现。这就要求我们在观察中一定要注意科学观察申的随机性,及时捕捉那些″逸出常规″的特 殊现象,不放过可贵的机遇。因而,在科学观察中,我们一定要遵循观察的基本原则和要求, 只有这样才能获得十分丰富而又符合实际的科学事实,才能揭示事物的本质和规律。 1.3科学观察与理论的关系 培根以来的传统经验论者认为,我们的知识来源于感觉经验或感性材料,而科学理论则 是在归纳这些观察材料基础上形成的。所以,科学开始于观察。而波普尔、汉森、库恩等人 则否认有纯粹中性的观察存在,明确提出″观察渗透理论"。从科学的实际进程来看,后一种 观点是合理的。如何理解"观察渗透理论″呢? 第一,在观察的感性活动中有理性的东西渗人其中。例如,观察什么?怎样观察?为什么 观察?就是理性问题。至于观察的目的性、计划性、组织性以及对观察结果的分析处理等更 是理性思维的问题 第二,观察不仅是接收信息的过程,同时也是加工信息的过程。对信息的挑选和加工, 与人的知识背景密切相关 第三,″观察渗透理论″还在于观察陈述是用科学语言表述的,而科学语言总与特定的科 学理论联系着,当使用语言时,理论的框架也就提出来了。如当用波长为7000埃这个术语表 示红光时,就暗含着光谱、波长、光学测量仪、实数集……等一系列概念所构成的理论框架 进行科学观察的人正是带着这类理论框架去进行观察的 科学理论在观察中起重要作用 第一,对科学观察起导向作用,引导观察者有选择地接收外界信息。如达尔文受到赖尔 地质进化思想影响,观察了大量的生物进化现象,经过整理以后,形成了他的生物进化论。 第二,对外界信息起″加工改造″作用。从外界获得的信息需要进行认真分析、加工改造 才能形成科学的理论。能否形成理论,受主体的因素的制约,其科学理论素养如何,起至关 重要的作用 第三,对观察结果作出科学的解释。观察中,个人所看见的只是他所懂的东西。由于个 人的修养不同,他们从观察对象中所获得的信息量也是不一样的。不同的科学理论修养,可 能会对观察结果作出不同的解释;如果缺乏理论指导,科学观察就会陷入盲目性,有时虽然 观察到新的科学事实,也得不出正确的结论。比如著名科学家约里奥·居里已经发现了一种 穿透能力很强的不带电的粒子,但他却没有意识到这就是卢瑟福早就预言的中子(他并不知 道卢瑟福这一思想),而认为这是枷玛射线。他的实验结果公布之后,年轻的物理学家查德 威克重复做出了同样的结果,查德威克认识到这就是卢瑟福早就预言过的申子,由此,他获 11
11 现。这就要求我们在观察中一定要注意科学观察申的随机性，及时捕捉那些"逸出常规"的特 殊现象，不放过可贵的机遇。因而，在科学观察中，我们一定要遵循观察的基本原则和要求， 只有这样才能获得十分丰富而又符合实际的科学事实，才能揭示事物的本质和规律。 1.3科学观察与理论的关系 培根以来的传统经验论者认为，我们的知识来源于感觉经验或感性材料，而科学理论则 是在归纳这些观察材料基础上形成的。所以，科学开始于观察。而波普尔、汉森、库恩等人 则否认有纯粹中性的观察存在，明确提出"观察渗透理论"。从科学的实际进程来看，后一种 观点是合理的。如何理解"观察渗透理论"呢? 第一，在观察的感性活动中有理性的东西渗人其中。例如，观察什么?怎样观察?为什么 观察?就是理性问题。至于观察的目的性、计划性、组织性以及对观察结果的分析处理等更 是理性思维的问题。 第二，观察不仅是接收信息的过程，同时也是加工信息的过程。对信息的挑选和加工， 与人的知识背景密切相关。 第三，"观察渗透理论"还在于观察陈述是用科学语言表述的，而科学语言总与特定的科 学理论联系着，当使用语言时，理论的框架也就提出来了。如当用波长为7000埃这个术语表 示红光时，就暗含着光谱、波长、光学测量仪、实数集……等一系列概念所构成的理论框架。 