科学要研究各种什么

研究表明，吃维生素有利于健康，也有害于健康，最新发现的一种药草可以增强记忆力，或者损害你的肝脏，头条新闻报道了一种前景光明的癌症治疗方法，接着却再也没有提及，每天，我们被吸睛的新闻所轰炸，它们都有科学研究的支持，但这些研究到底是什么，它们是如何进行的，我们怎么知道它们是否可靠，当涉及饮食和医疗信息时，首先需要记住的是，虽然实施在动物或单个细胞上的研究，可以引导未来的研究，但想知道它们如何影响人类的唯一方法，是通过一个有人体参与的研究，当涉及人体研究的时候。科学的黄金标准就是，随机临床试验，或者叫RCT，RCT的关键是人，被试者被随机分配到各个研究组，他们通常是不知情的，这样可以使研究更加严谨，这个过程是为了保证，是研究者想要研究的东西，举个例子，当测试一种全新的治疗头痛的药物时，一太群有头痛间题的人，一大群有头痛间题的人，会被随机分配到两组，另一组得到安慰剂，在正确的随机分配下，两组间，唯一显著的区别，就是他们有没有得到药物。而不是其他会影响结果的因素，随机临床试验是非常有用的工具，事实上，美国食品及药物管理局（FDA),通常要求在新药上市前，要进行至少两次随机临床试验，但是问题是在很多案例里，随机临床试验是不可能的，这可能是因为它不切实际，或者是因为需要过多的志愿者，或者是因为需要过多的志愿者，科学家们使用一种流行病学研究，科学家们使用一种流行病学研究，它简单地观察人们的日常行为，而不是通过随机分配主动参与者，来控制不变量，假设我们想研究，一种市场上的草药成分，是否会引起恶心，我们不会故意给人们。一些可能造成他们恶心的东西，而是找到那些在日常生活中，已经服用了这种成分的人，这个组叫做队列，他们并没有接触过这种成分，接着我们就要比较数据，流行病学研究非常有用，可用于研究几乎任何东西对健康的影响，而不需要直接干扰人们的生活，也不会让人们接触到有潜在危险的东西，那么，我们为什么不依赖这些研究，来研究物质和它们对健康的影响，之间的因果关系，问题是，即使是实施得最好的流行病学研究，也存在内在的缺陷，准确的说是因为被试者。不是被随机分配到他们的组别的，比如在我们的草药研究中，如果队列是由那些因为健康原因，而服用草药成分的人所组成的，他们可能本身就比在另一个组里的人，更有可能感到恶心，或者说队列组有可能，由那些在健康食品商店购物的人组成，由那些在健康食品商店购物的人组成，或者由不同饮食习惯的人组成，或者由那些享有更好的医疗保健的人组成，这些在被研究因素之外，也可能影响到结果的因素，被称为混肴变量，这两个主要的缺陷，加上更多的常规性问题——,比如利益冲突或是选择性地使用数据，能让任何流行病学的发现变得可疑，而一个好的研究必须不厌其烦地，来证明它的研究者采取了必要的步骤。来消除各种类型的错误，但是，即使这些都做到了，流行病学研究的本质，是研究已经存在的不同组别的差异，而不是在相同群体内特意加入差别，这意味着一个单独的研究，只能证明，一种物质和一个健康结果之间的一种关联，而不是一个真的因果联系，最后我想说，流行病学研究在公共健康中起到了非常大的指导作用，警告我们某些严重的健康威胁，比如吸烟、石棉、铅，还有更多，而所有这些研究都指向同一结果，所以，下次你看到一个头条新闻，关于某种全新神奇的治疗，或是关于某种日常用品产生的可怕威胁，试着去看一下原始的研究，去了解流行病学研究和临床试验中内在的局限性，而不是直接跳过去读结论。

一般来说，没有创新性的学术论文是没有学术价值的，从严格意义上讲，它也不是真正的学术论文。因此，学术论文应当具有创新性，这种创新性表现在与已有研究论著不同的新发现上，包括新论点、新理论、新方法、新技术、新手段或新材料等。尽管创新性是对学术论文的要求，但创新却并非撰写学术论文所能做到的。学术论文只能反映研究情况，创新是研究的结果。没有研究的创新，不可能有学术论文的创新。在医刊汇编辑看来，要做创新性研究，写创新性论文，可以从以下几个方面着手。一、主题创新。选择新问题进行研究，是科学研究创新的主要途径。研究新问题，不但能够拓宽科学研究领域，而且能够在人所未及的问题上发表拓荒性的见解和研究结论。因此，学者们无不投人大量的精力以发现新问题，开垦科学研究的新领域。但事实上，在科学研究日渐繁荣的今天，主题创新的难度也日渐加大。尽管如此，从事科学研究，就要不断探寻新问题，不断拓宽研究主题，努力为学科创新贡献自己的学术智慧。二、视角创新。面对学术研究中的老问题，要做出创新性研究，可以通过视角创新来实现。所谓视角创新，就是在科学研究中，采用现有研究中未曾使用过的相关学科分析范式或有关学说理论，研究本学科中的老主题，以期获得新的研究结论。视角的创新不但可能有助对问题本身做出新的解释，而且还可能获得从其他视角所不能获得的富有启发意义的新的研究结论。所以，在科学研究中，提倡多学科研究，提倡运用其他学科的理论来研究本学科问题，目的就在于通过视角创新以获得研究结果的创新。三、论点创新。论点创新是任何一项研究都不能回避的任务，只有不遗余力地追求论点的创新，科学研究工作才能对学问有所贡献，学术才能不断进步。学术论文应当反映科学研究创新的成果，科学研究创新成果到了学术论文中就体现在论点上。从科学研究创新成果到论点，需要经历一个归纳、提炼、升华和规范化的过程。归纳、提炼与升华是针对论点的科学性而言的，规范化是针对论点表述的准确性而言的。要实现论点创新，应以获取独创性研究结果为研究的根本目的，脚踏实地，潜心研究，推陈出新。而且在论文写作中，要反复推敲、斟酌语言表达的准确性和简练性。四、方法创新。方法是创新的工具，科学研究是以科学的方法为手段的学术研究。研究方法本身的创新对学术创新具有重要意义，采用不同的研究方法所得出的研究结果可能是不同的。所以在科学研究中，对同一个问题一般鼓励采用不同的研究方法，以获取不同的研究结果，丰富人们对该问题的认识，促进学术的繁荣。经常看到一些学术论文在研究方法部分，陈述一堆的方法，什么文献研究法、实证研究法、比较研究法、案例研究法、定性研究法、定量研究法、规范研究法等，但在正文中却未见作者是如何采用这些方法解决问题的。出现这种情况的原因，往往在于写作者对研究方法的意义的认识不到位，对方法的运用还没有掌握，只知道有这些方法，却不知道在研究具体问题时应该采用什么方法。显而易见，这样看待和使用研究方法，是不可能做出创新性研究、写出高质量论文的。五、材料创新。材料是科学研究的素材，如果没有材料，科学研究寸步难行。以不同的材料为基础所开展的科学研究，结果可能大相径庭，当然，也存在殊途同归的可能性，不过，这种可能性极小。科学研究需要利用各种可能的合法途径，获取尽可能丰富的研究材料，以提高研究结果的普适性。但就具体的研究者而言，受主客观条件的限制，所能获得的研究材料总是有限的。这样，对于不同的研究者来讲，努力获得人们未曾使用过的材料，在新材料基础上开展自己的研究，就可能做出创新性研究。很多人做研究、写文章，怕苦、怕累，怕做深入、细致的材料搜集，怕做历史材料的发掘清理，主要利用网络搜索寻找现成的相关材料。尽管这些现成材料的价值毋容置疑，但占有一手材料，用新的材料研究问题，是做出创新性研究的重要条件。所以，在科学研究中，利用一切可能的机会和条件，获得属于自己发现的研究材料，尽可能少用二手、三手材料，是研究结论创新的重要保证。

1、科学，到底是什么？我觉得这个话题太大，至少我自己无法明确的讲明白。因为国内不管是科学的思维，还是基本的科学素养，都还处于很初级的阶段，所以经常会在各种话题上遭遇对于科学的误解、反驳、甚至敌视。每当这个时候，除了就事论事的对于事件本身进行讨论以外，总想用一个比较简单的概念把科学是什么讲清楚。首先科学是可检验的，然后科学是一套知识体系。从最初的哲学，到自然科学，再到自然科学下各个不同的学科，比如物理、生物、化学、心理学等等，这是一整套树状的知识体系。另外，这套体系的每一步，都是可检验的。而可检验最重要的一环，就是证据——清晰到让别人都认可的证据，明确到可追溯的逻辑的证据。不管是关联性的逻辑，还是因果性的逻辑，只要另外有人在相同条件下检验成功了，那就是科学。2、不知道大家有没有这样的疑问，在哥伦布之前，美洲大陆上早已有了文明，也繁衍了几千年，为什么我们会称哥伦布“发现”新大陆呢？凯文凯利在《科技要什么》这本书里提到，那是因为哥伦布把美洲大陆这个知识和人类科学的“主流知识”联系在了一起。孤岛式的知识是不行的。科学发展到现在，每一个树叉叉上都是很明确的，任何新的东西都得从我这儿长出来。因为这么一个完整的体系，才能确保里面任何一个新的发展，都是可重复、可检验的，这些发展不需要任何特殊的时间，也不需要特殊的文化，更不需要品德的高尚和人格的完美才可以。以前对于中国功夫里面的“气”非常的着迷，我觉得人与人之间格斗，归根结底是力量、速度和技巧的博弈，那么中国功夫厉害只能厉害在“气”对于力量和速度的加成上。于是这个“气”就像一个孤岛式的知识，想要验证它的存在，那就必须把它归类到科学的体系中，是属于一种物质？还是属于一种波？还是属于什么？然后它的作用的原理是什么？是否可以用数学方程来描写呢？同样的道理，中医里面的阴阳五行，诊脉技巧也属于独立于科学体系外的孤岛式知识，等有哪一天，出现另外一个哥伦布，他把这里东西和主流科学连到了一起。那么我们也可以说是他，发现了中医。也只有这样，中医才能抛开掌握绝学的几个躲在深山和文学作品里面的老师傅，变成像青霉素一样，任何一个医院，任何一个医生都能使用的有小技术。