物理学发现的启示.pdf

第2 0 卷第 4 期 199 9年12月 锦州 师范 学院学 报 J ournalo fJin zho u T e a eher s C o ll ege V o l 20N o 4 1尧 e 1 9 99 物理学 发现的启示 孟智明张凤云 愉州师范学院 锦州 12 10 0 0 摘要 科学史上 重大科学发 现的过程 和这些重大发现本身一样 也是 科学家留给我们的一种宝贵对富 本文从四个方面论述 了物理学发现的过程给 我们的启示 关健词 牛顿 爱因斯 坦 科 学方法论 中图分 类 号 04一0 9 文献标识码A 在近代物理学 史上 有过许多具有划时代意义的重要发现 这些发现不仅推 动了物理学的 发展 而 且从根本上改变了人类对物质世界的认识 所有这些伟大成果已经连同他们 创造者的名字一起载人了 史册 在我们学习和继承这些伟大科学 家精辟的科学结论时 它们勇敢地探 索物理奥秘的过程本身给我 们的启示也是宝贵的 值得我们认真研究和学习 1 善 于继承和借鉴前人的成果 科学发现的起步是通过 学习 观察和实验等多 种途径 将 与科学研 究有关的知识 信息翰人到研究 者的头脑 中 物理学是人类世世代代在认识 自然 和改 革 自然 中 为了 生存和生产 的需 要而进 行的关于物 理运动 规律和物 质墓本 结构研究的科学 物理学发现的过程也 是知识 积累 继承和创造的过程 任何一种创新 和发展都是在继 承人类以往知识的基础上实现的 因为 就个人 的知识储备来说 哪一种知识都不是从 上一辈遗传下来的 都是在 后天的学习和实践中获得的 这种学习和实践 就是向头脑中输人信息的过 程 这 个过程是科学发现必不可少的准备 阶段 牛顿和爱因斯坦是 物理学史上的两 位最伟大的科学家 但是如果没有哥白尼 伽利略 开普勒等人对于地球及宇宙天体运动规律的研 究成果 牛顿也不可能建 立他的经典力学理论体系 正如他自己所说的那样 如果我比别人看得更远些 那是因为我站在巨人的 肩上 爱 因斯坦也不是光凭自己的天才创造出的相对论 相反 他正是系统地 研究了牛顿的全部 著作 以及法拉第 麦克斯韦 洛伦兹等人的科研成果后才提出的狭义相对论 广义相对论和光量子理论的 善于学习和继承前人和同时代人的科学研究成果 在 当前已成为科学工作者应掌握 的一门艺术 当 前我们这 个时代的一个显著 特点是信息呈爆炸状态 科 技信息不 仅数量巨大 而且极端 分散 要充分继 承 和利用他人的科学成 就 必须善于使用索引 文摘及其它 电子信息设备 等现代检索工具帮助自己快速 有效地获取有用的信息 以及时地了解 他人科学研究过 程中的经验和教训 避免重复劳 动 走科学研究 的捷途 2不懈探 索 通于创新 仅仅学习 和继承前人的科 研成果 只能是个好学生 还不能成为一名优秀的科学 家 爱因斯坦曾对 为他写传记的作家塞利希说 我没有 什么特别的才能 只不过喜欢寻根刨底地追 究问题罢了 科学家 必须有爱因斯坦那种对问题 寻根刨底的不懈探索精神才能有所作为 事实上 科学史上有重大贡献 的科 学家无一不具有 认真 刻苦 严谨的治学态度和善于思考 勇于探索的钻研精神 收稿日期 1 9 98一1 1一10 58 锦州师 范学院学报 第 20卷 我国著名的核物理 学家王淦 昌教 授 早年曾在 柏林大学 留学深造 就在他将要功成名就 之时 毅然 返回了灾难深重 的祖国 回国后 他一面教 书 一 面在极其艰苦的条件下继续从事科学研究 3 0年代初 奥地利物理 学家泡利提出了中微子存在的假 设 如果不能证实 中徽子的存在 能最守恒定律将 被动摇 王淦昌教授 就在他家简陋的住 房中 在 昏暗的油灯下 利用教学之余的时间 认真思索 刻苦钻研 设 计 出一种用观察轻原子 7B ek俘 获过程中核反冲方法去验证 中微子存在的实验方案 由于中国当时正处在 战乱 之中 根本不具备做这个 实验的设备和条件 王淦 昌只好 将 关于探索 中徽子 的建议 一文寄到美 国 发表在 物理评论 上 后来 