进行科学观察的人正是带着这类理论框架去进行观察的。 科学理论在观察中起重要作用: 第一，对科学观察起导向作用，引导观察者有选择地接收外界信息。如达尔文受到赖尔 地质进化思想影响，观察了大量的生物进化现象，经过整理以后，形成了他的生物进化论。 第二，对外界信息起"加工改造"作用。从外界获得的信息需要进行认真分析、加工改造， 才能形成科学的理论。能否形成理论，受主体的因素的制约，其科学理论素养如何，起至关 重要的作用。 第三，对观察结果作出科学的解释。观察中，个人所看见的只是他所懂的东西。由于个 人的修养不同，他们从观察对象中所获得的信息量也是不一样的。不同的科学理论修养，可 能会对观察结果作出不同的解释;如果缺乏理论指导，科学观察就会陷入盲目性，有时虽然 观察到新的科学事实，也得不出正确的结论。比如著名科学家约里奥·居里已经发现了一种 穿透能力很强的不带电的粒子，但他却没有意识到这就是卢瑟福早就预言的中子(他并不知 道卢瑟福这一思想)，而认为这是枷玛射线。他的实验结果公布之后，年轻的物理学家查德 威克重复做出了同样的结果，查德威克认识到这就是卢瑟福早就预言过的申子，由此，他获
得了诺贝尔物理学奖。 这里应该指出的是,渗透在观察中的理论,主要是经过实践检验的理论,它反映着客观 世界的规律性。 观察与理论的密切联系说明,观察虽属感性活动,但却为理性所支配,这就是科学观察 为什么是一种才能和艺术的道理之所在 (二)实验方法 2.1实验方法及其特点 1.实验方法及其优点 实验方法是人们根据一定的科学研究目的,运用一定的物质手段(仪器和设备),在人为 控制或变革客观事物的条件下获得科学事实的方法。作为社会实践的一种特殊形式,它有着 同生产实践相似的结构。科学实验的基本要素有三个 ①实验者。实验者是从事实验设计、操作和数据处理等工作的人员,是实验的主体。实 验者素质、技能的高低,对实验水平有重大影响。 实验手段。是把实验者的作用传递到实验对象中去的各种实验仪器和工具,是实验者 与实验对象之间的中介,是人的器官的延长。实验手段是实验水平的重要标志,是实验成败 的关键性环节。 ⑥实验对象。实验活动所指向的对象,实验的基本要素之一,实验中要认识的客体。上 述三个要素是一切实验活动都必须具备的,反映了这种实践活动的共性。 实验方法优于一般的观察方法。它克服了自然观察或直接观察的局限性,大大强化了人 们获取感性材料的主动性。与一般的观察方法比较,它有下面一些优点 (1)更大地发挥人的主观能动性一般意义上,纯粹的观察行为不干预自然的发展,显 得比较被动。有些自然现象如日蚀、地震、刮风、下雨等等,可以从自然界中直接观察到 但有些自然现象,人们无法直接观察,如放射性现象等等。由于观察受到自然条件的限制, 使我们无法弄清许多自然现象的来龙去脉,不能认识事物的本质及其规律。实验方法可以突 破自然条件的限制,人为地干预自然,控制研究对象,自觉地、主动地变革自然。也就是说, 实验方法可以比观察方法更大地发挥人们的积极性。在实验中人们可以使用仪器设备观察到 自然条件下看不到的东西,在实验中可以制造一些极端条件,使对象的一些在自然条件下不 能显露的性质显露出来。 (2)实验能证明客观必要性恩格斯说:“单凭观察所得的经验,是决不能充分证明必然 性的。”比如,子女像自己的父母,这是人们早就观察到的现象,但是为什么像父母,这其
