「什麼是民科？」的「科學定義」！

前注：引用非轉載！

首發於知識分子

12年前他寫給民間科學愛好者6道題，如今他們答上來了嗎？

編者按：

12年前，剛剛從中國科學技術大學畢業、在美國德克薩斯大學奧斯汀分校就讀研究生二年級的李統藏，在“寫給民間科學愛好者”的一篇網文中編輯了6道普通大學物理題，文末他留下了郵箱。如今已經任職美國普渡大學的李統藏說，這麼多年收到過很多“民間科學愛好者”的來信，但自己都不用回，“因為他們都不會做那幾道題。”

李統藏寫作上述文章的初衷是有感於“民間科學愛好者”有探索科學真知的熱情、但是缺乏有效的科學探索方法，遂簡要介紹了亞里士多德、牛頓和愛因斯坦等人的研究方法，並指出：調查學習已有相關知識是自主創新的第一步；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。文中還編輯了六道有關物質結構和相對論的習題，以便科學愛好者自我評估。

近日輿論再次因“電荷不存在”的爭議論文關注“民科”話題，李統藏重新修訂上述文章，並授權《知識分子》正式發表，以期有益於有關“民科”的討論迴歸正常的科學層面。

撰文 | 李統藏（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）

責編｜李曉明

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3年前，在中國科技大學校園裡有人宣傳他對熱力學第二定律的研究，那是我第一次接觸民間科學愛好者。這位科學愛好者探索科學真知的熱情深深感動了大家，但他對已有相關知識的漠視讓人震驚。最近又讀了不少民間科學愛好者的論文，發現有些人智慧超群，敢於質疑和創新，卻由於基礎知識不夠，致使其研究仍停留在中世紀的水平，讓人惋惜。雖為民間科學愛好者，但在創造新理論、發明新事物時，也需要儘量避開科研誤區，以免浪費時間和精力。因此筆者作此文，與廣大科學愛好者探討更有效的科學探索方法。

1.亞里士多德、牛頓和愛因斯坦

很多民間科學愛好者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如何研究呢？人們為何接受他們的理論？

亞里士多德

亞里士多德是人類幾千年來最偉大的科學家之一，是哲學、物理學、生物學、心理學等多個學科的鼻祖，可以說整個人類的理性思維、科學發展，無不受他影響。公元前384年，亞里士多德出生於一個富裕家庭，父親是馬其頓國王的御醫。他從小受到良好的教育，17歲時進入著名的柏拉圖學園學習，後來成為亞歷山大大帝的老師。亞里士多德蒐集了很多生物學資料，並對許多動植物作了令人驚歎的觀察記錄。同時，亞歷山大大帝在四處征戰途中，送了很多動植物樣品給亞里士多德。現在不少動物以亞里士多德為種名，就是因為他在二千多年前就已經作了深入的觀察和詳細的紀錄。正是由於得天獨厚的條件、對當時已有知識的瞭解、對事物的仔細觀察和勤于思考，亞里士多德才有如此巨大的成就。

牛頓

牛頓1642年出生於英國，是舉世聞名的物理學家、天文學家和數學家。他小時候就喜歡做機械玩具，讀中學時受到了化學實驗的薰陶。1661年牛頓進入劍橋大學，廣泛學習了很多自古流傳的名著。在此期間，牛頓掌握了算術、三角，學習了歐幾里得的《幾何原理》，讀了開普勒的《光學》，笛卡兒的《幾何學》和《哲學原理》，伽利略的《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》等等。這為牛頓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，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，牛頓獲得了巨大威望！

愛因斯坦

1879年，愛因斯坦出生於德國［1］ 。愛因斯坦小時候喜歡雕刻。12歲時，便讀完了歐幾里得的《幾何原理》，自己動手推導了很多公式。經他人指導，他還讀完了長達12卷的《自然科學通俗讀本》，對動物學、植物學、天文學、地理學有了基本瞭解。書中有對像光速這樣的自然現象的分析。透過閱讀，瞭解這種自然現象對他創立相對論有奠基意義。大學期間，愛因斯坦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。愛因斯坦還曾自己做實驗尋找以太的存在。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，愛因斯坦發表了6篇論文，同時在3個領域內做出了4個具有劃時代意義的貢獻。他寫了3篇關於液體中懸浮粒子運動（布朗運動）的論文，3年後由佩蘭的實驗所證實。佩蘭因此得了諾貝爾獎。愛因斯坦提出了光量子假說，解釋了光電效應，因此獲得諾貝爾獎。他還寫了《論動體的電動力學》，完整的提出了狹義相對論。根據狹義相對論，他推匯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和猶豫一掃而光！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，請問你如何解釋原子彈的存在以及航天事業的發展呢？

