1從“天問”到“地問”
“路漫漫，其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”，此詩句出自我國古代愛國主義詩人屈原的《離騷》，既是屈原一生追求理想的寫照，也是人類探索科學(xué)歷程的縮影。2300年前，屈原寫下了充滿強(qiáng)烈探索精神的《天問》，他問道：“曰遂古之初，誰傳道之？上下未形，何由考之？冥昭瞢闇，誰能極之？馮翼惟像，何以識之？”其中既有對宇宙形成演化的好奇與疑問，又有對研究方法的疑惑與思考，令人讀后拍案叫絕。
好奇是人類的天性，也是科學(xué)研究的源動力，正是人類的好奇心驅(qū)動了科學(xué)的發(fā)展。隨著人類社會的不斷進(jìn)步，科學(xué)逐漸被融入生產(chǎn)力中，對社會發(fā)展起到不可替代的推動作用。許多關(guān)乎人類生活和生存的新學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生，地球科學(xué)就是其中之一。
大家都知道，人類生活所需的煤、石油、天然氣等化石能源和各類金屬、非金屬礦產(chǎn)的形成都是板塊運(yùn)動的產(chǎn)物，而巖石圈板塊運(yùn)動的驅(qū)動力就來自地核外層。地核的活動形成了強(qiáng)大的地球磁場，有效地保護(hù)大氣圈免受太陽風(fēng)的侵蝕，進(jìn)而保護(hù)了我們?nèi)祟悺Ｈ欢?，關(guān)于地核至今尚有許多未解之謎。如：地核的溫度是多少？地核的成分是什么？地核的性質(zhì)如何？地核為什么具有復(fù)雜的各向異性？地核的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率是多少？諸如此類的問題依然困惑著地球科學(xué)家們。3月20日，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所朱日祥院士在 Mind Concert Academic Salon科學(xué)沙龍主題報告中發(fā)出了這一系列“地問”。
朱日祥院士長期從事地球物理學(xué)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)研究，在極性轉(zhuǎn)換期間地磁場形態(tài)學(xué)、地質(zhì)時期地磁場古強(qiáng)度變化與地球深部過程的相關(guān)性、以及沉積盆地古地磁定年等領(lǐng)域取得了系統(tǒng)的創(chuàng)新性的成果。他論證了地磁極性倒轉(zhuǎn)頻率與地磁場強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)性。此外，在國內(nèi)主持創(chuàng)建了集成巖石磁學(xué)、古地磁學(xué)和地磁場古強(qiáng)度研究的綜合實(shí)驗(yàn)室，開拓了新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法，把古地磁學(xué)的研究范疇拓展到認(rèn)識地球內(nèi)部過程。朱老師的報告妙語連珠，以“地核中的困惑”為題，深入淺出地介紹了關(guān)于地核研究的最新成果，引發(fā)了大家的濃厚興趣。
2地核是怎么發(fā)現(xiàn)的？
作為地球科學(xué)的一個分支，地球物理學(xué)是20世紀(jì)迅速崛起的一門年輕學(xué)科，物理學(xué)得到非常廣泛的應(yīng)用，尤其是地震學(xué)的發(fā)展，使我們逐漸認(rèn)識到地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。
報告首先介紹了地核的發(fā)現(xiàn)過程。現(xiàn)在大家都知道，地核位于2900km深度之下，地核半徑約3480km，略大于地球半徑(約6371km)的二分之一。地核體積只有地球的16%。地核又分為液態(tài)的外核和固態(tài)的內(nèi)核，內(nèi)核的體積不到地球的1%，約為0.7%。然而，200多年前，人們對這些一無所知，甚至不知道地球的結(jié)構(gòu)是分層的。1797—1798年，英國人 Lord Henry Cavendish用非常簡單的扭秤測量了地球密度[1]，得到的數(shù)值為5.448±0.033g/cm3，這跟我們現(xiàn)在用多種方法測量出來的結(jié)果 (5.516g/cm3)相差無幾。幾十年后，德國人EmilJ.Wiechert做了個實(shí)驗(yàn)[2]，他在地上抓了一把碎石塊，一稱，發(fā)現(xiàn)碎石塊的密度遠(yuǎn)小于地球的總密度。