可惜的是，从80年代到现在，每年多少亿投进去，至今都没有出现哪怕一个哥伦布。3、有的时候，你会反驳，科学未必就是真理，多少年前地球人还认为地心说就是真理呢？其实最怕的就是这种疑问，因为对方不明白科学的定义。科学不仅仅是需要大家都承认，而且还得有证据。霍金前几天走了，但是诺贝尔奖没有给他，为什么？因为他的黑洞辐射理论，无法被观测到，所以就算大家都是共识，数学上也没错，但是大家都不一定认为是对的。地心说按照现代科学的思维，那就必须先观测到宇宙的样子，在确定地球的位置，然后定义中心的定义，最后明确地心说的数学方程。而几百年前的地心说，不叫科学，那只是一个猜想，就像霍金的黑洞辐射一样的猜想。只要还存在争论，还没有实锤可检验的证据，那就无法被挂上科学的这套体系大树。我们往往会举曾经有重大科学发现，但是被世人嘲笑的例子，如果你去研究那个事件的经过，你就会发现并不是世人愚蠢，而是在那个发现只是一个猜想，或者实验的结果只是偶然不可重复。我们的确是会错过一些科学的进步，但是同时更多的是避免了科学的走歪路。因为没有这个科学的严谨性（没有实锤、可检验可重复的实验就不被承认），那就不会有这套科学的知识体系大树。4、所以当你遇到一个概念，你想要明确这是不是科学的时候，除了讨论其可检验的严谨性以外，我们还可以仔细思考下，如果这是真的，那它应该归属于哪个科学的分支内。科学研究的本来就是有限的真理，不管我们走到了哪一步，都是对真实世界的管中窥豹。我们能看到的能确定的，是科学所承认的。但是那些你所深信的，你觉得未来科学会遇到，那也是未来的事。比如中医里面的“气”，未来在量子领域或者超弦理论这条树枝的前方相遇了，我依然会把它归结为运气，而不是说我们老祖宗几千年钱就预测到了“量子领域”。毕竟你幼儿园时期看着世界地图说，世界五大洲以前是一体的吧？这只是你的一个幻想而已。而科学是要拿出化石的证据、南极低下煤炭的证据，海底岩层年龄和大陆岩层年龄差来验证这个猜想的可能性，还得用火山理论来验证大陆漂移的动力来源。不仅要用相关性证明猜想的可能，还得用明确的因果性逻辑来演示现象的合理性，这才是科学。况且，科学远远不是说得到一个因果性就足够的，它还得有一套机制，明确解释它发生的逻辑。比如大陆漂移学说，用数学模型，用方程式算出板块地带火山喷发的力度、频次，加上时间等等因素，最后导出结论。比如二氧化碳导致全球变暖，还得明白二氧化碳为什么会让全球变暖，因为二氧化碳会吸收从地面反射回空中的红外线，再把这个能力辐射到空气中让温度升高。所以，科学研究真正的关键，是发现机制。水变油，永动机，脉中的气，体内的湿，上火的火，里面每一步的机制明确了，并且可验证可重复了，他们才会是科学的一部分。

大家好，我是本文的小编小白，喜欢我的文章的小伙伴，记得点赞加关注哦~关于科学，人会问，讲了那么多可量化，可证伪的事儿，还说这个阴阳五行不是科学。那科学到底是什么？跟我们大众理解的科学是不是一个意思呢？凭什么判定有数千年历史的阴阳五行它不是科学呢？今天我们就来聊聊这个科学这个词。小编个人认为，是一个最为大众所熟知又被误解最深的词语之一。在普遍大众心里，科学就代表正确，代表真理比较好的东西。凡事如果是科学的，那么就是好的，褒义的。凡事如果是不科学的，就代表是假的，贬义的。科学这个词儿被滥用得太过了，其实科学不代表正确，否则法官你都请科学家来当好了。科学也不代表真理，否则各个宗教的派别你请科学家来讲到就好了。科学家也不代表好的事物，各种惨绝人寰的生化武器，都是出自科学家之手。那么到底是什么科学，科学家其实很年轻，它是起源于古希腊的自然哲学。在欧洲文艺复兴时期，大概是中国的明代那个时候产生，后来传遍世界。科学这个词定义有很多，辞海和不列颠百科全书对科学的都有着不同的描述。小编个人是比较认可科基百科对于科学词条的定义，科学是通过经验时的方法对现象进行归因的学科，其实对于科学如何定义，并不是那么重要，更重要的是判断科学理论的标准。比如说研究封建社会，至于秦始皇的生父到底是谁其实无关痛痒，研究封建社会的各种历史要素才是重中之重。关于判断科学理论，其实有这么几个标准。第一就是自洽性，不能自相矛盾。第二个就是简洁性，科学理论应该简单明了，没有多余的无关的概念。比如说万有引力定律，其原文是这样表述的任意两个质点由通过连心线方向的利益互相吸引，该引力的大小与它们的质量的乘积成正比，与他们的距离的平方成反比，与两物体的化学本质或者是物理状态以及中介物质无关。咱们假如说把它改成两个质点背后存在着力量之神，它会发魔力把两个质点往一起推，表现为两个质点好像在互相吸引，这个力量的大小与它们的质量的乘积成正比，与他们之间的距离的平方成反比。力量之神不可见，而且没有质量。这个修改版本虽然说可以和原版一样应用而没有什么影响，但是不能称之为科学理论，其中多出来一个力量之神是多余的概念。第三个就是适用范围明确。截止目前为止，还没有科学理论是世间万物无所不包的。比如我们刚才说的万有引力定律，它的范围就是在有质量的物质之间的引力上的，而不能把它应用到这个电磁力上来。第四个就是实践性。科学理论不能与任何适当范围内的已知事实产生矛盾，并且可以做出预测，这个预测还可以被检验，并且还得有已经被证实的预测。这个说的有点复杂，咱们拿广义相对论来举个例子。它包容已知的牛顿定律，而且没有已知的事实产生矛盾。它能够解释牛顿力学不能解释的水星近日点反常进动现象，并且预测了光线经过太阳时的偏折角度，这个预测在上个世纪被证实。咱们再举个反例，像那些做法是跳大神的神棍们，他们当然也可以有自己的一套理论，可以解释日食、月食、天狗食月，但是你让他们预测一下，下一次日食什么时候发生，你觉得什么后面的预测会准确吗？第五就是普适性。没有国际科学理论，不会有文化种族信仰的界限。就是说哈勃定律不会有欧美哈勃定律和中国哈勃定律之分，阿基米德浮力原理的也不会因为使用人种的不同而产生差异，它更不会被归为古希腊的文化遗产。一个理论可以称之为科学理论，就得满足以上要求，通过科学理论得出的结论和观点，人们称之为科学结论。平时常说的什么是科学，其实说的就是这个事儿是否是科学结论，每一个科学理论的一旦诞生，往往化身为人类的一件神兵利器。在其适用范围内无往不利，也正因为科学理论的这个可靠性，使得科学这个词慢慢的就给人以正确的印象。使人们以为科学就是被发现的真理，但是事实并不是这样，科学并不代表真理。我们应该这样理解它，科学理论只是在其适用范围内与事实符合得很好，但即使是科学这点有限的可靠性，也使得人类在其诞生的这300年间，在许多方面脱胎换骨，焕然一新。科学理论虽然可靠性好，但也不是什么事都可以用它讨论的。好了，今天的内容就到这了，喜欢我的文章可以点赞加关注，有什么疑问可以在评论处留言，我们明天再见。

我们并无任何已被确认的、能理解全部自然现象的科学理论。撰文 | 卢昌海The most incomprehensible thing about the world is that it is comprehensible.- Albert Einstein科学的目的很佩服做哲学研究的人，无论什么话题都能够洋洋洒洒地写出几十万言。有时候觉得他们有点象诗人，小中见大，平中见奇，能够把一个简单的概念写复杂了。一部沉甸甸的著作常常会引起人们本能的敬畏，一句听起来似懂非懂的话常常让人觉得“嗯，有点哲学味”。这种敬畏，这种“哲学味”，在一定程度上使大众疏远了科学。曲高则和寡，自古如此。科学的数学结构是抽象的，但科学的理念却是朴素的[1]。当爱因斯坦为指南针神秘的方向性感到惊讶时，他只有4岁，还没有来得及读亚里士多德，也还看不懂康德。后来人们认为爱因斯坦是个天才，但那时候的他还只是一个晚熟的孩子。他感到了惊讶，因为他不知道事情为什么会这样；他后来成为了物理学家，因为他想知道事情为什么会这样。只有真正朴素的理念才能和一个4岁孩童的朦胧理性产生耦合，而我深信一个真正朴素的理念是不需要用几十万字才能说清楚的。这个宇宙的演化是有逻辑规律的，这个宇宙间丰繁多姿的现象背后是有原因的，这是科学存在的前提，也是任何智慧存在的前提。至于这个宇宙为什么是有逻辑规律的，这并不属于科学的范畴。我们存在于这样一个宇宙之中，这是一个基本的经验事实[2]。这个经验事实也意味着逻辑推理的有效性是一个近乎于先验的基本事实。就象宇宙间所有的其他存在一样，科学的存在也是有因果的，科学存在的具体形式是和它所要达到的目的紧密相联的。环顾我们周围的世界，从草木竹石到飞禽走兽，从戈壁草原到冰川湖泊，小至蝼蚁尘埃，大至日月星辰，世间的现象是如此的千变万化，无穷无尽，就象满地的珍珠，如若没有丝线相串，何以尽拾？科学也是这个道理，万物无穷而人力有限，理解事物的唯一有效的方法就是简化。把许多现象归结为一个道理，窥一隅而知全貌，就是一种最有效的简化。寻求对自然现象的这种简化是人类试图理解、预言和利用自然现象的最重要途径，也是科学朴素而优美的目标。当然，我们也应当看到，“简化”是一个比较含糊的字眼，不问内涵地追求简化会使人误入歧途。最大而又最荒唐的简化莫过于把一切归因于上帝，就象《圣经》所宣称的，那比牛顿定律、麦克斯韦方程式，或相对论的基本原理简单多了。但那不是科学，因为《圣经》只不过是把它所要“解释”的东西罗列了一遍，上帝第一天创造什么，第二天创造什么……如此而已。哪怕略去其中无数的错误不论，这种所谓的“解释”除生添一个上帝外，也并不构成任何实质意义上的简化。更重要的是，这种“简化”缺乏人们对科学的一个很基本的期盼，那就是要能够预言未知或未来的现象。仅限于对已知及已经发生过的现象进行罗列、归纳或整理，哪怕做得很到位，也更接近于历史而不是科学。