科學(xué)認(rèn)識(shí)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)

1、科學(xué)認(rèn)識(shí)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)第1頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五一、科學(xué)事實(shí)第2頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五1、什么是科學(xué)事實(shí)？ 通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)所獲得的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，是 經(jīng)過(guò)科學(xué)整理和鑒定的確定事實(shí)。事實(shí) 1：對(duì)客體與儀器相互作用結(jié)果的表征 如：觀測(cè)儀器所顯示的數(shù)據(jù)、圖象事實(shí) 2：對(duì)觀察所得結(jié)果的陳述和判斷 如：“金屬燃燒是一個(gè)氧化過(guò)程”第3頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五事實(shí) 1 =（客體本性，認(rèn)識(shí)手段）事實(shí) 2 =（客體本性，認(rèn)識(shí)手段，概念系統(tǒng)） 燃素說(shuō)：金屬灰+燃素=金屬 氧化說(shuō)：金屬灰=金屬+氧 第4頁(yè)，共67頁(yè)，20

2、22年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五對(duì)同一客觀事件，可以因?yàn)檎J(rèn)識(shí)條件（觀測(cè)儀器，概念系統(tǒng)）設(shè)置的合理而描述為精確的科學(xué)事實(shí)，也可以因?yàn)檎J(rèn)識(shí)條件設(shè)置的不合理而描述為粗糙的乃至歪曲的事實(shí)?？陀^事件沒(méi)有正確與錯(cuò)誤之分，而經(jīng)驗(yàn)事實(shí)則存在著可錯(cuò)性。第5頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五2、科學(xué)事實(shí)的特征 以下判斷是否是“科學(xué)事實(shí)”？“所有微觀客體都具有波粒二象性”“整個(gè)宇宙在膨脹著”第6頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五科學(xué)事實(shí)應(yīng)滿足一定的條件1）科學(xué)事實(shí)應(yīng)該是個(gè)別存在的陳述 例：“鈾具有放射性”“氬具有化學(xué)惰性”2）科學(xué)事實(shí)應(yīng)該是可重復(fù)的 J / 粒

3、子的發(fā)現(xiàn)（1976，丁肇中） 偽科學(xué)：“信則有，不信則無(wú)”3）科學(xué)事實(shí)應(yīng)該比較精確、系統(tǒng) 超常人創(chuàng)造力研究（19211972，門(mén)特爾）第7頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五3、科學(xué)事實(shí)在科學(xué)認(rèn)識(shí)中的作用 不管鳥(niǎo)的翅膀怎樣完善，它任何時(shí)候也不能不依賴(lài)空氣飛向高空。事實(shí)，就是科學(xué)家的空氣，沒(méi)有它，你任何時(shí)候也不可能飛起，沒(méi)有它，你的理論就是無(wú)用的掙扎。 巴甫洛夫第8頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五形成新概念、新理論的基礎(chǔ) 概念是思維的自由創(chuàng)造，但仍有其經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)（Einstein)對(duì)假說(shuō)進(jìn)行評(píng)價(jià)的根據(jù)第9頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)3

4、4分，星期五二、觀察觀察的特點(diǎn)觀察的分類(lèi)觀察在科學(xué)認(rèn)識(shí)中的作用觀察的客觀性原則第10頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五1、觀察的特點(diǎn) 觀察是人們對(duì)自然現(xiàn)象在自然發(fā)生條件下進(jìn)行的一種有目的的考察活動(dòng)。 觀察的顯著特點(diǎn)：“自然發(fā)生條件下”的觀察。 例：“布朗運(yùn)動(dòng)”第11頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五第12頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五2、觀察的分類(lèi) 直接觀察（肉眼觀察） 間接觀察（儀器觀察） 被動(dòng)觀察（自發(fā)觀察）：意想不到的觀察 主動(dòng)觀察（誘發(fā)觀察）：有意識(shí)地安排的 自然觀察法：自然發(fā)生條件下 實(shí)驗(yàn)觀察法：人工控制條件