后來他又在博物館看到密度極大的鐵隕石，受到啟發(fā)，于1879年提出雙層地球模型，他認(rèn)為地球里面一定有一層密度更高的東西，是個鐵鎳核。19世紀(jì)，人們在研究天然地震時發(fā)現(xiàn)，震源會產(chǎn)生在地下傳播的體波和沿地表傳播的面波，其中體波又分為壓縮波(P波)和剪切波(S波)兩類，P波總是比S波快，而且，S波不能穿過液體傳播。1897年，英國人Richard DixonOldham首先在地震圖上識別出了P波和S波[3]，拉開了用地震波研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的帷幕。1906年，Oldham從地震記錄中的地震相研究中發(fā)現(xiàn)，地震波速度隨深度增加到一定深處后開始降低，表明地球確實(shí)是雙層的，內(nèi)部存在一個致密的液態(tài)地核[3]。1909年，南斯拉夫地震學(xué)家A.Mohorovicic發(fā)現(xiàn)，在地下30—60km深處存在一個地震波速度突增界面，這個界面就是地殼與地幔的界面[4]，后人以Mohorovicic的名字命名，稱為莫霍(Moho)面。再后來，德國人B.Gutenberg于1914年公布了一個著名的計算結(jié)果，指出地幔與地核的界面位于地下2900km深處[5]。至此，確立了地球的“地殼—地?！睾恕比龑咏Y(jié)構(gòu)模型。
圖1 地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖中數(shù)字的單位均為km)
最初，人們認(rèn)為地核是液態(tài)的，地震波的剪切波不能穿過，所以地球表面有一個大的剪切波影子區(qū)。由于折射關(guān)系，壓縮波也有一個影子區(qū)。1936年，丹麥女科學(xué)家IngeLehmann在壓縮波影子區(qū)中發(fā)現(xiàn)了新的震相[6]，她提出，這一定是地核中另一個介質(zhì)層面的反射，從而，她提出地核具有雙層結(jié)構(gòu)，外核為液態(tài)，內(nèi)核為固態(tài)。在Lehmann之后，雙層地核模型成了公認(rèn)的模型。
液態(tài)外地核的活動會在核幔邊界形成熱地幔柱，從2900km深處一直上升到地表，造成了一系列火山活動，驅(qū)動著板塊運(yùn)動。研究表明，地球的磁場是在地球誕生之初的3億年中形成的，但磁場較弱，大概在35億年前，地球有了內(nèi)核，磁場變強(qiáng)了，成為了最富有生命的一個星球。
3地核有多熱？
地球內(nèi)部的熱狀態(tài)是認(rèn)識地球本體和研究關(guān)乎人類生存的資源、能源、災(zāi)害及環(huán)境變化的基本地球物理場之一。在原始地球分異過程中，溫度起著決定性作用。甚至可以說，整個地球的發(fā)展史就是地球的熱演化史。大約在1887年，著名的英國物理學(xué)家LordKelvin依據(jù)地球表面附近的溫度梯度推算出，地球的年齡約為4億年。他還計算過，如果沒有額外的熱源，再過幾百萬年地球就會冷下來 [7]。Kelvin的計算顯然與實(shí)際有很大出入。根據(jù)現(xiàn)代的地球科學(xué)研究，地球的年齡為46億年，并且還會有50億年的壽命。那么，地核究竟有多熱？朱老師針對這個問題介紹了近年來國際上關(guān)于地核溫度的研究進(jìn)展。
通常都假定地核是由鐵組成的，既然外地核是液體鐵，內(nèi)陸核是固態(tài)鐵，那么，內(nèi)、外地核界面處的溫度就應(yīng)該是那里壓力下鐵的熔點(diǎn)。由于大家公認(rèn)內(nèi)、外核界面的壓力約為330GPa，問題似乎變得簡單了，只要知道鐵在330GPa壓力條件下的熔點(diǎn)就行了。于是科學(xué)家們“八仙過海，各顯神通”，有的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測定，或用金剛石壓砧技術(shù)進(jìn)行靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，或用沖擊波技術(shù)進(jìn)行動力學(xué)實(shí)驗(yàn)，有的則進(jìn)行理論計算，或采用密度泛函理論計算，或采用經(jīng)典分子動力學(xué)理論計算。結(jié)果，大家給出了大相徑庭的數(shù)值。
