（科学技术哲学专业论文）丁肇中的科学实验思想探析.pdf

丁肇中的科学实验思想探析 摘要 丁肇中的科学实验思想包括：科学实验主体的个性品质论、科学实验 方法论和科学实验的运作管理三部分。全面、系统归纳总结丁肇中的科学 实验思想能够为我们的科学研究活动( 特别是科学实验) 及其管理、科技 人员素质的培养和提高提供理论参考。进一步在社会、个体( 主要是认知) 维度来探讨丁肇中的科学实验思想的形成，我们会发现：丁肇中的科学实 验思想既是“大科学”时代科学时代精神的反映，同时又是丁肇中本人在 科研社会交往和科研实践基础上的“个性”选择的结果。其实，思想的这 一形成过程是一个思想的建构过程，就是主体、思想对象和社会文化情景 三者互动、选择的过程。思想就是主体在这一过程中建构起来的东西。社 会文化、主体个性特质也因此融进了思想，成为思想的合理内核赋予 思想以主体性和社会性，但这并不意味着这一建构结果( 思想) 就是任意 的产物而缺乏客观性，相反，它从来都是客观的。 关键词：丁肇中科学实验思想建构论 t h ee x p l o r i n gf o rt h ei d e ao fs c c t i n g s s c i e n t i f i ce x p e r i m e n t a b s t r a c t t h ei d e ao fs c c t i n g ss c i e n t i f i ce x p e r i m e n ti n c l u d e st h ef o l l o w i n gt h r e e a s p e c t s ；t h ep a r t i c i p a n t 。sp e r s o n a l i t ya n dq u a l i t yi ns c i e n t i f i ce x p e r i m e n t ，t h e m e t h o d o l o g yo fs c i e n t i f i ce x p e r i m e n ta n dt h ea p p l i c a t i o na n dm a n a g e m e n to f s c i e n t i f i c e x p e r i m e n t t og e n e r a l i z es c 。c t i n g si d e as y s t e m a t i c a l l ya n d c o m p r e h e n s i v e i yc a np r o v i d eu sw i t ht h e o r yr e f e r e n c ei ns c i e n t i f i cr e s e a r c ha n d m a n a g e m e n t ，e s p e c i a l l yi ns c i e n t i f i ce x p e r i m e n t ，a n da l s of o rt h ei m p r o v e m e n to f t h et a l e n t so fs c i e n t i s t sa n dt e c h n i c i a n s f u r t h e r e x p l o r i n gt h ef o r m i n go f s c c t i n g si d e af r o ms o c i e t ya n ds e l f - r e c o g n i t i o ns h o w st h a tt h ei d e ai st h e r e f l e c t i o no fe r as p i r i ti ng e n e r a ls c i e n c ee r aa sw e l la st h er e s u l to fi n d i v i d u a l s e l e c t i o no nt h eb a s i so fs c c t i n g ss o c i a lc o n t a c ta n dp r a c t i c ei ns c i e n t i f i c r e s e a r c h a c t u a l l y , t h ef o r m i n go fh i si d e ai st h ep r o c e s so fc o n s t r u c t i no t h e r w o r d s ，i ti st h ep r o c e s so fi n t e r a c t i o na n ds e l e c t i o na m o n gt h ep a r t i c i p a n t s ， t a r g e t s a n ds o c i a l - c u l t u r a lc i r c u m s t a n c e s s o c i a lc u l t u r ea n d p a r t i c i p a n t 。