不要輕做和輕信所謂的實(shí)驗(yàn)

 

Dynamics（Cambridge University Press, 2006）的第一章（Purposes and Value ofGeophysical Fluid Dynamics）引用了愛丁頓的一句話：“Nevertrust an observation without a supporting theory.”這在物理學(xué)中是“常識(shí)”，大約等于愛因斯坦說的理論決定觀察（“是理論決定我們看見了什么”），但在地學(xué)中卻還沒能深入人心。我給不同專業(yè)背景的同學(xué)講數(shù)學(xué)物理方法課，總是開宗明義說，不是要你們學(xué)會(huì)具體的數(shù)學(xué)物理方法和工具（一時(shí)半會(huì)兒也學(xué)不了那么多），主要是要改變思維方式，最重要的一點(diǎn)就是要從整體的因子關(guān)系的研究轉(zhuǎn)變?yōu)樽兞康奈锢磉^程的研究，而基本過程都是經(jīng)典物理學(xué)（和流體力學(xué)土力學(xué)等）決定的，可是同學(xué)們把那些基本理論都忘了，每于一個(gè)現(xiàn)象，總想用所謂的實(shí)驗(yàn)來重現(xiàn)——遺憾的是，大地的過程幾乎不可能在實(shí)驗(yàn)室里重現(xiàn)（不是實(shí)驗(yàn)條件的問題，也不是尺度的問題），我們只能做某些關(guān)鍵物理量變化的實(shí)驗(yàn)，而那樣的實(shí)驗(yàn)必須在理論指導(dǎo)下才可能做好的�；蛘邠Q句話說，實(shí)際上是因?yàn)?ldquo;無視”（或無知）理論，所以想不到該做什么實(shí)驗(yàn)，做了實(shí)驗(yàn)也不知道怎么分析——但很多同學(xué)天真地認(rèn)為，有了實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，就會(huì)得到結(jié)果。

 

   具體說來，我們的實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)問題：

 

   如果實(shí)驗(yàn)是為了再現(xiàn)自然的現(xiàn)象，那么再現(xiàn)了嗎？如果它跟野外的一樣，野外你見過一百回了，有感覺嗎？你的實(shí)驗(yàn)增加了什么我們沒看見或看不見的嗎？如果回答no，那么實(shí)驗(yàn)就白做了；

 

   如果實(shí)驗(yàn)是為了建立物理關(guān)系，你的關(guān)系服從什么基本的物理法則？如果不能從原理上解釋你的關(guān)系（幾乎是統(tǒng)計(jì)關(guān)系），那得到的關(guān)系就沒有意義，實(shí)驗(yàn)和分析就不完整。遺憾的是，很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果就是歸結(jié)為一個(gè)什么物理意義也說不清的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，并被封為“模型”。

 

   我的態(tài)度是，第一類實(shí)驗(yàn)幾乎都是不需要的，其實(shí)也是做不成的。假如滾滾長(zhǎng)江都不能令你對(duì)洪水有什么物理感覺，我才不信實(shí)驗(yàn)室里的小溪流能激發(fā)你看出大洪水的“機(jī)制”！第二類實(shí)驗(yàn)是理論決定的，在做實(shí)驗(yàn)之前，最好學(xué)學(xué)（或復(fù)習(xí)）相關(guān)（甚至看似不相關(guān)）的理論。什么人拿一個(gè)水槽都敢做地球物理流體的“模型”實(shí)驗(yàn)，這不是標(biāo)志學(xué)科的知識(shí)已經(jīng)普及到幼兒園了，而只能說學(xué)科的發(fā)展還沒走出幼兒園。

 

   James將愛丁頓的話改成更適合地學(xué)的情形：如果沒有支撐的解釋，不要相信事實(shí)或模擬。（Therefore, for geophysics I prefer a rephrasing of the remark to the more modest, `Never trust a fact, or a simulation, without a supportinginterpretation.'）在fact和simulation之外，我們當(dāng)然還要加上experiment (either in field or in laboratory)。