2.自主創新首先要了解已有的相關知識

從亞里士多德、牛頓和愛因斯坦的成長過程和研究經歷中，我們不難發現，這些著名科學家對當時已有的科學成果都有全面而深入的瞭解。廣大民間科學愛好者要想自主創新，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。

瞭解已有的相關知識，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。如果你不尊重別人的研究成果，就很難指望別人會尊重你的研究。不重新命名已有名稱的事物，更是為了便於交流。如果一個物體，每個人都給它取不同的名字。那麼交流時，誰都不知道對方在說什麼。所以為了方便交流，也為了別人能理解你的研究成果，論文中不能重新命名已有名稱的事物。要避免重新命名已有名稱的事物，就得了解相關知識。當你有一個“新發現”時，首先要廣泛調查已有的相關知識，確認別人是否已經研究過！

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。比如根據量子電動力學，理論計算出電子磁矩為1。00115965246個單位（這個數稱為狄拉克數），而精密實驗測得電子磁矩為1。00115965221個單位。理論值和實驗值只相差四十億分之一！

如果你要創立新宇宙理論或批判相對論，那麼應有數學公式，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。比如熱力學第二定律和相對論中的光速不變原理，都是實驗定律。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。

因此民間科學愛好者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。

3.六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，透過考試來檢查對知識的掌握程度。民間科學愛好者由於條件限制，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瞭解，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，但要透過找資料來學習、掌握它們。會做這些題目前，請不要提新的宇宙構成理論，因為你提的理論很可能別人早就提過了，只是你不知道；也不要批判相對論，因為你對相對論還不瞭解，批判是無力的。

有關物質結構三題

1

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？

這是中學化學的內容，很多中學生知道如何做實驗驗證。所以創造你的理論前，要會算這個，以免你的理論與此矛盾而被人笑話。

2

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［2］？

是高中物理的內容。該題的計算結果是氧-15的醫學應用基礎。氧-15在醫學中有廣泛應用，它標示的水、二氧化碳可用於腦部血流測量、心肌耗氧的定量分析等，標示的氧氣也可應用於檢測腫瘤的壞死。

3

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［3］？

自旋是粒子的基本屬性，也是現代物理學的基本概念。目前計算機硬碟的磁頭就是利用探測電子自旋來讀取資料。如果你不會做這道題，就不要試圖建立新的物質結構理論了。

有關相對論三題

［4］

1

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？

相對論的質能關係式在原子核和粒子物理中被大量實驗很好地證實，它是原子能利用的理論基礎。如果你認為相對論錯誤，就需要解釋為什麼現在會有原子彈和核電站。

2

一顆繞地球以3千米/秒的速度在圓軌道上執行的衛星，從正上方往地面接收站發射一個頻率為5x10^14（10的14次方）Hz的鐳射訊號，請問由於相對論效應，地面接收站收到的訊號頻率和衛星發射的頻率5x10^14（10的14次方） Hz相差多少？

在垂直於光的運動方向上，觀察到的輻射頻率小於靜止光源的輻射頻率。這稱為橫向多普勒效應，它是相對論時間延緩效應的證據之一。橫向多普勒效應為Ives-Stilwell實驗所證實，對宇航技術和全球衛星定位系統有舉足輕重的作用。如果你認為相對論是錯的，就需要解釋為什麼根據現有理論，人類成功進行了載人飛行，成功使全球定位系統精確到米。

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中國神舟六號飛船航天員費俊龍出艙。來源：新華網

3

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。如果你認為相對論是錯的，就必須解釋為什麼我國科學家以相對論為理論基礎，成功建立了合肥國家同步輻射實驗室，可提供從真空紫外線到硬X波段的同步輻射光。

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合肥國家同步輻射實驗室。來源：國家同步輻射實驗室官網

結語：

民間科學愛好者要想自主創新，首先要了解已有的科學知識，知道什麼東西別人已經研究過，提出的物理理論或對相對論的批判應有數學公式，並能給出符合實驗的計算結果。會做本文中的六道題前，請先不要創造新的宇宙構成理論或批判相對論。如果你做出上面六道題後，仍然覺得你創造的新宇宙理論或對相對論的批判很有意義，歡迎發電子郵件來交流（litongcang@yahoo。com）。郵件開頭請給出這六道題的答案。

感謝浙江大學李如意的建議和對本文的校正。

製版編輯：陳婧嫻丨

知識分子：12年前他寫給民間科學愛好者6道題，如今他們答上來了嗎？