5、下第13頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五3、觀察在科學(xué)認(rèn)識(shí)中的作用（1）獲取科學(xué)事實(shí)的基本方法 第14頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五（2）做出科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要手段 20世紀(jì)60年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)：類(lèi)星體、射電脈沖星、宇宙微波背景輻射、星際有機(jī)分子。（射電望遠(yuǎn)鏡：雷伯，1937） 2000年十大科學(xué)成就之一：太陽(yáng)系中的行星越來(lái)越“水靈”了（火、木衛(wèi)“歐羅巴”）第15頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 （3）檢驗(yàn)科學(xué)假說(shuō)重要手段1781 W.赫歇爾：天王星，“越軌” 184345， 亞當(dāng)斯：計(jì)算出海王星軌道， 勒維烈：同

6、樣計(jì)算出海王星軌道 加 勒：發(fā)現(xiàn)海王星 勒維烈：水星“火神星”第16頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 光線彎曲假說(shuō)的驗(yàn)證：愛(ài)丁頓，1919 理論所以能夠成立，其根據(jù)就在于它同大量的單個(gè)觀察關(guān)聯(lián)著，而理論的真理性也在于此。 愛(ài)因斯坦第17頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五4、觀察的客觀性原則觀察的易誤性：戈廷根會(huì)議 1篇：錯(cuò)誤少于20% 14篇：有2040%的錯(cuò)誤 25篇：有40%以上的錯(cuò)誤 半數(shù)以上的報(bào)告：60%的細(xì)節(jié)純屬臆造第18頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五產(chǎn)生虛假觀察的幾種可能： 錯(cuò)覺(jué)（感官局限） 誤觀察（無(wú)意

7、識(shí)聯(lián)想） 未觀察（“背景”不同）第19頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五觀察應(yīng)遵循客觀性原則 （1） 觀察結(jié)果可以用某種標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行重演（消除主觀的偶然失誤） 引力波的“發(fā)現(xiàn)”：韋伯，1959 （2）要求以正確的理論為指導(dǎo) （消除假象與誤差） “中性粒子流”：約里奧.居里 “中子”(盧瑟福預(yù)言）：查德威克，1932第20頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 （3）要求使用先進(jìn)的觀測(cè)技術(shù)和觀測(cè)儀器 （提高觀察的客觀性） （4）要求科學(xué)工作者要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)事求是的學(xué)風(fēng)（科學(xué)家的基本行為規(guī)范） 不要篡改、捏造數(shù)據(jù)！第21頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日

8、，11點(diǎn)34分，星期五三、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)及其特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)方法在科學(xué)研究中的作用實(shí)驗(yàn)方法的分類(lèi)第22頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五1、實(shí)驗(yàn)及其特點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)是人們根據(jù)一定的研究目的，運(yùn)用一定的物質(zhì)手段，在人為控制或變革事物的條件下獲得科學(xué)事實(shí)的方法。第23頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五例：J.J.Thomson 電子（1897） 原子結(jié)構(gòu)模型（1901）第24頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 粒子散射實(shí)驗(yàn)（a）預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果 盧瑟福，1909 炮彈 靶子第25頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 粒子散射實(shí)驗(yàn)

9、(b)實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果 盧瑟福，1909 計(jì)數(shù)器 金箔 粒子發(fā)射源第26頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 粒子散射實(shí)驗(yàn)(c)原子有核行星模型 盧瑟福，1911第27頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五實(shí)驗(yàn)方法與觀察方法的比較： 實(shí)驗(yàn)：“人為控制條件下”去考察事物； 主動(dòng)從自然現(xiàn)象中索取期望的東西 觀察：“自然發(fā)生條件下”去考察事物； 搜集自然現(xiàn)象所提供的東西第28頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五實(shí)驗(yàn)方法的特點(diǎn)：對(duì)象的可控性（1）實(shí)驗(yàn)可以簡(jiǎn)化和純化研究對(duì)象 否定熱素說(shuō)的實(shí)驗(yàn)：戴維，1799 第29頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月

