自然辩证法课程教学案例 易显飞主讲 长沙理工大学科技与社会发展研究所
自然辩证法课程教学案例 易 显 飞 主讲 长沙理工大学科技与社会发展研究所
案例1：光的波动说与粒子说之争 波动说 托马斯·杨(Thomas.young)出生于英国的索塞特郡。他2岁时，就能很流 畅地读书，4岁时已经通读了两遍圣经，6岁时，能整篇背诵“哥德斯密思的荒 村”。16岁时由于他反对贩卖奴隶而戒食糖。19岁时，在伦敦、爱丁堡、哥丁根。 最后在剑桥学医。最早研究关于眼睛的构造与光学特性。1801-1804年是他光学 发现的第一个时期。1801年，杨在皇家学会宣读了关于薄片颜色的论文，他在 这里表示他自己强烈地倾向于光的波动说。干涉原理的引入是这篇文章跨出的重 大一步。“两个在方向上或者是完全一致或者是很接近的不同光源的波动，它们 的联合效应是每一种光的运动的合成”。杨第一次彻底地用干涉原理解释了声音 和光。他以这个原理解释了薄片的色彩和刻条纹的表面或“条纹面”的衍射颜色。 杨的观察是以极大的精密度作的，但是，他说明这些观测事实的方式，正如他的 大部分论文一样，是简洁而有点模糊不清的。他的包含有重要的干涉原理的论文 成为自牛顿的时代以来发行的最重要的物理光学出版物。但它们并没有在科学界 留有印象。布鲁厄姆在《爱丁堡评论》第二期和第三期上对这些论文发起了猛烈 的攻击。杨的文章被宜称为“没有值得称之为实验或发现的东西”、没有任何价 值。布鲁厄姆说，“我们想对革新创造发表点意见，它们除了阻碍科学的进展以 外不会有别的效果。”在指责干涉原理为“荒唐”和“不合逻辑”以后，这个评 论者说：“我们现在暂时不接受这个作者无能的学究气的作品，从中我们未能找 到一些有关的学问、敏锐和独创的痕迹，本来我们以为这些东西可以弥补他在顽 强的思考力、冷静和耐性的研究以及通过踏实和审慎地观察自然的运转而成功地 发展自然规律方面的明显缺点。”杨发出了有力的回答，它是以一本小册子的形 式发表的，但是并没有使公众的舆论转向赞成他的学说。因为正如他自己说的 样，“只卖了一册”。丁铎尔说：“通过那时掌握了舆论界的一个作者的激烈挖苦， 这个有天才的人被压制了一一被他的同胞评头论足的才智埋没了一一整整20 年，他事实上被当作梦呓者…他首先要感谢法国人菲涅尔和阿拉哥，感谢他们 恢复了他的权利”。 菲涅尔出生在诺曼底的布罗意。8岁时才能勉强读书。16岁时上了巴黎的综 合技术学校。他于1815年开始他的实验研究。在一年的时间里，他很快地完成 2
2 案例 1：光的波动说与粒子说之争 波动说 托马斯·杨（Thomas.young）出生于英国的索塞特郡。他 2 岁时，就能很流 畅地读书，4 岁时已经通读了两遍圣经，6 岁时，能整篇背诵“哥德斯密思的荒 村”。16 岁时由于他反对贩卖奴隶而戒食糖。19 岁时，在伦敦、爱丁堡、哥丁根。 最后在剑桥学医。最早研究关于眼睛的构造与光学特性。1801-1804 年是他光学 发现的第一个时期。1801 年，杨在皇家学会宣读了关于薄片颜色的论文，他在 这里表示他自己强烈地倾向于光的波动说。干涉原理的引入是这篇文章跨出的重 大一步。“两个在方向上或者是完全一致或者是很接近的不同光源的波动，它们 的联合效应是每一种光的运动的合成”。杨第一次彻底地用干涉原理解释了声音 和光。他以这个原理解释了薄片的色彩和刻条纹的表面或“条纹面”的衍射颜色。 杨的观察是以极大的精密度作的，但是，他说明这些观测事实的方式，正如他的 大部分论文一样，是简洁而有点模糊不清的。他的包含有重要的干涉原理的论文 成为自牛顿的时代以来发行的最重要的物理光学出版物。但它们并没有在科学界 留有印象。布鲁厄姆在《爱丁堡评论》第二期和第三期上对这些论文发起了猛烈 的攻击。杨的文章被宣称为“没有值得称之为实验或发现的东西”、没有任何价 值。布鲁厄姆说，“我们想对革新创造发表点意见，它们除了阻碍科学的进展以 外不会有别的效果。”在指责干涉原理为“荒唐”和“不合逻辑”以后，这个评 论者说：“我们现在暂时不接受这个作者无能的学究气的作品，从中我们未能找 到一些有关的学问、敏锐和独创的痕迹，本来我们以为这些东西可以弥补他在顽 强的思考力、冷静和耐性的研究以及通过踏实和审慎地观察自然的运转而成功地 发展自然规律方面的明显缺点。”杨发出了有力的回答，它是以一本小册子的形 式发表的，但是并没有使公众的舆论转向赞成他的学说。因为正如他自己说的一 样，“只卖了一册”。丁铎尔说：“通过那时掌握了舆论界的一个作者的激烈挖苦， 这个有天才的人被压制了——被他的同胞评头论足的才智埋没了——整整 20 年，他事实上被当作梦呓者……他首先要感谢法国人菲涅尔和阿拉哥，感谢他们 恢复了他的权利”。 菲涅尔出生在诺曼底的布罗意。8 岁时才能勉强读书。16 岁时上了巴黎的综 合技术学校。他于 1815 年开始他的实验研究。在一年的时间里，他很快地完成