Boehler于1993年在Nature發(fā)表了他進(jìn)行金剛石壓砧實(shí)驗(yàn)的結(jié)果[8]，指出內(nèi)、外核界面的溫度接近5000K，Laio在2000年采用經(jīng)典分子動力學(xué)理論進(jìn)行計算[9]，得到的結(jié)果與Boehler金剛石壓砧工作吻合得很好，指示著一個較低的地核溫度，其成果發(fā)表在Science上。然而，Belonoshko等于2000年采用經(jīng)典分子動力學(xué)理論計算的結(jié)果為6500K[10]，在200—300GPa壓力下進(jìn)行的沖擊波實(shí)驗(yàn)結(jié)果 [11]與Belonoshko等的計算十分接近，比Boehler等的結(jié)果高出1500K。2013年，Anzellini等在Science發(fā)表論文[12]，他們在金剛石壓砧工作中采用新的熔化判別標(biāo)志，指出地核溫度高于6000K，支持地核溫度較高的結(jié)論。
圖2 流體外核的存在，導(dǎo)致地球是一個復(fù)雜的、各向異性的、充滿生機(jī)的球體
朱老師指出，千萬不要認(rèn)為這一研究已經(jīng)完成了，恰恰相反，問題還很多。大家目前的工作都假定地核是由純鐵組成的，上述工作所確定的只是純鐵在地核中的熔化溫度，而地核實(shí)際上并不是純鐵的，雜質(zhì)的存在將會降低純鐵的熔化溫度，不同雜質(zhì)對純鐵的熔化溫度的影響也不一樣。因此，我們要解決這個問題，還需要知道地核的確切成分。
4地核里有什么？
報告還指出，綜合利用地震波和地球自由振蕩等觀測數(shù)據(jù)，我們已經(jīng)初步了解了地球內(nèi)部速度和密度的分布情況，并可進(jìn)一步推導(dǎo)出地球內(nèi)部不同圈層的壓強(qiáng)、重力加速度等參數(shù)。這些參數(shù)將有助于我們推測地核的成分。我們今天已經(jīng)知道，外地核的密度為10—12g/cm3，內(nèi)陸核的密度約為13g/cm3。Birch在20世紀(jì)40—50年代就發(fā)現(xiàn)，無論是外地核還是內(nèi)陸核，密度都小于純鐵，從而Birch提出地核密度缺失和地核中有輕元素的概念[13]，即地核中必須含有比鐵輕的元素。自那以后，對地核成分的研究一直是地球深部研究的熱點(diǎn)。
首先，地核中輕元素的存在會改變內(nèi)外核邊界的溫度，從而影響地核的熱結(jié)構(gòu)和內(nèi)核生長歷史。從二元系相圖上可以知道，輕元素的存在會降低內(nèi)外核邊界的溫度，也導(dǎo)致內(nèi)核更晚結(jié)晶。
其次，地核中輕元素的存在為地核發(fā)電機(jī)提供了重要的能源。大家都知道，地球磁場已經(jīng)工作了幾十億年。驅(qū)動地磁場工作的地核發(fā)電機(jī)能量源一直是重點(diǎn)研究對象，到目前為止，人們已經(jīng)提出了4種驅(qū)動源。這就是：(1)地核冷卻、內(nèi)核結(jié)晶和潛熱釋放；(2)軌道進(jìn)動；(3)放射性元素；(4)輕元素釋放。
再有，地核中輕元素的種類和含量還與地球形成歷史密切相關(guān)，通過對地核輕元素成分和含量的研究，可以探索地球早期形成歷史。我們知道地球早期有大撞擊和巖漿洋事件，其中最后一次大撞擊形成了月球，在地球表面造成了廣泛的巖漿分布。地核中氧的含量能夠指示巖漿洋的深度，因?yàn)檠踔挥性诟邏合虏湃塾阼F，如果地核含有大量氧，就表示當(dāng)時的巖漿洋比較深，當(dāng)然也表示當(dāng)時核幔分異的環(huán)境是偏氧化的。巖漿洋深度和氧化還原條件的不同決定了大量元素在地核和地幔之間的分配，從而影響到地核和地幔的成分，并進(jìn)而影響到從地幔分異出來的地殼的成分。
那么，地核中到底有沒有氧呢？很遺憾，到今天沒辦法取到數(shù)千千米之下地核的樣品去直接進(jìn)行化學(xué)分析。我們能夠采用的確定地核成分的方法是地震學(xué)+礦物物理的方法，就是說，只能通過礦物物理確定不同成分物質(zhì)的密度和波速，然后與地核相應(yīng)的值進(jìn)行比較，從而確定地核成分。不過，由于可選成分太多，各種組合都有可能擬合地核值，使得這種確定地核成分的方法遇到了很大挑戰(zhàn)。
圖3 純鐵試驗(yàn)的密度和內(nèi)外核的密度與壓力的關(guān)系圖[14]。上面淺黃色條帶表示在不同溫度下，純鐵的密度隨壓力的變化情況。下面圓點(diǎn)表示由地球物理方法所獲得的內(nèi)核和外核的密度隨壓力的變化情況。Birch在上世紀(jì)40—50年代發(fā)現(xiàn)地核密度小于純鐵，從而提出地核密度缺失和地核輕元素概念，即地核中必須含有比鐵輕的元素