s p e r s o n a l i t ya r ea l s ob l e n d e di n t ot h ei d e aa n de n d o wt h ei d e aw i t ht h ef e a t u r eo f p a r t i c i p a n ta n ds o c i e t y b u ti td o e s n tm e a nt h a tt h ei d e ai sc o n s t r u c t e dc a s u a l l y a n dl a c k so b j e c t i v i t y q u i t et h ec o n t r a r y , t h ei d e ai sa l w a y so b j e c t i v e k e y w o r d s ：s c c t i n g ；s c i e n t i f i ce x p e r i m e n t ；i d e a ；c o n s t r u c t i v i s m 广面大学硕士学位论文丁肇申的科学窑验冠想搽析 绪论 科学实验是近、现代科学最伟大的传统，离开实验传统，科学之树尤其是依赖 于经验事实的科学就丧失了壮大成长的肥沃土壤。9 ”科学实验在科学认识活动的全过 程始终发挥着重要作用，它是科学认识活动的基础。自然科学理论尤其离不开实验基础， 特别是物理学，它是从实验中产生的。“过去3 0 0 年间，科学、特别是物理学和生物学 的伟大成就，是实验和理论结合的丰硕成果。州”。事实上，科学实验不仅改变了科学的 面貌、推动着科学的变革，也改变着人类的思维和时代精神。 显然，科学实验对于整个科学乃至人类的发展是极其重要的，发展中国家要改变自 己科学的落后状况，乃至整个社会的落后现状，尤其要重视科学实验的发展。丁肇中教 授就曾在不同场合多次强调科学实验及其它基础科学对于一个国家、民族的科学事业发 展的重要性。他曾在接受诺贝尔奖( 1 9 7 6 年诺贝尔物理学奖) 时特意用中文向发展中国 家的青年们强调科学实验的重要性，鼓励他们勇敢地去探索未知世界的奥秘。 因此，全面而系统地归纳总结丁肇中的科学实验思想对于科学实验研究，乃至整个 科学研究都是大有裨益的。他的这一思想可以为我们的科研( 尤其是科学实验研究) 及 其管理、科技策略的制定以及科技人员素质的培养和提高等提供理论参考。从知识社会 学的视域深入地探讨他的科学实验思想的形成，不仅有助于我们更深刻地理解他的思 想，而且更有助于我们以解读他的思想为范例( 或平台) 进而去探讨思想( 或知识) 的 建构机制从而也有助于我们更深刻理解、丰富知识社会学有关知识的建构问题。 一、选题缘起 第一位中国血统诺贝尔奖获得者、当代杰出的物理学家杨振宁认为丁肇中是当代世 界最杰出的实验物理学家之一。丁肇中从事高能实验物理研究4 6 年，已是硕果累累， 他已是公认的稳坐高能实验物理界头把交椅的“实验大师”。丁肇中在高能实验物理界 奋战近半个世纪，他声称，事实上也是，他的实验“到目前为止还没有失败过”。 他在科学实验领域为什么能够如此成功? 我怀着好奇心和对“大师”的敬仰之情阅 读了他的传记和大量的演讲录、访谈录、文章、书信等文献。我发现：他的成功就他本 人来说，在根本上是因为他具有深邃的科学实验思想。当我找到这一答案后，我的思维 不自觉地又陷入了另一个困境：丁肇中深邃的科学实验思想包括哪些内容，它从何而来， 是什么造就了他的科学实验思想? 我决定进一步对这些问题进行研究，我在对这一课题 【1 】刘大椿科学活动论互补方法论 m 】 桂林：广西师范大学出版社，2 0 0 2 1 广面大学顼士学位论文 丁雄甲幻科掌弈验冠想搡析 做初步研究后发现：思想不是一种对其对象纯粹地反映的结果，而是在一定社会文化情 境下的主体建构的结果。在思想形成( 或者建构) 过程中，社会文化的和思想主体自身 的认知图示和价值、情感、自信心、意志等个性特质因素也参揉了进去，并且留下了自 己的痕迹。我经过反复思考、多方论证，虽终决定从认识论作为一定社会文化情境 下的“过程”的而非“事实”的认识的角度，从个体和社会这两个维度，去理解“大师” 的科学实验思想，去发掘、探讨“大师”思想背后的东西及其形成机制。 二、课题的研究状况 2 1 丁肇中科学实验思想的研究状况 2 1 1 国外方面：国外主要是对丁肇中的科学实验发现予以报道，包括实验的整个 过程、成果、成果的意义和影响等。这方面的工作，主要是由媒体来完成的。另一方面， 就是对其实验进行专业方面的理论研究( 这不在本论文讨论之列) 。 2 1 2 国内方面：除了重复上面两项工作外，还有人对其成长历程、科研活动进行 了详细的传记式的研究报道，这方面的专著有：顾迈南的丁肇中、鲍振元的丁肇 中的科学道路、吕一铭、薛兴国的丁肇中的昨天和今天、周金品的丁肇中的成功 之路、陈洁琦、淳麟的寻找带色的雨滴一丁肇中的科学风采，等等。 同时，也有人对其关于理论与实验的关系、关于科研创新和发展关系问题、科学精 神风范、部分重大科研成果体现出的科研方法、思想等方面进行了细致入微的研究。 比如，舒畅在选择科学就要准备吃苦访著名美籍华人物理学家丁肇中一文 中总结指出，丁肇中认为，在自然科学上取得每一点成功都很难，既然选择了这门学科 就要做好吃苦的准备，要有为了科学什么都可以不顾的牺牲精神，并为此付出一生的 努力。