了一系列的实验和论文。在由点光束发射出的光束中放上一根曲线，精确地测定 出从这光束的轴到所产生条纹的距离。正如杨早先做过的一样，他注意到，当通 过细线一边的光在它到达屏之前把它挡住时，影内的光带就消失了。菲涅尔不知 道杨早在13年前就已经取得了这个成就，他正被引向干涉原理。许多物理学家 不倾向于承认这个现象就是干涉。自从格里马耳迪时候起，人们就己经知道衍射 条纹：并且已经根据发射说，用光的微粒和引起衍射的物体边缘之间进行吸引和 排斥的臆想定律来解释这种现象。为了消除这些反对意见，菲涅尔设计了一个值 得纪念的实验，这个实验产生于两个与小孔或不透明障碍物边缘无关的小光源。 用两块彼此形成一个接近180°角的金属镜，他避开衍射，而以反射光束产生了 干涉现象。阿拉哥和潘索受命报告菲涅尔的第一篇论文。阿拉哥热情地研究了这 个问题，并且成为法国第一个改信波动说的人。由于菲涅尔的一些数学假设不够 好，因此属于严密数学学派的拉普拉斯和泊松等人起初都不屑于去考虑他的理 论。菲涅尔受他们的反对意见的刺激而作了更大的努力。杨没有以大量的数值计 算证明他的解释。菲涅尔在更高程度上应用了数学分析，并且使许多人相信了波 动说。他对于反对波动说的老意见一一即波动说不能解释影子的存在或者光的近 似直线传播一一作了全面的回答。光的干涉现象不同于声音的干涉现象是由于光 的波长要短得多。和杨不一样，菲涅尔广泛采用了惠更斯的子波原理，他讲道： “在任何一点的光波振动可以看做在同一时刻传播到那一点上的光的元振动的 总和，这些元振动来自所考察的未受阻拦的波的所有部分在它以前位置的任何 点的各个作用。” 正是阿拉哥使菲涅尔注意到杨的研究，并且把这个法国学者的第一篇论文寄 给了那位英国医生。令人高兴的是，他们之间不存在激烈的优先权之争。菲涅尔 在1816年给杨的信中写道：“如果有什么能够安慰我没有获得优先权的利益的 话，那就是，对我来说，我遇到了如此大量的重要发现丰富了物理学的学者，同 时他大地有助于加强我对于我所采用的理论的信心。”杨在1819年10月给菲涅 尔的回信中写道：“先生，我为您赠送我令人敬羡的论文表示万分感谢：在对光 学进展最有贡献的许多论文中，您的论文确实也有很高的地位的。， 牛顿和惠更斯都曾研究过偏振。惠更斯讲过单轴品体的非常折射的真实定 律。他们把“双面”或“偏振”的性质看做是仅仅与双折射有关的孤立事件。过 3
3 了一系列的实验和论文。在由点光束发射出的光束中放上一根曲线，精确地测定 出从这光束的轴到所产生条纹的距离。正如杨早先做过的一样，他注意到，当通 过细线一边的光在它到达屏之前把它挡住时，影内的光带就消失了。菲涅尔不知 道杨早在 13 年前就已经取得了这个成就，他正被引向干涉原理。许多物理学家 不倾向于承认这个现象就是干涉。自从格里马耳迪时候起，人们就已经知道衍射 条纹；并且已经根据发射说，用光的微粒和引起衍射的物体边缘之间进行吸引和 排斥的臆想定律来解释这种现象。为了消除这些反对意见，菲涅尔设计了一个值 得纪念的实验，这个实验产生于两个与小孔或不透明障碍物边缘无关的小光源。 用两块彼此形成一个接近 180°角的金属镜，他避开衍射，而以反射光束产生了 干涉现象。阿拉哥和潘索受命报告菲涅尔的第一篇论文。阿拉哥热情地研究了这 个问题，并且成为法国第一个改信波动说的人。由于菲涅尔的一些数学假设不够 好，因此属于严密数学学派的拉普拉斯和泊松等人起初都不屑于去考虑他的理 论。菲涅尔受他们的反对意见的剌激而作了更大的努力。杨没有以大量的数值计 算证明他的解释。菲涅尔在更高程度上应用了数学分析，并且使许多人相信了波 动说。他对于反对波动说的老意见——即波动说不能解释影子的存在或者光的近 似直线传播——作了全面的回答。光的干涉现象不同于声音的干涉现象是由于光 的波长要短得多。和杨不一样，菲涅尔广泛采用了惠更斯的子波原理，他讲道： “在任何一点的光波振动可以看做在同一时刻传播到那一点上的光的元振动的 总和，这些元振动来自所考察的未受阻拦的波的所有部分在它以前位置的任何一 点的各个作用。” 正是阿拉哥使菲涅尔注意到杨的研究，并且把这个法国学者的第一篇论文寄 给了那位英国医生。令人高兴的是，他们之间不存在激烈的优先权之争。菲涅尔 在 1816 年给杨的信中写道：“如果有什么能够安慰我没有获得优先权的利益的 话，那就是，对我来说，我遇到了如此大量的重要发现丰富了物理学的学者，同 时他大地有助于加强我对于我所采用的理论的信心。”杨在 1819 年 10 月给菲涅 尔的回信中写道：“先生，我为您赠送我令人敬羡的论文表示万分感谢！在对光 学进展最有贡献的许多论文中，您的论文确实也有很高的地位的。” 牛顿和惠更斯都曾研究过偏振。惠更斯讲过单轴晶体的非常折射的真实定 律。他们把“双面”或“偏振”的性质看做是仅仅与双折射有关的孤立事件。过
