科学实验方法的特点及作用

（一）实验方法的特点

实验方法的产生和运用，是科学研究方法上的一个巨大进步，它具有以下一些特点：

1．实验方法能纯化和简化自然现象 自然界的事物及其过程都处在纷繁复杂的普遍联系中，且其内部又往往是诸多因素相联结，这种多样性和复杂性的统一，给科学研究带来了许多认识上的困难。而科学实验可以运用特制的仪器设备，根据研究的目的，突出某些主要因素，排除其他非主要因素的干扰，使我们所需要的研究对象的某些关系或属性在简化的纯粹的状态下暴露出来，从而发现在自然状态下不可能观察到的现象，达到准确地研究和认识，揭示客观事实及其本质联系。

马克思指出：“物理学家是在自然过程表现得最确实、最少受干扰的地方考察自然过程的，或者，如有可能，是在保证过程以其纯粹形态进行的条件下从事实验的。”^[8]如物理学家戴维为了证明机械能可转化为热能，把实验装置严格控制在不与外界环境发生能量交换的条件下，实验结果成功地发现了自然界的能量之间是以一定的比例进行转化的规律。1956年美籍华人物理学家吴健雄检验宇称不守恒假说的著名实验，就是在纯化研究对象的条件下获得成功的。他用60Co来做实验，但在常温下由于60 Co本身的热运动，其自旋方向杂乱无章，实验无法进行，因此，必须把60Co冷却到0．01°K，使钴核的热运动停止下来，实验中把热运动的干扰排除后，不守恒的假说被证实了。在物理实验过程中，像以上通过控制研究对象的温度，排除由于温度变化造成的热干扰，在纯粹形态下取得实验成果的事例是很多的。

2．实验方法能强化和再现自然过程 在实验中，可以凭借各种物质手段，创造出在生产过程中或自然状态下难以出现或不能出现的特殊条件，例如造成几百万伏的高电压，接近绝对零度的低温，其他如高真空、高速度、超纯度、超磁场等，使研究对象处于某种定向强化的极端状态，以便获取通常不易得到或不能得到的许多新的自然现象。如在高压条件下，100℃的水可以是固体；在超低温时，水银会失去金属特性而无电阻变成超导体。

在实验中，人们不仅能对自然界实行定向强化，使物质变化的过程向指定方向发展，而且可以创造特定的研究环境，使自然过程在实验中再现出来，把人们看不见的现象人为地诱发出来。如为了研究世界各地的气候变化，在人工气候室内，科学家用大气环流模拟台进行人工模拟，约30秒转1周，就能模拟1天的气候，3小时就能模拟1年的气候，随时可再现冰天雪地的北国风光或夏日炎炎的赤道景色，为气象学的研究创造了极为有利的条件。

3．实验方法能够加速或延缓自然过程　在自然界的演变历程中，事物的产生和发展的速度各不相同，有些稍纵即逝，难以捉摸；有些则变化缓慢，过程漫长。这些情况都不利于科学研究的顺利展开。在实验中，人们可以借助于一定的物质手段，对自然现象发生的过程，人为地加以控制，不仅能扩大或缩小、延缓或加速，还能延续瞬时出现的自然过程，就像电影的高速摄影技术一样，使人们能捕捉到倏忽即逝的自然现象，以满足人们研究的需要。例如，闪电雷鸣、地震山崩、岩体滑坡，都是瞬时发生的。在天然条件下，人们无法弄清它们运动变化的详细过程，而今人们可以模拟雷电、地震、滑坡的实验，则可以延续、重复这些过程，便于详细的研究、分析。

（二）实验方法的作用

美国微生物学家和病理学家雷内每杜博斯说过：“实验有两个目的，彼此往往互不相干：观察迄今未知或未加释明的新事物；以及判断为某一理论提出的假说是否符合大量可观察到的事实。”^[9]由此可见，科学实验在科学研究中具有重要的作用。

1．实验能够证明客观必然性　单凭观察所得的经验，是决不能充分证明必然性的。比如，养儿像父母，这是人们观察到的现象、但这并不能判定二者存在因果联系的必然性。直到1944年艾弗里等人通过实验方法，确定了DAN是遗传物质，50年代他们又全面阐明基因的传递规律后，人们才认识到子女像其父母是由于基因遗传，子女不完全像其父母是由于基因复制过程中产生的变异。

2．实验方法是建立新假说、形成新理论的基础　任何科学理论都是科学家通过对科学事实和感性材料进行科学抽象取得的。没有充分占有科学事实和实验材料，就无法进行科学抽象，当然就无法揭示隐藏于事物内部的本质和规律。而科学实验则是获取科学事实和感性材料的主要手段。正如著名生物学家巴斯德所说：实验室和发明是两个相关的名词。如果没有实验室，自然科学就渐渐枯萎，渐渐消灭，没有发展的希望了。正是在这个意义上，我们说科学实验是科学理论的基础。

科学发展史表明，正是由于科学实验的产生和发展，才开始产生了对自然界有比较精细和深刻认识的近代自然科学。而现在的一切科学上的重大发现和发明创造，都不是从书本上得来的，而是从科学实验中发掘和提炼出来的。迈克尔逊的莫雷实验，产生了爱因斯坦的相对论；黑体辐射和光电效应实验，形成了“能量子”、“光量子”的全新概念。20世纪物理学的新进展，几乎都是以实验技术的突破为转机的，充分说明了科学实验是新理论创立的源泉和基础。

3．科学实验是检验科学理论的基本手段　大量的事实证明，实验不仅能发现纯粹的观察所不能看到的新事实，而且能够用实验中观察到的事实去检验假说和理论的正确性。

在科学研究活动中，科学假说是一种特别复杂的形式，它既有一定的科学依据，又有一定的猜测性。科学假说和理论是否具有真理性，不仅要靠生产实践来检验，而且要通过科学实验来验证。自然科学的许多假说和理论，正是通过实验才证实其真理性，错误的假说和理论也是通过实验来判断其错误的。不同的学术观点和理论之争，往往也通过实验来验证。毛泽东高度地概括了科学实验在检验自然科学中所起的作用：“许多自然科学理论之所以被称为真理，不但在于自然科学家们创立这些学说的时候，而且在于为以后的科学实践所证实的时候。许多理论的真理性是不完全的，经过实践的检验而纠正了它们的不完全性。许多理论是错误的，经过实践的检验而纠正其错误。”^[10]

然而，如同研究工作所使用的其他手段一样，实验并不是万无一失的，达尔文曾说过：“大自然是一有机会就要说谎的。”^[11]美国化学家班克罗夫特指出：所有的科学家有切身经历都知道，使实验得出正确的结果常常是多么困难，即使在知道该怎么做的时候也是如此。因此他说，对于旨在得到资料的实验，不应过分信任。不能从实验上论证一种假说并不等于证明这种假说不正确，因为一定时期一定条件下的实验总有其局限性。因此应客观公正地评价科学实验在科学研究中的作用，不能把科学实验的检验绝对化。