他还认为，取得科学成就的关键不在于条件和设备，主要在于兴趣和毅力。夏有为 总结说，丁肇中认为：做实验确实非常重要。因为任何理论没有实验证明，是没有用的。 实验可以推翻理论，理论绝对不能推翻实验。“相对论”要是没有实验证明的话，是没 有意义的；任何人都可以提出不同的观点，但是必须经过实验的验证。郑千里在诺贝 尔奖得主丁肇中谈科学研究的创新与发展问题中详细探讨了丁肇中关于科研创新与发 展问题的论述。 章森的j 粒子是怎样发现的? 从专业的角度去讨论了丁肇中发现“j ”粒子的整 个过程，并重点讨论了“j ”粒子实验的物理思想。李光、杨明的试论发现j 粒子的方 法却是从方法论的视角去梳理“j ”粒子实验带给我们的启示，尤其是对于科学实验 的启示。张钟华、孙玉芝通过诺贝尔物理学奖获得者丁肇中谈基础研究工作总结了 丁肇中对基础研究工作与应用科学技术之间相互依存的关系的论述，丁肇中指出：一、 广宙大学觏士学位论文丁肇中的科学窑验冕怒搽析 基础研究工作的原始动力是好奇心，而不是出自于经济利益考虑；二、基础研究工作需 要充分的自由空间以及社会给予的宽容态度；三、基础研究要有长期的展望，政府要给 予稳定的支持。 赵健雄的丁肇中论“科学是超乎功利的追寻”、许小峰的丁肇中求实求真的科 研观对丁肇中关于科学研究态度的论述进行了部分归纳。冯光辉在其硕士学位论文让 实验导引理论丁肇中科学精神初探中对丁肇中科学精神作了较深入地探析。他在 文章中以通俗的语言详尽地阐述了丁肇中的科学生涯、伟大贡献以及科学思想方法 其论文第一部分对丁肇中的科学生涯作了历史的回顾，展示了其不平凡的人生经历。第 二部分则就其卓越的贡献作了较为全面的概述。透视丁肇中的基本实验成就，剖析其基 本物理思想是第三部分的主要内容。特别地，他通过分析丁肇中做出贡献的时代与文化 背景后发现：他的成功在一定程度上是兼收并蓄了中西方两大文化的最优秀部分的结 果。虽然他较深入地探讨了丁肇中科学精神，但他的论述还是显得粗浅和缺乏系统性。 顾迈南、保育钧的丁肇中教授谈科学实验、莫艳民、朱穗怡的丁肇中：没有自 然科学就没有普通生活总结了丁肇中对自然科学对普通生活的影响的论述。梅志清、 吴爱芳的丁肇中妙谈学术人生对丁肇中对学术研究的一些认识、他的科研近况及其 他的一些生活琐事进行了介绍。等等。 总之，国内外的研究要么停留在科研事实报道层面，或对其成长和科研历程作传记 式宣传层面，要么只对其某一方面( 主要是精神风范、科研态度) ，或其部分科研成果 从科技哲学的角度作一比较深入的理论性研究( 主要是对其研究方法进行探悉) ，或对 其科学实验思想的部分内容进行归纳整理。但对其科学实验思想的全面、系统的梳理工 作还没有人展开，至于对“其思想的构成要素是什么和怎样形成这一思想”这些问题就 无人问津了。 三、课题的研究可行性 3 i 课题的研究思路 文章试图从全面、系统整理丁肇中的科学实验思想入手，并在此基础上从个体( 主 要是主体的个性特质) 、社会( 社会文化、时代背景、科研实践、社会交往等方面) 这 两个维度去梳理、探讨丁肇中的科学实验思想，从而探索他思想的建构机制，最终达到 更深刻理解丁肇中的科学实验思想和丰富知识社会学。全文分为三部分： 第一部分，丁肇中其人其事。在这里主要是对丁肇中成长( 包括其思想的发展) 的 历程和背景，及其科研历程与成就作一简单的梳理，为理解其思想及其思想的建构奠定 一个最直接的基础。 广面大学顽尘学t 丘论文丁肇中的科掌实验冕想搽析 第二部分，丁肇中的科学实验思想。在这里主要是对其文章、演说、信件、科研活 动等所论述到的或体现出的科学实验思想进行一个全面、系统的归纳整理，厘清其思想 的脉络，探索其思想体系的结构。同时，对其思想的形成和其合理性，主要从科学实验 本身的特点出发作一初浅的讨论。该部分主要从三个方面展开科学实验主体的个性 品质、科学实验方法论、科学实验的运作管理，即第二、三、四章。 第三部分，是对丁肇中的科学实验思想作一知识社会学分析，从而更深刻理解丁肇 中的实验思想和探寻思想的建构机制。在这里主要是从探索他思想的构成要素及特点入 手，进而从总体上梳理他思想的形成，以图从个体认知和社会文化等这两个维度去分析 思想内容的主体个性特质因素、社会文化因素及其对思想形成的影响，从而厘清思想的 建构机制，以求进一步丰富知识社会学。 3 2 课题的研究方法 立足文献史料，采用归纳法对丁肇中的科学实验思想进行全面、系统总结；从个体、 社会这两个维度出发，运用知识社会学、科学哲学、认知心理学等学科的知识、方法和 理念，去解读丁肇中的科学实验思想、探讨其思想的形成机制。 3 3 课题的研究资料 所涉及的研究资料包括：丁肇中的文章、演说、相关信件和有关其科研活动的全面、 系统介绍的专著和文章；丁肇中的传记；科技史方面的资料，知识社会学、科学哲学、 认知心理学等方面的资料。 四、课题的研究价值 4 1 课题的创新点 4 1 1 全面、系统归纳总结丁肇中的科学实验思想。 4 1 2 以解读丁肇中科学实验思想为案例，在一定程度上发展和丰富知识社会学的 内容为思想( 或知识) 的建构重新确立其客观支点，从而克服社会建构论的相对主 义倾向；探讨思想主体的个性特质在思想建构过程中的作用；努力将建构论的个体和社 会维度统一起来，厘清思想的建构机制。 