了一个世纪之后，马吕斯观察到偏振可以伴随着反射。这样除了晶体的折射外 还可以用其他方法使光发生偏振。 马吕斯出生于巴黎。他受过军事工程师的教育，并在德国和埃及的法国军队 中服过役。他通过一片晶体看到卢森堡宫的窗户反射到他住所居住的因弗尔街的 住宅的太阳的像，他很惊奇地发现，当晶体在某种位置时，太阳的双像之一消失 了。他试图以光在大气中运行时发生某种变形来解释这个奇特的现象。但到了晚 上时，他发现烛光以36°角落在水面时会有类似的情况，事实上烛光是偏振化 了的。此外如果以方解石来的两束光同时以36°角落在水面，并且如果寻常光 线部分地被反射，则非常光线全然不被反射，反之也一样。这样马吕斯找到了现 代物理学的一个分支。 这时候，波动说还没有对偏振现象做出解释，它处在被马吕斯发现的大量新 事实推翻的危险之中。托马斯·杨在1811年写信给马吕斯（他是发射学说的 个坚决信徒)：“你实验证明了我所采用的理论（即干涉现象）的不足，但是这些 实验并没有证明它是错的的。”正如惠威尔说的那样，毫无疑问，这是“波动说 历史上最黑暗的时候”。杨没有隐匿困难：他也没有放弃调和这个表面上的矛盾 的希望。经过六年后，曙光出现了。在1817年1月12日，杨给阿拉哥写信时说 道：“根据这个波动说的原理，所有的波都像声波一样是通过均匀介质以同心球 面单独传播的，在径向方向上只有粒子的前进或后退运动，以及伴随它们的凝聚 和稀疏。虽然波动说可以解释横向振动也在径向方向上并以相等速度传播，但粒 子的运动是在相对于径向的某个恒定方向上的，而这就是偏振。”这是一个巧妙 的提示，它使人们有可能理解光线是如何能够显现出两面性。后来，人们选定了 垂直于光线的特定方向来代替杨所说的“恒定方向”。菲涅尔独立地获得了这个 解释模式，但它的论文发表在杨之后。在领悟横向振动的说法时，从阿拉哥对惠 威尔的叙述中产生了某种困难的观念：“当他（阿拉哥）和菲涅尔己经共同取得 了他们关于相反的偏振光线的非干涉性实验结果时，并且当菲涅尔指出，只有横 向振动才可能把这个事实纳入波动时，他自己表示，他没有胆量发表这样一种观 点：因此，《论文》的第二部分仅仅是以菲涅尔的名字发表的。”菲涅尔推进了偏 振光的整个课题。通过某种品体的偏振光所产生的多种颜色是阿拉哥在1811年 发现的。两个对立的光学学说的坚决拥护者促进了发现这种消偏振现象的解释
4 了一个世纪之后，马吕斯观察到偏振可以伴随着反射。这样除了晶体的折射外， 还可以用其他方法使光发生偏振。 马吕斯出生于巴黎。他受过军事工程师的教育，并在德国和埃及的法国军队 中服过役。他通过一片晶体看到卢森堡宫的窗户反射到他住所居住的因弗尔街的 住宅的太阳的像，他很惊奇地发现，当晶体在某种位置时，太阳的双像之一消失 了。他试图以光在大气中运行时发生某种变形来解释这个奇特的现象。但到了晚 上时，他发现烛光以 36°角落在水面时会有类似的情况，事实上烛光是偏振化 了的。此外如果以方解石来的两束光同时以 36°角落在水面，并且如果寻常光 线部分地被反射，则非常光线全然不被反射，反之也一样。这样马吕斯找到了现 代物理学的一个分支。 这时候，波动说还没有对偏振现象做出解释，它处在被马吕斯发现的大量新 事实推翻的危险之中。托马斯·杨在 1811 年写信给马吕斯（他是发射学说的一 个坚决信徒）：“你实验证明了我所采用的理论（即干涉现象）的不足，但是这些 实验并没有证明它是错的的。”正如惠威尔说的那样，毫无疑问，这是“波动说 历史上最黑暗的时候”。杨没有隐匿困难；他也没有放弃调和这个表面上的矛盾 的希望。经过六年后，曙光出现了。在 1817 年 1 月 12 日，杨给阿拉哥写信时说 道：“根据这个波动说的原理，所有的波都像声波一样是通过均匀介质以同心球 面单独传播的，在径向方向上只有粒子的前进或后退运动，以及伴随它们的凝聚 和稀疏。虽然波动说可以解释横向振动也在径向方向上并以相等速度传播，但粒 子的运动是在相对于径向的某个恒定方向上的，而这就是偏振。”这是一个巧妙 的提示，它使人们有可能理解光线是如何能够显现出两面性。后来，人们选定了 垂直于光线的特定方向来代替杨所说的“恒定方向”。菲涅尔独立地获得了这个 解释模式，但它的论文发表在杨之后。在领悟横向振动的说法时，从阿拉哥对惠 威尔的叙述中产生了某种困难的观念：“当他（阿拉哥）和菲涅尔已经共同取得 了他们关于相反的偏振光线的非干涉性实验结果时，并且当菲涅尔指出，只有横 向振动才可能把这个事实纳入波动时，他自己表示，他没有胆量发表这样一种观 点；因此，《论文》的第二部分仅仅是以菲涅尔的名字发表的。”菲涅尔推进了偏 振光的整个课题。通过某种晶体的偏振光所产生的多种颜色是阿拉哥在 1811 年 发现的。两个对立的光学学说的坚决拥护者促进了发现这种消偏振现象的解释
