淺談物理實驗的重要性

塵喬 張陳俊

【摘要】：科學(xué)實驗是科學(xué)理論的源泉，是自然科學(xué)的根本，也是工程技術(shù)的基礎(chǔ)，我們應(yīng)該在物理教學(xué)過程中重視實驗來解決物理問題的方法。

【關(guān)鍵詞】：經(jīng)典物理；現(xiàn)代物理

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，物理實驗是物理學(xué)理論的基礎(chǔ)，也是物理學(xué)發(fā)展的基本動力，物理實驗在物理學(xué)發(fā)展中的作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

一、探索未知領(lǐng)域的方法

物理學(xué)常遵循這樣的途徑來研究和解決問題，觀察實驗——得出假設(shè)——通過實驗驗證假設(shè)理論——通過更廣泛的實踐來驗證理論，即通過實踐、理論再實踐不斷循環(huán)上升。在這個過程中我們解決問題，提高了認(rèn)識，在其它領(lǐng)域，大至科學(xué)領(lǐng)域的建立，小至自行車，、臺燈故障的排除，在解決問題的方法和思路上基本都是相似的。即通過提出問題——提出假設(shè)——用實驗驗證。有意識地、不斷地通過實驗教學(xué)滲透這種研究問題的方法，能使學(xué)生逐漸體會并學(xué)會應(yīng)用這種途徑去思考問題，更有效的尋求解決問題的方法。在經(jīng)典物理發(fā)展中，伽利略的斜面實驗、胡克的彈性實驗、玻意耳的空氣壓縮實驗等都為經(jīng)典力學(xué)提供了實驗事實，并在這基礎(chǔ)上建立了新理論。在19世紀(jì)和20世紀(jì)之交，正當(dāng)人們紛紛認(rèn)為物理學(xué)已發(fā)展到頂點的時候，也正是X射線、放射性和電子等的發(fā)現(xiàn)，打破了沉悶的空氣，揭示了經(jīng)典物理的不足，從而開拓了新的領(lǐng)域，誕生了現(xiàn)代物理學(xué)，這一切都說明了實驗是物理學(xué)的基礎(chǔ)。

二、理論的檢驗

理論是物理學(xué)的核心。理論是否正確必須經(jīng)過實驗的檢驗。實驗是檢驗理論的重要手段。一次單獨的實驗可以推翻或確證所有可能的論據(jù)麥克斯韋的電磁場理論只有當(dāng)他預(yù)言的電磁波被赫茲的實驗證實后才真正成為電磁理論的基礎(chǔ)；愛因斯坦的光電子假設(shè)直到1916年被密立根的嚴(yán)密的光電效應(yīng)實驗證實后，光的波粒二象性才為人們接受；德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)也是在發(fā)現(xiàn)電子衍射后得到肯定的。理論有一定的適用范圍。這個范圍往往也要由實驗檢在驗理論的過程中來確定。

理論和實驗之間相輔相成的辨證關(guān)系。沒有實驗，理論是空洞的；沒有理論，實驗是盲目的。

三、物理常數(shù)的測定

物理學(xué)中的常數(shù)有兩類。一類是物質(zhì)常數(shù)，如比熱、電阻率、折射率等，這些常數(shù)在一定條件下會隨某一因素而改變。另一類是基本常數(shù)，它是物理學(xué)中的普適常數(shù)。如真空中的光速、基本電荷、普郎克常數(shù)等。

在物理學(xué)中，大量的實驗圍繞常數(shù)進行的，特別是基本常數(shù)的研究和確定，在物理學(xué)發(fā)展史上更占有極其重要的地位。例如，萬有引力的常數(shù)的數(shù)值，從牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律以來一直是人們試圖測準(zhǔn)的對象。

常數(shù)之間的協(xié)調(diào)是檢驗物理理論的重要途徑?；疚锢沓?shù)的協(xié)調(diào)不僅是物理學(xué)也是科學(xué)技術(shù)的重大問題。因此每次協(xié)調(diào)都是在大量實驗、在取得了眾多新的研究成果的基礎(chǔ)上做出的。例如，光速現(xiàn)在是測的最準(zhǔn)的基本物理常數(shù)之一。1983年第17屆國際計量大會決定以“光在真空中在秒的時間間隔內(nèi)行程的長度”作為“米”的新定義，這樣就從根本上免去了長度單位的物質(zhì)基準(zhǔn)。

四、理論的實際應(yīng)用

現(xiàn)代社會的許多技術(shù)，如蒸汽技術(shù)、電工和電子技術(shù)都離不開實驗。各種發(fā)明創(chuàng)造，都是經(jīng)過大量的實驗研究才日臻完善的。光譜學(xué)、激光、核磁共振、穆斯堡耳譜學(xué)、超導(dǎo)器件等都凝聚了實驗物理學(xué)家的心血。

總之，實驗在物理學(xué)的發(fā)展中發(fā)揮了巨大的作用。特別要指出的是，作為一年一度的物理科學(xué)最高獎勵——諾貝爾物理學(xué)獎從1901—1992年共有140位獲獎?wù)?，其中因?qū)嶒灦@獎的科學(xué)家就有103人，約占。正如張文裕先生所論述的：“科學(xué)實驗是科學(xué)理論的源泉，是自然科學(xué)的根本，也是工程技術(shù)的基礎(chǔ)。”丁肇中教授在1976年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎時所寫的一封信中說：“事實上，自然科學(xué)理論不能離開實驗的基礎(chǔ)。特別，物理學(xué)是從實驗中產(chǎn)生的?！?/p>

參考文獻：

閻金鐸 陶洪：物理實驗論，廣西教育出版社1996年12月第一版，第20—22頁