欢迎光临散文网 会员登陆 & 注册

科学研究是否要知道为什么?(一)以飞行和风洞为例

2023-07-02 13:15 作者:华阳ChinaSUN  | 我要投稿

本文已首发于微信公众号“华阳集序”

在科学研究中,既要知其然,是否还要其所以然?多问一句为什么,是否有意义?如果没有意义,为什么不能问太多为什么呢?

对这个问题,如果不知道该如何分析,那就读下历史吧。


1,莱特的风洞

1900年左右,莱特兄弟在研究飞机。通过试验滑翔机,已经掌握了无动力飞行的要点,然后制造发动机。作为参考,他们选择了船用螺旋桨,也是在流体(水)中产生推力。他们查阅了相关资料和论文,惊讶地发现,虽然螺旋桨投入使用已达上百年时间,人们对其背后的流体力学原理仍不了解,也没有合理的解释。针对这种情况,兄弟俩决定独立开展研究,通过建模和实验,寻找规律。为更好地研究,他们制造了早期的风洞。其靠手摇来产生风力,按现在的眼光来看,非常简陋(如下图)。这一开创性的实验仪器,对后来的航空/航天产生了决定性的作用,其基本原理延用至今。

图1,莱特兄弟的风洞(图片来源为网络)

2,我国的风洞

时至今天,人们仍不了解飞行所需的升力机制,只能用模拟方式进行近似分析。当速度较慢、问题不复杂时,可以用流体力学软件进行模拟。对高速或复杂情况,只能用风洞实验。在前沿的高超音速飞行领域,完全依靠创新的风洞设计。

2012年,我国研发的JF12风洞投入测试,能够测试25-40公里高空、飞行速度5-9倍音速条件下飞行器的气流特性。是世界上第一台达到这个能力的同类设备。相比之下,美国用于测试X-51高超音速飞行器的风洞吹风速度为7.5倍音速。在这套被称为“高超音速龙”(Hyper-dragon)的神器加持下,我国设计了东风17和东风21高超音速导弹,从此美国航母不再在我国周边耀武扬威。

2022年5月30日,我国新一代JF22风洞投入测试,能够测试40-100公里高空、30音速条件下飞行器的气流特性,超越欧美20年。在研究未来飞行器时,不用像马斯克一样只能放大烟花。在最近的测试中,已经达到33倍音速,且还有进一步提高的空间。

与此相对,美国集合全球人才研发的风洞,仅能模拟12倍音速的条件。受此限制,美国至今未能研制出5~6倍音速的高超音速导弹。

对于风洞技术,中国早在上世纪50年代就已经开始投入。那时候钱学森、郭永怀等老一批科学家他们就意识到,在未来军事领域当中,高超音速导弹才是国之利器。

1965年,郭永怀在四川成功组建出高速空气动力的研究机构。1968年,郭永怀在这个基础上又组建了一个全新的团队名叫中国空气动力研究发展中心。

综合数据来看,郭永怀组建的团队,在空气动力领域规模性建设比欧美更早。这也是为何今天中国能够在高风洞技术上领先欧美的原因。

图2,我国JF22的应用

3,为什么不用问为什么?

尽管已经取得了如此进展,人们还是没有破解升力产生的原理,但这并不影响美国先发明飞机、而中国在未来将超过美国。

我们可以大胆假设,以后也不会得出始终有效的终极规律。即使找到了在现在适用的近似规律,也不一定适用于早期或未来的地球。如果大气的成分/密度/压力等因素都不同,规律也会发生重大变化,甚至可能找不出可用的规律。

科研工作者的圣经《科学研究的艺术》对此指出,“某些纯粹主义者主张科学家只应知其然而不应知其所以然。他们认为:欲知其所以然就意味着,在事物的背后有着理智的目的;各种活动受着超自然力量的支配而达到一定的目标。这是『目的论』 [译注:一种唯心哲学理论, 认为任何事物均为其自身的目的或某种外在的目的所支配和决定] 的观点,已为现代科学所鄙弃。现代科学力求认识一切自然现象的发展过程。”

对提出这个论断的原因,《科》做了进一步探究,“概括定律是永远无法证实的,我们只能思考由 概推 (deduction) 得出的结论是否与实验和观察所得到的事实相吻合,来加以检验。”“对于任何概括定律我们都不能过于信任,即使普遍接受的理论或定律也是如此。牛顿并不把他所陈述的定律视为最终的真理,但也许他的大多数追随者却是这样看的,直至爱因斯坦才证明牛顿的审慎态度是很有道理的。在一些重要性稍逊于此的问题上,一些普遍被接受的观念 ,最终被取代的事件更是屡见不鲜。”


所以,别问太多为什么,不但适用于自然科学的研究工作,对于严谨性要差很多的社会科学和新学科,更是如此。

同学们,大胆研究吧,说不定你就是下一个莱特兄弟哦~


科学研究是否要知道为什么?(一)以飞行和风洞为例的评论 (共 条)

分享到微博请遵守国家法律