船员们放血治疗。在德国医治这种病时只需在病人静脉血管上扎一针,就会放出一股黑红的血来,可是在这里他发现从静脉里流出的仍然是鲜红的血。于是迈尔开始思考:人的血液所以是红的是因为里面含有氧,氧在人体内燃烧产生热量,维持人的体温。这里天气炎热,人要维持体温不需要燃烧那么多氧了,所以静脉里的血仍然是鲜红的。那么,人身上的热量到底是从哪来的?顶多500克的心脏,它的运动根本无法产生如此多的热,无法光靠它维持人的体温。那体温是靠全身血肉维持的了,而这又靠人吃的食物而来,不论吃肉吃菜,都一定是由植物而来,植物是靠太阳的光热而生长的。太阳的光热呢?太阳如果是一块煤,那么它能烧4600年,这当然不可能,那一定是别的原因了,是我们未知的“力”(能量)了。他大胆地推出,太阳中心约2750万度(我们知道是1500万度)。迈尔越想越多,最后归结到一点:能量如何转化(转移)?他一回到汉堡就写了一篇《论无机界的力》。

1842年,迈尔发表《论无机自然界的力》,以自然界无不生有,有不变无原因等于结果的哲学思想为指导,坚持从事物联系、发展的因果链条中去考察具体的自然现象。首先从无机界各种能量形式中抽象出概念,并进而指出在一系列因果关系中,某一原因c产生一个等于它的效应ee作为一种原因又可产生一个等于它的原因f……在这一系列关系中,不可能有任何一项化为乌有。这种不灭性是力的第一个性质。在这个过程中,c变为ee变为f,即原因可以取各种不同的形式,这就是力的第二性质。把这两个性质合并起来,可以说,原因在量上是不灭的,且在质上是可以转化的。”迈尔还分析了如下的经验事实:两块金属相互摩擦产生了热;用机械“力”使一定体积的空气压缩,结果气体温度升高;一个重物从高处落到地面,碰撞过程中会产生热;蒸汽机中蒸气失去部分热结果产生了机械运动。从这些经验事实中他断定“热”也是属于他的“力”或“原因”的范畴。在此基础上迈尔提出了“热功当量”概念,并根据落体的“力”全部转化为热作了初步估计:“重物从大约365米的高度下落(所产生的效应)对应于给相同质量的水从0℃1℃所加的热

如果把迈尔说的“力”“效应”“原因”等换为“能量”一词,基本等于现在“能量守恒与转化定律”的说法:能量既不能产生,也不能消灭,只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到其它物体,而能量的总量保持不变。

如果迈尔不注意观察,就不会发现“血液颜色的不同”,如果不习惯于思考或分析,也不会产生那些“奇思妙想”,也就不会有《论无机自然界的力》中能量守恒定律的雏形

这里请不要对其分析或推导合理性过分吹毛求疵,科学上许多重要发现是结果正确而推导或证明是不合理,这里就不纠缠了。



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