淺談物理實驗的重要性

塵喬 張陳俊

【摘要】：科學實驗是科學理論的源泉，是自然科學的根本，也是工程技術的基礎，我們應該在物理教學過程中重視實驗來解決物理問題的方法。

【關鍵詞】：經典物理；現代物理

物理學是一門以實驗為基礎的科學，物理實驗是物理學理論的基礎，也是物理學發展的基本動力，物理實驗在物理學發展中的作用主要表現在以下幾個方面。

一、探索未知領域的方法

物理學常遵循這樣的途徑來研究和解決問題，觀察實驗——得出假設——通過實驗驗證假設理論——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上升。在這個過程中我們解決問題，提高了認識，在其它領域，大至科學領域的建立，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——用實驗驗證。有意識地、不斷地通過實驗教學滲透這種研究問題的方法，能使學生逐漸體會并學會應用這種途徑去思考問題，更有效的尋求解決問題的方法。在經典物理發展中，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典力學提供了實驗事實，并在這基礎上建立了新理論。在19世紀和20世紀之交，正當人們紛紛認為物理學已發展到頂點的時候，也正是X射線、放射性和電子等的發現，打破了沉悶的空氣，揭示了經典物理的不足，從而開拓了新的領域，誕生了現代物理學，這一切都說明了實驗是物理學的基礎。

二、理論的檢驗

理論是物理學的核心。理論是否正確必須經過實驗的檢驗。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麥克斯韋的電磁場理論只有當他預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；愛因斯坦的光電子假設直到1916年被密立根的嚴密的光電效應實驗證實后，光的波粒二象性才為人們接受；德布羅意的物質波假設也是在發現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、物理常數的測定

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

在物理學中，大量的實驗圍繞常數進行的，特別是基本常數的研究和確定，在物理學發展史上更占有極其重要的地位。例如，萬有引力的常數的數值，從牛頓發現萬有引力定律以來一直是人們試圖測準的對象。

常數之間的協調是檢驗物理理論的重要途徑。基本物理常數的協調不僅是物理學也是科學技術的重大問題。因此每次協調都是在大量實驗、在取得了眾多新的研究成果的基礎上做出的。例如，光速現在是測的最準的基本物理常數之一。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基準。

四、理論的實際應用

現代社會的許多技術，如蒸汽技術、電工和電子技術都離不開實驗。各種發明創造，都是經過大量的實驗研究才日臻完善的。光譜學、激光、核磁共振、穆斯堡耳譜學、超導器件等都凝聚了實驗物理學家的心血。

總之，實驗在物理學的發展中發揮了巨大的作用。特別要指出的是，作為一年一度的物理科學最高獎勵——諾貝爾物理學獎從1901—1992年共有140位獲獎者，其中因實驗而獲獎的科學家就有103人，約占。正如張文裕先生所論述的：“科學實驗是科學理論的源泉，是自然科學的根本，也是工程技術的基礎。”丁肇中教授在1976年榮獲諾貝爾物理學獎時所寫的一封信中說：“事實上，自然科學理論不能離開實驗的基礎。特別，物理學是從實驗中產生的。”

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