杨根据波动说第一个作出了解释，而后阿拉哥和菲涅尔更充分地解释了它。毕奥 根据微粒说在复杂的非常优美的数学研究中对这些事实作了解释。这受到拉普拉 斯和其他数学家的赞赏，他们发现毕奥的思辨比菲涅尔的那些解释更符合他们的 习惯。阿拉哥参加了反对毕奥的行列，这两个物理学家进行了如此激烈的争论， 以致一度亲密合作的两个人完全变得疏远了。约1816年，毕奥发现了显示双折 射的电石片，但它吸收寻常光线。这就导致了他制造了闻名遐迩的电气石钳以便 研究偏振现象。他还提出了重要的旋光偏振定律并把它应用于各种物质的分析 布鲁斯特很成功地对晶体的偏振光现象进行了考验。虽然他受过牧师训练 但他从未束缚于他充当牧师的职业上。1799年，他受到他同学布鲁姆的鼓动， 重复并研究了牛顿的衍射实验。从那时起，布鲁斯特几乎是连续地从事创造性研 究。他成为圣·安德鲁斯的物理学教授，后来又当上了爱丁堡大学校长。在1819 年，他跟詹姆森合作创办了《爱丁堡哲学期刊》。他是英国科学发展协会的主要 组织者，这个协会在1831年于约克郡举行了第一次会议。他由于发明万花筒而 变得很有名。在英国和美国这两地方，万花筒的销售量非常大，以致有一个时期 供不应求。像毕奥一样，布鲁斯特从没有对波动论有过好感，“这位光学矿物学 的二轴晶体的偏振定律的和被压缩的双折射定律的发现者”是在一种精神框架中 作断言的，甚至于在杨、菲涅尔和阿拉哥已经给世界作出了成熟的研究后还断言： “他对于光的波动说的主要异议是，他不能设想造物主竞如此笨拙的错误，为了 产生光竞将以太充满空间”。 看完上述材料后，请思考下列问题： 1.不同科学理论之间的争论对于科学进步起到什么样的作用？ 2.科学理论之间的争论应当遵循哪些科学伦理规范和道德要求？ 3.公共奥论能够判定科学真理吗？ 4.马吕斯是怎样介入光学研究的？你从这一现象中得到什么样的启示？ 案例2.实验新发现和现代物理学革命。 19世纪末，经典物理学已经有了相当的发现，几个主要部门一一力学、热 力学和分子动力理论、电磁学及光学都已经建立了完整的理论体系，在应用上也 取得了巨大成果。这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶，伟大的发现已 5
5 杨根据波动说第一个作出了解释，而后阿拉哥和菲涅尔更充分地解释了它。毕奥 根据微粒说在复杂的非常优美的数学研究中对这些事实作了解释。这受到拉普拉 斯和其他数学家的赞赏，他们发现毕奥的思辨比菲涅尔的那些解释更符合他们的 习惯。阿拉哥参加了反对毕奥的行列，这两个物理学家进行了如此激烈的争论， 以致一度亲密合作的两个人完全变得疏远了。约 1816 年，毕奥发现了显示双折 射的电石片，但它吸收寻常光线。这就导致了他制造了闻名遐迩的电气石钳以便 研究偏振现象。他还提出了重要的旋光偏振定律并把它应用于各种物质的分析。 布鲁斯特很成功地对晶体的偏振光现象进行了考验。虽然他受过牧师训练， 但他从未束缚于他充当牧师的职业上。1799 年，他受到他同学布鲁姆的鼓动， 重复并研究了牛顿的衍射实验。从那时起，布鲁斯特几乎是连续地从事创造性研 究。他成为圣·安德鲁斯的物理学教授，后来又当上了爱丁堡大学校长。在 1819 年，他跟詹姆森合作创办了《爱丁堡哲学期刊》。 他是英国科学发展协会的主要 组织者，这个协会在 1831 年于约克郡举行了第一次会议。他由于发明万花筒而 变得很有名。在英国和美国这两地方，万花筒的销售量非常大，以致有一个时期 供不应求。像毕奥一样，布鲁斯特从没有对波动论有过好感，“这位光学矿物学 的二轴晶体的偏振定律的和被压缩的双折射定律的发现者”是在一种精神框架中 作断言的，甚至于在杨、菲涅尔和阿拉哥已经给世界作出了成熟的研究后还断言： “他对于光的波动说的主要异议是，他不能设想造物主竟如此笨拙的错误，为了 产生光竟将以太充满空间”。 看完上述材料后，请思考下列问题： 1．不同科学理论之间的争论对于科学进步起到什么样的作用？ 2．科学理论之间的争论应当遵循哪些科学伦理规范和道德要求？ 3．公共舆论能够判定科学真理吗？ 4．马吕斯是怎样介入光学研究的？你从这一现象中得到什么样的启示？ 案例 2.实验新发现和现代物理学革命。 19 世纪末，经典物理学已经有了相当的发现，几个主要部门——力学、热 力学和分子动力理论、电磁学及光学都已经建立了完整的理论体系，在应用上也 取得了巨大成果。这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶，伟大的发现已
经不会再有了，以后的任务是在细节上进行修补和完善。然而，正在这个时候 从实验中陆续发现一系列经典物理学难以解释的事实，改变了这局面。这些新发 现的事实与经典物理学的基本概念和定律发生了无法调和的矛盾。从伦琴发现X 射线的1895年开始，到1905年爱因斯坦发表三篇论文为止，在这10年的世纪 之交的年代里，具有重大意义的发现如下表： 19-20世纪之交的重大实验发现 年份 人物 贡献 1895 伦琴 发现X射线 1896 贝克勒尔 发现放射性 1896 塞曼 发现磁场使光谱线分裂 1897 J.J.汤 发现电子 1898 瑟福 发现a,B射线 1898 居里夫妇 发现放射性元素钋和镭 1899-1900 卢梅尔和 发现热辐射能量分布曲线偏离维恩分布 1900 维拉德 发现Y射线 1901 考夫曼 发现电子的质量随速度而增加 1902 勒纳德 发现光电效应基本规律 1902 里查森 发现热电子发射规律 1903 卢瑟福和 发现放射性元素蜕变规律 这一系列发现是在电气工业广泛发展的时代下产生的。X射线、放射性和电 子的发现是19-20世纪之交的三大科学发现。 X射线的发现 1895年 以太说 电气工业的 放射性的发现 896年 徽粒说 1897年 电子的发现 1R58年 阴极射线研究 原子物理学 原子物速华 19世纪是电的世纪。发电机、变压器、和高压输电线路逐步在生产中得到 6
