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验室进行的都是专利产品的发明研究,获得诺贝尔奖的发明也具有实用价值。
3)科学家流出。卡文迪什实验室培养出的几位获诺贝尔奖的科学家都继续在不同的大学里工作,没有一个流向产业科研组织。而贝尔实验室获得诺贝尔奖的3位科学家后来都去了大学当教授:布拉顿1962年开始任惠特曼大学访问教授,1967年任该校的物理教授;巴丁1951年去了伊利诺伊大学担任物理和电器工程两个系的教授,肖克莱1956年在硅谷创办了一家公司,公司失败后,1963年到了斯坦福大学任电器工程教授。
4)领导人对实验室的看法。布拉格认为,实验室应该把教学和研究有机地结合起来。巴克莱认为,企业研发机构必须进行基础科学研究,但是这种研究无论对于和平时期还是战争时期来说都是按实用的目的定位,贝尔实验室是以科学适于实用目的位职业的人员的最大组织。
注:
1、SCI(Science Citation Index,科学引文索引)是美国ISI(Institute for Scientific Information)利用科学计量方法对科技刊物和论文进行评价的一种工具。目前SCI收录全世界150多个学科领域的近3500种核心学术刊物,它的扩展部分还收录了5600多种刊物。刊物的质量由影响因子指标决定,影响因子是某刊物两年中论文被引用数与可以被引用的论文数之比,影响因子越高表明刊物质量越高; ISI还对某领域的刊物检索5年中每年300篇引用最多的论文,按个人、单位和国家进行统计,然后再按总引用数和每篇论文的平均引用数排序,列出高影响力论文。作为个人,他的论文能进入高影响力论文的排序行列,表明作者的研究成果具有新颖性,并且影响面较大。因此,SCI容易被管理者列为评价科学家成绩的首选指标。
2、转引自戈德史密斯、马凯编《科学的科学—技术时代的社会》,科学出版社,1985年,p109。
3、巴伯,科学与社会秩序,三联书店,1991。
4、比较的基本资料来源于阎康年所着《卡文迪什实验室—现代科学革命的圣地》和《贝尔实验室—现代高科技的来源》两书,河北大学出版社,1999年。
自牛顿以来的科学家
第三篇 不同类型的科学家(上)
第15章 理论科学家与实验科学家
克里克既不像布拉格那样的理论家,也不像佩鲁兹那样的实验家。他介于这两种类型的科学家之间。他偶尔也做点实验,但更多的是埋头考虑解决蛋白质结构的理论。他经常会有什么新发现,变得非常激动,立刻把它告诉任何愿意听的人。过了一两天他经常会意识到他的理论站不住脚,于是又回到实验中去,一直到百般无聊之中又产生了对理论的新想法为止。 ——沃森
从科学的结构来看,科学由实验(包括观察)和理论两部分构成,科学家的队伍也可以分为实验科学家和科学家。对理论没有兴趣而在实验方面做出成绩的科学家称为实验科学家,对实验没有兴趣而在理论方面做出成绩的科学家就成为理论科学家。对一些科学家而言,这可能是一个相对的概念,因为他们在实践和理论方面都有建树,且把自己理论和实验方面的贡献看得同样重要。
以物理学为例,阿西莫夫对实验物理学家和理论物理学家给出了一个描述性的定义'1'。
“有的物理学家会致力于在特定条件下进行精确的测量。或许,他打算测定在某些化学反应中所释放出来的热量的精确数量;或许,他打算度量某一种亚原子粒于在分裂成其他粒子、并释放出能量时的精确方式;或许,他打算知道大脑的微弱电势在某些药物作用下的精确变化。在这些工作中,他都可以称得上是位“实验物理学家”。
另一方面,一位物理学家也可能特别有兴趣去仔细钻研早已得到的测量结果,希望从中发现具有普遍意义的思想。或许,他能推导出某些数学关系式来,这些公式能够解释这
些测量结果为什么是这样的,而且,如果他找出了这些关系,就能用它们来预言某些还没进行过的测量结果。而一旦进行了这些测量,其结果又和所预言的相一致的话,他很可能就
