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反思——科学创新的从头越

已有 624 次阅读 2020-10-17 14:27 |个人分类:科学杂谈|系统分类:论文交流

对科学理论的重新认识

                   晏成和

(一)旧事重提 坎坷科研路

人类对自然的认识由表及里、由浅入深,历经漫长、坎坷的过程,人们尊重自然,敬畏自然,在猜测和推理中探索自然。早年人们对自然界的认识是“眼见为实”,自然知识主要来自于对可见现象的观察和表述。


地心说】早年生活在地球上的人每天看见日出日落,星辰、月亮也东升西落,于是认为大地是宇宙的中心,所有的天体围绕大地旋转。

天圆地方】生活在地球上的人看见大地是平坦的,四周都是平直的地平线。东升西落的天体也都是圆形的,其路径也是在天空划一条优美的弧线-天圆地方。


现在看起来,早期的理论知识“地心说、天圆地方”错误百出、荒诞可笑,可是当年却是地球知识界广泛崇敬的真理,其拨乱反正历经了漫长的唇枪舌战、甚至是血的代价。

这些曾经的认知错误早已被否认。说这些陈年旧事,是想提醒世人:人们对自然的认识不是一蹴而就,总是有个循序渐进的过程,由表及里、由粗浅到实质,甚至是颠覆重建。早年类似错误理论还有燃素理论、以原子量为主的元素表……

如果因循守旧、探索无门,旧理论如同作茧自缚。但是要破茧成蝶、弃旧比新建还要困难,首先要有一个翻然猛醒、这需要有觉悟、可遇不可求。旧理论要被颠覆剔除,会有守旧势力顽固抵制、阻力巨大。所以有些早年谬论至今还在大行其道、成为思想囹圄,阻碍着科学发展。

因此,科研对早年的科学结论应该审慎地接受,必须要有独立再思考。科学创新不仅是对前沿保持敏感,更应该对矛盾、困惑已久的旧理论要有大胆的反思,拨乱反正、创立新路是意义重大的创新。

 

           (二)同性相斥?电磁力的缺失

百年前人们发现了质子电子构成原子,然后构成万物。那么,质子如何吸引电子构成原子,就成为物理学思考的根本科学工作者必须回答。

早年学者依据对自然生物的观察、联想,认为自然事物普遍都是同性相斥、异性相吸(其实同性相斥并不是那么剧烈)。那么,质子携带正电荷、电子携带负电荷,质子电子之间的正负电荷异性相吸,形成电磁力、构成原子,顺理成章。

同性相斥、异性相吸形成电磁力】由于电磁力微观的异性结合,构成原子。有了物质构成的新层次,新的开始,形成流传广泛的电磁力理论。

这个百年前的生物学联想形成的物质理论直观、简单,很容易为大众所接受,但是电磁力理论在推广应用中多方面遇到困难:

核内质子怎么没有发生同性相斥;(后来用介子理论修补)

核外电子怎么没有掉进原子核;(后来有驻波理论解释)

万有引力来自哪里?

百年来用电磁力解读原子构成已成定论,传承加深了笃信,几代物理人宁可认为大自然出尔反尔、自造麻烦(用后来理论修补),也不敢质疑前辈简单联想。


科研应该是独立的科学研究,既忠于守旧,又乐于迎新。当旧理论出现矛盾和麻烦时就应该独立思考、大胆地质疑、批判,冲出思想牢笼,拚弃正负电荷-电磁力的简单思维。

质子、电子之间,不是所谓的正、负电荷,而是依据质子、电子之间存在的相互关系和与生俱来的种种特性,由此反推大自然赋予它们分别携带着多种不同性能的场,从而重新认识质子电子的多种场在物质的构成和物质特性中的作用,给予自然物质所有特性的全面解读。在之前博文已有物质场相关文章,不再赘述。[1]


(三)自由电子,金口玉言?