10、20日，11點(diǎn)34分，星期五 （2）實(shí)驗(yàn)可以強(qiáng)化研究對(duì)象 （超高溫、超低溫、超高壓、高真空） 超導(dǎo)現(xiàn)象：昂尼斯，1911 R 4.2 k T第30頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 （3）實(shí)驗(yàn)可使對(duì)象的屬性及變化過(guò)程重復(fù)出現(xiàn) “斜面實(shí)驗(yàn)”：伽利略 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性：成功實(shí)驗(yàn)的標(biāo)志h h h”第31頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 （4）實(shí)驗(yàn)可以模擬對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過(guò)程 模擬原始大氣實(shí)驗(yàn)：米勒，1953 甲烷（CH4） 甘氨酸 氨（NH3） 放電1周 丙氨酸 水（H2O） 谷氨酸 氫（H2） 天門(mén)冬氨酸第32頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)

11、34分，星期五2、實(shí)驗(yàn)在科學(xué)研究中的作用 (1)實(shí)驗(yàn)方法可以獲取精確可靠的科學(xué)事實(shí)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)是推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的動(dòng)力新實(shí)驗(yàn)與舊理論的矛盾 第33頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五兩朵“烏云”引來(lái)一場(chǎng)風(fēng)暴19世紀(jì)末物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)： X射線：倫琴，1895（1901） 放射性：貝克勒爾，1896（1903） 電子：J.J.湯姆遜，1897（1906）開(kāi)爾文勛爵：1900年新年獻(xiàn)詞第34頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五“烏云”之一：邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn) 檢驗(yàn)“以太風(fēng)”假說(shuō)：零結(jié)果，1887（1907） M1 v M S M2 T第35頁(yè)，共67頁(yè)，2022

12、年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五狹義相對(duì)論：愛(ài)因斯坦，1905 光速不變?cè)?狹義相對(duì)性原理邁克爾遜獲1907年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第36頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五另外一朵“烏云”：黑體輻射實(shí)驗(yàn)“紫外災(zāi)難” U（,T) 實(shí)驗(yàn)曲線第37頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五，能量子論，1905 光量子論1913 原子結(jié)構(gòu)理論1927 量子力學(xué)第38頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五例：“ 疑難” （1953）奇異粒子： 介子； 介子質(zhì)量、壽命、電荷、自旋相同;宇稱(chēng)不同（2）實(shí)驗(yàn)方法是檢驗(yàn)假說(shuō)的基本手段第39頁(yè)，共67頁(yè)，2

13、022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五宇稱(chēng)和宇稱(chēng)守恒鏡像對(duì)稱(chēng)（左右對(duì)稱(chēng)）鏡像對(duì)稱(chēng)變換（X -X）宇稱(chēng) （Parity） 宇稱(chēng)守恒定律 ：“自然規(guī)律在鏡像反射下是不變的”。 傳統(tǒng)上認(rèn)為“宇稱(chēng)守恒定律是普適的”第40頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五宇稱(chēng)守恒的困難與楊李提出弱相互作用中宇稱(chēng)不守恒的假說(shuō) 1953 + + + + + - + + + 0 1956.4 紐約羅切斯特國(guó)際粒子物理會(huì)議 1956.5 關(guān)鍵性突破：把宇稱(chēng)守恒是否成立，單獨(dú) 放在弱相互作用中來(lái)檢驗(yàn) 1956.10 對(duì)弱相互作用中宇稱(chēng)守恒的質(zhì)疑，物理評(píng)論第41頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11

14、點(diǎn)34分，星期五 對(duì)稱(chēng)與不對(duì)稱(chēng)第42頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五宇稱(chēng)不守恒的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：楊李的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 平 面 鏡 0 100 001 0第43頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 吳健雄與李政道在一起(1958年)第44頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 初到伯克利時(shí)的吳健雄（一九三六年）第45頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 吳健雄設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案第46頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 吳健雄和她的實(shí)驗(yàn)合作者（一九五六年）第47頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，1

