「活力守恆原理」是誰所發表的?
萊布尼茲
在他1962年的著作《科學革命的結構》中，托馬斯·庫恩對邏輯實證主義給出了精闢的反對。他認為，觀察和評價的過程，都是在一個範式之內發生的；所謂「範式」，就是這個世界的一個邏輯自洽的「肖像」，並與從它的框架出發所做的觀察一致。範式也包含某個科學學科的定義性的理論問題和實踐操作。他描述了觀察和「謎題解決」的過程，此過程在一個範式內發生，他稱之為「正常的科學」。他還解釋了一個範式如何能壓倒另一個範例，這一過程他稱之為「範式轉變」。庫恩認為，不可能把被測試的假設從觀測所基於的理論的影響隔離開來；他論證道，不可能獨立評估互相競爭的範式。不止一個邏輯合理的結構可以描繪出一個可用的這個世界的畫像，但沒有共同的基礎，使得坑對坑，理論對理論。兩者都不能作為判斷對方的標準，所以沒有明確的方法來衡量科學進步。
二十世紀五十年代人們在加速器實驗中觀測到為數眾多的「奇異粒子」，它們具有協同產生，非協同衰變的特性。蓋爾曼為此引入了一個新的量子數：奇異數，來解釋這一特性，即在強交互作用下奇異數守恆，而在弱交互作用下奇異數不守恆。其中在K介子的衰變過程中，人們發現有兩種質量、壽命和電荷都相同的粒子：θ介子和τ介子，它們唯一的區別是衰變後產物不同：一個衰變為兩個π介子，另一個衰變為三個π介子。其中π介子具有負的宇稱，從而衰變為兩個π介子意味著這種粒子具有正的宇稱，而衰變為三個則意味著有負的宇稱。如果宇稱守恆定律成立，則表明這兩種粒子雖然其他性質都相同卻不是同一種粒子，果真如此為何θ介子和τ介子的性質如此相同？這一難題當時被稱作θ-τ之謎。1956年，當時在美國的物理學者李政道和楊振寧發表了著名論文《弱交互作用中的宇稱守恆質疑》，在這篇文章中他們認為，θ-τ之謎所帶來的宇稱不守恆問題不是一個孤立事件，宇稱不守恆很可能就是一個普遍性的基礎科學原理。在電磁交互作用及強交互作用中，宇稱確實守恆，因此在那時期的科學家猜想在弱交互作用中宇稱也守恆，但這一點尚未得到實驗驗證。李楊二人的理論研究結果顯示出，在弱交互作用中，宇稱並不守恆。他們提出了一個在實驗室中驗證宇稱守恆性的實驗方案。李政道隨即請求吳健雄對於這一點進行實驗驗證。吳健雄選擇了具有放射性的鈷-60樣品進行該實驗，成功證實了宇稱在弱交互作用中確實不守恆。宇稱不守恆是粒子物理學領域一項重要發現，其對於標準模型的建立非常重要。為了表彰李楊二人做出的理論貢獻，他們於1957年被授以諾貝爾物理學獎。
熱學起源於人們對熱現象的概念和本性的研究，熱和溫度的概念是在伽利略發明了溫度計之後逐漸理清的。而人們最初對熱的本性的認知可以用所謂「熱質說」來概括，即熱是一種會從高溫物體流向低溫物體的物質，同時根據實驗結果，熱這種物質沒有質量，它被稱作「卡路里」。熱質說能解釋很多熱現象，但到了十八世紀末，英國的倫福德伯爵在慕尼黑兵工廠領導鑽制大炮的工作時，發現「銅炮在鑽了很短一段時間後就會發生大量的熱；而被鑽頭從炮上鑽出來的銅屑更熱。」倫福德認為「在這些實驗中由摩擦所生的熱的來源似乎是無窮無盡的」，因此他認為熱「絕不能是具體的物質」。在當時力學的發展已經使人們對能量的轉化與守恆有了初步的理解，特別是笛卡爾的運動不滅理論和萊布尼茲的「活力守恆原理」，他認為這個代表「活力」的量在運動中是守恆的。德國醫生、物理學家尤利烏斯·馮·邁爾在工作中受到啟發，在1841年發表了他關於熱是機械能的一種形式的猜測，他還進一步將這個理論推廣到不同形式能量之間的轉化中，歸納出能量的守恆性。他的陳述「能量既不能被產生也不能被消滅」在今天被看作是熱力學第一定律最早的表述形式之一。而與此同時，英國實驗物理學家、釀酒師詹姆斯·焦耳則從實驗上驗證了熱是能量的一種形式的猜想，並在1843年給出了熱功當量的實驗測得值。德國物理學家赫爾曼·馮·亥姆霍茲同樣從「活力守恆原理」出發，進而將能量的轉化與守恆推廣到機械運動以外的各種過程中，這些研究成果發表在1847年的論文《力的守恆》中。在這些理論和實驗研究的基礎上，德國物理學家魯道夫·克勞秀士於1850年給出了熱力學第一定律的數學形式，其後這一定律在英國物理學家克耳文勳爵等人的修訂下成為物理學中的一條基本定律。
科學與非科學的區分被稱為劃界問題。例如，精神分析應該被認為是科學嗎？所謂的「創世科學」、膨脹的多重宇宙假說、宏觀經濟學是科學嗎？卡爾·波普爾稱這是科學哲學中的核心問題。然而，對於該問題，沒有一種統一的說法贏得了哲學家普遍的接受，有些人甚至認為此問題無法解決或沒有意義。早期，邏輯實證主義者嘗試將科學建立在觀測之上；相應的，非科學則是非觀測的，因此毫無意義。波普爾認為，科學的核心屬性是可證偽性。也就是說，每一個真正科學的說法是有可能被證明是錯誤的。偽裝成科學，試圖得到本來沒有能夠實現的合法性，這樣的一個領域，就被稱為偽科學、邊緣科學，或垃圾科學。物理學家理察·費曼提出了「草包族科學」一詞：研究人員認為他們正在做科學，因為他們的活動具有科學的外表；但實際上他們缺乏「那種徹底的誠實」，讓他們的成果進行嚴格的評估。各類商業廣告宣傳，從炒作到欺詐，都可能屬於這些類別。