6 经不会再有了，以后的任务是在细节上进行修补和完善。然而，正在这个时候， 从实验中陆续发现一系列经典物理学难以解释的事实，改变了这局面。这些新发 现的事实与经典物理学的基本概念和定律发生了无法调和的矛盾。从伦琴发现 X 射线的 1895 年开始，到 1905 年爱因斯坦发表三篇论文为止，在这 10 年的世纪 之交的年代里，具有重大意义的发现如下表： 19-20 世纪之交的重大实验发现 年份 人物 贡献 1895 伦琴 发现 X 射线 1896 贝克勒尔 发现放射性 1896 塞曼 发现磁场使光谱线分裂 1897 J．J．汤 姆逊 发现电子 1898 卢瑟福 发现 a，ß 射线 1898 居里夫妇 发现放射性元素钋和镭 1899-1900 卢梅尔和 鲁本斯等人 发现热辐射能量分布曲线偏离维恩分布 律 1900 维拉德 发现 γ 射线 1901 考夫曼 发现电子的质量随速度而增加 1902 勒纳德 发现光电效应基本规律 1902 里查森 发现热电子发射规律 1903 卢瑟福和 索迪 发现放射性元素蜕变规律 这一系列发现是在电气工业广泛发展的时代下产生的。X 射线、放射性和电 子的发现是 19-20 世纪之交的三大科学发现。 ———→ ———→ → → —————月日 — 阴极射线研究。 19 世纪是电的世纪。发电机、变压器、和高压输电线路逐步在生产中得到 低 压 气 体 放 电 电气照明 电气工业的萌芽 高压输电 阴 极 射 线 的 发 现 以太说 微粒说 X 射线的发现 放射性的发现 电子的发现 1858 年 1895 年 1896 年 1897 年 原子物理学 原子核物理学
广泛应用，然而，漏电和放电损耗非常严重，亟待解决。这些问题都涉及到低压 气体放电现象，于是人们竟相研究与低压气体放电现象有关的问题。德国物理学 家和发明家盖斯勒(J.H.Geissler,1815-1879)在1855年发明了水银真空 泵，1858年发明了放电管，为低压气体的放电研究创造了条件。 1858年德国人普鲁克尔(J.P1 acker,1801-1868)在研究气体放电时， 注意到在放电管正对阴极发出打到管壁所致.1876年，另一位德国物理学家 哥尔茨坦(Eugen Goldstein,1850-1930)认为，这是从阴极发出的某种射线， 并命名为阴极射线。1871年瓦利尔(C.F.Varley,1828-1883)发现阴极射线 在磁场中会发生偏转，这与带电粒子的行为很相似.克鲁克斯 (.Crookes,,1832-1919)在实验中证实阴极射线不但按直线前进、能聚焦、在 磁场中会偏转，而且还可以传递能量和动量。克鲁克斯认为，阴极射线是由真空 管中残余气体的分子组成，由于乱运动有些气体分子撞击到阴极，于是从阴极获 得了负电荷，在电场的驱使下形成了带电的分子流。 舒斯特也认为，阴极射线是带电粒子流。这三位科学家都是英国人，故称英 国学派。哥尔茨坦、赫兹(H.Hertz)勒纳德(P.Lenard,,1862-1947)是德国 物理学家，他们持以太论观点，故称德国学派。哥尔茨坦用光谱仪做实验，当光 谱仪的两端改变极性时，他发现光的谱线没 有任何变化。这成为他驳斥带电分子流的有力证据。赫兹也做许多实验来为 自己的以太学说辩护。他注意到阴极射线可以穿过金属隔板，使被挡住的玻璃壁 发出微弱的荧光。这成为他反驳带电分子说的有力证据。 微粒说者也在积极寻找证据。法国物理学家佩兰(J,B.Perrin,,1870-1942) 将圆桶电极安装在阴极射线管中，用静电计测圆桶接收的电荷，得到的结果是负 电。他支持微粒说。这一争论促使人们做了许多实验和理论研究，引出了一系列 重大成果。 X射线的发现。 1895年11月8日，德国维尔茨堡大学的伦琴(Wilhelm Konard R6 ntgen,1845-1923)正在实验室中研究阴极射线，突然，他的注意力被一块荧 光屏的微弱闪烁吸引住了。当时房间一片漆黑，放电管用黑纸包严。亚铂氰化钡 做成的荧光屏离放电管大约一米远。他移远荧光屏继续试验，只见荧的闪光，仍