4 2 课题的研究意义 4 2 1 系统归纳总结丁肇中的科学实验思想，为科学研究( 特别是科学实验研究) 及其管理、科技策略的制定以及科技人员素质提高等提供理论参考。 4 2 2 通过对丁肇中科学实验思想的社会学解读，从而为我们找到一条理解思想建 构过程及建构机制的“理性”路径，也有利于弥合建构论的个体和社会维度的分离现状， 及发现思想所包含的主体个性特质因素，重新确立思想( 或知识) 建构的客观性基础。 广面大学硕士学位论文 丁肇甲幻科学实验冠想搽析 第一章丁肇中其人其事 第一节丁肇中简介 1 1 1 丁肇中其人 丁肇中( s a m u e lc h a oc h u n gt i n g1 9 3 6 0 1 一) 美籍华人，出生于美国密歇根州安 ，d 阿伯镇( a n na r b o r ) ，两个月后随母回到中国，祖籍山东 省日照县，1 9 5 6 年秋赴美国留学。因发现“j ”粒子而获得 1 9 7 6 年诺贝尔物理学奖，是第三位中国血统诺贝尔奖得主。 杨振宁认为丁肇中是当代世界最杰出的实验物理学家 之一。如今，他已经被公认为稳坐高能实验物理界头把交 椅的“实验大师”。美国布鲁斯谢克特况：“丁肇中显示 了神奇的才华，设计出种种实验，足以决定理论家思维产 物的成败。他在逊原子碎屑构成的混乱、复杂迷宫中闯出 条条道路。他的每一项实验都给科学界带来期待，引 起一阵激动。”i q 他始终孜孜不倦地“寻找宇宙中最基本 图1 - 1 丁肇中( 1 9 3 6 0 1 一) 的结构”。 而今，7 0 岁的丁肇中教授依旧活跃于高能实验物理界，继续“a m s 一0 2 ”( a l p h a m a g n e u cs p e c t r o m e t e r ，即阿尔法磁谱仪) 太空实验，研究太空中有无反物质，从而验证 宇宙大爆炸及粒子物理的相关理论，并进行一系列和高能物理相关的未知事物的探索。 1 1 2 丁肇中的科研成就圆 1 1 2 1 丁肇中的科研成果 丁肇中教授从1 9 6 0 年开始从事高能实验物理研究来，而今已有4 6 年之久，已是硕 果累累。他精确检验了量子电动力学、量子色动力学和电弱统一理论，探寻着y 辐射 本章有关丁肇中的事迹主要参考：顾迈南丁肇中 川北京：新华出版，2 0 0 2 ；陈洁琦，淳麟寻找带色的雨滴 一一丁肇中的科学风采 m 】上海：上海科教出版社，2 0 0 2 【i 】转引自：顾迈南丁肇中【m 】北京：新华出版，2 0 0 2 在1 9 8 6 年7 月3 0 日，台湾呻央研究院”隆重举行“丁肇中物理奖学金”成立大会，其问，杨振宁先生亲自 撰写了4 丁肇中小传”，对t 肇中及其研究成就作过评价，后来这个小传印在了“丁肇中物理奖学金”证书上 广面大学硕士学1 置论文 丁肇中自i 科学实验冕想搽析 与物质的相互作用，寻找新粒子，特别是电弱理论预言的黑格斯粒子、并研究z 。及其它 粒子物理新现象。他的主要科学技术成就有： ( 1 ) 1 9 7 4 年首先发现j 粒子，即第4 种夸克的束缚态。 ( 2 ) 从1 9 6 6 年起对量子电动力学进行了长达2 0 多年的实验检验，证明了量子电 动力学仍然成立，电子、u 子和t 粒子是类点粒子。 ( 3 ) 1 9 6 5 年发现反氘核。 ( 4 ) 1 9 6 7 年研究矢量介子的轻子衰变，测量其分支比和产生的相因子，这是对夸 克模型的重要检验。 ( 5 ) 研究矢量介子的光生反应，证明矢量介子与光子之间的相似性。 ( 6 ) 1 9 8 0 年在欧洲核子研究中心的交叉储存环的r 6 0 8 实验系统测量u 子对的产 生，研究标度现象和重光子产生的机制。 ( 7 ) 1 9 7 9 年在德国正负电子对撞机p e t r a 上进行的m a r k j 实验中发现了三喷注现 象，系统检验量子色动力学，发现它在2 1 0 1 6 厘米内依然成立，测量强相互作用耦合 常数a ，为胶子的存在和量子色动力学提供了实验依据。 ( 8 ) 1 9 8 0 年精确测量u 子的电荷不对称性，证明了电弱统一理论标准模型的正确 性。i l l ( 9 ) 1 9 9 8 年6 月2 日美国东部时间1 8 时6 分，“a m s ”实验组研制的重达3 吨的 宇宙探测器阿尔法磁谱仪，搭载美国”发现号”航天飞机，从美国肯尼迪航天中心徐徐升 入太空，阿尔法磁谱仪升空并进行科学探测，己成为1 9 9 8 年世界“十大科技新闻”。 ( 1 0 ) 1 9 8 9 年至2 0 0 0 年这十年时问内，丁肇中领导的在欧洲核子研究中心的大型 正负电子对撞机l e p 上的l 3 实验取得t - ：i ! 硕成果：精确地确定电子、u 子和t 的半径 小于1 0 17 厘米；确证了粒子标准模型的准确性：精确地测量电中性弱相互作用的交换粒 子z 。的质量和寿命等性质，确定宇宙中只存在电子型中微子、u 子型中微子、t 型中微 子；验证了电弱统一理论：检验了量子色动力学。