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解析曹则贤的文章:理论物理学家需要理解的实验物理 精选

已有 10412 次阅读 2016-9-21 16:37 |个人分类:乱七八糟|系统分类:观点评述

(1)

   姬扬转载了曹则贤的《天大的误解——物理学是一门实验的科学》一文,我以为写得非常好,没想到竟然引来一堆反击,连大雷音寺的Sweeper都出手了。

   冒昧揣测,我估计是大多数人没有看懂吧。鉴于曹则贤兄讲话向来比较高雅,文绉绉得不行,和暧昧非常接近,所以别人看不懂是再正常不过的事。

   作为一个没什么文化的人,比如兄弟我,讲起话来就直白得多。所以我来讲道理,就应该清楚得多。

(2)

   不做实验的人,或者没有正正规规理解过实验的人,总是将实验作为不能也不需理解的世界,打上一个包,往大脑的某个角落一扔,然后搞上一个借口,说那是做实验的人关心的事,便逃到一边去;同样地,有些自诩为实验物理学家的人,从来也不关心理论的世界,将理论世界打上一个包,扔在屁股后面,只是需要的时候从里面操出两家伙用上一用,如果工具不好用,回头再痛骂理论家两句,就回家睡觉去了。

   不幸的是,这两类人,命运安排,都会或多或少对科学研究进行管理和决策。而在我们这样一个对科学不太较真的国家,这两类人还特别容易混出名头,会更深地介入和影响决策。

    这样的背景,是理解曹兄写这篇文章的基本切入点。

(3)

   真正的实验科学,都是理论和实验相结合的。

   因为,没有理论的实验,就如同无头的苍蝇,到处乱串,很难得到有意义的结论。而没有实验的理论,难免玄妙而不知所云。

   我写上面这段话,大家一定认为原则上没什么问题,但是碰到具体问题,大家一定会生出疑惑:你说理论如何如何倒也罢了,怎么能说实验如何如何呢?实验事实不是摆着吗?

(4)

   没有摆着的实验事实。

   不能依靠直觉,直觉会欺骗你。这是常识。如果依靠直觉,我们无论如何都应该相信太阳绕着地球转;依靠直觉,我们更应该相信魔术师们创造的光怪陆离的世界。

   好,不依靠直觉,那么我们依靠测量吧。

(5)

   曹兄所讲的,就是测量的局限性。

   曹兄举的例子中,最著名的是比萨斜塔上两个铜球同时落地的故事。这也不是什么新鲜例子,科学史家已经在这个问题上做过无穷多的分析。

   鉴于大家都知道这个故事,我们就来分析一下这个故事中实验存在的问题:

   (a)现在我们知道,由于空气的阻力,两个铜球大小不同,受到的空气阻力不同,是不可能同时落地的。

   (b)那么为什么伽利略下了两个铜球同时落地的结论呢?他测量不准!他测不准高度,测不准时间,抛球的时候手抖,都会导致结果不同。所以他的结论,只是一个依照粗糙结果而下的结论。

   (c)他凭什么相信他的结论呢?那是一个逻辑推理的问题,如果我们用一个软绳子连接两个球,那么落地速度应该是什么样子呢?这取决于你把两个铜球看成是个整体,还是不是一个整体。如果不是一个整体,按照亚里斯多德的说法,那么两个铜球落地的速度就应该是两个球各自速度的平均,而如果是一个整体,那么两个球作为一个整体的速度就应该快过两个球的各自的速度。正是从这矛盾的地方出发,我们才能反对亚里斯多德的理论,而接受伽利略粗糙的实验结果。

   所以,这里的实验局限,是靠理论来填补的。实验的目的和结论,都离不开预设的理论。

(6)

   测量的局限性,曹兄总结为:(a)实验次数的有限性;(b)实验精度的问题;(c)复杂的物理实验,是充满了未知的、当前无法控制和观测的参量的,我们是靠理论来填补这些参量的影响的。

(7)

   有趣的是,曹则贤的这番话,是面对理论物理学家讲的。(当然,这些话对实验物理学家,同样有效。)那么,我就把他没说完的话,说完吧:(a)复杂的实验的设计,是需要有竞争性的理论作为前提的。(b)这些竞争性的理论的竞争性,是可以通过实验结果作为判据来检验的。(c)这些理论应该在更简单的实验中,在当时的实验测量精度条件下,有限次地获得与之符合的结果。(d)在以上条件都不具备的情况下,是不能够进行费时费力的巨型物理实验的。

   


   



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