那么，对自然现象什么样的理解能够构成实质意义上的简化，并且具有科学所必须具有的预言能力呢？是以逻辑推理为依据的理解。把科学的理论框架建立在逻辑推理之上是其力量的重要源泉，也是科学有别于宗教的一个极其本质的特征。在一个科学理论中，从基本原理到对现象的解释，是以逻辑推理的方式来衔接的。由于——如前所述——逻辑推理的有效性是一个近乎于先验的基本事实，我相信人类远在意识到“逻辑”这个概念之前，就已经在本能地运用着初等的逻辑推理了。逻辑推理具有极大的延展性和客观性。从一个科学理论的基本假设出发，运用逻辑推理可以衍生出近乎于无限的推论，而且这些推论是以非常确凿并且独立于个人意志的方式存在着的。一个科学理论一旦提出，就以一种严谨而谦虚的方式存在于学术界。任何人都有权对它的基本假定和逻辑推论进行检验。任何一个那样的检验如果得出明确的否定结果，就意味着理论被推翻，或者其局限性被发现。科学理论的这一特征被科学哲学家波普尔（Karl Popper，1902-1994）提升到了一个很核心的地位。波普尔写过许多大部头的书，其中一个基本的观点，就是认为一个理论成为科学理论的必要条件是这个理论具有可证伪性（falsifiability）。也就是说一个理论要成为科学理论，必须明确地提出在何种情形下自己可以被推翻。这一点初看起来很出人意表，因为通常人们在思考科学理论时，往往是从证明而不是证伪的角度去考虑的。但细想一下其实却不难理解，因为一个科学理论的推论是无穷尽的，再多的实验也只能加强它的可信性而无法证明它的正确性。相反，由于科学理论有着明晰的逻辑结构，要推翻它却只要有一个确凿的反例就可以了。人性有弱点，科学家是人，因而也不例外。疏忽、偏见，甚至蓄意的伪造都有可能带来谬误。科学之所以能够在探索自然的漫长征途中去芜存菁，获得卓越的发展，正是得益于科学理论严密的逻辑性和科学界这种公正、谦虚和理性的态度，这是人类智慧的骄傲[3]。综上所述，科学的目的可以大致地叙述为：科学寻求的是对自然现象逻辑上最简单的描述。注释1. 本文所说的科学是指自然科学。2. 喜欢“人择原理”的话，可以认为假如这个宇宙不是这样的，那就不会有任何“人”来问“宇宙为什么会是这样的”。这不仅是因为在一个没有逻辑规律的宇宙中不可能产生所谓的智慧生命(想一想什么是智慧)，而且也是因为问问题本身就是一种逻辑的思维方式。在一个没有逻辑规律的宇宙中，这样的思维方式是没有意义的。因此我们在这里问这个问题本身就已经假定了宇宙是有逻辑规律的。3. 相形之下，政治舞台和宗教神坛上不容挑战的唯一真理之类的自我标榜是何等的虚伪。小议数学与物理先来议论几句数学与物理的关系，抛砖引玉吧（大家快把玉准备好！）。Einstein曾经表达过这样的意思（这些都是十好几年前看过的东西，现在书留在了杭州老家，只能凭记忆说了）：数学当它不与物理实在相联系的时候，它是严格的，而当它与物理实在相联系的时候，它就不再严格了。以几何为例，最初它来源于经验，但经过长时间的演化，到了Hilbert时代已经演化成了一个非常纯粹的形式体系。Hilbert有句名言，大意是说把几何公理中的点、线、面换成啤酒、酒瓶和酒杯（或是别的三样东西，或是不同的顺序，记不清了）也可以。这就是说几何体系中的那些基本概念，它们究竟是什么并不重要，重要的是它们满足几何公理。事实上那些概念本身正是用公理来定义的，它们并不需要对应于现实或经验世界中的任何具体的东西。也正因为如此，对于这样的形式体系，我们可以谈论它的自洽性、完备性，可以谈论体系中任何具体命题的正确性，但对整个体系本身却不谈它的正确与错误（如果谈的话，正确指的往往就是自洽）。一个数学体系是否被数学界所认可，是否是一个数学意义上的有效体系，关键在于其是否自洽（原本还可以加上完备性，但由于Gdel同志把水大大地搅浑了，就先从略，以后再论）。物理体系则不同，除了自洽之外，还有一个是否正确的问题，即是否构成对自然的一种可接受的描述的问题。一个理论体系，即便没有任何矛盾，但如果它与观测不符，就无法成为一个物理理论，在物理中立足。这是物理与数学的一个很大的差异。但是在一种情况下数学也具有了是否正确的问题，那就是当我们把数学体系中的概念与物理现实中的概念对应起来的时候。比方说如果我们把几何中的线对应于物理上真空中的短程线（当然也可以象Hilbert那样把线对应于酒瓶，但对于普通酒瓶来说几何公理显然是不成立的），那Euclid几何立即就变成了对物理世界的一种描述，几何也就变成了一种物理。在荣升为物理理论的同时，几何失去了数学意义上的真理性，它必须接受观测的检验，并且完全有可能被证伪——即Einstein所说的“不再严格”。关于原则上不可观测的东西原则上不可观测的东西通常不是物理学研究的对象。不过这并不意味着物理学就不可以涉及这类东西。如果一个物理理论与实验符合得很好，可以解释许多物理现象，并且具有预言能力……一句话，具有一个优秀物理理论的各种性质，但同时却涉及了一些原则上不可观测的东西。这样的理论是不会仅仅因为它涉及了原则上不可观测的东西就被摒弃的。举个例子来说，暴胀宇宙模型通常涉及大量与我们观测宇宙在因果上隔绝——从而在原则上不可观测——的其它宇宙，但这并没有成为物理学家研究这一理论的障碍。物理学家们不仅积极地研究这样的理论，而且并不认为有必要修改理论，使之恰好只包含可观测的东西（为其它目的而修改则是另外一回事）。这就好比我们不会介意用一个定义域包含整个实轴的函数(比如线性函数)来描述一组原则上取值只能为正的实验结果。不过物理学家们虽然不会仅仅因为一个理论涉及了原则上不可观测的东西就摒弃它，但另一方面，他们也不会因为一个理论在可观测区域与实验相符，就轻易赋予其对原则上不可观测区域的描述以实在性。科学理论中的预言是针对原则上可观测的现象而言的（需要说明的是，对原则上可观测还是不可观测作区分判定，本身就有赖于我们对物理世界的理解，从而往往不是永恒不变的。因此本文所着眼的并非是指出具体哪些东西是原则上不可观测的，而只是说明一个物理理论不会仅仅因为涉及到(起码在当时被认为是)原则上不可观测的东西就被摒弃）。容易被物理学家抛弃的是那些只涉及原则上不可观测的东西，或者以那些东西为主体，却对可观测现象缺乏良好描述能力的理论。要注意的是，在这里被接受与被抛弃之间的界限是十分模糊的。把这一界限搞清楚通常是科学哲学家喜欢的课题。不过我觉得科学哲学之所以有那么多流派，很重要的一个原因就是科学哲学家们往往试图把一些没有可能、或没有必要精确化的东西加以精确化。对一个本质上模糊的东西精确化显然会有许多不同的做法，在模糊地带各人可以有不同的划界方法，每种划界方法都有其道理，同时却不免都有反例（否则就不模糊了）。出现反例大家就修改界限，结果改来改去，把界限改得跟分形似的，却依然说不清道不明，形成永远争论不完的话题。:-)小议物理学与哲学哲学与物理学的差异之一是哲学侧重于通过思辩的方式来研究问题，而物理学（现代物理）侧重于通过数学的方式。在一些很基础的物理问题上物理学家也许并不比哲学家高明太多，就象在一次马拉松赛跑的开始十米中我们可以与冠军选手跑得一样快，但这并不意味着两者之间差异就真的很小。在science community中，没有了哲学家与没有了物理学家，其后果是完全不同的。现代物理的任何进展几乎都不可能由纯哲学思辩来获得，即使是当一些进展出现后人们可以回溯到某位哲学家的思想时也一样，因为那些思想本身并不足以成为现代科学，而且往往永远也不足以单独成为现代科学。我怀疑如果人们足够仔细，也许会在某位哲学家的文字中找到暗示弦而非粒子是世界本原的见解，没有人会认为这样的哲学家和Edward Witten差不多高明，或对物理世界的理解差不多深刻。一些物理学家的确从纯哲学著作中得到过方法论上的启示，但不是所有物理学家都如此。在很多时候，物理学家从自己的研究中得到的方法论上的心得虽不如哲学家的思维那样精致，但在引导科学研究时却未必不如从哲学家那里学来的有效。这么说不是要抹杀哲学的意义（我自己对哲学也不无兴趣），不过我认为不能因为在某些方面物理学和哲学一样无能为力，就认为两者对现代科学所起的作用可以比拟。其实别说哲学，在某些大家一样无知的领域，物理学甚至不比神学、巫术，乃至街头混混的癔语高明多少（所有的“零”都是差不多的），但最终将是物理学而非其它成为探索自然本原最锐利的武器。「小议数学与物理」、「关于原则上不可观测的东西」、「小议物理学与哲学及科学的内容与科学的方法」是作者在其个人主页上与网友讨论时发表的有关“什么是科学”的短文。科学的内容与科学的方法除科学的目的外，在本文中我们还将用到一个有关科学的基本事实，那就是：有关科学的基本事实：我们并无任何已被确认的、能理解全部自然现象的科学理论。上述事实应该是足够显而易见的，而且显然是被科学界所普遍认可的。当然，我们都知道，世界要比科学界大得多，在科学界之外也有很多人宣称自己在做“研究”，并且口气往往很大。如果他们当中有人认为自己已经有了可被确认的、能理解全部自然现象（从而可以推翻上述基本事实）的理论，那么我愿意从无数个自然现象之中举出一个特定的现象——μ 子反常磁矩——供他们做初步自检。明确了科学的目的及上述有关科学的基本事实，我们就可以以之为出发点，来回答一个对本文来说具有核心意义的问题，即什么样的方法是我们追求科学的目的时应该采用的正确方法？这个问题的答案并不复杂。我们首先注意到：既然我们并无任何已被确认的、能理解全部自然现象的理论，那么为追求科学的目的所提出的任何东西就都存在出错的可能性。