「民科」有所不知 科學探索無「捷徑」

近日，輿論再次因「電荷不存在」的爭議論文關注「民間科學愛好者」（以下簡稱「民科」）話題。這讓我想起12年前就讀研究生時，寫給「民科」的一篇網文中給他們出的6道普通大學物理題，這麼多年未曾收到他們的正確答案。

古往今來，從牛頓和愛因斯坦等人的研究經歷來看，調查學習已有相關知識應是自主創新的第一步；論文寫作時不應重新命名已有名稱的事物；新的宇宙理論或對相對論的批判應有數學公式，計算結果須符合已有實驗。

應該說，「民科」有探索科學真知的熱情，但是缺乏有效的科學探索方法。有關「民科」的討論應回歸正常的科學層面。

歷史上著名科學家的科研經歷

很多「民科」熱切希望能有自己原創的理論，或推翻已有理論，成為著名科學家。那麼，歷史上的著名科學家又是如何研究？如何讓人們接受他們的理論呢？

牛頓在劍橋大學學習期間，廣泛學習了很多自古流傳的名著，包括開普勒的《光學》、笛卡爾的《幾何學》和《哲學原理》等等。這為他的研究打下了紮實基礎。可以說牛頓的科學成就，除了和他的智慧有關，更是和廣泛深入學習、掌握了當時最新的科學成果知識分不開的。任何研究都要基於前人的工作。著名的牛頓三定律就是基於伽利略等人的實驗結果；萬有引力公式需要用到開普勒的實驗定律來推導。從牛頓開始，物理學成為可以定量計算的精確科學楷模。利用牛頓力學，人們可以精確計算行星軌道，計算建築材料的受力。由於他的計算結果與當時的地面實驗和天文觀測精確吻合，牛頓獲得了巨大的威望！

愛因斯坦在大學期間，閱讀了德國著名物理學家基爾霍夫、赫茲等人的著作，鑽研了麥克斯韋的電磁理論和馬赫的力學，並經常去理論物理學教授的家中請教。另外，大部分時間他都在實驗室做實驗，迷戀於直接觀察和測量。1902年進入伯爾尼專利局工作後，愛因斯坦廣泛關注物理學界的前沿動態，在許多問題上深入思考，並形成了自己的見解。1905年，他發表了6篇論文，同時在3個領域內作出了4個具有劃時代意義的貢獻。他還寫了《論動體的電動力學》，完整地提出了狹義相對論。根據狹義相對論，他推導出質量和能量的相當性：E=mc2。這個公式被原子核物理和粒子物理的實驗廣泛證實，是核能利用最重要的理論基礎。幾年後愛因斯坦還提出了廣義相對論。廣義相對論的很多計算結果已被實驗證實，開創了宇宙學研究的新紀元。

一個好的科學理論，最重要在於能指導人們的生活實踐。評判一個科學理論，我們不僅要知道這個理論的內容，更要知道在這個理論指導下，我們得到了什麼。1945年美國原子彈的爆炸把許多科學家對相對論的疑團一掃而光！大家這麼尊敬愛因斯坦，就是因為根據他的理論，人們做到了很多以前無法做到的事！如果相對論完全錯誤，請問如何解釋原子彈的存在以及航天事業的發展呢？

自主創新首先要了解現有相關知識

不難發現，牛頓等著名科學家對當時已有的科學成果都有全面而深入的了解。廣大「民科」要想自主創新，也要了解現有的相關知識。不知道已有的科學知識，研究就會像瞎子摸象，只知自己的理論和某個現象吻合，卻不知違背了其他實驗；偶爾得到一個正確結論，就以為有了天大發現，卻不知在幾百年前就有相同結論。因此調查學習已有的相關知識是自主創新的第一步。

了解已有的相關知識，才能避免給已有名稱的事物重新命名。不重新命名已有名稱的事物，首先是為了尊重別人的研究成果，只有首次發現某個物體的人才有資格給這個物體命名；其次是為了更好第在科技界進行交流。

從牛頓開始，物理學成為可以定量計算的精確科學，它的定律基本用數學公式表示，可以給出與實驗吻合的計算結果。精確計算更是現代物理學理論的精髓。

如果要創立新宇宙理論或批判相對論，那麼就應有數學公式，計算結果須符合已有實驗。新的宇宙理論至少要能計算行星軌道，能計算如何發射飛船到月球等等，否則你的新理論還不如300多年前創立的牛頓力學有效。

單純從邏輯上研究宇宙只能算是哲學思辨，而不是現代科學。單純從邏輯上批判現代科學理論也是軟弱無力的，因為現代科學理論不僅有實驗基礎，而且在應用過程中取得了良好效果。在有新的實驗證明它們在某種條件下不成立之前，單純在哲學上對它們的批判是無效的。

因此，「民科」要想研究宇宙和相對論，就要了解現有的相關知識；提出的新理論要有數學公式，得到的計算結果不能違背已有實驗，並要能預測新實驗的結果。

六道關於物質結構和相對論的習題

專業科學工作者在學習過程中做過很多計算題，通過考試來檢查對知識的掌握程度。「民科」由於條件限制，很少做過習題，也沒經過考試，因此不知道自己的水平。為便於大家評估自己對已有知識的了解，特編輯以下六題。這些題目涉及的內容都是能在實驗中直接得到證實的。如果不會做這六道題，不用氣餒，但要通過找資料來學習、掌握它們。

有關物質結構的三道題：第一，把10克氫氣和10克氧氣混合後充分燃燒，請問得到多少克水？很多中學生知道如何做實驗驗證這道題。第二，氧-15是一種半衰期為2分鐘的放射線同位素，請問需要多少時間使99.9％的氧-15原子核發生衰變？這是高中物理的內容。第三，一個電子處在方向向上、強度為1特斯拉的勻強磁場中，請問電子自旋向上和自旋向下兩種狀態的能量差值是多少？這是現代物理學的基本概念。

有關相對論的三道題：第一，根據相對論的質能關係式，請問如果核反應中質量虧損1千克，則釋放出多少能量？第二，一顆繞地球以3千米/秒速度在圓軌道上運行的衛星，從正上方往地面接收站發射一個頻率為5×1014Hz的激光信號，請問由於相對論效應，地面接收站收到的信號頻率和衛星發射的頻率5×1014Hz相差多少？這對宇航技術和全球衛星定位系統有舉足輕重的作用。第三，如果一個電子以0.99c（c為真空中光速）的速度作半徑為20米的圓周運動，請問電子的輻射功率是多少？這個問題的結果對電子加速器有重要意義。

會做上述六道題之前，請先不要創造新的宇宙構成理論或批判相對論。不過，12年過去了，針對以上六道題，我收到過很多「民科」的來信，但我自己都不用回，「因為他們都不會做那幾道題。」

（作者系美國普渡大學物理和天文系、電子工程和計算機系助理教授，博士生導師）

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