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袁乃玉的教育博客 【交流使人清醒!】

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日志

 
 

【科普知识】 计算错误还是物理革命?  

2011-09-30 09:47:35|  分类: 德育+美育+体育 |  标签: |举报 |字号 订阅

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——“超光速中微子”引发广泛争议

   乃玉前言:坦诚地说,自觉自身的科学素养不足,对最前沿的科技知识信息关心不够了解不多,比如对每年诺贝尔奖的授奖情况及其对社会发展的影响就不太了解,这不是一个有科学素养的教育人所应该有的状态。越来越认识到,提升自身科学素养的意义很大!因为,科学技术正日益深刻影响我们生活的今天,一个人的科学素养的高低,绝不是无关紧要的,已经开始影响到一个现代社会中的人的生活质量,同时也在不断影响和改变国民的价值观和对许多问题的看法。国际上普遍将科学素养概括为三个组成部分,即:对于科学知识达到基本的了解程度;对科学的研究过程和方法达到基本的了解程度;对于科学技术对社会和个人所产生的影响达到基本的了解程度。

目前,国外对公民的科学素质建设都非常重视。比如: 美国:美国科学促进协会联合美国科学院、联邦教育部等12个机构于1985年启动了其标志性的公民科学素质建设行动计划,即“2061计划。这是一项面向21世纪人才培养、致力于中小学课程改革的跨世纪计划,在美国和西方发达国家的未来发展战略中具有极高的影响和地位。  加拿大:1987年经政府内阁批准建立了加拿大国家素质秘书处,从1988年开始,秘书处与合作伙伴共同努力推进加拿大素质建设。秘书处的任务是确保国民有改进技能的机会,支持和开发与素质相关的重要信息的传播。秘书处的合作伙伴有省一级政府、非政府组织、商业和劳工组织等,主要通过资助和经费运作吸引非政府组织的合作伙伴及各级政府合作伙伴投入资金。
   
其工作目标是:1、开发学习资料和方法;2、改进申请项目的途径,扩大服务范围,增大项目受益面;3、通过宣传增强公众对素质的认识;4、加强协调、信息共享;5、实用素质研究。   
英国: 英国公民科学素养建设具有如下几个特点:让公众参与科学是科普工作的基本理念;政府在科普工作中的行为不断加大;将基础教育中的科技教育作为科学素养建设的重心;科普工作实施的主体、途径、方式多样化,科普无处不在;科普在社会中具有较高的地位;重视科普过程中的及时评价。    美洲:科技普及在美洲国家的社会经济、文化、环境发展中起到了核心作用。最近几十年美洲国家的科技普及项目和倡议数量显著上升。

然而,据《瞭望》新闻周刊《每百人中仅3人具基本科学素质 中国科普工作艰巨》一文披露:科技部的统计数据显示,2009年全国共有科普人员180.84万人。也就是说,全国每万人口中,仅拥有科普人员13.55人。近年来,每一个成为热点的科普话题,几乎都是由公众关注的社会事件引发的,诸如非典的肆虐,让公共卫生及健康教育成为热点;汶川大地震引发了有关地震、防震减灾知识的科普宣传热潮;日本核事故及所谓中国出现的盐荒,也再次掀起一波与核相关的科普宣传;近期出现的食品安全问题,又使人们对添加剂倍加关注……与此同时,诘问之声不断:从三聚氰胺、绿豆治病到食用盐脱销、西瓜膨大剂,为什么总是在食品等安全问题发生后,专家学者才出来解答?为什么科普工作总是滞后?

    关心科普知识,从推荐下面这篇文章开始。

 

  新华网 20110928报道     比光跑得还快的中微子?本月早些时候意大利研究人员报告的这个消息一旦验证,爱因斯坦的相对论乃至整个现代物理的基石都将遭到严峻挑战。

然而,对这一“颠覆性发现”,包括英国著名物理学家史蒂芬·霍金、诺贝尔物理学奖得主丁肇中等在内的多数科学家持谨慎怀疑态度。一些科学家认为,相关研究出现了误差或计算错误,也有人认为可能忽略了某些因素。

