分类:巴氏消毒法原始实验设计

来自Big Physics


研究背景

巴士德消毒法(pasteurization)是Louis Pasteur为了保存葡萄酒发明出来的。其实,在那之前,已经由Antonie van Leeuwenhoek发现了细菌(例如变质的食物上有彩色霉点,放到显微镜下面能看到这些霉点的细部结构,这样的东西被称为细菌。其实还有可能是真菌),由民间以及其他人(见wikipedia "pasteurization"词条)采用了加热密封罐的方法来保存食物。

研究问题

那Pasteur干了件什么事呢?他把细菌和加热保存两件事情给联系了起来,用实验证明了:加热之所以能够帮助保存食物是因为加热过程减少了食物中的细菌,而食物变质是由于细菌,所以,一旦大部分细菌被加热过程消灭了,则食物就能够长时间保存了。


研究方法(过程)

为了证明这个结论,Pasteur做了下面的实验:

Louis Pasteur Experiment.png

Pasteur实验。图片来自于wikipedia"pasteurization"词条。By Kgerow16 - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=40506737


这个实验的第一行,也就是第一步,证明了:在没有变坏的酒里面,没有观察到(很多)细菌。至于用火烧一下,加加热,只不过就是前人已经知道的可以让酒长时间不变坏的一个办法。


这个实验的第二行,也就是第二步,证明了:第一、变坏了的酒里面可以看到很多细菌。


这两步合起来,细菌和“变坏”之间已经有了强关联性,也就是“细菌”可以当做即将或者已经“变坏”的标记物(indicator)。当然,还需要进一步反过来验证,是不是,大部分看不到细菌的确实没有已经也不会马上变坏,大部分看到细菌的已经或者马上就要变坏。只要这一步反过来的验证也能够通过,或者很大的概率通过,则细菌当做变坏的标记物这个事情就基本没问题了。


但是,如果我们要再往前走一步,看看是不是“变坏”就是由“细菌”引起来,那还要作进一步的实验。


一种可能的来检验因果性的方法是对比一下变坏前后的酒,是不是就唯一增加了细菌。可是这个做不了。第一,因为确实有别的东西也变了;第二,当时的条件也很难说把其他不同的因素找出来。


这就是Pasteur实验非常聪明的地方。Pasteur实验的第一步既然已经做到了基本没有细菌了,那第二步就想办法把细菌引入回来——把酒和空气接触。实验发现,经过这个接触,确实酒变坏了,里面也重新有了细菌。当然,这个实验不能排除还有其他没有观测到的更加直接的原因,例如某个其他东西从空气中进入到酒中,这个东西导致了细菌的产生和酒的变坏,于是细菌就不是直接原因。可是,最简单的可以和观测到的现象相符的解释就是:空气中有细菌,空气和酒接触以后细菌从空气进入酒,把酒变坏了。于是,Pasteur实验第二步基本上证明了细菌是变坏的原因,而不仅仅是一个标记物。


这种把一个东西变没了,再加回来,来体现这个东西的效果的思路是非常聪明和具有普遍意义的思路。


Pasteur实验第三步就更巧妙了。实际上,这一步否定了上面的效果是由带不带那个瓶子尾巴是造成不变坏还是变坏的原因——就算带了尾巴还是可以变坏。因此,是侧过来的尾巴和去掉尾巴都可以变坏,但是正着的尾巴不会变坏。于是,进一步,这两者之间的区别是什么呢?


研究结论

变坏和不变坏的根本在于是否挡住了(或者很大程度上减少了)细菌进入被保存的材料。对于酒来说加热可以使得酒里面细菌数量大大减少,回形玻璃管可以使得细菌更难进入酒瓶子。

神奇的地方

这种把一个东西变没了,再加回来,来体现这个东西的效果的实验设计思路是非常聪明和具有普遍意义的思路。

再增加新的对比实验,来否定掉其它因素——在这里是带不带那个奇怪的尾巴,或者加不加赛子,也是一个很巧妙的设计思路。

每个子实验,单独有意义,对比可以说清楚更深刻更准确的原因,这是这个实验神奇的地方。


参考文献

从巴士德消毒法的发现看科学研究,以及对教育神经研究的启发

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