淺談科學(xué)需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度＊

許蘭

（湖南第一師范學(xué)院 教育科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410205）

在長(zhǎng)期的科學(xué)教育師資培養(yǎng)培訓(xùn)的過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，科學(xué)教師、科技輔導(dǎo)員等基礎(chǔ)科學(xué)教育工作者更加重視具體的科學(xué)教學(xué)模式的應(yīng)用、具體的科技活動(dòng)的開(kāi)展以及具體的科學(xué)知識(shí)的傳授。而科學(xué)的本質(zhì)是什么？科學(xué)研究的一般方法有哪些？作為一位基礎(chǔ)科技教育工作者應(yīng)該掌握哪些具體的科學(xué)方法？科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神包括哪些主要內(nèi)容？其對(duì)這些最具基礎(chǔ)性和理論性的問(wèn)題認(rèn)識(shí)甚少，在頭腦中未能構(gòu)建起一個(gè)整體的科學(xué)思維體系，因此，他們常常在偽科學(xué)和非科學(xué)面前迷失，常常用不科學(xué)的方法傳授“科學(xué)知識(shí)”。自然界的奧秘自人類千百年來(lái)探索至今，也只是對(duì)其中的現(xiàn)象揭開(kāi)了神秘的一角。在利用科學(xué)研究事物的本質(zhì)和現(xiàn)象的同時(shí)，更應(yīng)以科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度來(lái)面對(duì)演繹、歸納、解釋的過(guò)程。面對(duì)已知事物的探索應(yīng)以足夠充分、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C過(guò)程來(lái)揭示事物的本質(zhì)。下面將從具體的實(shí)例出發(fā)，談一談基礎(chǔ)科學(xué)教育工作者在工作中必須要注意的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題——科學(xué)需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。

1 希格斯玻色子的探索和發(fā)現(xiàn)

希格斯玻色子是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的一種自旋為零的玻色子。1964年，英國(guó)物理學(xué)家彼得·希格斯就提出了“希格斯玻色子”。但為了要尋找希格斯玻色子，世界各國(guó)的科學(xué)家們經(jīng)過(guò)了歷時(shí)近50年的努力。

尋找希格斯玻色子要用到大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是世界上最強(qiáng)大的粒子對(duì)撞機(jī)，周長(zhǎng)27 km，深埋在法國(guó)和瑞士境內(nèi)100 m的地下，本質(zhì)上就是個(gè)巨大的管道，發(fā)射質(zhì)子讓它們高速撞擊在一起，速度接近光速。這些質(zhì)子以接近光速的速度在這巨大的地下管道里飛來(lái)飛去，并在這個(gè)巨大的檢測(cè)器里相撞，這些檢測(cè)裝置相當(dāng)巨大，總共約有3層樓高，我們就在這里尋找希格斯玻色子，而相撞會(huì)發(fā)生什么呢？

當(dāng)質(zhì)子相撞時(shí)，你會(huì)得到一個(gè)很小但是很強(qiáng)烈的能量瞬間釋放，電子跑出來(lái)，夸克跑出來(lái)，光子跑出來(lái)，但是偶爾會(huì)得到一個(gè)希格斯玻色子。然而，這樣生成希子的事件概率非常稀有，大約為百億分之一。更重要的問(wèn)題是，希格斯玻色子會(huì)進(jìn)入一個(gè)衰變序列，衰變成其他粒子，然后這些粒子又常常會(huì)進(jìn)一步衰變成別的粒子，這使得尋找希格斯玻色子非常困難、耗時(shí)。

至2012年，其附屬電腦設(shè)施——全球大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格已處理了超過(guò)三百萬(wàn)億個(gè)碰撞事件。這是全球最大的計(jì)算網(wǎng)格，隸屬于它的170個(gè)電算設(shè)施，散布在36個(gè)國(guó)家，是以分布式計(jì)算的模式連結(jié)在一起。2012-07-04，歐洲核子研究組織宣布，在積累了超過(guò)800萬(wàn)次碰撞的約200 kM字節(jié)的數(shù)據(jù)中，尋找到了2個(gè)極其像希格斯玻色子的粒子，但還有待物理學(xué)者進(jìn)一步進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鰜?lái)完全確定是否為希格斯玻色子。

2013-03，歐洲核子研究組織表示先前探測(cè)到的新粒子是希格斯玻色子。1964年弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯就提出了一種理論機(jī)制，預(yù)言了希格斯玻色子的存在，經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)，無(wú)數(shù)科學(xué)家經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)探索和分析才讓該理論獲得驗(yàn)證。同年，弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