1 2 1 ”o ( 1 1 ) “a m 8 0 1 ”太空实验结果已经分析完毕，取得了一些重要成果，并有意外的 发现；o “a m s 一0 2 ”太空实验探测太空中反物质和暗物质的存在正在紧张地进行着，该 1 1 中科院外籍院- l - 3 - 肇中【e b o l 】“中国科学院”网站 【2 】陈洁琦，淳麟寻找带色的雨滴丁肇中的科学风采【m 上海：上海科教出版社，2 0 0 2 a m s 是国际空间站上惟一的大型物理实验，整个q - 鲡 l 耗资1 0 0 0 亿美元，目的是寻找反物质组成的宇宙、寻找暗 物质的来源和测量宇宙线的来源a m s 第一次太空之旅没有探测到反物质，但观测到了原初宇宙线粒子，包括质子 及各种原子核，也看到了反质子还首次发现赤道上空4 0 0 千米处存在一个围绕地球的质子环，处于动态平衡状态 还另外发现赤道附近有一个特别区域中只有氦3 广面大学硕士掌1 盂论文丁肇中的科学实验怒迥擦析 项目所设计的新探测器计划于2 0 0 7 年由航天飞机送入国际空间站，在空间站上将运行 三至五年。1 1 1 1 1 2 2 丁肇中获得的荣誉 丁肇中教授曾获：诺贝尔物理学奖( 1 9 7 6 ) 、美国政府的l a w r e n c e 奖( 1 9 7 6 ) 、美国 工程科学学会的e r i n g e n 奖章( 1 9 7 7 ) 、意大利政府的d e g a s p e r i 科学奖( 1 9 8 8 ) 等。1 9 7 7 年被选为麻省理工学院的第一位t h o m a sd u d e yc a b o ti n s t i t u t e 教授，他是美国国家 科学院院士( 1 9 7 7 ) ，美国艺术和科学院院士( 1 9 7 5 ) ，前苏联科学院外籍院士和巴基斯坦 科学院外籍院士，台湾“中央研究院”院士，1 9 7 5 年以来多次应邀来中国访问并进行学 术交流，受聘为中国科技大学、上海交通大学、北京师范大学、山东大学、汕头大学、 北京大学等的名誉教授，1 9 9 2 年7 月4 日被中国科技大学授予名誉博士学位，1 9 9 4 年6 月8 日当选为首批中国科学院外籍院士，2 0 0 3 年4 月1 8 日担任新成立的“上海交通大 学空间科学与技术研究中心”名誉主任，等等。 第二节丁肇中的成长历程及背景 1 2 1 成长历程 1 2 1 1 入“道”前的曲折求学路 1 2 i 1 i 在颠沛流离中“苦苦”求学 丁肇中在美国出生2 个月后便随母亲回到中国。在战火纷飞的年代，他同父母过着 颠沛流离的生活，然而，艰苦的早年生活反而磨砺了幼小的丁肇中的意志，培养了他的 吃苦精神，使他练就了百折不饶的坚毅个性。直到1 9 4 6 年秋，即在丁肇中大约1 0 岁 时，他刁正式上学。但由于父母教育有方，他的成长并没受太大的影响。事实上，他自 小以来，父母就特别注意培养他的学习兴趣，当他学习上遇到困难时，父母从不强迫、 【l 】马晓岚丁肇中细说a ms 太空实验最新进展【n 】 科学时报，2 0 0 4 一0 7 一0 6 其实，丁肇中刚毅、果断的性格，以及严谨刻苦地冶学，一丝不苟地工作，缜密组织研究和严格要求下属等优 良作风的形成尤其与其小时候母亲和外祖母的教育分不开丁肇中后来说道：“我小时候经常听母亲讲过去的故事， 外祖母也常常回忆动乱年代的困难生活以及她为我母亲提供良好教育所做出的努力她们俩都是那种有魄力、有独 创精神有决心的人，她们给我留下了不可磨灭的印象。”显然，丁肇中早期所爱的教育已深深影响了他的成长。这 一点也体现在丁肇中父母对他学习兴趣的培养上。 广面大学硕士掌位论文丁肇中口i 科掌窑验是想攥析 打骂、训斥他，而是想方设法去引导他、激发他的学习兴趣。这使小小年纪的丁肇中 有了一股强烈的求知欲和可贵的好胜心、进取心，也易于他形成场独立的认知方式 ( c o g n i t i v es t y l e ) 。并且，难能可贵的是，在正式上学时，他已经感到时间不够用 了，就懂得了珍惜时间。 1 2 1 1 2 辗转反辙入物理学之门 1 9 4 9 年9 月丁肇中通过自己的刻苦学习考进了台北成功中学，开始了他的中学时 代。他学习刻苦，是学生中的“数理权威”，但他中学毕业时却没有考上梦想的台湾大 学，使他受到了沉重打击。1 9 5 5 年秋，丁肇中只好入台南工学院( 后改为成功大学) 机 械工程系学习工科。 丁肇中虽然在中学阶段数学、物理、化学成绩优异，对历史学也很有兴趣。但到了 大学，深深吸引他的却是物理学，反复推敲每一条定律，这是他最大的乐趣。随着理论 知识的丰富，大干世界的变化也越来越使他神往，物理学家们的贡献更使他仰慕异常。 他在父亲的指点下读过牛顿、爱因斯坦、法拉第等许多物理学家的传记，但最使他感动 的却是那位苦苦奋斗l o 年，终于发现电磁感应现象的英国实验科学大师迈克尔法拉 第，直到现在他还清晰记得法拉第对他的影响。在当时，这些科学家的科学思想、科学 研究方法已经深深影响着那时还是大学一年级的丁肇中。但那时他依然站在物理学殿堂 的门外。 人生总是充满着偶然，有时就是这些偶然改变了一个人一生的去向。1 9 5 6 年夏，就 在丁肇中为改学物理学而紧张“备战”时，他们家来了一位尊贵的客人布郎 ( g e o r g e b r o w n ) 教授。他的登门拜访让丁肇中“去美国深造”的美梦提前变成了现实。