7 广泛应用，然而，漏电和放电损耗非常严重，亟待解决。这些问题都涉及到低压 气体放电现象，于是人们竟相研究与低压气体放电现象有关的问题。德国物理学 家和发明家盖斯勒（J.H. Geissler，1815-1879）在１８５５年发明了水银真空 泵，１８５８年发明了放电管，为低压气体的放电研究创造了条件。 １８５８年德国人普鲁克尔（J. Plücker,1801-1868）在研究气体放电时， 注意到在放电管正对阴极发出打到管壁所致．１８７６年，另一位德国物理学家 哥尔茨坦（Eügen Goldstein,1850-1930）认为，这是从阴极发出的某种射线， 并命名为阴极射线。１８７１年瓦利尔（C.F.Varley,1828-1883）发现阴极射线 在 磁 场 中 会 发 生 偏 转 ， 这 与 带 电 粒 子 的 行 为 很 相 似 ． 克 鲁 克 斯 （W.Crookes,1832-1919）在实验中证实阴极射线不但按直线前进、能聚焦、在 磁场中会偏转，而且还可以传递能量和动量。克鲁克斯认为，阴极射线是由真空 管中残余气体的分子组成，由于乱运动有些气体分子撞击到阴极，于是从阴极获 得了负电荷，在电场的驱使下形成了带电的分子流。 舒斯特也认为，阴极射线是带电粒子流。这三位科学家都是英国人，故称英 国学派。哥尔茨坦、赫兹（H. Hertz）勒纳德（P. Lenard,1862-1947）是德国 物理学家，他们持以太论观点，故称德国学派。哥尔茨坦用光谱仪做实验，当光 谱仪的两端改变极性时，他发现光的谱线没 有任何变化。这成为他驳斥带电分子流的有力证据。赫兹也做许多实验来为 自己的以太学说辩护。他注意到阴极射线可以穿过金属隔板，使被挡住的玻璃壁 发出微弱的荧光。这成为他反驳带电分子说的有力证据。 微粒说者也在积极寻找证据。法国物理学家佩兰（J.B.Perrin,1870-1942） 将圆桶电极安装在阴极射线管中，用静电计测圆桶接收的电荷，得到的结果是负 电。他支持微粒说。这一争论促使人们做了许多实验和理论研究，引出了一系列 重大成果。 X 射线的发现。 1895 年 11 月 8 日，德国维尔茨堡大学的伦琴（ Wilhelm Konard Rőntgen,1845-1923）正在实验室中研究阴极射线，突然，他的注意力被一块荧 光屏的微弱闪烁吸引住了。当时房间一片漆黑，放电管用黑纸包严。亚铂氰化钡 做成的荧光屏离放电管大约一米远。他移远荧光屏继续试验，只见荧的闪光，仍
随放电过程的节拍断续出现。他用书本、木板、铝片放在放电管与荧光屏之间进 行试，依然存在这一现象，于是他认定是有某种穿透力很强的射线从放电管发送 出来。随后他持续研究这一现象达六星期，最后于1896年1月4日在柏林物理 学会的会议上展览了他的X射线照片。 放射性的发现。 当伦瑟发现X射线后，直接将这一发现告知了法国著名的数学物理学家彭加 勒。1896年1月20日，法国科学院每周一次例会，彭加勒带去了伦瑟的论文和 照片并当场做了展示。当时的法国医生亨利·贝克勒尔(A.Heri Becquerel,1852-1908)很受启发，他用铀盐做实验.他用两张厚纸包了一张感 光底片，纸非常厚，即使放在太阳底下晒一整天也不致使底片变色，他在黑纸上 面放一层磷光物质，然后拿到太阳底下晒几个小时，显影后，他在底片上看到了 磷光物质的黑影。一个星期之后，也就是3月2日，法国科学院再次召开科学院 例会。亨利·贝克尔找到了正确的答案。2月26-27日这两天都是阴天，他只好 将铀盐和底片一块放在抽屉里，没有想到底片的廓影更加强烈。随后他又对铀盐 的品体、溶液进行了试验。他最终肯定固体铀盐的辐射最强。 1897年，居里夫妇重复了亨利·贝克勒尔的铀盐实验，并将居里兄弟早先 发现的压电效应用于测量游离电流，得到了大量精确数据，使用权放射性研究走 上了定量研究的道路。最后，居里夫妇于1898年7月从沥青中提炼出了比同样 质量的轴强400倍的未知物质，后来被居 里夫妇命名为钋。 电子的发现。 从1890年起，J.J.汤姆逊(Joseph John Thomson,,1856-1940)就带着 学生研究阴极射线.克鲁克斯和舒斯特的思想对他很有影响。他认为，带电微粒 说更符合实际.于是他从四个方面进行了实验： (1)直接测量阴极射线携带的电荷。 (2)使阴极射线受静电偏转。 (3)用不同方法测量阴极射线的荷质比。 (4)证明电子存在的普遍性。（以上实验过程，略） 最后他同他的学生得出的结论是：阴极射线所带电量与氢离子的带电量相 8
8 随放电过程的节拍断续出现。他用书本、木板、铝片放在放电管与荧光屏之间进 行试，依然存在这一现象，于是他认定是有某种穿透力很强的射线从放电管发送 出来。随后他持续研究这一现象达六星期，最后于 1896 年 1 月 4 日在柏林物理 学会的会议上展览了他的 X 射线照片。 放射性的发现。 当伦瑟发现 X 射线后，直接将这一发现告知了法国著名的数学物理学家彭加 勒。1896 年 1 月 20 日，法国科学院每周一次例会，彭加勒带去了伦瑟的论文和 照 片 并 当 场 做 了 展 示 。 当 时 的 法 国 医 生 亨 利 · 贝 克 勒 尔 （ A. Henri Becquerel,1852-1908）很受启发，他用铀盐做实验．他用两张厚纸包了一张感 光底片，纸非常厚，即使放在太阳底下晒一整天也不致使底片变色，他在黑纸上 面放一层磷光物质，然后拿到太阳底下晒几个小时．显影后，他在底片上看到了 磷光物质的黑影。一个星期之后，也就是 3 月 2 日，法国科学院再次召开科学院 例会。亨利·贝克尔找到了正确的答案。