美国物理 学家阿伦根据这个方案第一次确切地证实了中徽子的存在 从 此 物理学 史 吐增加了一个被称做 王淦昌 阿伦 实验 的范例 同时王淦昌教授在科 研事业上 不畏 艰险 勇 于拼搏的精神也给中国物理学的后辈学者树立了一个学习的榜样 此外 世界历史上那些为人类 科学发展做出巨大贡献的杰出人物 无不是具 有创造精神 敢于离经 叛道 标新 立异的人 开普勒在接受了哥白尼的日心说以后 在很长一段 时间内 思想仍为天体运动轨道 必 须是标准 的圆周所局限 并 为此论不能圆满地解 释天体运动规律而苦恼着 后来他根据第谷 的观测资 料 下决心抛弃了圆周轨道的传统思想 提 出了 天体是沿着椭 圆轨道运动的假说 每一个行星都沿着一 个椭圆轨道 环绕太阳运行 而 太阳则处在椭圆的一个焦点上 这就是著名的开普勒行星运动三大定律的 第一定律 2 0世纪初 牛顿 的经典力 学理论与新的事实之间发生了尖锐的矛盾 使许多科学家陷人了 困惑之 中 因为他们 始终认为牛顿的经典 力学是全部物理学的基石 是神圣不容怀疑的 面对这种困惑 爱因斯 坦意识到物理学需要一场革命了 他没有被权威的理论所束缚 经过了十年的不懈探索 放弃了许多无 效的尝试 才 终 于醒悟到时 间是可疑的户最终打破了牛顿的绝对 时间和绝对空 间的框框 提出 了相对 性原理和光速不变原理 宜布了狭义相对论 的建立 在这个过程 中 必须放弃牛顿力学 中的速度 合成法 则 必须把 当时被许 多物理学家奉 为珍宝的 以太 彻底抛弃 这实际上是向物理学的权威提 出了挑 战 没有敢于革命的勇气是不可能完成的 回顾这 些历史让我们认识到 任何科学革命都是继承与批判的统 一 就是说在科学研究 中 即要保留和 吸收前人理论 中一切具有真理性的 内容 又要敢于怀疑 批 判 最 终摒弃前人理论中的谬误 根据事实创造出新的理论 3成 功地运用科学方法 科学发现是一种具有高度创 造性的思维 活动的过程 在这个过程 中必须能够正确运用归纳 演绎 抽象运算 等科学方法 归纳和演绎是科研 中常用的科学方法 在科学研究活动中 常常是先进行观察和实验 记录下数据 和结果 再从许 许多多个别事实 中逐步归纳 出具 有普遍性的定理和理论 例如 波义耳定律 一定质t的 气体在温 度保持不 变 时 它 的压强和体积成反 比 就是通过观察获得一系列数据后 进行归纳概括得出 来的 类似的例子很多 而泡利提出的中微子存在的假设 则是应用了演绎法的结果 当年 泡利 根据能 量守恒定律 进行推测 认为原子核衰变时 失去的能童可能是被别一种粒子带走了 这种假定的粒 子不带 电荷 质量极小 同周围物质的相互 作用极为微弱 因而还未被人们所发现 人们 给这个粒子命名为 中 微子 中微子的存在就是这样由演绎推导原子核衰变现象而预言的 归纳法和演绎法又是相互联系 相 互补 充的 在上例中作为演绎论证的出发点 的能量守恒定律 最早就是以经验事实为依据 借助归纳法 建立 起来的 反之 归纳也要依存于演绎 因为作为归纳依据的经验事实常常必须以演绎法的指导进 行 收集和选 择 数学方法作为一般科学 方法在科学研究的各个领域 中被广泛应用 首先 演绎的公理化方法 就来 自 于数学 后来 分析力学 热力学 电动力学 量子力学理论等效仿数学 运 用公理化方法把已有的知识成 果组成了严密的理论体系 数学是一切自然科学 现在也包括社会科学向前发展所必须依 赖的有力工 具 离开 了数字就不 可能有今天的近代物理学 有作 为的科学家不仅要精通其研究领 域的专业 知识 而且 要触类旁通 知识渊博 特别要有深厚的 数学知识 像牛顿 既是伟大的物理学 家 又是 伟大的数学家 爱因斯坦 高斯 麦克斯韦等都在数学领域 中有所建树 知识结构单一 的科学家很难 在科学研究 中有什么重大突破 甚至不能很快地理解和接受 他 人的新成果 爱因斯坦的广义 相对论是成功地应用数学方法进行推理演绎的杰作 以致于爱因斯坦在 世 界各地讲解广义相对论时 总有一些有 名的物理学家 