“电荷并不存在”?抱歉,这是个糟糕的坏问题!

科普中国头条推送 2017-12-18

  “中国科学家发现电荷并不存在,将改写教科书”,这条新闻近几天在网络上得到了广泛传播。随后,该事件也曝出惊人反转:当事人实为“民科”,原论文炒作成分远大于学术成分。当事人凡伟更是在知乎上发文坦承自己的“民科”身份,令不少网友错愕。关于“电荷不存在”的这篇工作,由于没有读原始文献,因此并不好做点评。但从一开始看到新闻标题,我就大致猜到了现在的发展。在从事科研工作的十几年间,我见证了无数中国科学家做出了一流的工作,也相信中国人的名字一定会越来越多的出现在教科书中。让我对这条新闻失去兴趣的唯一原因,是它所研究的问题:凡伟本人的民科资历暂且不表,但他研究的所谓“电荷是不是存在”的确不是一个好问题。先说这篇新闻,它关注的问题显然是“电荷是不是存在”。首先,电荷是一个物理学概念,并不是一种客观的物体或现象。你可以说“带电物体是不存在的”,也可以说“带电物体之间的静电现象是不存在的”,但电荷本身谈不上存在或不存在。电荷这个概念之所以被物理学家创造出来,是因为最初观察到了静电现象,即物体和物体之间会出现静电吸引力或排斥力。

  

  通过大量的实验,人们发现这种电力存在与否、是吸引还是排斥,以及力的大小,和物体的质量、形状、材质、体积等因素都没有什么关系。于是,人们用“带电量”来描述一个物体和其他物体产生电力的能力。进而,人们又发现“带电量”是可以变化的。当两个物体相互接触时,一个物体的“带电量”可以变小,而此时另一个物体的“带电量”则必然增加,从而保持两者之和相等。在当时的测量水平之下,人们还发现在这个过程中两个物体的质量都没有变化。根据这些观察,人们自然地想象“带电量”是由一种没有质量的实体携带的,随着这种实体在物体间的转移,“带电量”也发生变化。这种实体就是“电荷”。从这个过程我们可以看出,“电荷”本身只是一个为了方便我们理解和描述现象而发明出来的一个理论概念。如果一定要严格根据定义,一个没有质量但带电的物体,在目前物理学的理论中本来就是不存在的。因此,如果我们把这个问题理解为“电荷做为一个概念有没有存在价值”,同样也不是一个正确的好问题。从这一点上来说,凡伟的工作方向一开始就是偏差的。从电荷这个概念提出至今已经有几百年的历史了,人们用它成功解释和预测了无数和电有关的现象,并将人类文明带入了电气时代和信息时代。这些成就从客观上说明了现有理论的正确性和价值所在。那么,什么是“正确的好问题”呢?在公众的眼中,科学家似乎是一群负责回答和解决问题的人。但事实并非如此。科学家的主要工作其实是提出问题,或者更准确地说,提出一个正确的好问题。所谓正确的问题,是指有可能通过科学的方法肯定或者否定的问题。比如你问我正在做什么,这就是个正确的问题,因为可以当场看到。但如果问我正在想什么,以现有的科技水平是无法检测我的回答是否真实,从科学意义上讲,这就不是个正确的问题。而所谓好问题,是指通过实验检测和逻辑分析,使人们最终抓住核心关键的问题。当看到一个物体在地球引力的作用下坠落,科学家们会去物体的质量、速度和加速度之间的关系,而不去纠结于它的颜色、形状、体积、产地等因素,这就是在实验和分析之后提出的一个好问题。也许有人会觉得,这件事听起来非常简单啊。在我们的多数教科书上,也主要介绍问题的解决方法和答案,而忽视了提问题的过程。但在实际中真的如此吗?在现代医学尚未昌盛的时候,医生们研究过放血对治疗精神类疾病的作用;在天文学不发达的年代,有专门的占星师研究天体对皇室成员命运的影响;而在地质学和进化论出现之前(甚至之后),更有大量的文献论证为什么地球的寿命只有几千年。类似的研究在人类文明的发展史上还有很多,但从科学的角度看,它们或者无法被证实或证伪,或者没有触及关键之处,都不是正确的好问题。

  

  说回凡伟的问题。对民科来说,显然抛出“教科书错了几百年”这种惊世骇俗的言论,很有利于一炮走红——但这并不是科学家的思考方式。即使科学家未来发现了某种不符合现有理论的现象,合理的做法也不会是把原有的知识体系一棍子打死,全部重新来过,而是将已有的理论作为标尺,仔细检视新的发现。例如,在物理学发展史上,相对论和量子力学的出现不仅没有抹杀牛顿力学的价值,反而需要以牛顿力学作为低速度和大尺度极限的验证标准。毕竟科学不是武侠,扬名立万不需要打败现在的武林盟主,而是要站在巨人的肩膀上探索更远的星空

责任编辑:科普云

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