2 量子信息技術(shù)的發(fā)展

2016-08-16，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)運(yùn)載火箭，在全世界驚駭?shù)哪抗庀乱伙w沖天，成功將世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”送到了宇宙空間，在既定的軌道上開(kāi)始了它的工作。這意味著中國(guó)在量子通信上取得了令人炫目的輝煌成就?？茖W(xué)家們?cè)u(píng)論說(shuō)，在這個(gè)領(lǐng)域，中國(guó)至少領(lǐng)先了全世界20年。

“量子”是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可再分割。比如，光子是光能量的最小單元，不存在“半個(gè)光子”，這一概念是普朗克在1900年首次提出的，經(jīng)愛(ài)因斯坦、玻爾、海森堡、薛定諤、玻恩等科學(xué)巨擘不斷完善，量子力學(xué)理論在20世紀(jì)前半期才初步成形，目前還在不斷發(fā)展中。在量子信息技術(shù)實(shí)用性的發(fā)展過(guò)程中，經(jīng)歷了幾個(gè)重要的里程碑。

通俗而言，必須發(fā)明或發(fā)展一種技術(shù)手段，能夠把一個(gè)個(gè)量子抓出來(lái)，抓出來(lái)之后，當(dāng)有很多個(gè)量子朝你飛過(guò)來(lái)，你要發(fā)明一種技術(shù)能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行計(jì)數(shù)。然而，這種能量是很微弱的，光靠一個(gè)量子還不行，我們需要讓很多量子纏繞起來(lái)。此時(shí)，既要想辦法把這個(gè)量子抓出來(lái)，又把那個(gè)量子抓出來(lái)，而且能夠讓它們進(jìn)行相互作用，相互作用之后又能夠分開(kāi)，然后進(jìn)行單獨(dú)處理。所以，在這一過(guò)程中，科學(xué)家主要要克服的是把這么小量子一個(gè)個(gè)抓住，一個(gè)個(gè)探測(cè)到，一個(gè)個(gè)調(diào)控，且能夠讓近鄰的兩個(gè)量子慢慢相互作用起來(lái)，這一個(gè)個(gè)高精尖的技術(shù)難關(guān)都離不開(kāi)科學(xué)家們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)探索、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)分析和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砣スタ恕?/p>

3 學(xué)會(huì)分析網(wǎng)絡(luò)傳言

培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度是從事科學(xué)的工作者所必備的品質(zhì)，而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度也應(yīng)貫穿在整個(gè)科學(xué)研究過(guò)程中。近期，微信圈瘋傳一篇名為《多吃主食死得快？》的文章，那些提倡“低碳飲食”“生酮飲食”的人也在向人們宣傳“主食吃多了死得快，吃脂肪才更健康”的理念。吃主食真的有害？我們應(yīng)該用脂肪替代主食嗎？膳食指南還能不能信？同樣，進(jìn)行這樣一項(xiàng)科學(xué)調(diào)查研究也需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。

既然要做一項(xiàng)符合大眾的研究，則在選取研究對(duì)象方面應(yīng)該嚴(yán)謹(jǐn)。換句話說(shuō)，如果這項(xiàng)研究是在低收入，除了糧食之外其他食材很少、營(yíng)養(yǎng)不良、中高體力活動(dòng)的人群中進(jìn)行的，則這項(xiàng)研究的分析結(jié)果適合作為大眾的飲食參考嗎？

研究過(guò)程和研究數(shù)據(jù)的獲取也需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。研究對(duì)象每天的飲食結(jié)構(gòu)是不同的，碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪這三大營(yíng)養(yǎng)素供能比數(shù)據(jù)應(yīng)該詳細(xì)地記錄和跟蹤，且隨訪的時(shí)間也應(yīng)足夠長(zhǎng)。同時(shí)，對(duì)詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕y(tǒng)計(jì)與分析。

此外，邏輯推理也應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)。相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，碳水最多、死亡率最高的一組人，碳水化合物供能比高達(dá) 77.2%。而絕大多數(shù)的中國(guó)人，碳水化合物供能比都在60%以下。在此情況下，能否就能由此推斷“多吃碳水化合物死得早”這一結(jié)論呢？

4 結(jié)束語(yǔ)

科研工作者進(jìn)行每一項(xiàng)具體的科學(xué)研究過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)取樣要嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯推理也要嚴(yán)謹(jǐn)。因此，“嚴(yán)謹(jǐn)”也是科研工作者必須遵守的最基本原則，更是科研工作者必須具備的素質(zhì)。探索自然的奧秘是一件有趣的事，要接近真理，科學(xué)研究就必須一絲不茍，科學(xué)需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。