而既然存在出错的可能性，那么纠错就是必不可少的。因此，追求科学目的的正确方法所须满足的第一个基本特征就是允许纠错，并且具有纠错能力：追求科学目的的正确方法所须满足的基本特征之一：允许纠错，并且具有纠错能力。既然需要纠错，那么接下来的一个很自然的问题就是：以什么为依据来纠错？这个问题的答案也很简单：既然科学寻求的是对自然现象逻辑上最简单的描述，那么纠错的依据显然就是自然现象及逻辑推理。由于我们了解自然现象的基本途径是观测与实验[1]，因此追求科学目的的正确方法就必须尊重观测与实验，尊重逻辑推理。这是纠错的依据，也是追求科学目的的正确方法所须满足的第二个基本特征：追求科学目的的正确方法所须满足的基本特征之二：尊重观测与实验，尊重逻辑推理。这两个基本特征正是科学方法的基本特征，反过来说，任何方法只要切实满足上述基本特征，就是科学方法，这可以说是科学方法的定义（或定义的一部分）。虽然科学哲学的推理大都是模糊的，有时甚至是似是而非的，但上述推理在我看来是例外，只要认同前面所列的科学的目的及基本事实，上述特征就是必然推论，在这点上并无多少模糊性。从这个意义上讲，科学方法不仅优于其它认知方法，而且还是追求科学目的的唯一正确的方法。当然，这里有必要说明一点，那就是不用科学方法，或者说用不正确的方法，未必一定不能产生出对科学有用的东西，它只是不能系统性地产生那样的东西，而且随着科学的不断发展，不用科学方法而产生出对科学有用的东西的可能性会越来越小。为民科辩护的人常常会说：民科的东西未必一定是错误的。说得很对，其实别说是民科的东西，哪怕是胡乱敲击键盘的猴子敲出的东西，也会有一个不为零的概率能包含一些正确的东西（是否有人愿意为了那样的概率来阅读那样的东西，就另当别论了）[2]。但是，不管用什么方法得到的东西，如果要成为科学理论，就必须接受科学方法的检验[3]。在本文的最后，我们稍稍扯远一点。参与或旁观过有关科学与宗教的讨论的读者也许大都见过这样的场景，那就是每当有人提出科学优于宗教时，往往就会有人反驳说科学也有不能解释的东西[4]。在这里我们要顺便强调一点，那就是：我们支持科学，首先支持的是科学的方法，其次才是科学的内容。科学与人类对未知世界的其它一些认知方式之间最本质的差异，在于他们对待未知及对待自身的态度迥然不同。科学的自我纠错、自我完善的能力是许多其它认知方式所不具有的。许多人以科学也有不能解释的东西来为宗教等辩护，看似思路开阔，不拘泥于已有的知识体系，实际上却忽略了一个最重要的地方：那就是正因为已有的知识体系存在局限性，才更需要一种像科学那样能够客观理性地对待自身局限性，随时愿意接受证伪的认知方式，这是我们认为科学远远优于其它认知方式的最深层的原因。正是因为科学具有这种素质，我们通过科学方法所获得的知识才远比通过其它认知方式所得到的东西更客观，更接近正确，也更有希望达到正确。但这种通过科学方法所获得的知识——即科学的内容——尽管已是人类知识中最值得珍视的部分，它的价值与科学方法相比仍是其次的。只要科学方法存在，哪怕所有具体的知识都失去了，使科学的直接解释能力暂时降到与宗教一样薄弱的地步，假以时日，科学依然能够重新发展起来，并远远超越其它认知方式。注释1. 我通常用“观测”表示对来自于自然现象的信息的直接接收(比如观测行星的运动)，而用“实验”表示对人为安排过的现象所做的观测。不过实际上，哪怕“观测”也并不是完全直接的，而是与理论有关(比如任何通过视觉的观测都依赖于光学理论)。观测和实验与理论之间的关系实际上是一种相当复杂的依赖关系。不过它们之间必不可少的自洽要求还是能让我们区分好的与坏的理论体系。比方说，如果一个理论体系认为真空中的光线是七扭八歪的，那么我们观测到的椭圆轨道经过这种光学理论一反推，就会对应于相当复杂的行星轨道。相应的，引力理论就不可能如牛顿引力那样简单。那样的理论体系——如果能够建立起来的话——就会明显不如我们现有的理论体系来得优越。2. 需要说明的是，在这里提到胡乱敲击键盘的猴子并非是要用一个概率更小的例子来贬低民科。事实上，从文字上碰对一些东西的概率，固然是民科远远高于胡乱敲击键盘的猴子；但另一方面，一涉及到具有一定复杂度的技术性内容，情况就恰好相反：胡乱敲击键盘的猴子会有一个不为零的概率碰对，而民科由于翻来覆去只会在自己那口井里扑腾，碰对的概率反倒是零。因此这两者是互有长短，而非一者贬低另一者的关系。3. 当然，如前所述，方法往往取决于目的，科学的方法是为了追求科学的目的而采用的方法，在所有可能的方法中，它只是一个小小的部分。在这个世界上，不同的人有不同的追求，如果所追求的不是科学的目的，那么相应地，所采用的也就不一定是——甚至一定不能是——科学的方法。比方说，如果所追求的是某种不容挑战的教条——比如《圣经》或某某主义，那么所采用的就会是一些截然不同的方法，比如自欺、欺骗、附会、偷换概念、混淆逻辑、答非所问、选择性目盲、选择性遗忘、请不听话的人“喝茶”、请很不听话的人上“火刑柱”，等等，这些都不是科学的方法。4. 有关这一点的进一步讨论，可参阅拙作科学哲学讨论中的 “大规模杀伤武器”。补注1. 由于科学具有的众所周知的力量，“科学”二字得到了广泛的应用，使很多东西变成了“科学”。这其中一个重要的例子是“社会科学”。什么是社会科学？我心目中的定义是：使用科学方法研究社会现象的学科。这个名称要想名副其实，社会科学就同样需要遵循科学方法的基本特征(特征二所提到的“尊重观测与实验”可改成“尊重社会调研结果”等)。用这个标准来衡量，当年那种不允许对某某主义纠错的学科就不能称为社会科学(因为不符合科学方法的特征一)。2. 在本文发表之后，快刀浪子网友提出了一个问题，那就是奥卡姆剃刀(Ocam'sRazor)算不算是科学方法的基本特征？我的看法是：奥卡姆剃刀在科学经常受到伪科学或宗教渗透的年代是很有用的，因为它可以把上帝之类没有逻辑价值的假设“剃”掉。不过，虽然伪科学与宗教至今仍在社会上盛行，但它们对科学界的渗透已大不如前。当代科学家在从事研究时，纠错、观测、实验、逻辑推理等仍是日常行为，但已极少有机会用到奥卡姆剃刀(因为已极少有科学家在研究中提出没有逻辑价值的多余假设)。因此我没把奥卡姆剃刀列为科学方法的基本特征，虽然它也可以视为是科学目的中“逻辑上最简单”这一用语的推论之一。本文经作者授权发表，略有删节。欲读作者更多文章，可查看卢昌海个人主页www.changhai.org。特 别 提 示1. 进入『返朴』微信公众号底部菜单“精品专栏“，可查阅不同主题系列科普文章。2. 『返朴』提供按月检索文章功能。关注公众号，回复四位数组成的年份+月份，如“1903”，可获取2019年3月的文章索引，以此类推。《返朴》，科学家领航的好科普。国际著名物理学家文小刚与生物学家颜宁共同出任总编辑，与数十位不同领域一流学者组成的编委会一起，与你共同求索。

自古以来，全世界都流传着很多的神话传说，并因此形成的各种宗教也传播着这种神学，科学把这些神话传说当成是迷信，但奇怪得是，一些世界著名的科学家晚年的时候都喜欢研究神学，比如发现万有引力定律的牛顿，发现相对论的爱因斯坦，这两位在物理界的地位那可是无人可撼动。那为什么牛顿，爱因斯坦晚年的时候要去研究神学呢？难道他们也相信神的存在？有记者曾经问爱因斯坦这个问题，爱因斯坦是这样回答的，“记者先生，您知道是谁将咖啡等物安放在此处的？”记者回答：“当然是阁下。”爱斯坦接着便说：“小到咖啡杯等物，尚且需要一种力量来安排；那么请想想：宇宙拥有多少星球，而每一星球按照某一轨道运行无间，此种安排运行的力量就是神！爱因斯坦说，人类已知的是有限的一个圆，未知的是圆外的世界，是无限的。有些人认为宗教不合乎科学道理。我是一个研究科学的人，我深切的知道，今天的科学只能证明某种物体的存在，而不能证明某种物体不存在。”爱因斯坦回答记者的这些问题是很值得我们反思的，爱因斯坦用宇宙来比喻，认为宇宙的星球如此有序的背后一定有一股神秘的力量在推动，那这股力量的背后会是什么呢？当前人类已经踏入探索宇宙的步伐，而对宇宙的来历，其实我们是一无所知，宇宙怎么来的？宇宙是自然形成的还是被创造出来的？可能很多人都认为，宇宙是由奇点大爆炸而来的，宇宙是自然形成的，背后没有什么力量在推动，这或许只是一部分科学家的观点，但事实真是这样吗？或许不一定。宇宙有多大，无人知道，我们只知道，宇宙的行星不计其数，那文明必然也是无数的，有的比地球的文明高，有的比地球的文明低，人类真正发展科技才不过上百年，宇宙中发展了几万年，几亿年的文明肯定是有的，他们的科技发展到何种程度也是我们无法想像的。现代科学家又提出一个多元宇宙的概念，认为宇宙不是唯一的，在一片混沌的空间中，无数的宇宙林立，而我们所处的宇宙只是其中之一。那么这些宇宙的年龄必然是不一样的，有的宇宙可能比我们的宇宙要老几千亿岁，这些古老的宇宙中的文明，他们的文明科技远超我们宇宙中的高级文明。科技可以改变世界，同样科技也可以创造世界，当一个文明发展到一定程度的时候，就有了创造的能力，那么这些古老宇宙中的古老文明会不会就有创造宇宙的能力呢。他们把一颗种子放到混沌空间中，然后这颗种子爆炸，膨胀形成宇宙，我们的宇宙会不会就是古老文明创造出来的？而这些能创造宇宙的文明对于我们来说那就是神，创世神不一定不存在，但神不是迷信，所谓的神也是一个文明种族，只是他们比我们发展了无数年，能力非凡。当人类的科技也向前发展几亿年，几百亿年，那么人类文明也会发展到很高的程度，到那时会不会也有创造世界，创造星系，甚至是创造宇宙的能力呢？其实这种能力就是一种科技手段。而低级文明的智慧生命也会把人类当成神。科学家之所以晚年喜欢研究神学，并不是说科学家迷信，而是科学家到了晚年发现了宇宙中的一些秘密，认为宇宙的背后可能有一个高级文明在推动，他们研究的其实是这些高级文明，并不是所谓的神，只是高级文明比我们的科技先进太多了，相对于人类来说，高级文明就是神。小伙伴们明白了吗？