12 得了诺贝尔物理学奖。 这里应该指出的是，渗透在观察中的理论，主要是经过实践检验的理论，它反映着客观 世界的规律性。 观察与理论的密切联系说明，观察虽属感性活动，但却为理性所支配，这就是科学观察 为什么是一种才能和艺术的道理之所在。 （二）实验方法 2.1实验方法及其特点 1.实验方法及其优点 实验方法是人们根据一定的科学研究目的，运用一定的物质手段(仪器和设备)，在人为 控制或变革客观事物的条件下获得科学事实的方法。作为社会实践的一种特殊形式，它有着 同生产实践相似的结构。科学实验的基本要素有三个： ○1 实验者。实验者是从事实验设计、操作和数据处理等工作的人员，是实验的主体。实 验者素质、技能的高低，对实验水平有重大影响。 ○2 实验手段。是把实验者的作用传递到实验对象中去的各种实验仪器和工具，是实验者 与实验对象之间的中介，是人的器官的延长。实验手段是实验水平的重要标志，是实验成败 的关键性环节。 ○3 实验对象。实验活动所指向的对象，实验的基本要素之一，实验中要认识的客体。上 述三个要素是一切实验活动都必须具备的，反映了这种实践活动的共性。 实验方法优于一般的观察方法。它克服了自然观察或直接观察的局限性，大大强化了人 们获取感性材料的主动性。与一般的观察方法比较，它有下面一些优点: （1）更大地发挥人的主观能动性一般意义上，纯粹的观察行为不干预自然的发展，显 得比较被动。有些自然现象如日蚀、地震、刮风、下雨等等，可以从自然界中直接观察到。 但有些自然现象，人们无法直接观察，如放射性现象等等。由于观察受到自然条件的限制， 使我们无法弄清许多自然现象的来龙去脉，不能认识事物的本质及其规律。实验方法可以突 破自然条件的限制，人为地干预自然，控制研究对象，自觉地、主动地变革自然。也就是说， 实验方法可以比观察方法更大地发挥人们的积极性。在实验中人们可以使用仪器设备观察到 自然条件下看不到的东西，在实验中可以制造一些极端条件，使对象的一些在自然条件下不 能显露的性质显露出来。 （2）实验能证明客观必要性恩格斯说:“单凭观察所得的经验，是决不能充分证明必然 性的。”比如，子女像自己的父母，这是人们早就观察到的现象，但是为什么像父母，这其
中的因果关系是观察不到的。在生物发展过程中,人们经过大量的生物实验,揭示了生物的 遗传密码"的存在,才真正说明了其中的因果联系。因为一切生物,无一不含有核酸一生物 传种接代的基本物质。每个生物都把各自的遗传密码传给下一代,下一代就按照这个密码生 长发育,因而,子女像父母的必然性得到说明。 (3)实验具有创造性观察可以为科研搜集大量的资料,但它只能去搜集自然现象所提 供的东西。实验可以主动地从自然现象中索取人们所需要的东西,满足人们的需要。在生物 学实验中,人们可以把生物遗传基因核酸分子提取出来,在生物体外进行切割,安装在特定 载体上,输送到受体细胞中,把不同生物的遗传特性重新组合起来,就可以创造出一种新物 可见在科研中,科学实验具有更大的优越性 2.科学实验的作用 实验方法具有以下作用: (1)实验方法可以简化和纯化研究对象自然界中的现象十分复杂,事物及现象之间以 及事物内部诸要素之间存在着错综复杂的联系。在这种情况下,要想把握事物的本质和规律, 靠经验观察是不行的。实验可以通过仪器、设备等手段,根据研究的目的要求,在严格控制 的实验条件下,把自然过程加以简化和纯化,排除各种偶然因素、次要因素和外界的 干扰,使研究对象的某些属性或联系以纯粹的形态表现出来。如关于摩擦生热的实验: 英国科学家戴维在1709年把实验仪器保持在水的冰点,排除了实验物品和周围环境的热交 换,在真空的实验器物里,用一架钟表的机件使两块冰相互摩擦,结果两块冰都融化了,从 而证明了由于摩擦的作用而使冰块融化成水,证明了冰融化所需要的热来源于摩擦,有力地 否定了当时占统治地位的”热素说"。 1956年,美籍华裔物理学家吴健雄所做的在弱相互作用下宇称不守恒的实验也是通过简 化和纯化自然现象的办法来实现的。她用钴-60来做实验,可是在常温下钴一60本身的热运 动和自旋方向是杂乱无章的,因而无法进行实验。吴健雄把钴-60冷却到0.01K,使钴核的热 运动停下来,方使实验得到顺利进行,从而排除了钴核的热运动这一因素的干扰,使钴原子 核在B衰变中上下不对称的现象显示出来,证实了弱相互作用下宇称不守恒的假设。 (简单说,宇称就是一种空间的左右对称。在物理学中,这种“对称性”就是指物理规律在某种变化下 的不变性。例如,在实验室做某一实验,你无论是今天做还是明天做,无论是今年做,还是10年以后做, 只要实验条件没有改变,所得的实验结果都应是一样的。同样,同一个物理实验,你无论放到哪一个实验 室去做,都应该得出一样的实验结果。总之,时间和空间的变化,不会改变物理规律的形式和结果 以上的这种在牛顿力学中一直成立的物理定律,到讨论“量子力学”后,便引入了“宇称守恒的观念。宇
13 中的因果关系是观察不到的。在生物发展过程中，人们经过大量的生物实验，揭示了生物的 "遗传密码"的存在，才真正说明了其中的因果联系。因为一切生物，无一不含有核酸—生物 传种接代的基本物质。每个生物都把各自的遗传密码传给下一代，下一代就按照这个密码生 长发育，因而，子女像父母的必然性得到说明。 （3）实验具有创造性观察可以为科研搜集大量的资料，但它只能去搜集自然现象所提 供的东西。实验可以主动地从自然现象中索取人们所需要的东西，满足人们的需要。在生物 学实验中，人们可以把生物遗传基因核酸分子提取出来，在生物体外进行切割，安装在特定 载体上，输送到受体细胞中，把不同生物的遗传特性重新组合起来，就可以创造出一种新物 种。 可见在科研中，科学实验具有更大的优越性。 2.科学实验的作用 实验方法具有以下作用: （1）实验方法可以简化和纯化研究对象自然界中的现象十分复杂，事物及现象之间以 及事物内部诸要素之间存在着错综复杂的联系。在这种情况下，要想把握事物的本质和规律， 靠经验观察是不行的。实验可以通过仪器、设备等手段，根据研究的目的要求，在严格控制 的实验条件下，把自然过程加以简化和纯化，排除各种偶然因素、次要因素和外界的 干扰，使研究对象的某些属性或联系以纯粹的形态表现出来。如关于摩擦生热的实验： 英国科学家戴维在1709年把实验仪器保持在水的冰点，排除了实验物品和周围环境的热交 换，在真空的实验器物里，用一架钟表的机件使两块冰相互摩擦，结果两块冰都融化了，从 而证明了由于摩擦的作用而使冰块融化成水，证明了冰融化所需要的热来源于摩擦，有力地 否定了当时占统治地位的"热素说"。 1956年，美籍华裔物理学家吴健雄所做的在弱相互作用下宇称不守恒的实验也是通过简 化和纯化自然现象的办法来实现的。她用钴-60来做实验，可是在常温下钴一60本身的热运 动和自旋方向是杂乱无章的，因而无法进行实验。吴健雄把钴-60冷却到0.01K，使钴核的热 运动停下来，方使实验得到顺利进行，从而排除了钴核的热运动这一因素的干扰，使钴原子 核在 衰变中上下不对称的现象显示出来，证实了弱相互作用下宇称不守恒的假设。 （简单说，宇称就是一种空间的左右对称。在物理学中，这种“对称性”就是指物理规律在某种变化下 的不变性。例如，在实验室做某一实验，你无论是今天做还是明天做，无论是今年做，还是10年以后做， 只要实验条件没有改变，所得的实验结果都应是一样的。同样，同一个物理实验，你无论放到哪一个实验 室去做，都应该得出一样的实验结果。总之，时间和空间的变化，不会改变物理规律的形式和结果。 以上的这种在牛顿力学中一直成立的物理定律，到讨论“量子力学”后，便引入了“宇称守恒”的观念。宇