在布郎 教授的帮助下，1 9 5 6 年9 月6 日，懂一点点英语的丁肇中怀揣l o o 美元只身前往美国密 竭根大学( 当时她已是世界上主要的研究性大学之一) 。在密大，布朗教授对丁肇中特 别关心和器重。在这里，丁肇中的求知欲比在中学期间更加强烈了，j 、l 所涉猎到的知识， 他都想猛吞下去，因为他很清楚自己在外国求学的动机和远大目标。 ot 肇中曾回忆说：“父亲在我求学阶段扮演着重要的角色。由于父亲所长是数学，对物理学也不陌生，所以我在 父亲面前始终不敢充内行一父亲对我的教育方式是完全的放任，和中国父母望子成龙不同，他一向不强迫我读书， 但是在我爱到挫折的时候，却不忘分担我的痛苦，并且随时给我安慰和鼓励” 威特金在研究儿童的心理分化和认知风格时，注意到了社会化对儿童认知方式形成的作用，他发现在教养和社 会化措施宽大、强调自主独立的社会中，儿童易于形成场独立的认知方式( w i t k i n 1 9 7 5 ) 布郎( g e o r g eb r o w n ) 教授时为美国密竭根大学工学院院长，是丁肇中父亲丁观海2 0 年前在密竭根大学的同学、 好友，这次是来台湾访问，顺便登门拜访丁肇中父母后来，丁肇中除了刚到美国的一周外，一直在布郎教授家里住到 l9 6 0 年底结婚后才离开。在这里，他通过布郎教授认识了许多科学界和工业界的著名x - l - ，受到了美国文化，科学的 良好熏陶 广面大学顼士学位论文丁肇甲的科学实验| 黾迥攥析 到了1 9 5 7 年夏，丁肇中最终转到向往已久的物理系，真正跨入了梦寐的物理学殿 堂之门。由于发奋努力，加之科学的学习方法，丁肇中在1 9 5 9 年从密大毕业时，他连 续获得了物理学和数学两门学科的学士学位；又经过两年的刻苦学习，他奇迹般地于 1 9 6 2 年获密大物理学博士学位只花5 年时间，他就完成了从本科到博士的全部课 程，在密大是罕见的。在密大的整个学习期间，丁肇中并不满足于几本教科书以及教师 指定的参考书，他决心系统地、深入地搞清整个近代物理学的来龙去脉，及时地、广泛 地了解物理学的最新成就和发展趋势。他饶有兴趣地研究物理学大师们的经典著作，博 览物理学期刊。这为他后来的科研工作及其科学实验思想的形成打下了坚实的基础，尤 其是理论方面的基础。 1 2 1 2 走上科学实验路一科学实验思想发展的历程 1 2 1 2 1 初入实验物理之门( 思想的初期积累) 丁肇中曾想成为一名理论物理家，但是大学毕业后，他选择了实验物理。其实，他 这次转变与几位物理大师有关。1 9 6 0 年4 月，在劳伦斯琼斯( l a w r e n c ew j o n e s ) 教 授和马丁佩尔( m a r t i nl p e r l ) 教授( 1 9 9 5 年诺贝尔物理学奖获得者) 的邀请和指导下， 丁肇中开始了他的高能实验物理生涯在坐落在太平洋东海岸边的劳伦斯一伯克利电 子直线加速中心做一名“n 介子与质子的弹性散射实验”的助手，在这里他培养了自己 对物理实验的“兴趣”、技巧和科研的基本能力，收集了大量的实验数据。在实验工作 中，他深受佩尔和琼斯两位教授赏识。他们看到了他潜在的实验才华，劝他改理论物理 而搞实验物理。丁肇中回密竭根大学后，著名的理论物理学家、密大老教授乔治乌伦 伯克( g e o r g ee u g e n eu h l e n b e c k ) 同样赞成他搞实验物理。他接受了他们的建议，选择 了高能实验物理。 1 9 6 2 年夏，丁肇中获得密竭根大学物理学哲学博士学位，随即去了哥伦比亚大学尼 文斯实验室工作。在尼文斯实验室，丁肇中专心从事物理学实验工作，大部分时间都花 在实验室里。在这里他领略了一批世界一流实验大师的风采，从他们那里学到了许多处 理实际操作的方法，在短时间内，他在实验技能、数据处理等方面取得了长足的进步， 为将来进行更广泛的研究开辟了道路。但丁肇中认为从任何一个人身上所学的东西都是 有限的。因此，在尼文斯实验室一年后，即1 9 6 3 年，他获福特研究基金的资助，赴瑞士 这次实验近两个月，丁肇中有很大收获，实验结束后，他于1 9 6 2 一1 9 6 5 年在物理评论快报( p h y s i c sr e v i e wl e u e r s ) 杂志上发表了几篇论文这些关于基本粒子实验方面的研究论文发表后引起了物理界的重视同时，这次实验也为他 后来选择高能实验物理奠定了兴趣和信心基础 广面大学硕士学位论文 丁肇中自i 科学窑验慝想揉析 日内瓦欧洲核子研究中心从事高能物理实验研究工作。为了使自己能尽快达到一流的物 理实验水平，丁肇中决定拜刁华横溢的高能物理专家盖塞普柯可尼为师。他从柯可尼 教授这里学到了很多东西，他在自传中写道：“在那里( 欧洲核子研究中心) ，我有幸与 柯可尼教授在装有质子加速器的地下室里一块工作，并从他那里学会了许多物理学知 识。他总是用简单的方式看待复杂的问题，做实验也非常认真。他给我留下深刻的印象。” ”在欧洲核子研究中心，丁肇中还接触到了在尼文斯实验室不可能接触到的巨大的超 级质子同步加速器、来自世界8 0 多个国家和地区的5 0 0 多个研究机构的科研人员，这 些都深深影响着他后来的科研活动和科研思想。 