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高锟获诺奖的科学启示

已有 6251 次阅读 2010-7-27 08:18 |个人分类:科学之思|系统分类:观点评述| 高锟

博主按拙文《我心目中的世界一流的科学家》、《中国究竟为什么出不了科学大师?》都强调了科学理论原创对于科学发展的重大意义,主张确立理论与实验并重、假设与求证并重的科研观。这里欲以2009年物理学诺奖获得者高锟对光纤的科学发现为实例,对该案例做出我力所能及的哲学解释,以进一步证明我的上述主张的合理性,更想说明,非有科学理论原创性则难获诺奖。

 引子1966年7月,英籍华人高锟(K.C.Kao)博士在英国电子工程学会的年报上发表了一篇题为《光频率的介质纤维表面波导》的论文,首次利用无线电波导通信的原理,提出了低损耗的光导纤维(简称光纤)的概念,并指出当玻璃纤维损耗率下降到20分贝/公里时,光纤通讯即可成功。2009年10月,高锟因为在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性成就,和2名美国人获诺贝尔物理学奖

高锟之所以能够在通信技术领域取得突破性成就,首先是因为他是一位电机工程专家,并且有着厚实的专业理论基础,这使他得以利用无线电波导通信的原理而破天荒地提出了低损耗的光导纤维的概念,按照这个概念,玻璃纤维也是可以成为光的传输的一种介质材料的,就是说,是这个科学概念把光的传输与玻璃纤维联结了起来,使它们之间的内在联系得以彰显于世人面前。

在低损耗的光导纤维的概念问世之前,尽管光的传输早已成为一种实事,玻璃纤维更是早就被人们发现了的一种实物,它们之间的内在联系却是如黑暗中的东西,是不为人们所见的,故这个科学概念的提出乃是标志着一项新的科学发现的问世。而这项科学发现是基于无线电波导通信的原理,如果离开了这个科学原理,他就没有可能做出这样的科学发现。

这说明,某种科学发现是以相应的某个科学原理或科学理论作为基础的。如果说科学发现是意味着发现某个科学事实的话(按:科学事实本质上是科学规律,而不是一些零散而互不相干的数据材料),那末,科学理论就是照亮这个原本处于黑暗中的事实的光芒。因此,如果看不到科学理论对于发现科学事实的关键意义而片面地强调事实胜于雄辩,大讲特讲什么一切凭事实说话,这就是尚未深入科学堂奥的表现了,可能还只是在科学大门边上晃悠呢!一个科学家如果被这样一种片面的科学事实观念充塞头脑,他就不可能做出任何具有科学意义的发现,而充其量只能如神农尝百草那样凭运气碰巧发现一个对于人类具有一定实用价值的实物罢了。

低损耗的光导纤维的概念是包含着这样一些具体内容的:玻璃是最可用的透光材料,而关键在降低材料中铁、铜、锰等杂质。“只要制造出‘纯净玻璃’,讯号传送的损耗就会被减至最低,光就可传送万里。”并且这样的“纯净玻璃”的纯净度的具体数字指标是玻璃纤维损耗率下降到20分贝/公里。

这说明,一项新的科学发现的问世,并不是简单地提出一个抽象的概念或一种空洞的想法,而是要对所发现的事物之间的内在联系进行精确的描述,使人们能够具体地把握到这种联系,从而可以根据这种被加以精确地描述的联系来进行相应的实验。

低损耗的光导纤维的概念实质上是一个揭示了相关科学规律的概念系统,故或可称之为“光纤理论”。这种理论在光纤尚未被实际地制造出来的时候,只是一种假说,而且是一种极典型的“大胆的假设”,以至于曾经被人们一时笑作“痴人说梦”。但是,当着1970年美国康宁公司首次研制成功损耗为 20db/km(光波沿光纤传输1km后,光的损耗为原有的1%)的石英光纤的时候,高锟的“大胆的假设”就被证实了。

光纤被成功地制造出来,这应该说是标志着通信技术领域的一项新发明的问世,这项发明是以高锟的科学发现为先导的,其二者相较,高锟因其对光纤的科学发现而最终获得了诺奖,而光纤的成功制造者却没有因其对光纤的技术发明而获得诺奖,这说明诺奖的评审是看被评价者在科学理论上有没有原创性,而不是看其在科学技术上有无首创性。相对高锟的“光纤理论”而言,光纤的研制是对这种假设的求证过程和对这种理论的开发性的应用研究过程。

主要参考资料

百科词条:《光纤-光纤通讯的发展历史》,http://www.hudong.com/wiki/%E5%85%89%E7%BA%A4

菡涵:《“光纤之父”高锟痴梦成真》http://elite.youth.cn/mj/201003/t20100315_1170486.htm



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