我们从初中就开始学习物理，不知道小伙伴们有没有考虑过，物理学究竟是在研究些什么东西？可能会有小伙伴说，物理就是研究力、热、声、光、电……等等啊。这么说当然也不能算错，但是你只说出了物理的一些侧面。其实物理的最终目的是想发现这个世界运行的最本质上的规则。发现规则又是个啥意思呢？我打个比方，就好比让不会下围棋的人去看下围棋，通过看棋来学习下围棋，没有人教，没有人告诉我们围棋的规则是什么，能不能学会，我不知道，但是通过大量的看别人下棋，肯定会发现一些规律是吧？其实物理就是这样，我们一群人，当中聪明的那部分，在观察自然的运作规则的时候，发现的规则多的，或者是那些掌握了规则多的，就成为了物理学家。在几百年前，这些最聪明的人中有人提出了一种发现宇宙“下棋”规则的方法，这个方法就是观察、推理、实验和数学描述。后来的人，把这个方法叫做科学方法。物理学家们，企图利用这个方法去发现宇宙“这盘棋”的全部规则，来还原出一个完整的宇宙是如何在这个“规则”下变成今天这个样子的。本文就来做一下这样的尝试，通过对宇宙的经典规则的探讨，来描述一下物理学究竟都是在研究些啥。经典宇宙的样子经典的宇宙是活跃在欧几里得几何所描绘的三维空间之中，事务在叫做时间的媒介中变化。舞台上的基本元素是粒子，比如原子，它们有很多自身的属性。第一个属性是惯性：如果一个粒子在运动，它将继续沿同一个方向运动下去，除非它受到力的作用。嘿嘿，有没有很熟悉啊，对啦，这就是牛顿第一定律，也叫做惯性定律。第二个基本元素就是力，当时（1920年之前）物理学家们认为力有两种：第一种力是一种极其复杂、细致的相互作用力，它以复杂的方式将各种原子结合在不同的组合中，它决定了温度升高时食盐是溶解得快些还是慢些。另一种当时已知的力是一种长程相互作用，一种变化平缓的、悄悄的吸引力，与距离的平方成反比，叫做万有引力。当然了，那时候关于物体为什么会保持运动状态，以及为什么会存在万有引力定律大家还都是不知道的。即使是现在，其实也还没有完全搞清楚。虽然发现了“上帝粒子”，但是科学家同样发现，并不是所有的质量都是由“上帝粒子”贡献的。这个不是本文的话题，这里不多讨论了。总之，我们是发现粒子运动的一些规律的。按照当时的观点，对物质的描述，气体和实际上一切物质，都是大量运动着的粒子。这样，我们可以把很多身边的事物之间的关系建立起联系。比如压强，它来自粒子与容器壁或别的什么东西的碰撞。粒子的移动如果平均而言沿着一个方向运动，那就是风；而无规则的内部运动就是热。大量的粒子聚集在一起使密度超过平均值，它们将成堆的粒子不断向外散开，这就生成了波，这种过剩密度的波就是声音。能够理解这么多的事务，这是一个重大的成就。那时候的科学家们认为粒子的种类有92种，我们现在已经知道的元素种类已经超过110多种，这些不同的粒子有不同的名称和不同的化学性质。在化学反应中，这些粒子的种类不变。超短程力面对着这些化学元素中的粒子，我们都会很好奇为什么氧气分子是两个氧原子组合在一起，而不是3个或者是4个，原子之间相互作用的机制是什么？是万有引力吗？当然不是万有引力了，它实在是太弱了。但是想象有这样一种力，它与万有引力相似，也随距离的平方成反比变化，但强得多，并且有一个重要差别：在万有引力下一切物体都是相互吸引的，但是现在想象存在有两类“东西”，这种“新力”就是电力，具有同性相斥、异性相吸的性质。携带这样的强的相互作用的东西叫做电荷。那么，我们最终会得到些什么结果呢？让我们把两个等量的异种电荷放在一起，这很容易办到，异性电荷相吸嘛，一正一负，紧紧地贴在一起。我们再在距离它们一定距离之外放上另外一个电荷（第三个电荷）。这个电荷会感到任何吸引吗？它实际上不会感受到任何力的作用，因为前两个电荷大小相等，那么一个的吸引力和另一个的排斥力就会抵消。因此在任何可观的距离上的力都很小。但是，如果我们使第三个电荷与前两个非常靠近，就会产生吸引，因为同号电荷的排斥和异号电荷的吸引会使异号电荷更靠近些，并使同号电荷远离。这样排斥力就将小于吸引力。这就是由正电荷和负电荷组成的原子，在它们相隔一个可观的距离时，相互作用的力很小（万有引力除外）的原因。当它们靠近时，它们就能够相互“看到内部”，重新安排它们的电荷，结果它们之间就产生了很强的相互作用。原子之间的相互作用的终极原因是电的作用。由于这个力是如此之大，一切正电荷和一切负电荷通常 会结合成一个尽可能紧密的组合。万事万物，包括我们自己，都是由极细微的、强烈地相互作用着的带正电和带负电的粒子组成，正电荷和负电荷相互抵消。偶尔，我们可以从一件东西上擦下来一点点带正电的粒子或带负电的粒子（当然了，擦下来带负电的粒子要比较容易一些），这时候电力不再抵消，我们就会看到电的吸引作用。考虑两粒沙子，大小为1毫米，距离30米。如果它们之间的力不被抵消，也就是说，如果所有的电荷都相互吸引而不是同号电荷相斥，因此没有抵消，那么，它们之间的力有多大呢？有300万吨！你瞧，正电荷或负电荷的数目只要超过或不足很少一点点，就足以产生可观的电效应了。当然，这就是你（用非电学方法）看不出带电物体和不带电物体的差别的原因——涉及粒子数目如此之少，它们很难对一个物体的重量或大小造成什么差别。有了这幅图像，原子就比较容易理解了。人们设想在原子的重心有一个“原子核”，它带正电并且有很大的质量，周围环绕着一定数目的“电子”，电子很轻并且带负电。当然了，现在我们都知道原子核本身也包含两种粒子：质子和种子，他们的质量几乎相同，非常重。质子带电而中子不带电。如果我们有一个原子，它的原子核里有2个质子，外面环绕着2个电子（通常的物质世界中的负电粒子都是电子，它们比组成原子核的质子和中子轻得多）。这是元素周期表中的第2号元素（或者说其原子序数为2），叫做氦。第8号元素叫做氧，等等。因为化学性质取决于核外的电子，并且事实上只取决于那里有多少个电子。因此，一种物质的化学性质完全取决于一个数，电子的个数。关于电力还有更多的发现电相互作用的一个自然的解释是，两个物体简单地相互吸引，正的吸引负的。但是后来发现，用这个概念来表示电相互作用并不恰当。对电相互作用的一个更恰当的表示是，正电荷的存在在某种意义上扭曲了空间的“状态”，或在空间产生了一种新“状态”，使得我们把一个负电荷放进来时它会感受到一个力。这个产生力的潜在可能性叫做电场。把一个电子放进电场，它就会受到一个“拉力”。于是我们就得到两条规则：1、电荷产生一个电场；2、电场中的电荷会受到力的作用而运动。讨论下面的现象，用电场来表示电作用的理由就更清楚了。如果我们使一个物体比如一根玻璃棒带电（哈哈，之所以用这个案例，是因为我们初中学习摩擦起电就是用的这个道具），然后把一张带电的纸放在离玻璃棒一段距离外。前后移动玻璃棒，纸片会有反应，总是指向玻璃棒。如果把玻璃棒摇动得更快，就会发现纸片的运动要落后一些，即作用有所滞后。（在第一个阶段，当我们相当慢地移动玻璃棒时，我们还看到一种并发症，那就是是磁。做相对运动的电荷必定有磁作用，因此磁力和电力实际上可以归结为一个场，就像同一事物的两个不同侧面。一个变化的电场不可能离开磁场而存在。）如果我们把带电的纸片移动到更远的地方，滞后就更大。这时观察到一件有趣的事：虽然两个带电物体之间的力应当与距离的平方成反比变化，但却发现，当我们摇动一个电荷时，其影响伸展的范围要比我们乍看之下所猜想的远得多。这就是说，这个效应下降得比平方反比律慢。现在让我们一起来做一个小实验：在一个水池里，近旁有一个漂浮的软木塞。用另一个软木塞划水，可以直接使前一个软木塞运动。如果你只注意看两个软木塞，你将会看到一个的运动是对另一个的运动的立即响应——两个软木塞之间有某种“相互作用”。当然，实际上我们所做的是搅动水，然后水再去扰动另一个软木塞。我们可以建立一条“定律”；如果轻轻划动水，水里邻近的物体就会运动。如果第二个软木塞离得更远，它就几乎不动，因为我们只是局部地搅动水。反之，如果我们使软木塞上下运动，就发生一种新现象，水的运动带动了周围的水，形成了向外传播的波，波的效应，它无法从直接相互作用的观点理解。因此直接相互作用的观念必须代之以通过水发生作用的观念，或者在电的情况下，代之以所谓的电磁场。电磁场能够传送范围广泛的波；其中一部分是光波，别的则用在无线电广播中，它们总的名字是电磁波。这些震荡的波可以有各种频率。一种波与另一种波的唯一真正的差别就在于震荡的频率。如果我们把一个电荷摇动得越来越快，看它产生的效应，我们将得到整整一系列不同的效应，它们由一个数，即每秒钟的震荡次数，统一在一起。建筑物墙上的电线中的电流产生的“干扰信号”的频率大约是每秒50周左右。如果我们把频率增加到每秒500或1000千周，那就是无线电光波所用的频率范围。英文中“正在广播”是on the air，当然广播和空气（Air）毫无关系！没有任何空气在真空中也可以进行无线电广播。如果我们再次提高频率，我们就进入了调频广播和电视所用的波段。频率进一步增高就是短波，例如雷达用的波。频率再高，就不需要用仪器来“看”这些波了，我们可以用肉眼来看。在5*10^14~5*10^15赫兹的频率范围内，只要我们能把玻璃棒摇得这么快，我们的眼睛能够看见带电玻璃棒的振荡。我们将看到红光、蓝光或紫光，以它们的频率而定。低于这个频率的叫做红外光，高于这个范围的叫紫外光。从一个物理学家的观点看，我们能够看见特定频率范围的波这一个事实，并不会让这一段电磁波谱比别的波段更特别，但是从一个人的观点看，当然这个波段更令人感兴趣。如果频率再高，我们就得到X射线。X射线不是别的，只不过是频率很高的光。频率再高，就得到伽马射线。X射线和伽马射线这两个名称，几乎是当作同义词来使用。通常把从原子核发出的电磁波射线叫做伽马射线，而从原子发出的高能电磁波则叫做X射线，但是不论它们起源在那里，它们的频率相同时，在物理上是无法分别的。频率更高的波，比方说10^24赫兹，我们可以人工生成，比方用同步加速器。在宇宙射线中，我们可以发现频率极高的波，其振荡频率甚至更快1000倍。这些波我们目前还不能控制。到这里，本文就写完了，可能有些小伙伴觉得文章写得很散，所以我还需要总结一下。其实，本文的所要表达内容就是在经典物理学的范围内，对1920年之前科学所作出的成就，对我们这个世界的理解做一般阐述，从而表达出物理学的最终目的是要做什么。小伙伴们，您明白了吗？如果您还有什么疑问，欢迎在文章的评论区里面留言讨论。