如果说在密竭根大学物理研究所的学习，丁肇中只是进了高能实验物理的大门，那 么在哥伦比亚大学两年的工作和在欧洲核子研究中心一年多的工作，他却为将从事的高 能实验物理打下了坚实的专业基础，无论是科学实验的思想和方法，还是自己科学研究 的品格、精神等方面都得到了极大的提升。至此，他已经完成了为成为一名科学精英的 全部社会化。程式，初步的科研经验和从前人那里继承的科学思想也为他形成自己的科 学实验思想准备了基本的条件。 1 2 1 2 2 “自立门户”( “小试牛刀”) 1 9 6 5 年春，丁肇中带着知识、技术和友谊回到美国，被哥伦比亚大学聘为物理学讲 师，继续从事粒子物理研究( 当然，他仍继续在与大师们的社会交往中汲取知识、技能， 了解物理学研究的前沿阵地。这种交往活动是他一生的科研生涯都没停止过的) 。1 9 6 4 年哈佛大学教授，1 9 6 5 年康乃尔大学教授都宣布他们的实验证明量子电动力学错了。丁 肇中对此十分关注，决定自己做实验来检验他们的结论，他和朋友布罗德斯基 ( s j b r o d s k y ) 先完成复杂的计算，后设计好了检验的新方案，最终冲破限制、反对， 在朋友的帮助下出色地完成实验，各种数据表明：量子电动力学是对的。这是他第一次 独立从事科学实验并取得成功，他的实验思想、技能也第一次得到检验，并被巩固和丰 富。1 9 6 7 年夏天，丁肇中应邀到斯坦福大学就验证量子电动力学的实验结果作专题演讲， 在这次演讲中“他阐述了多年来从事实验物理取得的成就和积累的经验，对未来高能物 理学发展提出了富有哲理性的见解。他的演讲得到了与会同行们的赞扬。”9 ”( 这是他 第一次公开阐述自己的实验思想) 这之后，美国一些著名大学竟相聘请丁肇中去工作。 ( 美) h 乍克曼在其诺贝尔奖获奖奥秘一书中把科学家当弟子期间所受的科学研究规范和思考方法在内的 更广泛的定向教育和训练称为科学家们的社会化。关于这一问题的更详细论述见：【美 h 乍克曼诺贝尔奖获奖奥 秘呻】劳永光( 译) 北京：教育科学出版社，1 9 87 第13 5 1 4 6 页 1 陈洁琦，淳麟寻找带色的雨滴一丁肇中的科擘风采( m 】上海：上海科教出版社，2 0 0 2 广面大掌硕士学位论文丁肇中朝科学实验冠怒揉析 最后他去了麻省理工学院，并组建了自己的实验小组，开始了属于自己的真正独立的科 学实验工作。这是他迈向辉煌的最坚实的一步。 1 2 1 2 3 科学实验大师( 科学实验思想成形) 丁肇中在做验证量子电动力学的实验之前就“决定做一些实验来进一步研究重光子 的性质，并确定这些重光子在原子核内有什么行动。”“”有了自己的实验班底和雄厚 的财力资助，他终于如愿以偿，重新开始了对重光子的研究。寻找新的重光子尤若大海 捞针，整个实验耗资巨大、队伍庞大( 兵分三路同时进行) 、技术要求复杂精深，这全面 地考量着丁肇中的实验技能、创造力、组织和管理刊能等。在这近1 0 年的时问里，特别 是1 9 7 2 年1 9 7 4 年，丁肇中和他的实验组辗转利用美国和欧洲的各大加速器，他们 在实验程序、仪器研制、实验结果分析等方面做出了许多创造性工作。实验的重大成功 在造就丁肇中辉煌形象的同时也铸造了他精深的科学实验思想，彰显了他顽强的个性。 在发现了“j ”粒子后，丁肇中的实验显然是越做越大了，他的实验思想也在这些 重大的实验中不断得到检验和丰富。1 9 7 5 年下半年，丁肇中又丌始准备质子与质子对撞 的实验，即马克一杰实验，这是一个国际合作性实验。1 9 7 9 年9 月，美国纽约时报 载文指出：丁肇中“发现j 粒子后，不断完善提高的科学研究方法，导致他做出科 学建树。首先发现了三强子喷注。” 1 9 8 1 年，丁肇中又领导组建l 3 实验组由5 5 所大学或研究所近6 0 0 名科学家组 成，投资约2 亿美元。1 9 8 9 年至2 0 0 0 年这十年时问内，l 3 实验取得了丰硕成果。1 9 9 3 年1 2 月，丁肇中发起组建a m s 国际科研合作实验组，这是与l 3 实验平行进行的另一个 国际合作科研项目，它有1 0 多个国家和地区的3 7 个研究机构参加，目的是寻找宇宙中 的反物质和“暗物质”。第一阶段工作已完成，现正进行第二阶段的实验准备工作。这 些大型国际科研合作项目的实践经历为丁肇中形成科学实验思想，尤其是科学实验的运 作管理思想，提供了晟直接的思想素材和检验平台。当然，这些思想素材和检验平台并 不仅仅来自对实验对象的认识实践中，还来自实践中丁肇中与实验组成员及其他相关人 员的社会交往中。 丁肇中成功发现“j ”粒子已足以证明他科学实验思想的成熟，发现“j ”粒子的实 验结束后进行的一系列大型而复杂实验的成功一方面进一步检验他的实验思想，同时也 更加丰满了他的思想。这一阶段丁肇中科学实验思想大发展的成果主要体现在他的些 文章、演讲和访谈等中。比如，丁肇中讲述的五个故事、我所经历的实验物理和我 l 】陈洁琦，淳麟寻找带色的雨滴一丁肇中的科学风采【m 上海：上海科教出版社，2 0 0 2 1 1 广面丈学硕士掌位论文丁肇中的科学窑验冠怒揉析 的体会、探索中一一个物理学家的体验、丁肇中致同学们的一封信、好奇心是科 学研究的原动力、应有格物致知精神、我所经历的2 0 世纪的实验物理学、寻找 宇宙中的基本粒子央视 采访丁肇中教授访谈录寻找宇宙中最基本的结构， 等等。