物理学中理论与实验关系探析.doc

物理学中理论与实验关系探析摘 要：科学结论的正确与否，要由实验来决定人们从中找到比 实验事实本身更多的东西，这就是理论理论将许多实验事实结合起来， 甚至可能找出实验Z间的意外联系而预言新的结果，正是这些才建立和提 高了科学的地位实践是检验真理的唯一标准，放在物理学中也是适用的 通过对物理学的学科性质、产生过程、研究方法及物理学成就的分析研究, 分别论述了理论和实验在物理学发展中的作用及其相互关系关键词：物理学 理论 实验 相互关系物理学是一种自然科学，主要研究的是物质，在时空中物质的运动， 和所有相关概念，包括能量和作用力更广义地说，物理学是对于大自然 的研究分析，目的是为了要明白宇宙的行为物理学作为•门自然科学， 他的研究始终着眼于探索物质世界及其运动的规律；物理学乂是以实验为 本的科学，凡物理学的概念、规律及公式等都是以客观实验为基础的因 此物理学绝不能脱离物理实验结果的验证，实验是物理学的基础如果没 有实验，现代科学绝不会有这样飞速的发展但是，仅仅根据实验是不足 的实验和理论之间的关系非常密切，它们相互促进，相互完善，共同或 交替促成了物理学的进步因此要学好物理学，需要深刻理解物理学中理 论与实验的关系。

本文从以下几个方面阐述物理学中理论与实验的关系一、实验 物理实验是以测量为基础的测量可分为直接测量与间接测量，直接 测量指无需对被测的量与其它实测的量进行函数关系的辅助计算而可直 接得到被测量值的测量，间接测量指利用直接测量的量与被测量之间的已 知函数关系经过计算从而得到被测量值的测量)发现新的事实、探索新的物理规律在物理学发展史中，儿位 伟大物理学家的实验为物理学的发展提供了实验事实例如，伽利略的加 速实验伽利略继续提炼他有关物体运动的观点他做了一个6米多长、 3米多宽的光滑直木槽再把这个木板的斜槽固定住，让铜球从木槽顶端 沿斜面滑下，并用水钟测量铜球每次下滑的时间，研究它们之间的关系 亚里士多徳曾预言滚动球的速度是均匀不变的；铜球滚动两倍的时间就走 出两倍的路程伽利略却证明铜球滚动的路程和时间的平方成 正比：两 倍的时间里，铜球滚动的4倍的距离，因为存在恒定的重力加速度这一 事实充分说明了只有物理实验才是物理学的基础二)实验是检验理论正确与否的标准爱因斯坦说：“一个矛盾的 实验结果就足以推翻一种理论”例如，爱因斯坦的光量子假说发展了普 朗克所开创的量子理论在普朗克的理论中，还是坚持电磁波在本质上是 连续的，只是假定当它们与器壁振子发生能量交换时电磁能量才显示出量 子性。

爱因斯坦対旧理论不是采取改良的态度，而是要求弄清事物的本质 彻底解决问题，他看出量子不是一个成功的数学公式，而是揭露光的本质 的手段他克服了普朗克量子假说的不彻底性，把量子性从辐射的机制引 伸到光的本身上，认为光本身也是不连续的，光不仅在吸收和发射时是量 子化的，而且光的传播本身也是量子化的爱因斯坦的光量子假说恢复了 光的粒子性，使人们终于认清了光的波粒双重性格，而且在它的启发下, 发现了德布罗意物质波，使人们认清了微观世界的波粒二象性，为后來量 子力学的建立奠定了基础如果原来的理论有英实验基础，新理论也要经 过实验的证实才能成立如：实物粒子波粒二象性的是由光的本性引伸而 来，依然需要电子衍射实验证实三）通过诺贝尔物理学奖分析实验在近代物理学发展中的作用得奖 的实验项目和人数大致占总数的三分之二很多理论项目的得奖都是在判 定性的实验结果得出后不久才授予的正如诺贝尔物理学奖获得者伦琴所 说「实验是最有力的杠杆，我们可以利用这个杠杆去撬开自然界的秘密 在解决某一假说是保留还是摒弃这样一个问题时，这个杠杆应当成最高 一级的审理法院‘”虽然科学的结论正确与否要由实验来决定，但是人们 找到了比实验实更多的东西，这就是理论，理论能将许多实验事实结合起 来，回答科学上提出的问题，甚至可能找出实验之间的意外联系（如麦克 斯韦由电磁感应实验提出了统一的电磁场理论，预言了电磁波的存在）而 预言新的结果。

正因如此，才提高了科学的地位和声望科学的威力主要 来自它能定量和预言，科学不仅能说明已知的观测和实验，同时还能预言 新的现象这就使科学成为改造我们周围世界的强有力的工具二、理论（1）理论是实验规律的总结、提高和发展，更能深入反映事物的本 质，往往具有普遍性重耍理论的建立会促进物理学迅速发展如：为了能 够解释光电效应实验规律，爱因斯坦提出了光量子学说，确立了光的粒子 性由此使人们弄清了光的本性一一光具有波粒二象性2）理论对实验研究有重要的指导作用例如：在狭义相対论建立 过程中，当时人们认为所有惯性系不是彼此等价的，存在一个优越的参考 系，尽管想方设法去寻找，却无法达到预期日标爱因斯坦受到马赫的思 想影响，发现了牛顿力学中时间概念有破绽，以惊人的创新精神，建立了 狭义相对论此时，物理上出现的种种疑团才豁然冰释三、 理论和实验的关系对于物理学理论和实验來说，物理量的定义和测量的假设选择，理论 的数学展开，理论与实验的比较是与实验定律一致，是物理学理论的唯一 目标人们能通过这样的结合解决问题，就是预言指导科学实践，这不是 人唯物主义思想，其实是物理学理论的目的和结构李政道教授丁 1987年 提出的“物理学家的定律”，为理论和实验的关系理论家就会迷失方向； 没有理论家，实验家就会迟疑不决四、 结语总之，无论是物理学，还是整个自然科学的发展，实验和理论的相互 作用都是一种内在的根木动力。

这种作用引起量的渐进积累和质的突变飞 跃的交替潜进，推动着科学进程一浪一浪地不断高涨正是靠着实验和理 论的相互配合、相互激励，物理学才不断向前发展壮大。