科学是人类共同努力，以了解或更好地了解自然世界的历史以及自然世界的工作方式，并以可观察到的物理证据作为这种理解的基础。它是通过观察自然现象和/或通过尝试在受控条件下模拟自然过程的实验来完成的。考虑一些例子。观察鸟领地行为的生态学家和研究露头中化石分布的地质学家都是科学家，他们的观察是为了寻找自然现象的模式。他们只是在户外做，因此以他们的行为来娱乐大众。拍摄遥远星系的天体物理学家和从气象气球中筛选数据的气候学家也是科学家，但他们在更离散的环境中进行观测。上面的例子是观察科学，但也有实验科学。观察各种温度下一个化学反应速率的化学家和记录中子轰击特定物质的结果的核物理学家都是科学家，他们都在进行实验，以观察出现一致的模式。观察特定组织对各种刺激物反应的生物学家同样正在尝试寻找行为模式。这些人通常在实验室工作，穿着白色实验室外套，这似乎也意味着他们也赚了更多的钱。关键的共同点是，所有这些人都在进行并记录对自然或自然模拟的观察，以便更多地了解自然的工作原理。我们将在下面看到他们的主要目标之一是表明旧观念（一个世纪前或一年前的科学家的观念）是错误的，相反，新观念可以更好地解释自然。那么为什么要开展科学工作呢？——个人视角那么，上述所有这些人都在做什么呢？在大多数情况下，他们正在收集信息以测试新想法或反对旧想法。科学家以发现改变我们对自然的思维方式的新事物而闻名，无论该发现是恐龙的新物种还是原子键合的新方式。许多科学家在一个以前未知的事实（发现）中找到了最大的快乐，这个事实解释了一些以前没有解释的问题，或者推翻了一些以前被接受的想法。那是基于崇高原则的答案，它可能解释了为什么许多人以科学为职业。从务实的角度来看，人们也做科学来赚取薪水。期望大多数大学和许多学院的教授作为雇佣合同义务的一部分，进行能够为知识做出新贡献的研究。如果他们不这样做，他们就会丢掉工作。科学家还为公司工作，并获得报酬以产生关于特定化学物质如何影响大豆生长或地球深处石油形成的新知识。这些科学家的薪水更高，但他们可能会默默无闻，因为他们产生的知识被雇主为开发新产品或技术而保密的。为什么要开展科学工作？ ——社会视角如果以上观点帮助解释了个人为什么做科学，那么人们可能还会想知道，为什么社会和国家为这些人付费以从事科学。一个社会为什么要在发展有关自然界的新知识的过程中投入一些资源，或者是什么促使这些科学家将自己的生命致力于发展这种新知识呢？答案的境界之一就是渴望改善人们的生活。遗传学家试图了解某些条件如何代代相传，而生物学家们正在追踪疾病传播的途径，显然是在寻找可以改善普通百姓生活的信息。地球科学家正在开发更好的天气预测或地震、滑坡和火山喷发预测模型，他们也在寻求可以帮助避免困扰人类几个世纪的艰苦条件的知识。至少任何一个民主社会，任何关心人民福祉的社会都将支持类似的努力，以改善人民的生活。答案的另一个领域是社会对经济发展的渴望。许多地球科学家致力于寻找更有效方法来发现或回收石油和矿石等自然资源。寻找作物的果树株或品种的植物科学家，正在为培育高营养和高产量的农作物而努力。化学家正在开发具有潜在技术应用潜力的新化学物质，而物理学家正在开发诸如超导性的新材料，同时也在开发可以刺激经济发展的知识。在世界上越来越多的国家将自己视为陷入经济竞争的世界中，对此类科学的支持无非是对经济未来的投资。答案的另一个完整领域是人类对我们的星球及其环境的日益控制。为了理解人类社会中的有毒物和废物如何通过我们的水、土壤和空气可能对我们自己造成损害，已经做了很多科学工作。为了理解我们在大气和海洋中引起的变化，如何改变我们生活的气候以及如何控制食物和水的来源，也做了很多科学工作。从某种意义上说，这样的科学试图发展人类所需要的用户手册，因为他们越来越多地（如果不知不觉地）控制了全球生态系统和许多本地生态系统。最后，由于好奇心以及对周围世界知识的满足和启发，社会支持科学。众所周知，在晴朗的夜空中我们看到的星光在数千年甚至数百万年前就离开了这些恒星，因此，我们中几乎没有人会从中获得任何经济利益，因此我们观察到的光就像是遥远过去的信使。但是，敬畏，远见，甚至从这些知识中获得的宁静对我们许多人来说都是非常宝贵的。同样，我们很少有人会从注视着水流并反思水流经过的水文循环（从遥远的海洋到天空的浮云到上游的雨水和暴风雨）中获得更大的身体幸福感。但是，来自这种知识的相互联系感，以非常有价值的方式丰富了我们对世界和生活的理解。当将这些无形的收益与上面概述的更切实的收益相结合时，难怪大多数现代社会都支持科学研究，以增进我们对周围世界的了解。研究如何成为科学知识在实验室或现场进行研究可能是一门科学，但这不一定是对知识的贡献。在科学研究发表到同行评审的期刊上之前，科学界中的任何人都不会知道或对其充满信心。他们可能会在会议上听到有关新研究的消息，也可能会通过新闻组的小道消息了解这些研究，但是在发布数据之前，没有什么太重视的。这意味着我们的生态学家必须写一篇论文（出于相当过时的原因被称为“手稿”）。在手稿中，他（她）说明了为什么他（她）的特定研究如此重要，他（她）详细说明了他（她）使用的研究方法，将所观察到的结果准确地报告了出来，然后解释了所观察到的相对于已知结果的含义。然后，他（她）将手稿发送给科学期刊的编辑，然后将其发送给两到三位专家进行审阅。如果这些专家报告说，研究是用恰当的方法且合理的方式进行的，并且结果贡献了新的有用知识，那么编辑者便会批准发表，尽管几乎不可避免地会进行一些更改或添加。在几个月内（我们希望），该论文出现在该期刊的新一期中，全世界的科学家都了解了我们生态学家的发现。当然，这项业务有些微妙之处。如果将手稿发送到《科学》或《自然》等著名杂志，那么那里的公开竞争就意味着编辑者可以选择自己认为最突破性的手稿，而拒绝其余手稿，即使手稿都做得很好的科学。然后，被拒绝的手稿的作者将他们的作品发送到一些不太出名的期刊，这些手稿可能会被发表，但听众会有所减少。不管是好是坏，科学家更倾向于阅读和接受在广泛发行的主要期刊上发表的论文，而不是在发行量较小的地区期刊上发表的论文。总而言之，科学通过发表研究成果而成为知识。然后，随着这些知识被教科书选中作为课本中的内容，以及当教授和老师决定要从这些教科书中强调什么内容时，这些科学知识就会被更多人了解，成为科普常识。科学与变革如果科学家们一直在努力寻求新发现或发展新的概念和理论，那么科学产生的知识体系就应该不断变化。这种变化是对自然的更好理解的进步。通过不断质疑我们目前的想法是否正确来实现这一目标。正如美国著名的天文学家玛丽亚·米切尔（MariaMitchell，1818-1889年）所说，“质疑一切”。结果是，随着对旧观念的质疑和新证据的发现，理论不断变化，或者至少随着时间而被修改。用卡尔·波普尔（Karl Popper）的话说，“科学是纠正错误历史”，甚至爱因斯坦（Albert Einstein）也对自己说：“爱因斯坦……每年都会收回他前一年写的东西”。许多科学家表示，他们希望在几个世纪后重生，看看那时已经发展了什么新知识和新观念，并希望看到自己所在世纪中哪些观念被抛弃了。我们今天的想法应该与我们拥有的所有证据兼容，我们希望我们的想法能够经受住未来的考验。但是，对历史的任何观察都迫使我们认识到，未来很可能会提供新的证据，从而至少会导致不同的解释。一些科学家自我意识特别强，以至于他们拒绝接受新的证据和新的想法。在那种情况下，用一个专家的话来说，“科学通过葬礼来推进葬礼”。但是，大多数科学家意识到，当今的理论可能是未来的过时思想，而我们所能希望的最好是，我们的理论将在子孙后代进行一些微调和微调的情况下得以生存。我们可以用哥白尼进行说明。今天我们大多数人，如果在街角被问到，都会说我们接受哥白尼关于地球绕太阳运动的想法——我们说日心说是正确的。然而，哥白尼本人认为，围绕太阳的行星的轨道是完美的圆形。几个世纪后，在牛顿时代，很明显，这些轨道是椭圆形的。日心说并没有被抛弃，只是对其进行了修改以考虑更详细的新观察结果。在20世纪，我们还发现椭圆的确切形状不是恒定的（因此，米兰科维奇循环可能会影响冰川的周期性）。但是，我们还没有回到以地球为中心的宇宙这一概念。相反，我们仍然接受以日心为中心的理论——随着新数据的出现，它只是随着时间的流逝而被修改。