称守恒定律是说,物理定律在最深的层次上,不分左右,即左边和右边是守恒的。宇称守恒定律原本是物 理学界一致相信的原理之一,这已是历史的定论。 1956年之前,吴健雄已因在β衰变方面所作过的细致精密又多种多样的实验工作而为核物理学界所熟 知。1956年李政道、杨振宁提出在β衰变过程中宇称可能不守恒之后,吴健雄立即领导她的小组进行了 个实验,在极低温(001K)下用强磁场把钴-60原子核自旋方向极化(即使自旋几乎都在同一方向),而观 察钴-60原子核β衰变放出的电子的出射方向。他们发现绝大多数电子的出射方向都和钻-60原子核的自旋方 向相反。就是说,钻60原子核的自旋方向和它的β衰变的电子出射方向形成左手螺旋,而不形成右手螺旋。 但如果宇称守恒,则必须左右对称,左右手螺旋两种机会相等。因此,这个实验结果证实了弱相互作用中 的宇称不守恒。由此,在个物理学界产生了极为深远的影响。) (2)实验可以强化自然现象有些事物在常态下不易暴露其特殊性质和规律;只有在一些 极端的情况下,这些特殊的性质和规律才能显现。在科学实验中,人们可以造成在自然条件 下无法出现的特殊条件,使研究对象处于某种定向强化的极端状态,以获取通常不易得到或 不能得到的新事实(新性质)。如造成静态气压高达200万-300万的大气压,动态气压高达100 万大气压的超高压,接近绝对零度的超低温,几十亿分之一大气压的超高真空,以及能量高 达几千亿电子伏特的高能加速器等条件,在这样极端的条件下,可以发现事物的许多新性质 例如,在超高压的作用下,不但使分子之间、原子之间的自由空间被压缩变小了,而且当超 高压达到一定程度,电子壳层也发生了巨大的变化,甚至把电子压进到原子核里面去,则变 成了超固态,这将引起物质的物理性质和化学性质显著地变化,或者变成自然界中尚未发现 的新物质。 (3)实验条件下可以再现自然现象对于事过境迁,规模巨大的自然现象,可以创造特 定的条件,使自然过程在实验中再现出来。如在实验室中模拟几亿年以前地球上的物理状态 再现地球的起源和演化过程。中科院大气物理研究所进行的大气环流模拟实验,可以将由地 面垂直向上几万米的整个大气层的运动,在实验室里再现出来。大气环流模拟的转台,三小 时就能模拟一年的气候变化。此外,由于实验室具有规模小、周期短、花钱少等优点,因而 可以多次重复进行,以获得可靠的实验材料。 (4)通过人的有效控制,可以加速或延缓自然过程自然界的现象有的过程十分缓慢 有的过程又过于短暂,给科学研究带来了不便,不是难以把握,失去研究机会,就是旷日持 久,大大延长研究周期。使用观察法对以上问题就束手无策。通过科学实验,通过人为的控 制,不仅可以延缓自然过程,还可加速自然过程,还能延续瞬时出现的自然过程,就像电影 的高速摄影技术一样,使人能捕捉到候忽即逝的自然现象。如美国科学家米勒曾在1953年在 实验室中进行地球原始大气及闪电模拟实验,经过一周的实验,在实验条件下形成了地球上 几十亿年前出现的构成蛋白质的氨基酸,还合成了某些蛋白质、脱氧核糖核酸等生物大分子 这反映了实验方法与观察方法不同的特点和优点
14 称守恒定律是说，物理定律在最深的层次上，不分左右，即左边和右边是守恒的。宇称守恒定律原本是物 理学界一致相信的原理之一，这已是历史的定论。 1956年之前，吴健雄已因在β衰变方面所作过的细致精密又多种多样的实验工作而为核物理学界所熟 知。1956年李政道、杨振宁提出在β衰变过程中宇称可能不守恒之后，吴健雄立即领导她的小组进行了一 个实验，在极低温（0.01K）下用强磁场把钴-60原子核自旋方向极化（即使自旋几乎都在同一方向），而观 察钴-60原子核β衰变放出的电子的出射方向。他们发现绝大多数电子的出射方向都和钴-60原子核的自旋方 向相反。就是说，钴-60原子核的自旋方向和它的β衰变的电子出射方向形成左手螺旋，而不形成右手螺旋。 但如果宇称守恒，则必须左右对称，左右手螺旋两种机会相等。因此，这个实验结果证实了弱相互作用中 的宇称不守恒。由此，在个物理学界产生了极为深远的影响。） （2）实验可以强化自然现象有些事物在常态下不易暴露其特殊性质和规律;只有在一些 极端的情况下，这些特殊的性质和规律才能显现。