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科技日报:“民科”有所不知,科学探索无“捷径”
发布时间:2017-05-18 09:45:07        点击量:95
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      近日,舆论再次因“电荷不存在”的争议论文关注“民间科学爱好者”(以下简称“民科”)话题。这让我想起12年前就读研究生时,写给“民科”的一篇网文中给他们出的6道普通大学物理题,这么多年未曾收到他们的正确答案。

  古往今来,从牛顿和爱因斯坦等人的研究经历来看,调查学习已有相关知识应是自主创新的第一步;论文写作时不应重新命名已有名称的事物;新的宇宙理论或对相对论的批判应有数学公式,计算结果须符合已有实验。

  应该说,“民科”有探索科学真知的热情,但是缺乏有效的科学探索方法。有关“民科”的讨论应回归正常的科学层面。

  历史上著名科学家的科研经历

  很多“民科”热切希望能有自己原创的理论,或推翻已有理论,成为著名科学家。那么,历史上的著名科学家又是如何研究?如何让人们接受他们的理论呢?

  牛顿在剑桥大学学习期间,广泛学习了很多自古流传的名著,包括开普勒的《光学》、笛卡尔的《几何学》和《哲学原理》等等。这为他的研究打下了扎实基础。可以说牛顿的科学成就,除了和他的智慧有关,更是和广泛深入学习、掌握了当时最新的科学成果知识分不开的。任何研究都要基于前人的工作。著名的牛顿三定律就是基于伽利略等人的实验结果;万有引力公式需要用到开普勒的实验定律来推导。从牛顿开始,物理学成为可以定量计算的精确科学楷模。利用牛顿力学,人们可以精确计算行星轨道,计算建筑材料的受力。由于他的计算结果与当时的地面实验和天文观测精确吻合,牛顿获得了巨大的威望!

  爱因斯坦在大学期间,阅读了德国著名物理学家基尔霍夫、赫兹等人的著作,钻研了麦克斯韦的电磁理论和马赫的力学,并经常去理论物理学教授的家中请教。另外,大部分时间他都在实验室做实验,迷恋于直接观察和测量。1902年进入伯尔尼专利局工作后,爱因斯坦广泛关注物理学界的前沿动态,在许多问题上深入思考,并形成了自己的见解。1905年,他发表了6篇论文,同时在3个领域内作出了4个具有划时代意义的贡献。他还写了《论动体的电动力学》,完整地提出了狭义相对论。根据狭义相对论,他推导出质量和能量的相当性:E=mc2。这个公式被原子核物理和粒子物理的实验广泛证实,是核能利用最重要的理论基础。几年后爱因斯坦还提出了广义相对论。广义相对论的很多计算结果已被实验证实,开创了宇宙学研究的新纪元。

  一个好的科学理论,最重要在于能指导人们的生活实践。评判一个科学理论,我们不仅要知道这个理论的内容,更要知道在这个理论指导下,我们得到了什么。1945年美国原子弹的爆炸把许多科学家对相对论的疑团一扫而光!大家这么尊敬爱因斯坦,就是因为根据他的理论,人们做到了很多以前无法做到的事!如果相对论完全错误,请问如何解释原子弹的存在以及航天事业的发展呢?

  自主创新首先要了解现有相关知识

  不难发现,牛顿等著名科学家对当时已有的科学成果都有全面而深入的了解。广大“民科”要想自主创新,也要了解现有的相关知识。不知道已有的科学知识,研究就会像瞎子摸象,只知自己的理论和某个现象吻合,却不知违背了其他实验;偶尔得到一个正确结论,就以为有了天大发现,却不知在几百年前就有相同结论。因此调查学习已有的相关知识是自主创新的第一步。

  了解已有的相关知识,才能避免给已有名称的事物重新命名。不重新命名已有名称的事物,首先是为了尊重别人的研究成果,只有首次发现某个物体的人才有资格给这个物体命名;其次是为了更好第在科技界进行交流。

  从牛顿开始,物理学成为可以定量计算的精确科学,它的定律基本用数学公式表示,可以给出与实验吻合的计算结果。精确计算更是现代物理学理论的精髓。

  如果要创立新宇宙理论或批判相对论,那么就应有数学公式,计算结果须符合已有实验。新的宇宙理论至少要能计算行星轨道,能计算如何发射飞船到月球等等,否则你的新理论还不如300多年前创立的牛顿力学有效。

  单纯从逻辑上研究宇宙只能算是哲学思辨,而不是现代科学。单纯从逻辑上批判现代科学理论也是软弱无力的,因为现代科学理论不仅有实验基础,而且在应用过程中取得了良好效果。在有新的实验证明它们在某种条件下不成立之前,单纯在哲学上对它们的批判是无效的。

  因此,“民科”要想研究宇宙和相对论,就要了解现有的相关知识;提出的新理论要有数学公式,得到的计算结果不能违背已有实验,并要能预测新实验的结果。

  六道关于物质结构和相对论的习题

  专业科学工作者在学习过程中做过很多计算题,通过考试来检查对知识的掌握程度。“民科”由于条件限制,很少做过习题,也没经过考试,因此不知道自己的水平。为便于大家评估自己对已有知识的了解,特编辑以下六题。这些题目涉及的内容都是能在实验中直接得到证实的。如果不会做这六道题,不用气馁,但要通过找资料来学习、掌握它们。

  有关物质结构的三道题:第一,把10克氢气和10克氧气混合后充分燃烧,请问得到多少克水?很多中学生知道如何做实验验证这道题。第二,氧-15是一种半衰期为2分钟的放射线同位素,请问需要多少时间使99.9%的氧-15原子核发生衰变?这是高中物理的内容。第三,一个电子处在方向向上、强度为1特斯拉的匀强磁场中,请问电子自旋向上和自旋向下两种状态的能量差值是多少?这是现代物理学的基本概念。

  有关相对论的三道题:第一,根据相对论的质能关系式,请问如果核反应中质量亏损1千克,则释放出多少能量?第二,一颗绕地球以3千米/秒速度在圆轨道上运行的卫星,从正上方往地面接收站发射一个频率为5×1014Hz的激光信号,请问由于相对论效应,地面接收站收到的信号频率和卫星发射的频率5×1014Hz相差多少?这对宇航技术和全球卫星定位系统有举足轻重的作用。第三,如果一个电子以0.99c(c为真空中光速)的速度作半径为20米的圆周运动,请问电子的辐射功率是多少?这个问题的结果对电子加速器有重要意义。

  会做上述六道题之前,请先不要创造新的宇宙构成理论或批判相对论。不过,12年过去了,针对以上六道题,我收到过很多“民科”的来信,但我自己都不用回,“因为他们都不会做那几道题。”

  (美国普渡大学物理和天文系、电子工程和计算机系助理教授,博士生导师:李统藏)