不要輕做和輕信所謂的實驗

不要輕做和輕信所謂的實驗

2017-08-25 08:33:41  科學網/中國科學報
本文作者:李泳

發表時間:2017-08-25 08:33:41作者:李泳來源:科學網/中國科學報字體大小:A+  A-

    加州大學(洛杉磯)大氣海洋系James C. McWilliams在Fundamentals of Geophysical Fluid

 
Dynamics(Cambridge University Press, 2006)的第一章(Purposes and Value ofGeophysical Fluid Dynamics)引用了愛丁頓的一句話:“Nevertrust an observation without a supporting theory.”這在物理學中是“常識”,大約等于愛因斯坦說的理論決定觀察(“是理論決定我們看見了什么”),但在地學中卻還沒能深入人心。我給不同專業背景的同學講數學物理方法課,總是開宗明義說,不是要你們學會具體的數學物理方法和工具(一時半會兒也學不了那么多),主要是要改變思維方式,最重要的一點就是要從整體的因子關系的研究轉變為變量的物理過程的研究,而基本過程都是經典物理學(和流體力學土力學等)決定的,可是同學們把那些基本理論都忘了,每于一個現象,總想用所謂的實驗來重現——遺憾的是,大地的過程幾乎不可能在實驗室里重現(不是實驗條件的問題,也不是尺度的問題),我們只能做某些關鍵物理量變化的實驗,而那樣的實驗必須在理論指導下才可能做好的。或者換句話說,實際上是因為“無視”(或無知)理論,所以想不到該做什么實驗,做了實驗也不知道怎么分析——但很多同學天真地認為,有了實驗和數據,就會得到結果。
 
   具體說來,我們的實驗有兩個問題:
 
   如果實驗是為了再現自然的現象,那么再現了嗎?如果它跟野外的一樣,野外你見過一百回了,有感覺嗎?你的實驗增加了什么我們沒看見或看不見的嗎?如果回答no,那么實驗就白做了;
 
   如果實驗是為了建立物理關系,你的關系服從什么基本的物理法則?如果不能從原理上解釋你的關系(幾乎是統計關系),那得到的關系就沒有意義,實驗和分析就不完整。遺憾的是,很多實驗結果就是歸結為一個什么物理意義也說不清的經驗關系,并被封為“模型”。
 
   我的態度是,第一類實驗幾乎都是不需要的,其實也是做不成的。假如滾滾長江都不能令你對洪水有什么物理感覺,我才不信實驗室里的小溪流能激發你看出大洪水的“機制”!第二類實驗是理論決定的,在做實驗之前,最好學學(或復習)相關(甚至看似不相關)的理論。什么人拿一個水槽都敢做地球物理流體的“模型”實驗,這不是標志學科的知識已經普及到幼兒園了,而只能說學科的發展還沒走出幼兒園。
 
   James將愛丁頓的話改成更適合地學的情形:如果沒有支撐的解釋,不要相信事實或模擬。(Therefore, for geophysics I prefer a rephrasing of the remark to the more modest, `Never trust a fact, or a simulation, without a supportinginterpretation.')在fact和simulation之外,我們當然還要加上experiment (either in field or in laboratory)。

責編:科普知識網

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