我和科学技术打交道已近50年了,但从来没有仔细想过“科学”是什么。我觉得,“科学是什么?怎样研究科学?这个题目,非常的普通,却又很难回答。我在为学生作科普报告时曾有同学问:“你搞科学,究竟做些什么?”。我回答说:“简单说来,无非是从传说、甚至谎言、错觉或者偏见中去寻找事物的本质,寻求真理”。说到科学,当然离不开科学方法、科学态度。一个比较极端的说法是:“科学的态度是只接受经过仔细观察和验证的亊实”。
今天我想以一个小小的例子,一个很普通但也不易准确回答的问题,来说一点看法。2003年10月,我国首飞航天员杨利伟从太空回来后就有人问他这个问题。即:在太空用肉眼能不能看到长城。杨利伟回答说:“我没有看见”。这样的回答就很“科学”。因为他以他的亲身经历实事求是地作了回答;而且他并没有以他一次的经历隨便下断语:“看不到”或“根本看不到”;也没有对已有的传说、报道枉作评论。最近几年作太空科普报告时,这个问题也是众多提问中频次较高的一个。我常作的回答是:“我不知道,因为我没有机会到太空去看长城,但是我们完全可以用科学的办法来分析分析是否能看到”。有一阵,报刊上对这个问题也说得不少,为什么还老有人问,这表明对现有的回答还不满意,或者说回答没有抓住要害,说服力不够。如果科学地对待这个问题,就不能人云亦云,或者使人越听越糊涂。
肉眼在太空能不能见到长城,最关键的当然是人眼的分辨率,这与物体的尺度和离人眼的距离相关,专业上常用“空间分辨率”或“角分辨率”的概念。这可能是跟人的生理有关,大家不清楚。但是我们体检时都测过视力。测试时离开测试牌约5米,2.0的视力能看清最小的一排E字,量一量这排E字的大小约5毫米见方。这就告诉了我们人眼的最高分辨率,即物体大小与距离之比约1/1000。若飞船的飞行高度算300千来,长城的宽度算10米,仅是1/30000。由此,从人眼的分辨率来说,是不可能看得见的。
但若你在检测视力时稍微注意一下,当时的检测牌要照到相当的亮度,而且它是白底黑字,你就明白人眼要看见、看清物体,还和它的亮度和“黑白反差”相关。专业一点讲,眼睛接收物体的信息,除了分辨率,还与“信噪比”相关。坐过飞机的人会发现,万米高度,能看见黑夜地面上一盏点亮的灯,但是按灯泡的尺度在1万米高度不能看到。恒星离地球很远,依据空间分辨率或角分辨率,在地球上应见不到。但它很亮,在地面上能见到夜幕上很远很远恒星的亮点,可是地球上最大的望远镜也看不到它的“面”,也是这个道理。
要考虑的因素还远不至此。如在飞机高度容易分清地面的铁路,因为它很直,转弯的地方很圆,与周围自然界相对不规则的景物相比,容易辨认出来。
从遥感的角度讲,分清地物目标还与它的颜色、影子的长短相关。遥感卫星选用太阳同步轨道较好,就是因为可使卫星都在上午十点钟时观测,地物目标的影子不长不短,更有利于分辨清楚。当然分析人员的专业水平也影响分清的程度。
长城和周围景物的颜色和季节天气有关系,冬天一片白雪与夏天万绿丛中的灰白色长域,对能否看见的结果就大不一样。
杨利伟21小时的太空飞行,绕地球约14圈,能在白天飞经长城上空的圈数有两圈就不错了,而每圈长城在视场范围的时间也就几分钟,如遇上有云、能见度很差的天气,就飞经也没用。
还有人感到,在很高的高度看地面物体,似乎比想象的清楚,隨着距离增加并不是线性关系。这当然是有待研究的生理因素问题。
考虑到这种种因素,这个问题的答案:“很难很难看到”应该是“科学”地对待这个问题所得出的较为“科学”的结论。反过来,从上述分析,依据当代的技术,人为地采取一些措施,也可使航天员在太空较容易地用肉眼分辨出我国的长城来。
说到我国原创性的创新太少,我们国家以后怎么能够在创新方面上一个台阶,登上世界最发达的国家之列?我认为,治本的办法是:应更多的关注现在青少年的教育。因为21世纪我国的持续发展、中华民族的复兴的主力,正是现今的青少年及它们之后的几代人。去年12月,北京的一所外国人办的国际学校,Western Academy of Beijing,这所学校有55个国家的孩子在上学,就是没有中国的孩子。他们从小学到高中都没有考试,中国的孩子没法上,因为他们毕业后没法考中国的大学。学校要我去讲一堂“太空”课。我问:“给几年级同学讲?”,回答是:“小学二年级”。我说没法讲,我从没给小学二年级的同学讲过,他说我们知道你常作科普报告,就按你想讲的讲就行。我们平常到我国的中、小学作科普报告,都是结合科技周、科技月等搞的课外活动,而这儿却是主课的一部分。他们告诉我,这一段连续几个星期,二年级的学习主题就是“太空”,所有的课,语文、数学、音乐、美术等等都围绕这同一个主题上课。从课堂上的气氛到孩子们的提问,我感觉就像我在跟中国学校五年级的孩子作科普报告差不多。我不禁想到,我国要培养创新人才,未来国家要在国际上竞争,我们孙子辈长大以后所面临的竞争对手或者合作伙伴,就是现在这样的外国孩子。他们接受什么样的教育,他们是怎么培养、怎么成长的?与我们的孩子比较如何?这个问题就很值得研究。他们这样的教育,注重的不是尽量多的书本上的知识的量,而是着重于从小培养启发他们如何思考问题、怎么判断问题。而且也很注重“德”的培养,如,这所学校与它附近的打工子弟学校有很好的联系,学校组织不少帮助打工子弟学校及打工子弟的活动,组织学生到打工子弟家进行访问等等。
本文作者潘厚任原为中国科学院空间科学与应用研究中心研究员