从这些文献里我们可以看到丁肇中科学实验思想的成形、成熟。 1 2 2 成长的时代背景分析 丁肇中所处的时代若从时间上来看，即是2 0 世纪3 0 年代至2 1 世纪初。这是一个 科学、技术与社会相融合，走向“大一统”的时代。吴国盛教授在其科学的历程( 第 二版) 中认为2 0 世纪的科学已进入探究宇宙与生命之迷、高技术时代，“2 0 世纪的科学 更加高深、更加远离我们的日常生活经验。相反地，它所转化的技术实际威力更大、也 更难被人类所控制。”1 同时，由于科学的发展变革，人们的思想也从绝对决定论的 宇宙观转变为辩证的唯实的宇宙观，突显出不墨守成规、勇于创新的科学批判精神。 1 2 2 1 科学的革命时代 w c 丹皮尔曾说，“如果我们有正当理由把1 9 世纪看作是科学时代的开始的话， 那么，原因并不仅仅在于，甚至主要不在于，我们对自然的认识在1 9 世纪中有了迅速 的发展。但在最近1 0 0 年或1 5 0 年中，人们对于自然的宇宙的整个观念改变了。”o ”5 而2 0 世纪一开始，就出现了持续3 0 年的物理学革命，这次革命使基本理论框架和科学 的指导思想( 首先是自然观) 都发生了根本性的变革，周光召院士在：2 0 0 3 年科学发展 报告中对物理学发展进行回顾与展望时指出，2 0 世纪物理学对人类的思维方式的变革 的重要贡献在于：相对论、量子力学和它们相结合产生的量子场论从根本上改变了人类 对时空和宇宙万物的看法，使人们从绝对的决定论的宇宙观变为辩证的唯实的宇宙观。 由此，人们普遍认识到，任何科学理论都不可能一成不变；随着科学实验的发展，理论 必须不断发展，甚至要彻底变革。这种不墨守成规、勇于创新的科学批判精神，在2 0 【盐纪不仅支配着物理学，也支配着科学的其它领域，科学革命的创新精神，在技术领域 也很突出，这种精神成了科学发展的灵魂。这样，几个世纪以来在整个自然科学领域中 占统治地位的机械论自然观终于退出了科学历史舞台。 丁肇中科学实验思想正是对这一革命成果的继承和发扬，也无不透着这种科学革命 精神。他的批判精神在其科学实验方法论中体现得尤其明显，不管是对实验的价值、地 位及实验与理论的关系的论述，还是对科学实验的仪器、选题、机遇、结论的论述，无 1 吴国盛科学的历程 m 北京：北京大学出版社，2 0 02 2 札c 丹皮尔科学史及其与哲学和宗教的关系 m 李珩译桂林：广西师范大学出版社，2 0 0 1 2 广面大学硕士掌t 丘论文丁肇中的科学窑验冠怒掭析 不透着这一时代的精神气质。但他不是时代思想和精神的被动接收者，而是伟大的实践 者和当时代的科学思想和精神发展、丰富的推动者，他的每一项重大的实验及其重大的 成果都在悄无声息中改变着科学的发展、科学家的思维，重塑着科学的时代思想和精神。 美国布鲁斯谢克特说：“丁肇中显示了神奇的才华，设计出种种实验，足以决定理论 家思维产物的成败。他的每一项实验都给科学界带来期待，引起一阵激动。” 因此，可以说，他又是时代科学思想和精神的缔造者( 事实上，每一时代科学思想和精 神的伟大继承者往往也就是时代思想和精神的开拓者、重塑者，批判、重塑成了最好的 继承方式) 。 1 2 2 2 科学与技术、社会走向“大一统” i 2 2 2 1 科学对技术的依赖加深 在2 0 世纪，一方面由于新的实验技术和巨大而精密的观察工具的产生，科学得到 空前发展，人的“视野”在微观和宇观两方面都扩大了1 0 万倍以上，新的科学事实不 断产生；另一方面也使得科学的发展对技术进步的依赖程度空前加深，科研技术条件的 变革越来越成为科学发展变革的重要原因。比如，电子技术的发展、电子计算机的发明， 以及控制论、信息论、系统论的建立，对科学发展的推动以及科学发展对它们的依赖， 其中高能实验物理的发展对实验设备、仪器的依赖，生物科学、地学等对科研设备、仪 器的依赖，等等，尤其明显。而科研技术条件的改变、发展又越来越依赖于社会，这也 使科学对社会的依赖加强。 1 2 2 2 2 科学对社会的依赖加深 2 0 世纪科学事业加速发展，并已成为现代国家的重要事业，而科学的发展也日益依 赖于社会经济发展和国家的支持。在2 0 世纪，大量的科学研究工作从分散的单纯个人 活动转化为社会化的集体活动，出现了所谓的“大科学”，研究活动规模越来越大，发 展到企业规模、国家规模，甚至是国际规模，如何组织好庞大的科学技术队伍，并充分 发挥其作用，如何科学有效地管理，已不再是几个科学家所能解决得了的事情；同时随 着实验要求和技术水平的不断提高，现代科学实验和观察的技术装备的规模和精度也是 过去无法想象的。这些都清楚表明科学发展靠科学自己是越来越不可能了，科学已紧紧 地和社会捆绑在一起。 1 】转引自：顾迈南丁肇中f m 北京：新华出版，2 0 0 2 广面犬学顼士学位论文丁肇年鲍科掌窭验昆怒揉析 1 2 2 2 3 科学、技术和社会相互依存、促进的典范粒子和粒子加速器的互动 发展 粒子物理学的发展是与粒子加速器这一强大实验手段的发展休戚相关的，可以说， 粒子加速器是理论科学、实验科学和技术科学相互依存、相互促进，与社会因素密切关 联的一个典范。1 9 3 2 年，两台不同类型的加速器建成，它与中