一张“X”光照片,普通人大概看不出个所以然,但在专业的医师眼里,却能分析出照射者近期的身体状况以及患病位置。像“X”光射线这样的,通过观察实验发现的成果早已渗透进入我们生活的方方面面,占据了非常重要的位置。而得到这个成果的方法,就是观察与实验。
4月6日,桂起权教授做客红宝石官方网站hbs123安东论坛,与同学们就“观察与实验”进行了交流。
物理学家克鲁克斯发现阴极射线后,另一位物理学家伦琴依照克鲁克斯的方法进行实验验证时,发现了一种射线穿透力极强,他猜想这是一种不同于阴极射线的射线,为了证明结论,伦琴在实验室里待了整整49天,不断地观察论证,不断地重复实验,最终判定这是一种新发现的射线,他将它命名为“X”射线,并邀请妻子来到他的实验室,他用“X”射线照下了妻子无名指上的戒指,这张照片轰动了全世界。
然而,发现阴极射线的克鲁克斯宣称,自己也曾发现过这种射线,只是当时专注于阴极射线的证明,以为“X”射线只是胶片上的一抹瑕疵,因而置之不理。但是科学需要严肃对待,克鲁克斯没有提出“X”射线的相关论证,没有将它作为独立实体,没有发现它的独特的性质,因此,“X”射线的发明者,全世界公认为伦琴。
桂起权通过这个故事告诫同学们,科学实验容不得半点“似是而非”,“就好比每个人每天都在呼吸空气,但只有托马斯-库恩发现了空气中人类赖以生存的氧气”,他讲到,“新物质的发现无关巧合,完全依赖于自己对科学的深入观察而展开的探索实验。”
除了看得到摸得着的实验外,桂起权表示,还有另一种假想中的实验——理想实验,这类实验不一定能在当时的物理环境中实现,但完全可以进行合理的推理。
譬如伽利略著名的“比萨斜塔实验”悖论。
2000多年前的亚里士多德认为,两个小球,一个重,一个轻,如果两个小球同时下坠,肯定是重的速度快,先落地。这一理论在很长一段时间中不被否认,但是伽利略提出了一种悖论——如果将这样的两个小球用绳子绑在一起,一起下坠,重的小球会被轻的小球“拖后腿”,速度也会比刚开始为单一的一个重的小球时慢——但是,假如把两个绑在一起的小球看做整体, 质量肯定比刚开始为单一的一个重的小球时重,那么速度也应比刚开始那个重的小球的速度快。如此说来,就有了两种下坠方案,并且,这两种方案都完全合乎逻辑,因此,这一悖论推翻了亚里士多德的理论,成为了用理想实验推翻错误理论的经典之作。
通过实验进行观察探索的,还有化学革命的发动者——拉瓦锡。
一颗15克拉的钻石,价值连城,但在拉瓦锡眼里,只是一个金刚石,他好奇于这个金刚石是由什么组成的,于是将这颗钻石高温燃烧,终于发现钻石是由碳组成。
“操作技巧再高,你也可能只会成为一名技术熟练的技工,而能够像这些大科学家一样,为我们的生活带来进步的,是这些实验中的执着探索。真正的实验家,应该是实验室里的‘思想家’,用人文化的关注,用诗人般的热情,去对待科学实验,”他寄语到,“希望同学们能够通过不断的探索,不断的努力,为我们的社会创造更大的财富。
桂起权,武汉大学教授,博士生导师,主要著作有《科学思想的源流》、《当代数学哲学与逻辑哲学入门》《物理学哲学研究》、《人与自然的对话——观察与实验》,译著有《科学哲学》[日]、《机器人与人类心智》[美],发表论文200余篇。
(校报记者团 文/谢娜 图/樊昊)
桂起权教授作报告
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