淺談科學需要嚴謹的態度＊

許蘭

（湖南第一師范學院 教育科學學院，湖南 長沙 410205）

在長期的科學教育師資培養培訓的過程中我們發現，科學教師、科技輔導員等基礎科學教育工作者更加重視具體的科學教學模式的應用、具體的科技活動的開展以及具體的科學知識的傳授。而科學的本質是什么？科學研究的一般方法有哪些？作為一位基礎科技教育工作者應該掌握哪些具體的科學方法？科學態度和科學精神包括哪些主要內容？其對這些最具基礎性和理論性的問題認識甚少，在頭腦中未能構建起一個整體的科學思維體系，因此，他們常常在偽科學和非科學面前迷失，常常用不科學的方法傳授“科學知識”。自然界的奧秘自人類千百年來探索至今，也只是對其中的現象揭開了神秘的一角。在利用科學研究事物的本質和現象的同時，更應以科學的嚴謹態度來面對演繹、歸納、解釋的過程。面對已知事物的探索應以足夠充分、嚴謹的論證過程來揭示事物的本質。下面將從具體的實例出發，談一談基礎科學教育工作者在工作中必須要注意的一個關鍵問題——科學需要嚴謹的態度。

1 希格斯玻色子的探索和發現

希格斯玻色子是粒子物理學標準模型預言的一種自旋為零的玻色子。1964年，英國物理學家彼得·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，世界各國的科學家們經過了歷時近50年的努力。

尋找希格斯玻色子要用到大型強子對撞機。大型強子對撞機是世界上最強大的粒子對撞機，周長27 km，深埋在法國和瑞士境內100 m的地下，本質上就是個巨大的管道，發射質子讓它們高速撞擊在一起，速度接近光速。這些質子以接近光速的速度在這巨大的地下管道里飛來飛去，并在這個巨大的檢測器里相撞，這些檢測裝置相當巨大，總共約有3層樓高，我們就在這里尋找希格斯玻色子，而相撞會發生什么呢？

當質子相撞時，你會得到一個很小但是很強烈的能量瞬間釋放，電子跑出來，夸克跑出來，光子跑出來，但是偶爾會得到一個希格斯玻色子。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。更重要的問題是，希格斯玻色子會進入一個衰變序列，衰變成其他粒子，然后這些粒子又常常會進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。

至2012年，其附屬電腦設施——全球大型強子對撞機計算網格已處理了超過三百萬億個碰撞事件。這是全球最大的計算網格，隸屬于它的170個電算設施，散布在36個國家，是以分布式計算的模式連結在一起。2012-07-04，歐洲核子研究組織宣布，在積累了超過800萬次碰撞的約200 kM字節的數據中，尋找到了2個極其像希格斯玻色子的粒子，但還有待物理學者進一步進行嚴謹的分析來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制，預言了希格斯玻色子的存在，經過近半個世紀，無數科學家經過嚴謹的實驗探索和分析才讓該理論獲得驗證。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獎。

2 量子信息技術的發展

2016-08-16，酒泉衛星發射中心用長征二號運載火箭，在全世界驚駭的目光下一飛沖天，成功將世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”送到了宇宙空間，在既定的軌道上開始了它的工作。這意味著中國在量子通信上取得了令人炫目的輝煌成就。科學家們評論說，在這個領域，中國至少領先了全世界20年。

“量子”是構成物質的基本單元，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“半個光子”，這一概念是普朗克在1900年首次提出的，經愛因斯坦、玻爾、海森堡、薛定諤、玻恩等科學巨擘不斷完善，量子力學理論在20世紀前半期才初步成形，目前還在不斷發展中。在量子信息技術實用性的發展過程中，經歷了幾個重要的里程碑。

通俗而言，必須發明或發展一種技術手段，能夠把一個個量子抓出來，抓出來之后，當有很多個量子朝你飛過來，你要發明一種技術能夠對它們進行計數。然而，這種能量是很微弱的，光靠一個量子還不行，我們需要讓很多量子纏繞起來。此時，既要想辦法把這個量子抓出來，又把那個量子抓出來，而且能夠讓它們進行相互作用，相互作用之后又能夠分開，然后進行單獨處理。所以，在這一過程中，科學家主要要克服的是把這么小量子一個個抓住，一個個探測到，一個個調控，且能夠讓近鄰的兩個量子慢慢相互作用起來，這一個個高精尖的技術難關都離不開科學家們嚴謹的實驗探索、嚴謹的數據分析和嚴謹的邏輯推理去攻克。

3 學會分析網絡傳言

培養嚴謹的科學態度是從事科學的工作者所必備的品質，而嚴謹的科學態度也應貫穿在整個科學研究過程中。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？我們應該用脂肪替代主食嗎？膳食指南還能不能信？同樣，進行這樣一項科學調查研究也需要嚴謹的態度。

既然要做一項符合大眾的研究，則在選取研究對象方面應該嚴謹。換句話說，如果這項研究是在低收入，除了糧食之外其他食材很少、營養不良、中高體力活動的人群中進行的，則這項研究的分析結果適合作為大眾的飲食參考嗎？

研究過程和研究數據的獲取也需要嚴謹的科學態度。研究對象每天的飲食結構是不同的，碳水化合物、蛋白質、脂肪這三大營養素供能比數據應該詳細地記錄和跟蹤，且隨訪的時間也應足夠長。同時，對詳實的實驗數據應該進行嚴謹的統計與分析。

此外，邏輯推理也應嚴謹。相關研究數據顯示，碳水最多、死亡率最高的一組人，碳水化合物供能比高達 77.2%。而絕大多數的中國人，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”這一結論呢？

4 結束語

科研工作者進行每一項具體的科學研究過程中，實驗取樣要嚴謹，實驗數據要嚴謹，邏輯推理也要嚴謹。因此，“嚴謹”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。探索自然的奧秘是一件有趣的事，要接近真理，科學研究就必須一絲不茍，科學需要嚴謹的態度。