科学认识的经验基础

一、科学事实1、什么是科学事实？通过视察和试验所获得的阅历事实，是经过科学整理和鉴定的确定事实。事实1：对客体与仪器相互作用结果的表征如：观测仪器所显示的数据、图象事实2：对视察所得结果的陈述和推断如：“金属燃烧是一个氧化过程”事实1=（客体本性，相识手段）事实2=（客体本性，相识手段，概念系统）燃素说：金属灰+燃素=金属氧化说：金属灰=金属+氧对同一客观事务，可以因为相识条件（观测仪器，概念系统）设置的合理而描述为精确的科学事实，也可以因为相识条件设置的不合理而描述为粗糙的乃至歪曲的事实。客观事务没有正确与错误之分，而阅历事实则存在着可错性。2、科学事实的特征以下推断是否是“科学事实”？“全部微观客体都具有波粒二象性”“整个宇宙在膨胀着”科学事实应满足确定的条件1）科学事实应当是个别存在的陈述例：“铀具有放射性”“氩具有化学惰性”2）科学事实应当是可重复的J/粒子的发觉（1976，丁肇中）伪科学：“信则有，不信则无”3）科学事实应当比较精确、系统超常人创建力探讨（1921—1972，门特尔）3、科学事实在科学相识中的作用不管鸟的翅膀怎样完善，它任何时候也不能不依靠空气飞向高空。事实，就是科学家的空气，没有它，你任何时候也不行能飞起，没有它，你的理论就是无用的挣扎。巴甫洛夫形成新概念、新理论的基础概念是思维的自由创建，但仍有其阅历基础（Einstein)对假说进行评价的依据二、视察视察的特点视察的分类视察在科学相识中的作用视察的客观性原则1、视察的特点视察是人们对自然现象在自然发生条件下进行的一种有目的的考察活动。视察的显著特点：“自然发生条件下”的视察。例：“布朗运动”2、视察的分类干脆视察（肉眼视察）间接视察（仪器视察）被动视察（自发视察）：意想不到的视察主动视察（诱发视察）：有意识地支配的自然视察法：自然发生条件下试验视察法：人工限制条件下3、视察在科学相识中的作用（1）获得科学事实的基本方法

（2）做出科学发觉的重要手段20世纪60年头天文学的四大发觉：类星体、射电脉冲星、宇宙微波背景辐射、星际有机分子。（射电望远镜：雷伯，1937）2000年十大科学成就之一：太阳系中的行星越来越“水灵”了（火、木卫“欧罗巴”）（3）检验科学假说重要手段1781W.赫歇尔：天王星，“越轨”

1843—45，亚当斯：计算出海王星轨道1846.8.31，勒维烈：同样计算出海王星轨道加勒：发觉海王星勒维烈：水星——“火神星”光线弯曲假说的验证：爱丁顿，1919理论所以能够成立，其依据就在于它同大量的单个视察关联着，而理论的真理性也在于此。爱因斯坦4、视察的客观性原则视察的易误性：戈廷根会议1篇：错误少于20%14篇：有20—40%的错误25篇：有40%以上的错误半数以上的报告：60%的细微环节纯属臆造产生虚假视察的几种可能：错觉（感官局限）误视察（无意识联想）未视察（“背景”不同）视察应遵循客观性原则（1）视察结果可以用某种标准方法进行重演（消退主观的偶然失误）引力波的“发觉”：韦伯，1959（2）要求以正确的理论为指导（消退假象与误差）“中性粒子流”：约里奥.居里“中子”(卢瑟福预言）：查德威克，1932（3）要求运用先进的观测技术和观测仪器（提高视察的客观性）

（4）要求科学工作者要有严谨的实事求是的学风（科学家的基本行为规范）不要篡改、捏造数据！三、试验试验及其特点试验方法在科学探讨中的作用试验方法的分类1、试验及其特点试验是人们依据确定的探讨目的，运用确定的物质手段，在人为限制或变革事物的条件下获得科学事实的方法。例：J.J.Thomson电子（1897）原子结构模型（1901）粒子散射试验（a）预期试验结果卢瑟福，1909炮弹靶子粒子散射试验(b)实际试验结果卢瑟福，1909计数器金箔粒子放射源粒子散射试验(c)原子有核行星模型卢瑟福，1911试验方法与视察方法的比较：试验：“人为限制条件下”去考察事物；主动从自然现象中索取期望的东西视察：“自然发生条件下”去考察事物；搜集自然现象所供应的东西试验方法的特点：对象的可控性（1）试验可以简化和纯化探讨对象否定热素说的试验：戴维，1799

