科学发现的目标和手段

10月9日，国庆长假后的第二天传来“中国好声音”，我国在酒泉卫星发射中心将第一颗综合性探测卫星——先进天基太阳天文台发射到太空，“夸父一号”开启了太阳探测之旅。据中科院紫金山天文台首席科学家的介绍，太空科学探索之太阳探测的核心目标瞄准了太阳的“一磁两暴”，即太阳磁场、太阳耀斑和太阳日冕，在第25个太阳活动周期或从2024年到2026年，展开对太阳磁场、耀斑和日冕的形成和相互作用的观测研究。“太阳物理学”是国际天体物理学领域的热门学科，黑洞物理学也许远离了人们的日常生活和经济生产，它是“无用的科学”，但太阳物理学对人类的天气预报、航空航天、电力输送和通讯工程等活动产生了不可忽视的影响。它是“有用的科学”。

“夸父一号”搭载了5台不同功能的望远镜，其中有莱曼阿尔法太阳望远镜和太阳硬X射线成像仪。中国的第二颗太阳探测卫星——“夸父一号”昨日发射到太阳同步轨道。金色十月，丹桂飘香，中国的空间科学探索已是硕果累累，从嫦娥登月到“火星漫步者”，从暗物质探测卫星到中国空间站，从太空大型光学望远镜的研制到最大的单口射电望远镜FAST的巡天工程...中国科学家的太空探索步伐从未停止，已经迈进世界空间科学的第一梯队。在中国科学家“夸父追日”精神的鼓舞下，今日撰写了系列科学哲学文章之“科学发现的目标和手段”

揭示基本粒子组成的标准模型将基本粒子分为三种类型，一是12种“实体粒子”或费米子，它们是构建物质世界大厦的“砖块”，二是传递四种基本力或物质基本相互作用的粒子或玻色子，三是为基本粒子赋予质量的粒子或希格斯粒子，比如：电子是费米子，光子是玻色子，希格斯粒子则是唯一的赋能质量的“上帝粒子”。12种费米子中的3种是中微子，它们分别是电子中微子、陶子中微子和缪子中微子。物理学家过去认为，中微子像光子一样没有质量，但后来发现了中微子的振荡现象，3种中微子不是孤立的，它们之间的相互转化遵循科学哲学的转换原理，一种类型的中微子可以转化为另一种类型的中微子，像电子中微子和缪子中微子的相互转化遵循科学哲学的对应性原理，即：电子中微子可以转化为缪子中微子，缪子中微子也可以转化为电子中微子。

诺奖得主的物理学家证实了，中微子的相互转化或中微子振荡说明，中微子本身有质量。科学哲学的对应性原理既可以指两种事物的相互转换，像电子中微子和缪子中微子的相互转换性，也可以指两种事物强或弱、直接或间接的关联，像中微子振荡和中微子质量存在可用数学公式描述的关联性，物理学家不可以直接测出中微子的质量，但通过测量中微子的振荡和表达振荡与质量关联性的数学方程式，可以间接地测出中微子的质量，直接和间接的物理测量遵循科学哲学方法论的等效原理。不仅在相对论物理中使用了等效原理，这一原理在科学领域有广泛的应用，这是等效原理的广义性和广义等效原理的含义所在，像人们利用电磁波运动的光速原理精确地测量了地球到月球的距离。

地球物理学更多地使用直接测量法，天文学则更多地使用间接测量法，甚至可以说天文学的本质是采用间接测量法。古代的人们走不出地球，现代的人们飞不出太阳系，但古代的人们了解太阳系，现代的人们知晓星系和宇宙。只是受到科学哲学测不准原理的约束，古代的人们不能精确地了解太阳系，现代的人们不能精确地知晓星系和宇宙，古代和现代的科学家都不是圣人，在克服科学认知不足带来的遗憾的同时，人们又面临新的遗憾，旧的科学认知不足克服了，新的科学认知不足产生了；原有科学心理学的遗憾消除了，现有科学心理学的遗憾出现了。旧的认知和新的认知、原有的遗憾和现有的遗憾遵循了科学哲学的悖论原理。

科学家不是圣人，但他们追求科学的完美，尽可能地克服基于悖论原理的消极心理，发扬基于悖论原理的积极心理。科学发现、科学美和科学心理“三位一体”，数百位、数千位杰出中外科学家在人生经历中展现了他们的科学成就和人文关怀。什么是等效原理的广义性或广义性的等效原理？这一原理既适用于科学探索和发现的目标，也适用于科学探索和发现的手段，这一原理对科学目标和手段的适用性遵循科学哲学广义论的等效原理或等效论的广义原理。

举例说明等效原理在科学目标的适用性，在粒子加速器和超新星内部，通过正反电子对的高速碰撞产生了中微子，具体说来，正电子和负电子在湮灭反应中产生了中微子对，在实验室条件下发生的正反电子湮灭反应十分微弱，但在超新星爆炸的情形中，超星内部的温度高达十亿度，光子分解为电子对的数量和正负电子通过碰撞产生湮灭反应的概率大幅增加。从电子对的湮灭产生了中微子，超新星在爆发过程中失去了巨大的能量，实际上是中微子带走了超新星暴的主要能量，中微子仅与其它物质粒子发生弱相互作用，它们携带了超新星的主要能量，毫无阻挡地穿越星体和深空。

在粒子加速器和恒星内部，通过质子与质子的高速碰撞产生了中微子，具体说来，质子与质子通过高能加速器的合成产生了“质子——质子链反应”，从链反应中产生了电子中微子和其它粒子。在太阳和其它恒星的内部发生了质子链反应，所谓的“太阳中微子”本质上是太阳内部发生核聚变反应的产物，物理学家建构了标准太阳模型，预言了太阳中微子的数量，但实际观测的太阳中微子数量只有理论预言的三分之一，“迷失的太阳中微子”占到了其余的三分之二，中微子振荡的发现圆满地解决了太阳中微子迷失的问题，实际上是中微子在传播路径上发生了“风味”的转换或中微子振荡。

2001年，加拿大的萨德伯里中微子天文台探测到了太阳发出的三种中微子，其中的35%是未转化的电子中微子，而65%是通过电子中微子转化的陶子中微子和缪子中微子。太阳中微子或电子中微子不是真的消失了，而是发生了形态的转化，加拿大和日本的两个实验科学团队先后发现了中微子的“风味”转换或震荡现象，加拿大的戴维斯和日本的小柴昌俊以主要科学家的身份荣获了2002年的诺贝尔物理学奖。正负电子通过湮灭作用产生了中微子，质子和质子通过质子链反应产生了中微子，两种产生中微子的物理方式符合科学哲学目标论的等效原理。

举例说明等效原理在科学手段的适用性，恒星内部每时每刻都在发生核聚变反应，超新星暴伴随了剧烈的核聚变反应，从恒星和超新星的核聚变反应中产生了中微子。在地球面向太阳的一面，在每平方厘米的垂直面积上，每秒都有大约650亿个太阳中微子穿过。宇宙射线内的中微子主要来自恒星和超新星内部的热核反应，很难直接检测恒星和超新星的核聚变，通过检测宇宙射线内的中微子，科学家间接地证明了恒星和超新星核聚变的发生。