所谓中微子,是指一种不带电的基本粒子。它具有最强的穿透力,可以像“幽灵”一样穿透任何物质。由于中微子难以捕捉和探测,因而也被称为宇宙的“隐身人”。它是目前科学界了解最晚、最少的基本粒子。

英国《自然》杂志22日报道说,意大利格兰萨索国家实验室下属的一个名为“OPERA”的实验装置接收了来自著名的欧洲核子研究中心的中微子,两地相距730公里,中微子跑过这段距离的时间比光速还快了60纳秒(1纳秒等于10亿分之一秒)。

这个消息虽然引起轰动,但科学家透露,类似的现象并非首次出现。英国伦敦大学学院教授珍妮·托马斯教授对英国《每日电讯报》说,在美国费米实验室进行的国际合作项目“MINOS”实验早在2007年就观测到了类似的“中微子超光速”现象。

“当我听到欧洲核子研究中心的实验结果时,我的第一反应也是他们错了,可能存在某些他们还没有考虑到的事情,”托马斯教授表示。托马斯是“MINOS”项目的发言人,而“MINOS”是世界上少数几个有能力重复欧洲本次实验的地方之一。

托马斯说,“MINOS”项目科学家几年前观测到类似现象时,认为可能是由于某些方面的误差引起,而宣布本次研究结果的科学家应该认真细致地考虑了各种因素,但仍然可能存在他们还没有考虑到的地方。她说,“MINOS”可能会在6个月内进行相关实验,看能否验证这一现象。

“难以发现的系统性错误”?

中微子超光速的消息引起学界震动,多数科学家对此发现表示怀疑,并认为欧洲核子研究中心的实验可能出现了计算错误。英国著名物理学家霍金说:“目前对中微子发表评论言之过早,还须进行更多实验及澄清工作。”

诺贝尔物理学奖得主、麻省理工学院教授丁肇中常年在欧洲核子研究中心从事磁谱仪数据分析工作。他对新华社记者说:“这是一个极其困难的实验,只有经过很多不同的方法重复这个实验,才能使人对这个实验有信心。这种困难的实验,外人很难看出和了解它的细节。”

诺贝尔物理学奖得主、得克萨斯大学奥斯汀分校理论物理学家史蒂芬·温伯格对《科学美国人》说:“我还没有看到任何科学文章描述这项工作。令我困扰的是——大量证据表明各种各样的其他粒子的速度从未超越过光速,而观测中微子极为困难。这就好比一些人说他家花园下面有小精灵而只能在雾蒙蒙的黑夜才能看到。”

德国电子同步加速器研究中心研究人员克里斯蒂安·施皮林说,发现超光速中微子的消息公布时,他正和大约100名中微子专家一同开会,“我的同事十分怀疑这一结论,毕竟相对论已在无数实验中得到证实。”

施皮林解释说,他并不是说相对论就一定对,“但我非常、非常、非常确信,测量数据里存在迄今尚未发现的系统性错误”。

一些物理学家甚至认为“OPERA”项目研究人员不应过早地公布测量数据,而是应该先自查疏漏,因为轻易公开不确凿的数据可能损害物理学界的信用。

美国亚利桑那州立大学理论物理学家劳伦斯·克劳斯认为这是件“令人尴尬之事”。他说,提交一项有关无法解释结果的论文并非不合理,“不过,在论文提交前就这项极不可能正确的结果举行新闻发布会,对欧洲核子研究中心、对科学都很不幸。如果被证明是错误的,每个人都会失去信用。”

“本世纪物理学的革命”?

不过,如果中微子超光速现象最终得到验证,整个物理学理论体系或许会因之重建。

美国威斯康星大学麦迪逊分销中微子物理学家卡斯滕·黑格说:“我们很多人可以说都被震惊了。这是非同寻常的结果,如果结果正确的话,我们甚至不能想出其所有意义。我们所知和教育的现代物理都基于爱因斯坦的狭义和广义相对论。如果意大利研究人员的成果是真实的,那么我认为这将是本世纪物理学的革命。”

对外界的种种争议,欧洲核子研究中心中微子项目研究小组成员、日本名古屋大学副教授小松雅宏26日在为此召开的记者会上说,实验的目的本来是为了测量中微子的质量,而不是中微子的速度,此次成果不过是一个副产品。