发现了一条被称做“自然法则”的东西。试图用这种方法来获得自然法则的物理学家,就是“理论物理学家”。”
我们很难分出究竟是理论科学家还是实验科学家对科学贡献大。科学研究活动中,理论科学家和实验科学家相互配合,协同发展。在着名的英国剑桥大学卡文迪什实验室从创始人到历任实验室主任共10位科学家中,第一任主任麦克斯韦、第六任主任。莫特(1977年获诺贝尔物理奖)、第八任主任爱德华兹S。F。Edwards;1928…)是理论物理学家,卡文迪什本人、第二任主任第三代瑞利男爵(1904年获诺贝尔物理奖)、第三任主任J。J。汤姆逊(1906年获诺贝尔物理奖)、第四任主任卢瑟福(1908年获诺贝尔化学奖)、第五任主任W。L。布拉格(1915年与其父W。H。布拉格获诺贝尔物理奖)、第七任主任派帕德(A。B。Pippard;1920…)和第九任主任弗伦德(R。H。Friend;1953…)是实验物理学家。
1、理论科学家的特征
图1 物理学的三个领域
关于理论科学家的特征,可以直接引用杨振宁先生的有关物理学家的精彩的描述。杨振宁给出了物理学的划界,并说明了玻尔、海森伯、薛定谔、狄拉克、爱因斯坦等几位理论物理学家的区别。物理学的三个部分和其中的关系:唯象理论(phenomenological theory)(2)是介乎实验(1)和理论架构(3)之间的研究。(1)和(2)合起来是实验物理,(2)和(3)合起来是理论物理,而理论物理的语言是数学。
狄拉克最重要的贡献是提出了狄拉克方程。海森堡最重要的贡献是海森堡方程,是量子力学的基础。可是写出这两个方程的途径却截然不同:海森堡的灵感来自他对实验结果(1)与唯象理论(2)的认识,进而在摸索中得到了海森堡矩阵方程式。狄拉克的灵感来自他对数学(4)的美的直觉欣赏,进而天才地写出他的方程—狄拉克方程。他们二人的喜好和注意的方向不同,所以他们的工作的领域也不一样,如图2所示。此图也标明玻尔、薛定谔和爱因斯坦的研究领域。爱因斯坦兴趣广泛,在许多领域中,自(2)至(3)至(4),都曾做出划时代的贡献。
图2 几个理论物理学家的风格
理论科学家需要非常好的数学才能。这是演绎法所必不可少的。爱因斯坦在谈到牛顿时说:“他(牛顿)不仅作为某些关键性方法的发明者来说是杰出的,而且在善于运用他那是地的经验材料上也是独特的,同时他对于数学和物理学的详细证明方法有惊人的创造才能”。爱因斯坦本人的数学已经是很好的了,但他说:“我总是为同样的数学困难所阻”。由于研究的需要,他专门请了一个很强的年轻的数学助手。
尽管理论科学家不亲自在实验室进行实验,但他们必须提出验证科学假说的实验方法。通常他们根据新的假说或者已有的科学原理进行实验设计,以头脑思维的方式展开和完成实验过程。这种实验称为思想实验。
爱因斯坦与玻尔关于量子理论的概率与不确定性解释和因果与决定性解释的争论中,双方就多次应用思想实验。
在第五届索尔威会议上,爱因斯坦企图用一些理想实验来反驳测不准原理。首先,他设计了一个让电子通过单狭缝绕射的实验,认为这个实验可以提供一个精确的时空坐标,同时又能提供对此过程中能量和动量交换平衡的详细说明。然而,玻尔很快的指出,他不能避免在测量时仪器对电子的干扰,即电子与狭缝边缘的相互作用。爱因斯坦见单狭缝难不倒玻尔,又想出了新的实验。他承认用确定位置坐标的同一系统来精确测量动量是不可能的,所以他以分开的装置,一个测位置,一个测动量。他设计了一个电子通过双狭缝干涉的实验, 当双狭缝开启时,从屏幕出现的亮点可以知道电子垂直方向的动量,分别关上其中一个狭缝, 就可以知道电子的确实位置。然而玻尔在仔细思考后发现,如果关上其中任何一个狭缝,实验的状态就完全改变了。当双狭缝开启时,即便电子一个个发射出来,最后仍会在屏上形成干涉条纹。假如