物理理论与物理实验之关系--从对“理论永远无法推翻实验”的质疑谈起.pdfVIP

2014年第 5期 物理通报 物理 问题讨论 物理理论与物理实验之关系 — — 从对 “理论永远无法推翻实验”的质疑谈起 解 问鼎 孙 艺 郭雅洁 (苏州大学物理科学与技术学院 江苏 苏州 215006) (收稿 日期：2013一io一22) 摘 要：人教社高中物理教材中引用的物理学家丁肇中的一句名言 “实验可以推翻理论，而理论永远无法推翻 实验”引起不少学生质疑．本文论述为什么理论永远无法推翻实验，解答学生疑惑．希望唤起中学物理教师对物理 实验 的重视 ，纠正一些中学教师关于 “实验是辅助理论学习的”的错误认识． 关键词 ：物理 实验 理论 要是没有实验证明的话 ，是没有意义的．”[1爱因斯 1 问题提出的背景 坦从另一个角度强调了科学实验的重要性 ：“一切关 人教版教材 《高中物理 ·必修 1》课后章节 “学 于实在的知识 ，都是 以经验开始 ，又终结于经验 的”． 生实验”一章，在章首名人名言部分引用了丁肇中 而经验又主要地来 自科学实验 [2]．可见，实验是非常 教授的一句名言 “实验可以推翻理论 ，而理论永远无 重要的．但是 ，在整个物理学发展史上 ，物理理论与 法推翻实验”．很多学生在看到这句话时都会加以推 实验的先后关系却像是 “鸡生蛋、蛋生鸡”一样奇 敲．“实验可以推翻理论”是大多数同学都赞同的， 妙．在量子论之前，物理学的发展大都是由实验到方 “理论永远无法推翻实验”却引起好多学生的怀疑： 程 、规律乃至整个理论体系 ，如经典力学、电学、磁 通过理论分析来证明一个实验是错误的不就是用理 学、热力学等都是遵循这样的途径，这一时期多是实 论推翻了实验吗?一些喜欢钻研 的同学还查阅学过 验超前、理论落后．在量子论之后 ，这个过程被倒转 的物理实验和物理学史 的有关内容 ，寻找理论可以 过来 ，物理学家首先是建立方程、推导理论框架 、然 推翻实验的例证．有同学认为 ：狭义相对论理论的出 后再 回到实验 ，由实验来验证理论 的真理性 ，如狭义 现推翻了低速运动下才成立的牛顿力学理论 ，在牛 相对论、广义相对论 、量子力学、粒子物理学等都是 顿力学理论下成立的物理实验不是也被推翻了吗? 这样 ，这一时期又是理论超前、实验落后．跨越 了这 也有 同学认为：伽利略理想实验实际上是无法做到 两个时期的场论观念 ，又很好地说明了实验与理论 的实验，是在理想情况下的推理 ，该推理建立在理论 的相互促进 ：没有受过正统数学教育只懂得一点微 上，那么该理论确实推翻了亚里士多德关于静止是 积分的法拉第，通过大量实验提 出磁场线 的概念来 物体 “自然本性”的错误实验．还有同学认为 ：数学 反对许多理论定律所推崇的超距作用 ，他用大量实 理论就是没有实验的，只有严密的逻辑和有效的数 验向人们展示了明确地显示磁场的邻接性质的磁场 据，想保证 “绝对正确”只有数学可以，所以只有通 线，建立 了电磁场理论；麦克斯韦从场 的概念出发， 过严密数学推导的物理理论才是正确的，与之相违 运用丰富的想象力 、精湛 的数学造诣跳 出经典力学 背的实验都将被推翻．还有同学指出：能量守恒定律 框架的束缚，用数学分析方法推动麦克斯韦 电磁理 的出现，推翻了一切关于第一类永动机的实验，而且 论的诞生，实现了电场与磁场的统一 ，并预言了电磁 该理论本身是没有