2019年爱因斯坦的科研方法范文
8页1、2019年爱因斯坦的科研方法范文 爱因斯坦是历史上罕见的卓越的科学家。他所创建的相对论,不仅使物理学获得了革命性的进展,而且刷新了人们对时间、空间等基本概念的认识;他在光量子论、布朗运动的研究中,也取得了重大成果;此外,他还在宇宙、统一场论等方面做了开拓性的工作。 面对这样一位科学巨人,人们不禁要问:他是怎样取得这许多成就的? 拉普拉斯说:“认识一位巨人的研究方法,对于科学的进步,并不经发现本身更少用处。科学研究的方法经常是极富兴趣的部分。”每一位富于创造、勇了革新的人,总有他自己的特点,他自己的“音调”。那么,爱因斯坦的工作方法,又有什么特点呢?有什么可供我们借鉴的呢?爱因斯坦曾多次谈到,需要建立新的思想体系。建立新的思想体系,这正是他自己的工作非常突出之处。 拉普拉斯说:“认识一位巨人的研究方法,对于科学的进步人们要研究某个问题,总得先收集有关资料,尽量吸取前人的成果、方法、经验和教育,这样才能站在“人的肩上”(牛顿语)。但为了比前人看得更远,光站在肩上还不够,还需要通过新的观察或试验,向大自然索取更多的新资料,并运用辩证思维,对它们进行分析整理,以获得新的认识。至此,爱因斯坦与常
2、人并无显著不同,他和我们一样,也非常重视基本理论的学习,重视来自实际的实验和事实。” 然而,接下去分歧便开始了。怎样对资料进行理论分析呢?常见的办法是把试验结果归纳成一些经验定律或经验公式,希望通过它们合理地解释过去并预见将来。但爱因斯坦却不以为然,认为这样做还很不够,这样做不能使理论获得重大进展。因为,这些公式最多只概括了局部的、有限多次的经验,对全局来说,对无限的总体来说,它很可能是错误的;何奖品,还“因为它忽略了直觉秒演绎思维在精密科学发展中所起的重大作用”。 那么,应该怎么办呢?爱因斯坦说:“适用于科学幼年时代以归纳为主的方法,正让位于探索性的演绎法”;应该“由经验材料作为引导,提出一种思想体系,它一般是在逻辑上从少数几个所谓公理的基本假定建立起来的。”对这个体系的要求,应是能把观察到的事实联结在一起,同时它还具有最大可能的简单性;所谓简单性是指“这体系所包含的彼此独立的假设或公理最少”。大家知道,狭义相对论的公理只有两条:相对性原理和光速不变原理。至于思想体系的内容,它应由“概念、被认为对这些概念是有效的基本定律、以及用逻辑推理得到的结论这三者所构造的,也就是通常所说的概念、
3、公理和定理三部分。 作为自然科学史上第一个思想体系的光辉的例子是欧几里得几何学。如果欧几里得当年只满足于把丈量土地所得的具体结果,归纳为若干条经验定律,那么,几何学的发展也许会延误许多年。但他不这么办,他破天荒地开辟另一条大路,即建立了一个演绎法的思想体系。欧几里得的巨大历史功勋不仅在于建立了一种几何学,而且在于首创了一种科研方法。这方法所授益于后人的,甚至超过了几何学本身。欧几里得几何学所以雄视数学界垂2000年,至今仍是每个中学生必须精读的内容,其原因正在于此。“蜀地名花擅古今,一枝气可压千林”(陆游诗句)。欧几里得几何学可以算是一枝名花了。它前无古人而后有来者,牛顿的力学,爱因斯坦的相对论,都是在它影响下的后起之秀。于是我们碰到了一个大问题:如何建立思想体系?爱因斯坦回答说:理论家的工作可分成两步,首先是发现公理,其次是从公理推出结论。哪一步更难些呢?如果科研人员在学生时代已经得到很好的基本理论、逻辑推理和数学的训练,那么,他走第二步时,只要有“相当勤奋和聪明,就一定能够成功”。至于第一步,妈阿找出演绎出发点的公理,则具有完全不同的性质。这里没有一般的方法,“科学家必须在庞杂的经
4、验事实中间抓住某些可用精密公式来表示的普遍特性,由此探求自然界的普遍原理”,请注意“经验事实”这几个字,它们表明了爱因斯坦方法论中的主流是唯物主义。公理必须来自客观实际,而不能主观臆造,否则就有陷进唯心主义泥潭的危险。 如果我们还不满足,还要进一步问到底:怎样才能抓住那些“普遍特性”呢?看来,要编制一个找到它的万能程度,是不可能的。因为这个问题的解决,主要依赖于研究人员的德、智、才、学,依赖于他们的科学想象力、洞察力和劳动热情。否则,我们就难以理解,在相似条件下,为什么恰恰是这个人,而不是旁人,做出了显著的成绩。因此,最好还是让我们来研究爱因斯坦吧! 任何重大进展,必定有许多先驱为它献出了智慧,最后轮到一个人或一些人来完成。这些人必须恰好站在历史的转折点上,太早了不行,太晚也不行。天下鼎沸,群雄逐鹿,捷足者先得。这些捷足者,按照狄德罗的说法,必须具有“精神的浩瀚,想象的活跃,心灵的勤奋”。 少年时代的爱因斯坦善于“惊奇”,他对自然界的一些现象,不是等闲视之,是有强烈的好奇心,这使他的求知欲永远得不到满足,对自然的探索,也永远不能停止。4岁时,他曾为一只罗盘的指针而“惊奇”:它应有无穷多
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