Huang等于2011年在Nature上發(fā)表了他們的研究成果[15]。他們把地核的密度和聲速與各種成分不同的Fe-O-S系統(tǒng)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)只有含氧少的系統(tǒng)才能夠與地核值匹配，由此，他們認(rèn)為地核中氧含量很少。然而，Badro等在2014年利用地震學(xué)給出的核幔邊界密度和聲速、內(nèi)核邊界密度和聲速作為約束條件，采用密度泛函理論的第一性原理計算，卻發(fā)現(xiàn)地核中氧是不可或缺的，而且含量可以很大[16]。這顯然與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很大的矛盾。
令人困惑的是，Badro等計算出的密度和波速與實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)值在誤差范圍內(nèi)都有很好的一致性，但關(guān)于地核中氧含量的結(jié)論卻截然相反?？磥恚@可能與許多的細(xì)節(jié)處理有關(guān)，包括所采用的假設(shè)，數(shù)據(jù)處理方法，采用的狀態(tài)方程等等?？傊睾说暮趿咳匀皇俏唇庵i。
5更多的地核之謎
朱老師在報告中指出，實(shí)際上，地核中還存在諸多未解之謎。例如：
(1)通過地震波的研究表明，內(nèi)核具有高泊松比和低剪切波速。內(nèi)核的泊松比為0.44，類似于橡膠和鉛，而其剪切波速只有3km/s，比鐵的剪切波速(5km/s)低了40%。這是什么原因造成的？2007年，Belonoshko通過經(jīng)典分子動力學(xué)研究認(rèn)為，內(nèi)核的低剪切波速是由晶體缺陷造成的，該成果發(fā)表在Science上[17]。Martorell等于2013年采用第一性原理分子動力學(xué)方法進(jìn)行研究，認(rèn)為低剪切波速是由強(qiáng)烈的熔化前效應(yīng)造成的，其成果也發(fā)表在Science上[18]。Prescher等最近發(fā)表在Nature Geoscience上的實(shí)驗(yàn)工作認(rèn)為，碳元素的加入會形成Fe7C3，而Fe7C3就具有高泊松比，這會導(dǎo)致內(nèi)核的高泊松比，同時也暗示地核中含有大量的碳[19]。顯然，這造成了與地球化學(xué)和宇宙化學(xué)研究結(jié)果的新矛盾！
(2)比地核具有低剪切波速和高泊松比更令人迷惑的是，地核具有極其復(fù)雜的各向異性和不均一性。觀測表明，內(nèi)陸核和外地核都對地震波傳播方向和速度存在明顯的各向異性。而且，無論是內(nèi)陸核還是外地核，這些各向異性全都分成東西兩個半球，西半球的各向異性比東半球明顯得多。對此，Alboussiere等在2010年提出了一個天才的解釋[20]。他們認(rèn)為，內(nèi)核在一邊熔化，一邊固結(jié)，因而產(chǎn)生內(nèi)核平移，并在表面形成均一層。他們的模型很好地解釋了地震學(xué)所觀察到的多種現(xiàn)象。Alboussiere等的文章在Nature發(fā)表后得到了積極回應(yīng)。Olson和Deguen于2012年在Nature Geoscience上發(fā)表論文[21]，說我們同意你們的解釋，而且，我們還要告訴大家為什么地磁極和地球自轉(zhuǎn)軸總是不重合。照理說作為一個對流體，二者應(yīng)該重合在一起的，就是由于內(nèi)核一邊融化一邊固結(jié)，才造成了不重合。最近，Wang等剛剛在Nature Geoscience上發(fā)表論文[22]，他們的最新結(jié)果指出，內(nèi)核并不是均一的，還可以再分成內(nèi)內(nèi)核和外內(nèi)核，內(nèi)內(nèi)核的各向異性與外內(nèi)核完全不一樣。這可真是“一波未平，一波又起”，要解釋地核的這些復(fù)雜現(xiàn)象將是更大的挑戰(zhàn)。
圖4 Alboussiere在2010年對內(nèi)核的各向異性和不均一性提出了一個天才解釋[20]。他認(rèn)為內(nèi)核在一邊熔化，一邊固結(jié)，產(chǎn)生內(nèi)核平移，并在表面形成均一層，很好地解釋了地震學(xué)所觀察到的多種現(xiàn)象