2 月 26-27 日这两天都是阴天，他只好 将铀盐和底片一块放在抽屉里，没有想到底片的廓影更加强烈。随后他又对铀盐 的晶体、溶液进行了试验。他最终肯定固体铀盐的辐射最强。 1897 年，居里夫妇重复了亨利·贝克勒尔的铀盐实验，并将居里兄弟早先 发现的压电效应用于测量游离电流，得到了大量精确数据，使用权放射性研究走 上了定量研究的道路。最后，居里夫妇于 1898 年 7 月从沥青中提炼出了比同样 质量的铀强 400 倍的未知物质，后来被居 里夫妇命名为钋。 电子的发现。 从 1890 年起，J．J．汤姆逊（Joseph John Thomson, 1856-1940）就带着 学生研究阴极射线．克鲁克斯和舒斯特的思想对他很有影响．他认为，带电微粒 说更符合实际．于是他从四个方面进行了实验： （１） 直接测量阴极射线携带的电荷。 （２） 使阴极射线受静电偏转。 （３） 用不同方法测量阴极射线的荷质比。 （４） 证明电子存在的普遍性。（以上实验过程，略） 最后他同他的学生得出的结论是；阴极射线所带电量与氢离子的带电量相
同。最初他用“载荷子”表示“电子”，直到1899年，J.J.汤姆逊才正式用“电 子”一词表示“载荷子”。“电子”一词原是斯坦尼在1891年用于表示电的自然 单位的。这样电子就被发现了。 光电效应是1887年赫兹发现的，但时隔十几年，也没有搞清楚光电流的本 质。1899年J.J.汤姻逊用磁场偏转法测量光电流的荷质比。得到的结果与阴 极射线相近，证明光电流也是由电子组成的。 看完材料后，请思考下列问题： 1.不同科学理论的争论对科学进步起到什么样的作用？ 2.十九至二十世纪西方科学与生产保持着何种关系？请描述之。 3.科学进步是个革命过程呢？还是个累积的渐进过程？ 4.从上述徽粒假说与以太假说的双方科学家的科学实验研究中，请你阐明 证明与反驳的区别。 5.请你从中思考西方科学研究的制度与我国的科学研究制度的差别何在？ 案例3：浙江大学一教授申报“863"成果涉嫌剽窃 2006年06月21日14：13 2005年11月29日，一封“对863计划-一‘基于MEMS技术的 天然气流量计实用化研究'项目申报负责人与申报材料的检举报告”从杭州市寄 往科技部办公厅、监察局以及“863”计划监督委员会。该报告还同时递交浙 江大学纪检部门。这封由杭州中矽微电子机械技术有限公司发出的检举报告称： 国家863计划一一“基于MEMS技术的天然气流量计实用化研究”项目负责 人傅新、徐兵剽窃举报人公司的MEMS流量传感器的测试数据及样片作为86 3计划申报材料，并作为其863项目验收以获得通过的关键性“研究成果”。 据该报告描述：2005年9月19日国家863计划网站上正式公布“基 于MEMS技术的天然气流量计实用化研究”课题通过验收。该课题验收通过的 结论是一一该课题成功研制了精度高、流阻小、量程宽的TMF热式流量计系列 产品，产品应用前景广阔。在课题实施过程中，重点研究解决了硅膜与基体材料 之间的高效绝热薄膜层材料和加工工艺，以及传感器表面抗腐蚀、耐磨损、低粘 附性封装材料及封装工艺：适用于天然气计量的热式流量计供电模式、静压误差 补偿、温度漂移、表面粘滞效应等关键技术及工艺问题：研制出热惯性低、频响
9 同。最初他用“载荷子”表示“电子”，直到 1899 年，J．J．汤姆逊才正式用“电 子”一词表示“载荷子”。“电子”一词原是斯坦尼在 1891 年用于表示电的自然 单位的。这样电子就被发现了。 光电效应是 1887 年赫兹发现的，但时隔十几年，也没有搞清楚光电流的本 质。1899 年 J．J．汤姆逊用磁场偏转法测量光电流的荷质比。得到的结果与阴 极射线相近，证明光电流也是由电子组成的。 看完材料后，请思考下列问题： 1．不同科学理论的争论对科学进步起到什么样的作用？ 2．十九至二十世纪西方科学与生产保持着何种关系？请描述之。 3．科学进步是个革命过程呢？还是个累积的渐进过程？ 4．从上述微粒假说与以太假说的双方科学家的科学实验研究中，请你阐明 证明与反驳的区别。 5．请你从中思考西方科学研究的制度与我国的科学研究制度的差别何在？ 案例 3：浙江大学一教授申报"863"成果涉嫌剽窃 2006 年 06 月 21 日 14:13 ２００５年１１月２９日，一封“对８６３计划——‘基于ＭＥＭＳ技术的 天然气流量计实用化研究’项目申报负责人与申报材料的检举报告”从杭州市寄 往科技部办公厅、监察局以及“８６３”计划监督委员会。该报告还同时递交浙 江大学纪检部门。这封由杭州中矽微电子机械技术有限公司发出的检举报告称： 国家８６３计划——“基于ＭＥＭＳ技术的天然气流量计实用化研究”项目负责 人傅新、徐兵剽窃举报人公司的ＭＥＭＳ流量传感器的测试数据及样片作为８６ ３计划申报材料，并作为其８６３项目验收以获得通过的关键性“研究成果”。 据该报告描述：２００５年９月１９日国家８６３计划网站上正式公布“基 于ＭＥＭＳ技术的天然气流量计实用化研究”课题通过验收。该课题验收通过的 结论是——该课题成功研制了精度高、流阻小、量程宽的ＴＭＦ热式流量计系列 产品，产品应用前景广阔。在课题实施过程中，重点研究解决了硅膜与基体材料 之间的高效绝热薄膜层材料和加工工艺，以及传感器表面抗腐蚀、耐磨损、低粘 附性封装材料及封装工艺；适用于天然气计量的热式流量计供电模式、静压误差 补偿、温度漂移、表面粘滞效应等关键技术及工艺问题；研制出热惯性低、频响
