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科学发现的性质和数判断

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科学发现的性质和数判断


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事物内在的性质亦即事物的固有属性 ， 事物内在的数量亦即事物的固有数量 ， 物理学的最小作用量原理在科学哲学上表述为“固有量原理” 。 可以定义一个物理学的“最小量原理”并将其分为最小作用量原理和最小转化量原理 ， 相应地可以把科学哲学的“固有量原理”分为固有作用量原理和固有转化量原理 。 什么是科学哲学的固有量原理？可以将其统一地表述为：在物质和物质、物质和能量、能量和能量的相互作用和相互转化中 ， 物能体的相互作用遵守固有的或独有的作用量 ， 物能体的相互转化遵守固有的或独有的转化量 。
举例说明什么是事物固有的属性和固有的数量 ， 氢在元素周期表中排在第一位 ， 它是宇宙大爆炸首先产生的最轻、最简单的物质元素 ， 宇宙“大道至简”的起源是从由一个质子和一个电子构成的氢原子开始的 。 氢原子在最早期的宇宙占到了物质原子的99.99％以上 ， 在经历了近138亿年的物质元素核合成之后 ， 今日宇宙的氢元素物质仍占到宇宙总质量的75％ 。 地球上储存的煤、石油和天燃气将在本世纪末基本耗尽 ， 作为“宇宙能源”的氢气还将驱动宇宙数百亿年的运行 。
人类利用二次能源的氢气已悄然兴起 ， 氢气的热值为120MJ／kg ， 相当于同质量的焦炭、汽油等化石燃料热值的2到4倍 。 氢气是一种理想的“绿色燃料” ， 它在和氧气的燃烧过程中产生了“零碳排放”的水 ， 而化石燃料的最大问题是在燃烧过程中产生了大量的二氧化碳等温室气体 。 引起了全球气候的变暖 ， 氢能和太阳能的固有清洁属性使得它们成为了人类在二十一世纪理想的开发能源 。
科学家预计 ， 氢能在2050年将占到全球总能源消费的18％以上 ， 市场价值高达2.5万亿美元 。 氢的固有热值大 ， 但氢在制取、储存和运输的每一个环节都面临了技术、成本和安全的难题 ， 氢在自然界属于易燃、易爆的不稳定气体 ， 氢在空气中的体积浓度达到4％到75.6％时 ， 遇到明火会产生爆炸 。 氢和水的存在方式遵循科学哲学形态论的等效原理 ， 水有水蒸气、流动的水和冰雪的形态 ， 氢有气体、液体和固体的不同形态 ， 人们利用氢的三种形态进行氢的储存和运输 。
举例说明什么是科学哲学的等效原理？2012年7月4日 ， 欧洲原子能研究中心所属的大型强子对撞机（LHC）中两个高精密度实验室（ATLAS和CMS）的科学家宣布 ， 他们找到了理论预期的“上帝粒子”或希格斯粒子 。 对撞机是物理学家用于发现基本粒子和检验标准模型理论的大型实验仪器 ， 这台超级机器好似观测微观世界的超级显微镜 。 基本粒子通常以巨大的结合能束缚在极其微小的物质结构中 ， 大型加速器或对撞机通过高速粒子的碰撞获得所需的高能量 ， 能够将基本粒子从结合能的束缚中解脱出来 。

物理学家先是研制了直线和环形的大型正负电子对撞机 ， 后是研制了能级更高的环形大型强子对撞机 。 通过电子束以接近光速的相互碰撞产生了希格斯粒子和其它高能粒子 ， 通过质子束或离子束以接近光速的相互碰撞产生了希格斯粒子和其它高能粒子 。 物理学家在加速器内先是发现了三种夸克：粲夸克、底夸克和顶夸克 ， W±和Z玻色子 ， 后是在LHC的实验中发现了粒子标准模型中最后一个粒子或质量大约为1.25GeV的希格斯粒子 。 从上帝粒子的预言到初步证实 ， 时光过去了48年 ， 英国的物理学家希格斯活到了接受诺贝尔物理学奖的年龄 。
通过大型正负电子对撞机和通过大型正负质子对撞机批量产生了希格斯粒子 ， 两种方式适合科学哲学途径论的等效原理 。 电子对撞机和质子对撞机的两种“希格斯工厂”各有各的优势 ， 质子对撞机产生了很多的强子本底和非常大的信号噪音 ， 难以精确测量希格斯粒子的特性 ， 电子对撞机产生的电子本底很低 ， 信号清晰 ， 有利于对希格斯粒子的持性进行精确测量 。 中国科学家目前采用了高能环形正负电子对撞机（CEPC） 。
科学发现既是发现物能体固有属性的过程 ， 也是发现物能体在相互作用和相互转化中固有作用量和固有转化量的过程 。 科学哲学的等效原理在事物固有属性的概念上表现为等质原理 ， 在事物固有量或固有作用量和固有转化量的概念上表现为等量原理 。 有了等质和等量的“标准模型” ， 事物的低质性和高质性、同质性和异质性 ， 低量性和高量性、少量性和多量性有了相互比照的判断依据 。

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