做好试验首先明白什么是好试验。
普遍认为好试验就是体现真实,试验与真实越接近越好,只要经费和时间许可,试验状态最好与使用状态一致。
好试验就是覆盖真实,试验内容越全面越好,覆盖所有可能性,就是完美。总的来说,我们希望从各个方面逼近“真实”。
模型与真实长相一致,运行状态与真实一致,我们认为这就是真实,这种真实只是“山寨真实”。
比如设计一个抽水马桶,这个试验成本低,可以用完全真实的马桶做试验。我们做完真实的试验,能够得到什么规律?明白什么设计方法?如果你从小用抽水马桶,一辈子要冲马桶十万多次,你又能够从这么多次真实的试验中认识到什么?
抽水马桶中的关键问题是水流在马桶内的自旋,自旋源于地球自转诱发的柯氏力。要研究这个问题,试验再多的马桶,也没有办法剥离出柯氏力的机理。
你要做的恰恰是设计一个不像抽水马桶的试验,用直管取代马桶,在地面观察水流如何自己产生旋转。然后将直管放在高速大转轮中,用大转轮代表不同速度旋转的地球,观察大转轮转速与水流自旋之间的关系。最后我们理解了马桶内水流自旋与地球自转之间的关系。
只有明白了真实下面潜伏的规律,提高对物理现实的认识,才能够逐步积累提升能力,否则就是熊瞎子掰玉米,每一次试验都是只有报告没有认识,顶多成为一个试验熟练民工。
做试验不是“山寨真实”,而是抓到现实中的关键所在,要想办法找到“纯洁”的状态,让尽量少的因素产生影响,将关键问题凸显出来,这样才有可能在有限的影响因素中,分析出内在规律和形成机理。
科学研究不是对现实世界的直接分析,而是将现实置于特定状态后的分析。有能力设计现实中不存在的特定状态去验证和发现规律,这才是好试验的标准。
好试验不是山寨真实,而是做到“源于真实,高于真实”。
相信下一次设计马桶的时候,关于水流自旋,你就不必玩命地瞎试了。明白了自旋规律,即使让你设计一个月球上使用的马桶,你也明白如何设计,不必到月球上做试验了。
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另一个误区是:试验要覆盖真实,内容越全面越好。
同样以抽水马桶为例,按照常规流程,设计抽水马桶,首先列出所有可能的状态形成一个大矩阵,包括改变大小、方向、深度、速度、容积等。完成所有状态的试验后,从中选出性能最佳方案,就可以完成设计了。
这么做没有问题,只要你运气好,产品本身足够简单,做完所有的参数对比后,最终一定有个最佳设计。
这好比一只无头苍蝇在房间里乱撞寻找出口,只要将整个房间的每个角落都撞过去,也能够找到出去的窗口。
这种撞大运的方法,浪费经费和时间就不用提了,最后成功了不知道怎么成功的,失败了不知道为什么失败。下一次设计你还是要将所有参数都试遍才能找到方案。
好比那只无头苍蝇即使顺利地从一个房间飞出,到了下一个房间还是要乱撞完整个房间才能找到出路。
我们唯一可以安慰自己的就是我们比无头苍蝇强一些,无头苍蝇不懂如何列出试验状态表,会出现重复或遗漏,我们将所有的可能性都列举出来,避免重复和遗漏,确实强多了。
所以很多人都坚定地认为,这种“试”出来的方法,才是正路,相信那个完备的状态表,就是试验的核心。
试验恰恰不是“试”出来的,只有在试验中通过积累认识,从盲目尝试走向必然规律才是试验的正途。
试验不是“山寨真实”也不是“覆盖真实”而是通过逐步认识真实,最后掌握真实。
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下面该从抽水马桶转到设计飞机。很多人认为飞机难以设计是因为我们难以做到真实,用真飞机做试验成本太高、风险太大。其实飞机研究之难,是现象太复杂,设计参数太多、影响因素太多。
如果用真飞机做试验,最后反而被淹没在现实的复杂中,除了轰轰烈烈的场面,只有一头雾水的复杂。飞机设计的难点是从复杂中解脱,寻找到各个关键问题,并且可以寻找出研究关键问题的方法,用最简洁的方式验证潜在的规律,不断积累认识,最后从盲目撞大运到掌握真实。
梦想一步登天,用真飞机试验彻底解决所有问题,那是眼大肚子小,最后被现实的复杂噎死。
这么做其实背后大有深意,经费预算与尺度、状态成正比,我们都是聪明人啊。
分析种种怪象的内在原因,那是有太多的外行拥有了太多的话语权,所以我们的模型必须“真实”,否则,如何让外行理解你在做他的课题,他们宁可要个鸡毛掸子假装是只鸡,也不要能孵出小鸡的鸡蛋。
我们的试验状态必须全面,否则如何让外行理解我们的付出,因为物理机理无法量化,试验设计无法估价,只有铁疙瘩的模型可以量化,试验状态可以计价。长期无奈的选择,多年来竟然形成了试验的习惯。
不知道我们的研究生受到什么科研训练,他们真的相信那些无奈的选择是不变的原则,坚定地相信科研是有流程、有标准、有方法的。如果遵循一定的流程和标准,采用已有的方法就可以保证科研成功,这个成功要么太廉价,要么是欺骗。
做试验首先不能迷信“山寨真实”和“覆盖真实”的试验方式,而是明确试验的目标和方向,去建立自己的试验方式。
探索未知的边界,从来没有铺好的道路,在拓展人类新认识的过程,也是建立自己研究方法的过程。
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源于真实,高于真实
逐步认识真实,最后掌握真实
识别关键问题,设计特定状态
简化影响因素,凸显潜在规律