(3)大家都知道外核流體運(yùn)動產(chǎn)生了地磁場，而外核溫度和壓力條件下鐵的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率是地核發(fā)電機(jī)工作機(jī)制的決定性因素。那么，地核的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率是多少？由于現(xiàn)在還無法直接測量如此高溫高壓下的數(shù)值，只能采用理論計算的方法。Pozzo等于2012年通過密度泛函方法計算了鐵在地核條件下的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率[23]，所給出的數(shù)值比前人的結(jié)果大很多。他們指出，地核發(fā)電機(jī)要工作，要么核幔邊界的熱通量需達(dá)到15TW，要么地核放射熱源需達(dá)到3pWkg－1。但是，我們知道，核幔界面熱流通量是地表熱流通量減去地殼放射性生熱的值，只有6TW左右，而作為放射性熱源的鉀是親石元素，在地核內(nèi)應(yīng)該很少。Pozzo等的工作給認(rèn)識地核發(fā)電機(jī)的工作機(jī)制造成極大的困惑。最近，Zhang等采用密度泛函加動態(tài)平均場方法，考慮了電子相互關(guān)聯(lián)作用，計算了電子與電子間散射引起的電阻率，給出了一個低的熱導(dǎo)率[24]。該最新成果發(fā)表在Nature上，使得地核發(fā)電機(jī)的工作機(jī)制重回過去的認(rèn)識，即通過外核流體對流就能工作，不需要額外的放射性熱源，核幔邊界熱流值也與地球物理估算值一致。
朱老師在報告最后總結(jié)說，關(guān)于地核的困惑主要集中在三個方面：(1)地核的物質(zhì)組成是什么？(2)該組成物質(zhì)在地核高溫高壓下的晶體結(jié)構(gòu)、各種物理性質(zhì)是什么樣的？(3)具有該物理性質(zhì)的物質(zhì)在地球內(nèi)部是如何運(yùn)動的？真可謂，“上天不易，入地更難”。我國科學(xué)家“上天”已經(jīng)取得了很好的成績，揭開“地內(nèi)”的秘密同樣是我們的夢想。但這對地球科學(xué)家真是有點(diǎn)難?。∥锢韺W(xué)在地核的探索研究中已經(jīng)得到非常廣泛的應(yīng)用，它的每一項(xiàng)進(jìn)展，不管是實(shí)驗(yàn)技術(shù)，還是理論計算，都將極大地推動我們對地核的認(rèn)識。最后，他熱切地期待跨界交流與合作，希望大家能給些好建議，提高人類對地核的認(rèn)知水平。
6實(shí)踐出真知
朱日祥院士的報告引發(fā)了與會專家、學(xué)者們的熱烈討論。大家時而競相爭先詰問，時而三五成群熱議，討論內(nèi)容既包括了對地球形成演化的好奇與疑問，又包括了對科學(xué)研究方法的疑惑與思考。探討中涉及最多的內(nèi)容是“實(shí)踐出真知”，要點(diǎn)如下：
(1)關(guān)于地球內(nèi)部的許多認(rèn)識都是來自隕石的、天文的、地磁的資料，很多資料都是貨真價實(shí)的，都是真實(shí)的數(shù)據(jù)、第一性數(shù)據(jù)，剩下有兩種東西虛無縹緲，一個是溫度，一個是壓力。如果這兩個基本狀態(tài)參數(shù)只是靠一堆數(shù)學(xué)方程去套、去算，盡管能在Nature，Science上發(fā)表一些文章，但真理在哪兒？按照各種數(shù)學(xué)邏輯推出來的結(jié)論是數(shù)學(xué)家認(rèn)為的真理，是不是物理學(xué)家的真理呢？物理學(xué)家和材料學(xué)家看到的真理，可能跟數(shù)學(xué)家的真理完全不是一回事。按照實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)，什么東西看著了或者測著了，這才是真理的標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于等大球最緊密堆積問題，從理論上計算堆密度應(yīng)該是74.05%，但在實(shí)驗(yàn)室模擬時只能做到64%，有時候到60%就上不去了。材料學(xué)家認(rèn)為60%—64%就是真理。如果說實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，那數(shù)學(xué)的唯一標(biāo)準(zhǔn)在哪呢？數(shù)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)和材料學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)哪個是標(biāo)準(zhǔn)呢？