15、1點(diǎn)34分，星期五宇稱(chēng)不守恒的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：吳健雄，1956.12 “鈷-60核極化 衰變實(shí)驗(yàn)” 27Co-60 28Ni-60 + e- + 27Co-60 e- 0.31Mev 28Ni-60 1.17Mev 1 1.33Mev 2 27Co-60原子核衰變圖第48頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 1.2 赤道光子計(jì)數(shù)器A 1.0 光子各向異性 極向光子計(jì)數(shù)器B 0.8 1.2 H 1.0 不對(duì)稱(chēng)性 H 0.8 時(shí)間 0 4 8 12 16（分） 吳健雄宇稱(chēng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線第49頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五1957.2.15 吳健雄發(fā)表實(shí)驗(yàn)結(jié)

16、果（） Experimental Test of the Parity Conservation in Beta Decay, Physical Review1957.10 楊振寧、李政道榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第50頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五李正道接受諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（一九五七年）第51頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五楊振寧接受諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（一九五七年）第52頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五要敢于向“權(quán)威結(jié)論”提出挑戰(zhàn) （合理的懷疑性）“大膽假設(shè)，小心求證”做實(shí)驗(yàn)要知難而進(jìn)，要有堅(jiān)韌不撥的勇氣和毅力第53頁(yè)，共67

17、頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五3 實(shí)驗(yàn)方法的分類(lèi)（1）定性實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)電磁波的存在：赫滋，1887電子衍射實(shí)驗(yàn)：G.P.湯姆遜，1927（1939）裂腦術(shù)實(shí)驗(yàn)：R.W.斯佩里（1981）第54頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五（2）定量實(shí)驗(yàn)測(cè)定引力常數(shù)實(shí)驗(yàn)：卡文迪許測(cè)定光速實(shí)驗(yàn)：斐索測(cè)定熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)：焦耳測(cè)定電子荷質(zhì)比實(shí)驗(yàn)：湯姆遜第55頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五（3）結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn)：盧瑟福，1911測(cè)定DNA分子結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)：沃森、克里克，1953（1962）測(cè)定前列腺素的化學(xué)結(jié)構(gòu)：S.K.貝格斯特姆（1982）第56

18、頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五（4）對(duì)照實(shí)驗(yàn)（生物，醫(yī)學(xué)，醫(yī)藥學(xué)） 對(duì)照組，試驗(yàn)組光作用于植物的什么部位而使植物向光生長(zhǎng)？達(dá)爾文第57頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五（5）模擬實(shí)驗(yàn)（相對(duì)直接實(shí)驗(yàn)）物理模擬數(shù)學(xué)模擬功能模擬第58頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五（6）判決性實(shí)驗(yàn)（判別假說(shuō)的存亡）否定“熱素說(shuō)”的實(shí)驗(yàn)：戴維，1799否定光“以太”實(shí)驗(yàn)：邁克耳遜、莫雷，1887（1907）證實(shí)弱相互作用下宇稱(chēng)不守恒的實(shí)驗(yàn)：吳健雄，1957第59頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五四、觀察實(shí)驗(yàn)中的機(jī)遇成

19、功的條件：智力；勤奮；機(jī)遇第60頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 四十年前，經(jīng)吳大猷教授的推薦，我獲取了中國(guó)政府的一筆獎(jiǎng)學(xué)金赴美留學(xué)，在物理學(xué)方面繼續(xù)深造。這一難得的機(jī)會(huì)改變了我的一生。一個(gè)人的成功有著各種各樣的因素，其中“機(jī)遇”也許是最重要的，也是最難駕馭的。盡管成功的機(jī)遇不可預(yù)定，但它的幾率卻可以大大增加。通過(guò)吳教授，我方能得到這一機(jī)遇。（李政道六十回憶）第61頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五 吳 大 猷 教 授第62頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五1、什么是機(jī)遇 觀察和實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)的出乎意料的現(xiàn)象和事件。絕大部分劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)，或多或少都是意外作出的。第63頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)34分，星期五2、如何把握機(jī)遇 “在觀察的領(lǐng)域中，機(jī)遇只偏愛(ài)那種有準(zhǔn)備的頭腦?！保ò退沟拢┲鲃?dòng)增加機(jī)遇的出現(xiàn)率（主動(dòng)去嘗試新步驟）保持對(duì)意外