科学观念会发生变化，应该被期待发生变化的观念，有时会在更为挑剔的科学评论家中迷失。一个很好的例子是大爆炸理论。每一项新的天文学发现似乎都促使人们说：“瞧，大爆炸理论并没有预言到这一点，所以整个事情一定是错误的”。取而代之的是，发现促使理论发生了变化，通常是很小的变化。但是，一旦天体物理学家对这一理论的细节进行了充分的修改，足以说明这一新发现，批评者便说：“瞧，大爆炸理论已经被抛弃了”。相反，它只是经过修改以考虑新数据，这正是我们所说的任何科学观念都应该随着时间而发生的变化。尝试类比：想象一下您最喜欢的虚构侦探（夏洛克·福尔摩斯，马普尔小姐，南希·德鲁或其他任何人）正在研究一个艰难的案例，其中的线索只能靠断断续续地获得。大多数侦探在解决案件之前都会保留自己的工作假设。但是，让我们假设侦探这次决定随着故事的发展而思考，以揭示他们目前的主要嫌疑人以及犯罪嫌疑人的时间顺序。现在介绍一个伴随侦探的角色，当发现每条线索时，他都会大声喊道：“看，这改变了您以前的想法——一切都错了！”我们的侦探会思考，但也许会乐于不说：“不，新证据恰好帮助我弄清楚了以前困惑”。在科学界也是如此，只是自然界永远不会在最后一幕中崩溃并解释她是如何做到的。科学与知识那么，这意味着什么？这意味着科学目前还没有，而且可能永远也不会给出绝对永恒真理的陈述——它仅提供理论。我们知道，这些理论将来可能会得到完善，其中一些甚至可能会被抛弃，而倾向于那些根据未来科学家产生的数据更有意义的理论。但是，我们目前的理论是我们对世界的最佳解释。他们对大量信息进行了说明并经过了测试。考虑一些我们用来检验理论的信息：从电子显微镜到全球生态学，我们已经研究了数千种（如果不是数百万种）生物体的DNA、细胞、组织、器官和身体，从细菌到仙人掌再到蓝鲸。我们已经研究了从夸克到恒星，大小从飞秒到数百万年不等的粒子的物理行为。我们已经表征了地球上自然存在的90种左右化学元素以及我们合成的其他几种元素。我们已经使用地震学研究了地球的内部结构，既检测了浅层断层，又研究了行星核心的行为我们已经用挖泥机、瓶子、浮标、船、钻探船、潜水器和卫星研究了地球的海洋。我们已在全球范围内每分钟对地球大气层进行监测和采样。我们已经用望远镜对外部空间进行了扫描，望远镜使用的波长范围从红外线到X射线，并且已经发送了探测器来检查我们的太阳和太阳系的遥远行星。我们亲自探索了月球的表面，并从那里带回了岩石，并且我们还采样了大量的陨石，以了解来自我们星球之外的物质的更多信息。在未来的几个世纪中，我们将做更多的工作，但是我们已经收集了各种各样的信息，可以在此基础上构建理论，这些理论是我们目前对宇宙的科学理解。今天，人们有了选择的余地。一种选择是接受怀疑论者，他们在不断质疑中获得对自然界的科学（也是理论上的）理解，这是从上述所有观察和测量得出的。另一种选择，是接受人们对自然世界的传统理解，这些人们对自然世界的发展已有数百年甚至几千年的历史了，无论他们多么明智或善意，他们都只有敏锐的眼睛和丰富的想象力，这是他们的了解自然的最佳工具。

共青团中央有态度 有温度 全网青年都在关注近几年，“基础科学”被提得越来越多，不仅国务院发布了《关于全面加强基础科学研究的若干意见》，各企业也纷纷加大了对基础科学研究的投入。（图片来源：央视、澎湃等网络截图）随着中国载人飞船、月球探测、量子通信等科技成果的逐渐显现，很多人逐渐认识到加强基础科学研究对国家发展的重大意义。当然，对基础科学缺乏了解、认为其没什么实际用处的也大有人在。中国基础科学研究在世界上到底处于什么水平？我们耗时耗力研究基础科学真的值得吗？我们就此专访了中国科学院院士、中国科学院高能物理所所长王贻芳。中国科学院院士、中科院高能物理所所长王贻芳（图片来源：必应图库）王贻芳院士是首位获得“基础物理学突破奖”的中国科学家，2012年，他领导的大亚湾反应堆中微子实验发现新的中微子振荡模式，被《科学》杂志列为当年全球十大科学突破。（本文根据访谈内容综合整理。）中国曾因不重视基础科学吃了大亏什么是基础科学？我认为基础科学应该具有三方面的特征：1.有一定的规律性，反映了自然界的基本规律；2.不能直接应用到实际中，但是它是解决实际问题的基本原理，比如牛顿力学并不能教你怎么盖房子，这是土木工程需要解决的问题，但是牛顿力学是土木工程的基础；3.基础科学内部还有层次性，比如很多领域里虽然有独有的基础研究，但是都离不开数学，所以数学在基础研究里更为基础。（图片来源：veer图库）很多人经常问“基础科学看起来离我们生活非常远，好像没什么实际用处”，这种想法有些急功近利。我们无法说出某个方程、某个定律有什么具体的用途，但是整个科学体系是自洽的，基础研究就像盖房子所需的一块块砖头，虽然你不知道某一块砖有什么用，但如果把这块砖抽掉，房子就会坍塌。包括物理学在内的基础研究是为了让我们认识自然界，如果我们不了解自然，就没有办法发展和利用它。换句话说，基础研究是社会发展的最根本动力。当然，这些是不能即刻带来经济效益的。它带来的更多是短时间不能见效的东西，包括科研水平的提高，即创新能力的提高、人才的培养、对技术的推动和发展等。中国古代虽有四大发明、也有 “勾股定理”等发现，但我们只停在了“发现”阶段，并没有进一步发展出抽象的、纯粹的科学。鸦片战争失败后，中国打开大门向西方学习，引进了大量西方技术，购买枪炮，但北洋舰队还是在甲午战争中失败了，为什么?如果没有掌握科学规律，人们就不能举一反三，只能单纯就事论事，那么就永远摆脱不了落后的命运。当时我们只认为学习西方的技术才是有用的，而没有把科学体系引进到中国来。相比之下，日本在明治维新时期不仅买枪、买炮，同时还引进了西方的科学，比中国早几十年建立起了完整的科学体系，以至于中国很多科学名词都是从日本传来的。所以从根本上来说，科学应该是主干，技术是主干上发展出来的枝叶，没有科学只去做技术，最终可能什么也得不到。基础科学水平提升 欧美国家的崛起回看世界历史，欧美国家的崛起也无不与其基础科学水平的提高有关。没有热力学、牛顿力学以及麦克斯韦的电磁学等科学作为基础，两次工业革命根本无从谈起。只知道烧煤的人是没法做出蒸汽机的，必须要有热力学理论的支撑。不把电磁学搞清楚，也不可能有电的应用，如果你去问麦克斯韦他的电磁学方程有什么用，他可能没法想到我们今天享受的科技成就与此有关，包括电和电器都是他奠定的基础。拿高能物理领域来说，在研究过程中产生过很多意想不到的新技术。比如上一代美国最大的加速器“Tevatron”，给我们带来了超导磁铁技术的突破与普及，现在，医院临床所用核磁共振设备中就采用了超导磁铁。Tevatron粒子加速器（图片来源：必应图库）还有伴随我们生活的万维网，很少有人知道，它是谁发明的，实际上万维网也是在高能物理研究过程中产生的。1989年，欧洲的物理学家建设了大型强子对撞机来寻找希格斯粒子，而科学家之间需要相互交流大量的数据和程序，这成为了一个重大的问题。过去，交流依靠的是美国军方发明的E-mail（电子邮件），显然它已经不能满足科学家频繁交流的需求了，于是，欧洲核子研究中心的计算机科学家Tim·Berners-Lee开发出了世界上第一个网页浏览器，架设了第一个网页服务器，推动了万维网的产生，促进了互联网应用的迅速发展。欧洲核子研究中心（图片来源：https://news.cnblogs.com/n/180532/）不仅如此，基础科学还带来了科学的方法论。科学的方法论有两个：一是逻辑推理，二是归纳。古希腊以来，人们总结出一整套推理的方法，而弗朗西斯培根之后又有了实证科学，科学体系就是建立在归纳推理以及实证等根本支柱上。目前，在我国经常会出现一些违背科学的言论与事件。比如很多人相信各种“大师”们的言论，却没有用科学的思维问一下是不是真的合理、有没有证据支持。如果能通过发展基础科学，让更多人掌握科学的方法论，整个社会将更进一步。除此之外，还有很重要的一点是，基础科学研究是文明的一部分。国家经济发展起来并有一定的基础后，就会发展艺术、音乐、文学以及科学，人们这时就会仰望天空，探索世界是怎么回事、宇宙的根本构成，我们为什么来、将来到什么地方去？这些探索让我们永远有动力追求未知。中国的基础科学在世界上是什么水平？1.怎么评价一个国家基础科学水平的高低呢？基础科学研究的重要性就体现在它对整个科学领域的影响，一个国家有影响力的基础研究成果越多，这个国家的基础科学水平就越高。如何判断基础研究的成果有没有影响力？看看我们的教科书就会明白。无论学的是数学、物理还是化学，无论是在中学、大学还是研究生阶段，教科书里都会写到一些用科学家名字命名的基础研究成果，这些就是最经典的基础研究，它们会永远流传下去，比如，现代物理学绕不开爱因斯坦的相对论，不可能不用量子力学。当然，还有一些研究成果是被论文引用较多的，虽然也有较强的影响力，但跟写进教科书相比还是差点。到目前为止，我国已有的这些重大科学成果能够写进教科书的几乎没有。2. 中国古往今来的基础科学的水平前面也提到，中国古代没有建立起基础科学的体系，所以中国的基础科学基本就是从“零”开始，经过多年努力，中国的科技水平如今已经在世界高科技领域占有一席之地了。但因为起步较晚，中国基础科学研究跟欧美的发达国家还存在一定差距，教科书中也很少有用中国人名字命名的公式、定理等。近几年有媒体报道说，在国际上，中国的科技论文被引用数排到了第二。这是科技进步的反映，毕竟30多年前中国在国际上有一定影响力的基础科学研究很少，现在能被国际同行认可并引用，算是跨越了一个很大台阶。我们国家善于集中力量办大事，所以我们能够看到某个领域突然冒头，但总体看来依旧是薄弱的。