甚至头发花白的学者因为听不懂而中途退场 物理学在其长期的 发展过程中 逐 渐形成了一些基本的科学研究方法 包括一般科学方法和专门研 第 4 期 孟 智明张风云 物理学发现的启示 5 9 究方法 正确地掌握和运用这些研究 方法 有利于科研任务 的顺利完成 4从哲学中褥到启示 哲学方法作为方法论中第一层次的方法 对科学研究有着普遍 的指导意义 人们无论是否承认 但 哲学 始终都存在于科学研究的过程之中 爱因斯坦一生都 对哲 学有浓厚的兴趣 年轻时 爱因斯坦在伯尔尼 和另外两个青 年朋 友一起组成了 一个 奥林 匹亚科学院 每晚聚在一起以极 大的兴趣和热情研读柏拉图 穆勒 休谨 马赫 彭加勒等人 的科学和哲学著 作 从这些人的著作 中爱因斯坦吸取了许多人类思想的精华 爱因斯坦相对 论的建立曾 经受到休澳与马赫哲学思想的影响 因为他们的哲学观点中 都包含着怀疑 经验主义的成分 特 别是马 赫在他的 力学史 中 对牛顿力学的时间绝 对性 进行了尖锐的批评 正是这一点给了爱因斯坦以极 大的 启示 使爱因斯坦认识到牛顿力学中有真理的内容 但也不可避 免地含有谬误的因素 正确和错误的对 立只具有相对 的 意义 爱因斯坦相对论的出发点就 是对牛顿时空观 的否定 而把与旧的时空观不相容 的相对性原理与光速不变原理作为新的理论基础 从而导 出新的时空变换关系 爱因斯坦曾把马赫称为 相对论先驱 可见马赫的哲学思想对爱因斯坦影响之深了 尽管如此 爱因斯坦只是借鉴了马赫的科 学的怀疑 态度和方法 而爱因斯 坦的科学实践和哲学上 的思考又根本不同于马赫的唯心主义经 验论的 哲学 爱因斯坦有 着坚 定的世界统一性信念 他从 2 0年代开始 致力于统一电磁场和引力场的工作 虽然 爱因斯坦没有能最后完 成统一场论的工作 但是他为统一场论 所做的工作和他的哲学观 点已被 后来人 所接受 自然界中的四种相互作用 弱 电磁 强 引力 表面上看来是完全 不相同的 但是按照马克思主 义哲学关于世界物质统一性的论断 它们 之间很可能有着共 同的本质和起源 事实上 在爱因斯坦 之后 经过海 森堡 杨振宁 米 尔斯及 温伯格 萨拉姆等许多科学家的不懈探索 弱相互作用 和电磁相互 作用的 统一理论已经在实验上得到了基本证实 后来 人们又提出了一种 大统一理论 试图按照已经取得成 功 的弱 电统一理论同样的观念和方法 去实现弱 电 强 引力四种相互作用完美 的统一 目前 这一研 究已经取得了许 多重要进展 这个事实说明 我们这个时代对于世界统一性的认识 已经不仅仅是哲学 上 的论断 而且是自然科学的事实了 哲学和自然科学就是这样 一种关 系 哲学本来就是对自然科学研究 成果的概括 反过来又被用来指 导自然科学的研究 马克思主义哲学是最科学的哲学理论 从事 自然科学研究的人 认真地读 点哲学 应 该而且一定能够从马克思主义哲学那里得到宝贵的启示和帮助 物理学发现像科学史上闪烁着的无数颐明珠 每一项发现都给我们以多方面的启示 完成这些重大 发现的科学家除了具有渊博的知识 科 学的思维方法 正确的哲 学思想的指导和 不畏艰苦 勇于攀登科 学 高峰的精 神外 每个人还都走过了 不同的曲折道路 每项发现都有不同的经历和特点 认真研究这些 物理学发现的过程 会 使我们学到很多东西 参 考文献 l 秦关根 爱因斯坦 北京 中国宵 年出版社 197 9 2 钱时惕等 重大科学发现个例研究 北京 科学 出版社 1 987 TheIn sp i r a tion s o fPhy s ie s Di seov e ry M en gZhiming Zha ng F en gyu n Jin zho uT eaehe r s Col leg e Jinzhou 1 2 10 0 0 Abstra ct In the hi storyo f seienee the Pro eess e so f the imPo rta nts eientifie dis e ov e rya sthes ameas the