在科学实验中，人们可以造成在自然条件 下无法出现的特殊条件，使研究对象处于某种定向强化的极端状态，以获取通常不易得到或 不能得到的新事实(新性质)。如造成静态气压高达200万一300万的大气压，动态气压高达100 万大气压的超高压，接近绝对零度的超低温，几十亿分之一大气压的超高真空，以及能量高 达几千亿电子伏特的高能加速器等条件，在这样极端的条件下，可以发现事物的许多新性质。 例如，在超高压的作用下，不但使分子之间、原子之间的自由空间被压缩变小了，而且当超 高压达到一定程度，电子壳层也发生了巨大的变化，甚至把电子压进到原子核里面去，则变 成了超固态，这将引起物质的物理性质和化学性质显著地变化，或者变成自然界中尚未发现 的新物质。 （3）实验条件下可以再现自然现象对于事过境迁，规模巨大的自然现象，可以创造特 定的条件，使自然过程在实验中再现出来。如在实验室中模拟几亿年以前地球上的物理状态， 再现地球的起源和演化过程。中科院大气物理研究所进行的大气环流模拟实验，可以将由地 面垂直向上几万米的整个大气层的运动，在实验室里再现出来。大气环流模拟的转台，三小 时就能模拟一年的气候变化。此外，由于实验室具有规模小、周期短、花钱少等优点，因而 可以多次重复进行，以获得可靠的实验材料。 （4）通过人的有效控制，可以加速或延缓自然过程自然界的现象有的过程十分缓慢， 有的过程又过于短暂，给科学研究带来了不便，不是难以把握，失去研究机会，就是旷日持 久，大大延长研究周期。使用观察法对以上问题就束手无策。通过科学实验，通过人为的控 制，不仅可以延缓自然过程，还可加速自然过程，还能延续瞬时出现的自然过程，就像电影 的高速摄影技术一样，使人能捕捉到候忽即逝的自然现象。如美国科学家米勒曾在1953年在 实验室中进行地球原始大气及闪电模拟实验，经过一周的实验，在实验条件下形成了地球上 几十亿年前出现的构成蛋白质的氨基酸，还合成了某些蛋白质、脱氧核糖核酸等生物大分子。 这反映了实验方法与观察方法不同的特点和优点
除此之外,实验方法还是一种经济可靠的认识自然和变革自然的方法。人类对自然界的 认识和实践过程是一种探索性的活动。它可能要经历曲折复杂的过程,经过多次失败才能成 功。实验相对于生产实践而言,规模较小,周期较短,费用较少,即使失败,损失也较小。 实验对环境及人身安全的影响也比生产活动易于控制,因此表现出经济可靠的优点 由于实验具有上述特点和优点,使得自然科学有可能凭借实验室中的优越条件,超越生 产实践的某些局限性,走在生产实践的前面,直接推动各门自然科学理论的研究,而科学实 验也成为一个相对独立的社会实践领域。当今在这个领域申,既有专职的实验研究人员,也 有专用的实验手段和装备,并形成了一系列专门的实验技术和方法。实验手段和装备以及实 验技术和方法的进步,都会大大推进科学的发展。目前,拥有大型实验装备的国家级的中心 实验室已在基础科研中占据重要地位。我国于20世纪80年代末期也在北京建成了正负电子对 撞机国家实验室,成为我国基础科学研究的基地,对我国基础科学研究具有重大的推动作用。 3.2实验的类型和程序 1)实验的类型随着科学的发展,实验手段越来越强,实验水平越来越高,实验种类越来 越多;在不同的学科和不同的实验目的下,所需要进行的实验也是多种多样的。但是,归纳 起来,一般常见的有以下几种 (1)定性实验这种实验的目的是①判定实验对象具有哪些性质,Q测定某些因素是否 存在,测定某些因素间是否具有某种关系,④测定某些物质的定性组成,探讨对象的内部 结构等。例如,关于伦琴射线的波动本性,最初被一些著名的科学家所否认,而晶体的空间 点阵假说,除少数对晶体学感兴趣的物理学家以外,多数人也采取了相反的观点。但是1912 年,弗里德里希和克尼平根据劳厄的预言,从实验上证明了伦琴射线通过晶体的空间点阵时 所引起的干涉现象,这种实验对于伦琴射线的波动本性和晶体中原子的周期性排列,提供了 决定性的证据。