“如果因为(测量结果)与常识不一致,就不公布结果,不是研究人员应有的正确态度。”他说:“一直尝试采取各种手段,想否定这一结果,但是最后无论如何都会有60纳秒的时间差。”

同样参加了研究小组的名古屋大学副教授中村光宏也表示,“一开始认为肯定是搞错了”,因此他们从今年3月开始约半年时间里,重复进行了实验。他说:“思考相对论时,确实应该如临深渊,不过也有让人纠结的地方,但是我相信此次成果是正确的。”

(综合本社驻华盛顿记者任海军、伦敦分社记者黄、柏林分社记者郭洋、东京分社记者蓝建中报道)

    附录120世纪30年代,科学家发现原子核在衰变前后的能量不一致。物理学家泡利对此提出假设,有种粒子“窃走了”能量。这一假说在25年后终被证实,这个窃走能量的“小偷”就是中微子。

中微子是一种非常小的基本粒子,广泛存在于宇宙中。它可以自由穿过地球,很难与任何物质发生作用,难以捕捉和探测,被称为宇宙间的“隐身人”。曾有科学家打比方说:“即便用我们整个太阳系那么大的一块铅,也不可能把一个宇宙中微子拦下。”

在自然界里,中微子产生于太阳内的放射性衰变过程或者宇宙射线中,它可以揭示宇宙质量及浩瀚太空中各种星体的许多奥秘。这种粒子与宇宙发展和“暗物质”的存在有直接关系,有可能成为人类打开新物理学之门的钥匙。除理论研究外,中微子的特性还有可能被应用于通讯、地球断层扫描等领域。

中微子是近年来物理研究中的一个热点。2002年,美国和日本物理学家因“宇宙中微子探测”方面的成就摘得当年的诺贝尔物理学奖。

 

   附录2 新华网布鲁塞尔929(记者姜岩)欧洲科学家日前宣布发现超光速中微子之后,这个高深的基础科学问题迅速演变成一个公众事件——有否认者,有质疑者,有审慎支持者,有用各种假说解释者,还有声称时光旅行即将实现等充满科幻想法的人……

  由于超光速现象与相对论的基础不符,科学界的主流声音是说。他们解释说,要么实验有误差,要么计算有错误,要么实验设计有问题,否则不会出现超光速现象。甚至有科学家打赌说如果这是真的,自己就把内裤吃下去。

  但与此同时,也有科学家对超光速现象表示支持,他们要么基于现有理论试图加以解释,要么提出新的假说。

  比如有人提出,一种有关费米点的量子理论认为,中微子在能量为零的费米点上会表现出超常特征,超光速可能是其中之一;还有人根据量子引力理论认为,实验中的中微子穿过地壳,而地壳中存在大量物质使空间轻微变形,在不均匀的时空环境下,中微子速度可超光速;甚至还有人说,在普通的时空四维之外可能还存在其他维度,让中微子抄了近道,在普通的四维时空观测,其速度就超过光速了。

  其实,实验结果与理论冲突的现象是科学界的好事。早在19世纪末就曾有两个颠覆传统理论的实验结果,即光速不变和能量的不连续性,它们当时被称为物理学天空上的两朵乌云,结果一个催生了相对论,一个催生了量子论,在20世纪改变了人类社会。

  但面对可能的重大发现,格外审慎的态度是必须采取的。正如英国著名物理学家霍金所说:目前对中微子发表评论言之过早,还需进行更多实验及澄清工作。一旦这一结果被验证,在理论的权威性和事实面前,毫无疑问要尊重事实,修改或创新理论。

  不论验证结果如何,有一点可以肯定,这一事件对探索新的科研方式、普及科学知识都有正面意义。在全球化和信息化时代,人们既可以整合全世界的人力、物力和财力共同参与重大科研项目,也可以利用这一引发广泛关注的事件做好科学知识的普及。

  此外,在尚无定论的实验结果面前,全球科学界表现出的严谨态度和媒体的客观报道,都十分值得赞赏。目前为止,无论是支持这一结果的正方还是持否定态度的反方,科学家们的探讨都在合理的科学范畴之内,并没有太多主观倾向和科学之外的纷争。而主流媒体对这一事件秉持客观和理智,也使公众保持了适当的关注度。    (来源:新华网)

  

 

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