(2)有一種理論和實(shí)驗(yàn)總結(jié)規(guī)律有關(guān)，還有一種理論是所謂第一性原理，如薛定諤方程。薛定諤方程是經(jīng)過很多次考驗(yàn)以后才被相信的，在解薛定諤方程的時候，不做任何先行假定，這才是第一性原理。剛才說的那個密度泛函，考慮的是電子—電子相互作用，如果考慮電子—聲子相互作用，結(jié)果就會不一樣了。多考慮一個作用，就增加一個參數(shù)，他可以發(fā)表文章，但從科學(xué)發(fā)展角度看就不太值錢，只能參考，不要迷信。要把現(xiàn)在所有的有關(guān)實(shí)驗(yàn)，包括逼真實(shí)驗(yàn)等等，搞得很清楚，然后去總結(jié)唯象規(guī)律。重要的是，第一掌握實(shí)驗(yàn)，第二搞唯象，第三把所有的理論聯(lián)立，那樣就會有大貢獻(xiàn)。
(3)現(xiàn)在號稱是第一性原理計算的，精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)到不了做定量比較的程度。做定性的、趨勢性的比較還是很重要的。趨勢可能是對的，現(xiàn)在計算還到不了定量化程度，這不是說誰算錯了，而是因?yàn)槿绻麑α孔恿W(xué)原始寫法不做簡化，就解不了這個方程，但一簡化，就必然會引入誤差，而且，這個誤差是無法知道的，對于原始的薛定諤方程，現(xiàn)在還解不了。
(4)很多時候觀測數(shù)據(jù)很重要，如果沒有新的觀測手段，多數(shù)研究就走不下去了。粒子物理研究現(xiàn)在也發(fā)展到了這個階段。目前正在設(shè)計一個中微子實(shí)驗(yàn)，觀測太陽中微子，主要目的是通過實(shí)驗(yàn)提供一些太陽模型。地球物理同樣需要新的實(shí)驗(yàn)手段，得到新的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，才會有本質(zhì)上的進(jìn)步。如果還是和原來一樣，就像我們的中醫(yī)，只是靠號脈，而不增加新的診療手段，則很難提高水平?，F(xiàn)在的中醫(yī)院也有X光和CT檢查了，這就是新中醫(yī)，它進(jìn)步了。
(5)觀測實(shí)驗(yàn)和理論計算哪個更重要？科學(xué)實(shí)驗(yàn)在認(rèn)識中的作用非常重要，必須借助于實(shí)驗(yàn)，才能深入揭示自然的奧秘。實(shí)際上，進(jìn)行計算所依據(jù)的理論也是根據(jù)長期觀察總結(jié)出的規(guī)律性認(rèn)識，已經(jīng)經(jīng)過了實(shí)踐的檢驗(yàn)。進(jìn)行理論計算的過程應(yīng)該是一種幫助我們梳理證據(jù)鏈的過程。因此，一般情況下，理論計算和實(shí)驗(yàn)觀測往往具有異曲同工的作用，許多理論計算和實(shí)驗(yàn)觀測會得出相同的結(jié)論就是明證。
(6)把觀測和實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)上升為理論，這中間有很長的路要走。在研究地核溫度的金剛石壓砧實(shí)驗(yàn)中，Anzellini等之所以得出和 Boehler完全不同的結(jié)論[8，12]，是因?yàn)樗麄儾捎昧诵碌娜刍袆e標(biāo)志，想法不同了，結(jié)論也就不同了。面對同樣的觀測和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不同的人會給出不同的解釋和結(jié)論，這種實(shí)例并不乏見，尤其當(dāng)證據(jù)鏈不完整時，更是如此。面對罪犯留下的蛛絲馬跡，菜鳥偵探往往無功而返，福爾摩斯卻總能使罪犯落網(wǎng)。從梳理真憑實(shí)據(jù)到得出科學(xué)理論的過程值得大家深思。
總之，正如大家在討論中所說，如果沒有新的觀測手段，很多前沿科學(xué)的研究就會步履艱難。近代自然科學(xué)的重要特征就是實(shí)驗(yàn)和科學(xué)的思維方法，這兩者是近代自然科學(xué)區(qū)別于中世紀(jì)經(jīng)院科學(xué)的關(guān)鍵所在。對理論的創(chuàng)新和科學(xué)的進(jìn)步，歷史自有公論。
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來源：《物理》雜志
作者王清晨，系中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員
