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[学术杂谈]

实验的重复性不足是理论研究滞后的表现

一只虫子实名认证 发表于 2016-6-30 09:14 |查看: 59415|回复: 19|显示全部楼层 |阅读模式
      有报导(见“1500位科学家聚焦研究可复制性危机”)说70%的实验研究人员重复不了他人的实验,自己的实验也有50%重复不了。实际上更为夸张的说法也有,此类议论从来就没有消停过。

       我们不能简单的归之为造假,或是实验误差,或是设备问题(含操作技术问题)。实质上是理论研究滞后的必然结果。为此,我们可以回顾热力学的历史来论述这个结论。

       热力学上的3个可测变量是压力P,体积V,和温度T。联系3个变量的是个形式函数内能U(P,V,T)。但是,对这个函数的具体形式我们一无所知,所以只能就具体物质来实验测定。但是,这依然是理论上的,没错,但是没有现实性。

       我们就只好选定物质,选定一个参考状态(P0,V0,T0),从而测量其变化关系dU=AdP+BdV+CdT。这样,在不同的假定条件下,就有理论上的实验关系:1)等容过程,体积V不变下的UV(P,T);2)等压过程,压力P不变下的UP(V,T);3)绝热过程,温度T不变下的UT(P,V)。此类理想实验要求的条件是非常苛刻的。

       假定每类理想实验对U的选择有问题,或者是相差一个常数(未知),则这3类实验就出大问题了,这是因为对不变参数的控制在量值上没有统一的度量(协调性度量)。

事实上,就热力学而言,形式上依然有A=A(P,V,T), B=B(P,V,T), C=C(P,V,T),它们还是一般函数(只是对微小状态变化,相对于参考状态近似为常数)。

       反过来看,如果没有这样的理论框架,以上的3类理想实验将因缺乏同一的尺度而无法重复(没有进行正确的尺度校正)。

       而热力学的历史表明,即便是有了这个框架,因为依然存在不同的理论理解,在有化学反应时,在多相态时,在有物质参杂时,等等略为变化的客观条件下,实验得到的关系也出现显著的变化。

       我们不知道那个因素实质上在起作用而我们根本不知道它的存在!如果出现这种情况,实际实验中这类因素因不同的实验者或实验条件或实验对象而不同,实验是当然的没有重复性。

       热力学上的困难在于P,V,T这3个状态变量并不是独立的自变量。我们可以构造这样的实验,如水中气泡的尺度与温度的关系G=G(T), 也可以实验研究气泡尺度与压力的关系 G=G(P),还可以实验研究气泡尺度与水流速度的关系,等等,这类实验就非常的难于由不同实验人员重复。因为内能函数这个宏观控制方程并没有反映更多的具体细节,从而有关实验总是基于某种理论性简化假设。

       由于此类简化假设并没有抽象上的本质一致性,也未必与宏观理论在本质上协调,而且对此类简化假设本身的理解也因人而异,因此实际的实验在不同实验者间并不一定协调,当然的实验也就重复不了。

       热力学上为何有多种理论呢?如采用:F=U-TS, G=U+PV-TS, 他们的共同特征都是修订内能函数。把TS, PV 突出出来。这样,就能把原来的3类理想实验间的协调性问题深化,应用于解释更为复杂的实验关系。这种修订的典型结果就是把原来的摄氏温度曲线修订为绝对温度曲线。

       但是,把PVT扩充到PVTS后,我们不仅获得了新的自变量S,而且可以用它来协调原来看来是不可重复或是相互不协调的实验。即便是如此,还是有很多的具体理论问题和实验问题存在。

       现在的很多实验是采用隐含的自变量如(x,y,)使得有形式关系P=P(x,y), V=V(x,y), T=T(x,y)。研究 U=U(x,y) 类的关系,此类研究对PVT的函数作某种假定(主观),如等压等温实验,研究U=U[V(x,y),T]=U(x,y),理论上,此类实验根本就不能重复,因为等压等温条件已经完全的规定了实际的函数自变量x,y 是不独立的。不同温度下的等温等压实验,或是不同压力下的等温等压实验,已经决定了U=U(x,y)=U(x) 因为实质上的自变量是一个。

       热力学上的不可重复实验问题及参量不协调问题导致雅可比函数的引入。而这个函数的引入就是热力学理论研究对实验的基本支持。是解决不可重复实验问题的关键(实质上是不同实验间的理论转换方程)。

这个历史充分的表明:实验的重复性不足是理论研究滞后的表现。

       因此,也可以这样来理解实验的重复性不足,就是实验人员的理论素质普遍低下。

       我们心中很清楚这点,但是话不能说。也可以由此外推,没有理论基础框架作为支撑的实验往往是不可重复的实验。能够把众多表面上看来不同的实验结果协调起来的理论是受到实验证实的理论。(肖建华)

静静的木 发表于 2016-9-29 04:38 显示全部楼层
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wx5048 发表于 2016-9-29 06:46 显示全部楼层
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xiaotangling小木虫认证 发表于 2016-9-29 06:58 显示全部楼层
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yinkaiting 发表于 2016-9-29 07:49 显示全部楼层
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原来如此 发表于 2016-9-29 09:32 显示全部楼层
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wcgene 发表于 2016-9-29 10:40 显示全部楼层
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招财喵了个咪 发表于 2016-9-29 17:46 显示全部楼层
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xiaojing 发表于 2016-9-29 18:01 显示全部楼层
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幽兰海123 发表于 2016-9-29 19:20 显示全部楼层
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