百年前,物理电学得到极大的发展,面对金属材料导电性能特别好的现实,物理学必须给予回答。当时的科学牛人猜想:金属的传热、导电性能好,是因为其中充斥着大量的自由电子,自由电子流动起来电阻特别小。在没有更恰适解读的情况下,科学界接受了这个假说,于是,金属自由电子导电理论流传至今。

自由电子】 金属材料中充斥着大量的自由电子,随时都在自由运动,自由电子流动起来电阻小、传热快。形成流传广泛的自由电子-导流子理论。

百年前,人类刚刚接触电学,自由电子导电理论形象、简单,很容易为大众所接受。但是不久,人们在静电实验中发现:外来电荷在金属体内没有藏身之地、被驱赶在表面、尖端,同时产了生静电电压、产生驱赶电荷的场。静电事实表明:金属内每个原子的核外电子都有固定的数目、固定的归宿,金属内的电子不存在所谓的自由,该理论几乎破产,当时狡黠的学者立刻制造了一个静电平衡理论,欺骗大众,挽救了自由电子理论。


除了静电实验,自由电子理论在推广应用中遇到巨大困难:

电压是怎样形成?

半导体是怎样导电?

绝缘体的超导体如何导电?

是反思自由电子导电绝佳时机,可是,禁锢的思想阻碍了科学的进展,宁可制造各种各样的导电理论,不敢质疑前辈简单的猜想。

在之前的文章讨论了导电原理 [2],金属材料导电性能好,是因为价电子少,原子外层存在较大的空间能够让电子流通,所以原子价电子越多导电性能越差。

 

                (四)电子云,云遮雾罩

在人们发现核外电子围绕着原子核运转之后,光谱分析已经发现了核外电子按能级按确定的数量在核外规律运转,但是百年前,概率论在学界很时髦,于是有人就说电子在核外是以概率存在,总体上就是一团电子云。之后量子物理加强了电子运转不可知理论,于是核外电子的运动(线路、速率)就成了云遮雾罩的科研禁区。


电子云】 现代电子云理论认为,电子是粒子还是波尚不能得知,所以研讨核外电子的运动是没有意义的,那些说探讨电子运动的线路、速率,是物理学的门外汉。

百年前,人类刚刚了解到原子核、核外电子,对电子运动知之甚少,说一说电子云情有可原,学界也只能被动接受。但是也留下了许多问题:

同类气体物质的两个原子核外的电子云怎么结合成为分子?

共价键晶体的键为什么恰恰与价电子数相同?

火光为什么是红色的?天空为什么是蓝色的?

相变是怎样形成?催化是什么原理?这些都与核外电子的运动息息相关。

依照自然界“运动-后果”的必然规律,探索微观现象的机理、逻辑应该是剑指物质更微观的运动,近代科学已经知道分子是由原子构成,原子中最明显、最活跃的微观运动就是核外电子的规律运转,这种运动是本源、必定带来明显、笃定的后果。人们有理由企盼,核外电子的运动是物质构成分子的纽带、是物质特性的根本。探索核外电子的规律运动必定会呈现纲举目张、真相大白的后果。


常思维应该相信自然规律是公平普适,每一运动产生后果是规律的必然,唯独让核外电子的运动毫无意义、没有后果,是科研失误。不敢打破禁锢,不敢反思,科研就会陷入困境、在错误的道路上越走越远。

如果自然规律是公平合理,那核外电子的运转就必定产生后果-是物质微观特性的发生源,分子的形成、物质的构成,物质的力、热、光、电性质,就应该来自于质子和核外电子的运动,许多自然之谜将由电子的运动解开,能并行不悖地解读相变、超导、超流、催化等等自然之谜,一扫科坛90年沉寂的阴霾。

科学在发展的重大时刻往往呈现必须回答的重要问题,这个时刻不容科研学者深入探讨,容易出现不完备、不真实的回答,有可能把科学带入歧路。


现代物理学理论只能局部的“解释”某个分支的性能-曰自洽,让一些常见的物理现象成为自然之谜。符合自然真实的理论应该是能够对其各个分支所有的性能进行综合地诠释、互洽才是自然的真实和全貌。

创新不见得是发生在按部就班的前沿,不见得是现有理论的延伸,不是摩肩接踵的跟风。当探索进入歧路,反思开辟新路才是最明智、最高效的创新。

                          2020/10/16

[1]  晏成和,科学网博客《物质是怎样构成的?》

http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1094685.html

[2]  晏成和,科学网博客《物质的导电原理

http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1200019.html




http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1254702.html

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