（2）试验可以强化探讨对象（超高温、超低温、超高压、高真空）超导现象：昂尼斯，1911R

4.2kT（3）试验可使对象的属性及变更过程重复出现“斜面试验”：伽利略试验结果的重现性：成功试验的标记hh’h”

（4）试验可以模拟对象的运动过程模拟原始大气试验：米勒，1953甲烷（CH4）甘氨酸氨（NH3）放电1周丙氨酸水（H2O）谷氨酸氢（H2）天门冬氨酸2、试验在科学探讨中的作用(1)试验方法可以获得精确牢靠的科学事实，科学试验是推动科学发展的动力新试验与旧理论的冲突

两朵“乌云”引来一场风暴19世纪末物理学的三大发觉：X射线：伦琴，1895（1901）放射性：贝克勒尔，1896（1903）电子：J.J.汤姆逊，1897（1906）开尔文勋爵：1900年新年献词“乌云”之一：迈克尔逊—莫雷试验检验“以太风”假说：零结果，1887（1907）

M1vMSM2T狭义相对论：爱因斯坦，1905

光速不变原理狭义相对性原理迈克尔逊获1907年诺贝尔物理学奖另外一朵“乌云”：黑体辐射试验“紫外灾难”U（,T)试验曲线1900.12.14，能量子论，1905光量子论1913原子结构理论1927量子力学例：“—疑难”（1953）奇异粒子：介子；介子质量、寿命、电荷、自旋相同;宇称不同（2）试验方法是检验假说的基本手段宇称和宇称守恒镜像对称（左右对称）镜像对称变换（X-X）宇称（Parity）宇称守恒定律：“自然规律在镜像反射下是不变的”。

传统上认为“宇称守恒定律是普适的”宇称守恒的困难与杨李提出弱相互作用中宇称不守恒的假说1953+++++-+++01956.4纽约罗切斯特国际粒子物理睬议1956.5关键性突破：把宇称守恒是否成立，单独放在弱相互作用中来检验1956.10对弱相互作用中宇称守恒的质疑，《物理评论》

对称与不对称宇称不守恒的试验验证：杨李的试验设计平面镜01000010

吴健雄与李政道在一起(1958年)

初到伯克利时的吴健雄（一九三六年）吴健雄设计的试验方案

吴健雄和她的试验合作者（一九五六年）宇称不守恒的试验验证：吴健雄，1956.12“钴-60核极化衰变试验”27Co-6028Ni-60+e-+27Co-60e-0.31Mev28Ni-601.17Mev11.33Mev2

27Co-60原子核衰变图

1.2

赤道光子计数器A1.0光子各向异性极向光子计数器B0.81.2H1.0

不对称性

H0.8

时间0481216（分）吴健雄宇称试验结果曲线1957.2.15吴健雄发表试验结果（1956.12.25）ExperimentalTestoftheParityConservationinBetaDecay,PhysicalReview1957.10杨振宁、李政道荣获诺贝尔物理学奖李正道接受诺贝尔物理学奖（一九五七年）杨振宁接受诺贝尔物理学奖（一九五七年）要敢于向“权威结论”提出挑战（合理的怀疑性）“大胆假设，当心求证”做试验要知难而进，要有坚韧不拨的志气和毅力3试验方法的分类（1）定性试验检验电磁波的存在：赫滋，1887电子衍射试验：G.P.汤姆逊，1927（1939）裂脑术试验：R.W.斯佩里（1981）（2）定量试验测定引力常数试验：卡文迪许测定光速试验：斐索测定热功当量试验：焦耳测定电子荷质比试验：汤姆逊（3）结构分析试验粒子散射试验：卢瑟福，1911测定DNA分子结构试验：沃森、克里克，1953（1962）测定前列腺素的化学结构：S.K.贝格斯特姆（1982）（4）比照试验（生物，医学，医药学）比照组，试验组光作用于植物的什么部位而使植物向光生长？达尔文（5）模拟试验（相对干脆试验）物理模拟数学模拟功能模拟（6）判决性试验（判别假说的存亡）否定“热素说”的试验：戴维，1799否定光“以太”试验：迈克耳逊、莫雷，1887（1907）证明弱相互作用下宇称不守恒的试验：吴健雄，1957四、视察试验中的机遇成功的条件：智力；勤奋；机遇四十年前，经吴大猷教授的举荐，我获得了中国政府的一笔奖学金赴美留学，在物理学方面接着深造。这一难得的机会变更了我的一生。一个人的成功有着各种各样的因素，其中“机遇”或许是最重要的，也是最难驾驭的。尽管成功的机遇不行预定，但它的几率却可以大大增加。通过吴教授，我方能得到这一机遇。（李政道〈六十回忆〉）

吴大猷教