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物理学为什么是一门实验科学

已有 6465 次阅读 2016-9-22 12:57 |系统分类:观点评述| 物理, 实验科学

首先,物理理论要可能实验证伪。物理要有理,就是有理论,逻辑还要自恰,不自洽的是胡说八道。但光有理还不行,还要实验,就是通过观察实际来验证。这个实验要在真实宇宙时空,也就是自然中进行,所以物理也是自然科学。但实验总不能无限次进行,这才需要一个理论。我们期望这个理论能解释尽量无限多的实验,包括作出可验证的实验预测。也就是可以实验证伪。这个实验证伪的期限要有意义。有限时间内不可证伪的理论是物理理论里的南郭先生,可有可无。比如你的理论有无限个宇宙又不能证实,那么就相当与佛语所说一花一世界而已。你的理论说宇宙是一个老头造的,这老头设计了今天的世界,你就是个信教的而已。 物理等自然科学和数学、哲学或者神学不一样。数学和哲学只要理论自恰就可以。你不能通过实验决定有没有平行线。你也不用验证0.999... = 1。物理要有物,这个物要可直接或间接观测。数学、哲学可以没有物,你可以自由套用,1+1=2可以是两个小孩也可以是两个小狗。


其次,现实世界过于复杂,不同尺度存在相互作用,成为一个系统。 物理的简单模型总会在一定情况(尺度)下脱离实际。这种情况必须通过实验验证模型的适用性。所以说理论天然认为自己就是真理,实验会告诉理论的统治(适用)边界。


第三,现实过程往往是非线性的甚至是混沌的。物理理论不能精确预测(计算)复杂多体过程,或者计算量极大以致不可实现,这时候实验观测就是一个必须方法。这也是化学生物天文地质等学科存在的必要性。一个小于宇宙的计算机在小于宇宙年龄的时间内,是不能完全模拟出宇宙的一切的。包括2016年地球上的人类社会,和一切悲欢离合。


另外,物理实验是一个过程,而不只是一个数值而已。物理实验通过控制一部分参数来观察另一部分参数对物理过程的影响。 物理实验结果的处理有其相应方法和理论。一个好的实验结果会尽量考虑各种系统和随机误差,并给出数据的置信区间。所以实验结果也不是真理,他是真理之箱的一个观察点。不同的人用不同的方法,考虑不同的误差影响,可能对同一个实验作出不同的判断。所以实验结果本身不会说话。他的意义在于人的正确诠释。


总结:物理学科理论和实验是相符相成的。理论必须可以实验证伪,就是实验可以击毙理论,实验是最终的权威。实验可以不符合现有的理论,但一个成功的理论不能始终对某些实验事实视而不见。


所谓“物理学”早在亚里士多德时代已经有的一套理论。但他的理论在解释很多现象的同时对大量反例视而不见。直到伽利略,人们才开始正视实验的威力。另外只靠头脑不靠观察是做不了物理实验的。即使两个小球同时落地头脑实验也引入了"快慢物体相互拖拽"的观察事实。所以“纯的头脑实验“只能检验理论的自恰性,而不能验证其现实适用性也就是真伪。对实验的根本性的重视,是物理学作为成熟科学从自然哲学中脱离出来的标志.



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