不要轻做和轻信所谓的实验

时间:2017-08-25 08:33:41
频道:校园科普
作者:李泳

不要轻做和轻信所谓的实验, 加州大学(洛杉矶)大气海洋系James C. McWilliams在Fundamentals of Geophysical Fluid Dynamics(Cambridge University Press, 2006)的第一章(Purposes and Value

    加州大学(洛杉矶)大气海洋系James C. McWilliams在Fundamentals of Geophysical Fluid

 
Dynamics(Cambridge University Press, 2006)的第一章(Purposes and Value ofGeophysical Fluid Dynamics)引用了爱丁顿的一句话:“Nevertrust an observation without a supporting theory.”这在物理学中是“常识”,大约等于爱因斯坦说的理论决定观察(“是理论决定我们看见了什么”),但在地学中却还没能深入人心。我给不同专业背景的同学讲数学物理方法课,总是开宗明义说,不是要你们学会具体的数学物理方法和工具(一时半会儿也学不了那么多),主要是要改变思维方式,最重要的一点就是要从整体的因子关系的研究转变为变量的物理过程的研究,而基本过程都是经典物理学(和流体力学土力学等)决定的,可是同学们把那些基本理论都忘了,每于一个现象,总想用所谓的实验来重现——遗憾的是,大地的过程几乎不可能在实验室里重现(不是实验条件的问题,也不是尺度的问题),我们只能做某些关键物理量变化的实验,而那样的实验必须在理论指导下才可能做好的。或者换句话说,实际上是因为“无视”(或无知)理论,所以想不到该做什么实验,做了实验也不知道怎么分析——但很多同学天真地认为,有了实验和数据,就会得到结果。
 
   具体说来,我们的实验有两个问题:
 
   如果实验是为了再现自然的现象,那么再现了吗?如果它跟野外的一样,野外你见过一百回了,有感觉吗?你的实验增加了什么我们没看见或看不见的吗?如果回答no,那么实验就白做了;
 
   如果实验是为了建立物理关系,你的关系服从什么基本的物理法则?如果不能从原理上解释你的关系(几乎是统计关系),那得到的关系就没有意义,实验和分析就不完整。遗憾的是,很多实验结果就是归结为一个什么物理意义也说不清的经验关系,并被封为“模型”。
 
   我的态度是,第一类实验几乎都是不需要的,其实也是做不成的。假如滚滚长江都不能令你对洪水有什么物理感觉,我才不信实验室里的小溪流能激发你看出大洪水的“机制”!第二类实验是理论决定的,在做实验之前,最好学学(或复习)相关(甚至看似不相关)的理论。什么人拿一个水槽都敢做地球物理流体的“模型”实验,这不是标志学科的知识已经普及到幼儿园了,而只能说学科的发展还没走出幼儿园。
 
   James将爱丁顿的话改成更适合地学的情形:如果没有支撑的解释,不要相信事实或模拟。(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,我们当然还要加上experiment (either in field or in laboratory)。

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