像高能物理领域，其中北京正负电子对撞机，大亚湾中微子实验、江门中微子实验这些成绩，无论是科学还是技术的，使得我们基本上站在国际的平均水平。中国基础科学研究还有很长的路要走，我们只是某个项目在国际上取得了领先的地位，但若要说整个高能物理，从规模和人员上，我们跟国际上还有相当差距。我们国家必须产生更多的重大成果，而不仅仅是一般成果，这才是质的转变！而质的转变不可能一蹴而就，必然要经历这样一个路径：从几乎为“零”开始到出现大批一般成果，然后才是重大成果。3. 怎样实现从“零”到有的转变呢？首先要摆正心态，不能急功近利，更不能揠苗助长。基础科学具有规律性，需要经过几代、十几代甚至几十代人的共同努力，我们要遵循其发展规律。很多搞基础科学研究的科学家，随着年龄增长可能很难再出新成果，这就需要下一代人才的继续接力。值得开心的是，现在中国做基础科学研究的人才队伍更加壮大，国际交流更加密切，与老一辈科学家相比，年轻一代科学家在国际上的影响力有了很大提升。其次就是人才，基础科学的发展离不开人才。人才怎么来呢？先从教育开始。一所好大学一定有非常强的基础科学实力，无论清华、北大等国内名校，还是国外名校，都是如此。很多大学实力不强，说到底还是基础研究能力不足。很多大学老师只会教学生基本的知识，但有了知识并不代表就有创新能力，创新需要有方法并在实践中锻炼，大学老师不但要教给学生知识，更重要的是教授方法并给学生“练”的机会，知识会过时，但方法永远不会！对于基础科学，最需要的就是培养学生“从无到有”的方法论，要让他们学会做前人未做过的事，这跟培养工程师的思路是不一样的。基础科学承担的任务基本处在“无人区”，都是需要思考别人没解决的问题。有了更多掌握“从无到有”方法论的人，我们社会的整体创新性才能提高。除此之外，基础科学发展也离不开国家的经费投入。在我国的研发经费里面，基础研究的经费比例偏低，只占5%左右，其中包括基础性研究和应用基础研究，和美国相比，我们国家过去三十年真正用于基础科学研究的经费实在是少的可怜。现在我国一些重点研究所、重点大学的基础研究经费已经能达到国际水平，而在10多年前，这可能连发达国家的十分之一都不到，40多年前，大概只有发达国家的百分之一。用别人百分之一的钱，还要做得比别人好，这根本不可能。所以，之前的很多年，我国的基础科学研究落后于发达国家，而现在5%的水平，只能够维持跟跑世界先进水平，但如果我国有未来引领基础科学研究的雄心，就必须加大经费投入。只有大幅度增加基础研究的投入，才能在根本上解决这个问题。到了我们成为了能够产生科学知识、而不只是消费西方产生的科学知识的时候，我们的原始性创新、颠覆性创新，就会源源不断地产生出来了。均衡支持基础研究 发展大科学装置谈到经费投入，很多人可能会问：基础研究领域众多，对国家来说，怎么判断在哪些项目上投得多一点，哪些投得少一点？其实最基本的原则就是要均衡支持，不能因为某个领域是冷门就不支持，某个领域是热门就死命支持，从而影响了全面发展。对于一个国家特别是大国来说，在基础科学方面一定要均衡发展，每个领域都要得到持续的支持。经费投入的研究很复杂，一般需要政府管理部门进行非常精准的专门研究，组织各领域的专家进行研讨，参照国际做法及整个国家基础科学发展的历史来敲定。而均衡支持要注意两个问题。一是不要以“是否有用”来判断。基础科学的领域，一个都不能废弃。20多年前，没人会想到统计学这样一门学科会对今天的人工智能发展起到大作用，如果当时觉得没用就不发展统计学，那今天别人都在发展人工智能时，我们就傻眼了。还有很多年前，有些人认为动物学、植物学是“死掉的科学”，但现在的基因科学都跟这些学科有关。热点过段时间后可能就过时了，盲目地集中投入研究资金也会造成过剩。二是不能盲目跟风。现在美国一大半的科研经费都用于生命科学的研究，超过一半的院士都在从事生命科学研究，所以有的人觉得我们也应该大力发展生命科学，而不是发展物质科学。（图片来源：人民网）这种想法存在很大问题。在基础科学研究方面，国外已经走过的路，我们是很难避开或绕过去的。虽然美国现在大部分的精力在做生命科学，但他们是从探索物质科学的路上走过来的，如果我们跳过了物质科学阶段，直接参与到生命科学的竞争中，就会带来一个很严重的结果：只能买国外的仪器设备。无论哪个学科，研究过程中都离不开各种仪器。这些仪器的基础是物质科学。而我国目前各种科学仪器主要依靠进口，反映了物质科学研究水平及人才不足的缺陷，需要大大加强。为什么物质科学的研究会跟仪器设备有关系呢？在美国，很多仪器设备是商业公司研制出来的。在研制仪器的过程当中需要两个条件，一个是需求，一个是人才。这其中人才尤为重要，但仪器创新方面的人才，学校是很难培养，必须要在科学仪器设备的研制过程中培养。而进行物质科学研究，关注自研设备包括大科学装置的建设，就是培养设备研制人才的一种最好途径。从上世纪五十年代开始，美国就开始研制大科学装置，如今五六十年过去了，在这个过程中孵化了很多仪器设备企业，比如说著名的示波器公司LeCroy（力科），其创始人LeCroy之前是一位高能物理的工程师，长期研发高能物理专用的读出电子学。最后他成立了自己的公司，专注于高速和复杂信号测试设备。现在世界上最好的仪器设备都是国外企业做的，所以他们研究生命科学的条件很优越。但我们中国很多实验室的设备基本都是进口的，说明我们物质科学的基础还很薄弱。如果我们只做生命科学的研究，就要大量进口仪器设备，导致资金外流，对国内的工业发展并无助益，同时还会受制于人。所以中国现在应该大力发展物质科学，特别要关注自研设备，包括大科学装置（注：大科学装置是指通过较大规模投入和工程建设来完成，建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动，实现重要科学技术目标的大型设施），我们需要在技术和科学目标上都领先的大科学装置，而不是跟随美国的脚步。北京正负电子对撞机（图片来源：https://ke.sogou.com/v224241.htm）大科学装置中的基础科学专用装置，比如我国的正负电子对撞机、聚变堆、专用空间科学卫星、天文望远镜等，具有确定的科学目标，应用范围广泛，投入规模大，技术先进，可以产出重大成果，对学科发展具有重大的引领和带动作用，还有一些溢出效应如重大技术的积累、突破和推广应用，国际合作与技术引进，关键技术人才的培养，企业技术水平与研发能力的提高等，因此在国家创新体系的建设中占有突出的位置。基础科学的竞争也是国力的竞争基础科学的竞争也是国力的竞争，这在高能物理领域表现得尤为明显。单就高能物理领域来说，与发达国家相比，我们总体上处于“并跑”和“跟跑”的水平，与美国、欧洲、日本等相比都有一定的差距。这一点从研究人数对比上也能看出来，我们的研究人员人数与美国相比大概只是其十分之一，跟欧洲比大概是其五分之一，跟日本比可能是其二分之一到三分之一。美国的大科学装置总体来说是从上世纪50年代开始建设，高峰在2000年左右，这50多年的投入、建设、运行等，给他们带来了巨大收益，很多非常重要的技术成果在社会上得到了广泛应用。跟他们相比，我们的北京正负电子对撞机起步较晚，技术上也不是国际领先，基本上是采用国际已有的成熟技术。可以想象，一个科学上、技术上不是最领先的装置，自然在技术的辐射能力方面会有相当的限制。20世纪80年代，建设中的北京正负电子对撞机（图片来源：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2018/11/420228.shtm）所以，如果要想有所谓国际领先的、重大的技术突破，能够辐射到社会、对国民经济有重大作用，科学装置本身必须是先进的、别人没有的，否则早就被别人辐射完了。我们希望未来有一个高能物理的装置走在欧美前面，这也是我们提出建立“超级对撞机”的原因。如果最终建成，其规模将数倍于目前世界上最大、能量最高的粒子对撞机——建于欧洲核子研究中心的大型强子对撞机LHC，科学目标和技术创新性自然可以实现。（图源片来：中青在线）2012年希格斯粒子的发现，是国际高能物理发展的转折点，使我们有可能规划这样一个加速器。这是科学上的时机，技术上的时机，也是国家经济实力发展的时机。二十年前，这样大规模的装置想都不敢想，更不可能有钱来做。高能物理这个系统比较庞大，要想做到国际领先首先要有高远的科学目标，这样的目标很多国家都有，但是都会面临重重困难。所以接下来比拼的就是实现这些目标的能力，这里面至少会涉及二三十个技术门类，最后哪怕有一个螺丝钉没拧好，整个系统就可能出问题。加速器转起来还要放探测器，就像显微镜的镜头一样，可以看到整个过程，从而进行数据分析，所以又有人工智能、大数据、计算机、网络等领域参与进来，更不用说背后还有财务、计划、管理、采购等一整套的后勤保障系统。要把整个团队凝合起来，奔向同一个目标，这是包含成百上千人的“团队作战”，这种规模的科学研究体现的就是国力。建这样一个大型设备，能培养出机械、电子、真空、微波等各个领域的创新人才，这里面会有大批科学家、工程师解决大量的技术需求，这些需求很多都是从未出现的，如果能解决，这些人才就是“从无到有”的创新人才。所有的技术发明和科学成果，最先发现的人肯定是有一定的优势。如果只是享受别人的成果，那你就是一个“土豪”，既不能得到大家尊重，也不会很好地掌握知识，也很容易就被别人逐出圈外，夺走财富。而掌握了最前沿的基础科学知识，自然就会有最前沿的技术，从而成为引领全球科技发展的大国。