再比如,科学家迈克尔逊和莫雷1887年进行的判定以太是否存在的实验,根 据实验设计,如果以太存在,在实验中应能观察到干涉条纹的移动,虽然实验达到了很高的 精度但都未观察到干涉条纹的移动。实验的”零结果"否定了以太风的存在,否定了绝对运动 也证实了光速不变。可以看出,科学研究中,一些判决性实验可以判决一个假说或理论的生 死。但是还要说明的是,有时定性实验所作出的某种判定只有相对的意义。如人们对光的本 性的认识存在牛顿的"物质微粒说"和惠更斯的”弹性波动说”的对立,从这两种学说中可以推 论出两种结论:物质微粒只能具有直线传播的特性,而不能有干涉和衍射现象发生。如果是 种波动,那么除了直线传播外,还应具有涉和衍射现象这些波动的基本特点。后来,托马 斯·杨和京菲涅)的干涉实验结果,的确观察到了光的干涉条纹,实验宣告了牛顿微粒说的
15 除此之外，实验方法还是一种经济可靠的认识自然和变革自然的方法。人类对自然界的 认识和实践过程是一种探索性的活动。它可能要经历曲折复杂的过程，经过多次失败才能成 功。实验相对于生产实践而言，规模较小，周期较短，费用较少，即使失败，损失也较小。 实验对环境及人身安全的影响也比生产活动易于控制，因此表现出经济可靠的优点。 由于实验具有上述特点和优点，使得自然科学有可能凭借实验室中的优越条件，超越生 产实践的某些局限性，走在生产实践的前面，直接推动各门自然科学理论的研究，而科学实 验也成为一个相对独立的社会实践领域。当今在这个领域申，既有专职的实验研究人员，也 有专用的实验手段和装备，并形成了一系列专门的实验技术和方法。实验手段和装备以及实 验技术和方法的进步，都会大大推进科学的发展。目前，拥有大型实验装备的国家级的中心 实验室已在基础科研中占据重要地位。我国于20世纪80年代末期也在北京建成了正负电子对 撞机国家实验室，成为我国基础科学研究的基地，对我国基础科学研究具有重大的推动作用。 3.2实验的类型和程序 1)实验的类型随着科学的发展，实验手段越来越强，实验水平越来越高，实验种类越来 越多;在不同的学科和不同的实验目的下，所需要进行的实验也是多种多样的。但是，归纳 起来，一般常见的有以下几种: （1）定性实验这种实验的目的是○1 判定实验对象具有哪些性质，○2 测定某些因素是否 存在，○3 测定某些因素间是否具有某种关系，○4 测定某些物质的定性组成，探讨对象的内部 结构等。例如，关于伦琴射线的波动本性，最初被一些著名的科学家所否认，而晶体的空间 点阵假说，除少数对晶体学感兴趣的物理学家以外，多数人也采取了相反的观点。但是1912 年，弗里德里希和克尼平根据劳厄的预言，从实验上证明了伦琴射线通过晶体的空间点阵时 所引起的干涉现象，这种实验对于伦琴射线的波动本性和晶体中原子的周期性排列，提供了 决定性的证据。再比如，科学家迈克尔逊和莫雷1887年进行的判定以太是否存在的实验，根 据实验设计，如果以太存在，在实验中应能观察到干涉条纹的移动，虽然实验达到了很高的 精度但都未观察到干涉条纹的移动。实验的"零结果"否定了以太风的存在，否定了绝对运动， 也证实了光速不变。可以看出，科学研究中，一些判决性实验可以判决一个假说或理论的生 死。但是还要说明的是，有时定性实验所作出的某种判定只有相对的意义。如人们对光的本 性的认识存在牛顿的"物质微粒说"和惠更斯的"弹性波动说"的对立，从这两种学说中可以推 论出两种结论:物质微粒只能具有直线传播的特性，而不能有干涉和衍射现象发生。如果是 一种波动，那么除了直线传播外，还应具有涉和衍射现象这些波动的基本特点。后来，托马 斯·杨和京菲涅)的干涉实验结果，的确观察到了光的干涉条纹，实验宣告了牛顿微粒说的