高的芯片级传感器和高精度、大量程、低功耗的热式流量计产品。 该结论中对传感器重点研究解决的问题及所谓关键“研究成果”的描述（黑 体部分)都为本公司拥有自主知识产权的产品一一MEMS流量传感器已经具有 的基本特性（以发明专利证书及资料为证）。“本公司认为，该项目课题负责人 剩窃本公司的MEMS流量传感器作为验收通过的内容，是弄虚作假的行为，与 863计划鼓励创新的宗旨不符，也是侵犯我公司利益的行为。” 是合作还是预谋？被举报人傅新是浙江大学教授、博士生导师，是浙大“流 体传动及控制国家重点实验室”主任：徐兵是浙江大学副教授，该实验室研究人 员，是863计划一一基于MEMS技术的天然气流量计实用化研究项目的申报 人。虽然徐兵是该项目的申报人，可杭州中矽微电子机械技术有限公司（以下简 称中矽微公司)执行董事朱立却认定作为学科带头人的傅新是最主要的剽窃者。 杭州中矽微公司是中国宝龙电子集团的子公司。宝龙集团是浙江省的高新技 术企业。2004年初，宝龙集团的合作者一一涂相征教授负责的MEMS研发 小组在美国硅谷成功做出第一片传感器芯片.集团随即于2004年6月设立杭 州中矽微电子机械技术有限公司（以下简称中矽微公司）来进行MEMS产品的 开发生产。 涂相征从1984年就从事MEMS领域的研究，先后在清华大学微电子研 究所、美国和台湾地区等著名的MEMS研究开发机构和生产厂商担任顾问。他 在MEMS技术上已经取得美国发明专利15项，中国发明专利16项。中矽微 公司成立后，涂教授所有与本项目有关的专利均己转入中矽公司。 毕业于清华大学，又从美国硅谷回来的毛巨林是中矽微公司的总经理。他了 解到傅新教授所在的国家重点实验室在流体传动领域有较大影响力，谈好与其合 作开发基于MEMS技术的气体流量计。涂相征教授也专程到该实验室进行了考 察。2004年7月3日傅新以个人身份与杭州中矽微公司签订了“技术合作开 发意向书”，核心内容是：(1)中矽微向傅新课题组提供芯片，用于试验研究和 开发工业级的气体质量流量计。(2)傅新课题组向中矽微提供试验结果和流量 计相关技术。(3)中矽微拥有质量流量传感器芯片和相关技术的知识产权，中 矽微和傅新课题组共同拥有流量计的知识产权。(4)中矽微保证在工业级流量 计取得经济效益时，按一定比例与傅新课题组分享
10 高的芯片级传感器和高精度、大量程、低功耗的热式流量计产品。 该结论中对传感器重点研究解决的问题及所谓关键“研究成果”的描述（黑 体部分）都为本公司拥有自主知识产权的产品——ＭＥＭＳ流量传感器已经具有 的基本特性（以发明专利证书及资料为证）。“本公司认为，该项目课题负责人 剽窃本公司的ＭＥＭＳ流量传感器作为验收通过的内容，是弄虚作假的行为，与 ８６３计划鼓励创新的宗旨不符，也是侵犯我公司利益的行为。” 是合作还是预谋？被举报人傅新是浙江大学教授、博士生导师，是浙大“流 体传动及控制国家重点实验室”主任；徐兵是浙江大学副教授，该实验室研究人 员，是８６３计划——基于ＭＥＭＳ技术的天然气流量计实用化研究项目的申报 人。虽然徐兵是该项目的申报人，可杭州中矽微电子机械技术有限公司（以下简 称中矽微公司）执行董事朱立却认定作为学科带头人的傅新是最主要的剽窃者。 杭州中矽微公司是中国宝龙电子集团的子公司。宝龙集团是浙江省的高新技 术企业。２００４年初，宝龙集团的合作者——涂相征教授负责的ＭＥＭＳ研发 小组在美国硅谷成功做出第一片传感器芯片。集团随即于２００４年６月设立杭 州中矽微电子机械技术有限公司（以下简称中矽微公司）来进行ＭＥＭＳ产品的 开发生产。 涂相征从１９８４年就从事ＭＥＭＳ领域的研究，先后在清华大学微电子研 究所、美国和台湾地区等著名的ＭＥＭＳ研究开发机构和生产厂商担任顾问。他 在ＭＥＭＳ技术上已经取得美国发明专利１５项，中国发明专利１６项。中矽微 公司成立后，涂教授所有与本项目有关的专利均已转入中矽公司。 毕业于清华大学，又从美国硅谷回来的毛巨林是中矽微公司的总经理。他了 解到傅新教授所在的国家重点实验室在流体传动领域有较大影响力，谈好与其合 作开发基于ＭＥＭＳ技术的气体流量计。涂相征教授也专程到该实验室进行了考 察。２００４年７月３日傅新以个人身份与杭州中矽微公司签订了“技术合作开 发意向书”，核心内容是：（１）中矽微向傅新课题组提供芯片，用于试验研究和 开发工业级的气体质量流量计。（２）傅新课题组向中矽微提供试验结果和流量 计相关技术。（３）中矽微拥有质量流量传感器芯片和相关技术的知识产权，中 矽微和傅新课题组共同拥有流量计的知识产权。（４）中矽微保证在工业级流量 计取得经济效益时，按一定比例与傅新课题组分享