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浅谈理想化方法在物理学研究中的重要性

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论文导读：科学史上许多伟大的科学理论的建立都与理想（思想）实验和理想模型有关。笔者试图通过展示大师们设计理想实验和创立理想模型的过程来揭示他们所用的思维方法——理想化思维方法，以期为科技工作者提供一种探索问题的方法。从以上这些里程碑式的科学史实中，我们可以感受到大师们跳动着的思维脉搏——理想化思维方法。

关键词：理想实验，理想模型，理想化思维方法

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科学史上许多伟大的科学理论的建立都与理想（思想）实验和理想模型有关。建立这些理论的科学家都是一代巨人，他们所取得的科学成就无疑是划时代的，但从科学哲学的角度来看，更重要的是他们取得成就的过程中所用的思维方法。因为在一般情况下，结论总不免受到时代条件的局限，但正确的方法却能给人们提供独立探索的合理途径。正如恩格斯所说：在一切哲学家那里，体系都是暂时的东西，但包括在体系中的真正有价值的方法都可以长久地启人心智、发人深思。思维方法又是一切方法手段的灵魂。笔者试图通过展示大师们设计理想实验和创立理想模型的过程来揭示他们所用的思维方法——理想化思维方法，以期为科技工作者提供一种探索问题的方法。

一．理想实验和理想模型

1.理想实验

作为力学基础的惯性定律，不是从实验中得出的，而是从理论实验中得出的一个科学定律。伽利略曾经注意到：当一个球从一个斜面上滚下又滚上第二个斜面时，球在第二个斜面上所达到的高度同在第一个斜面上所达到的高度近似相等。他断定这一微小差异是由于摩擦的结果，如果将摩擦取消，那么第二次的高度完全等于第一次的高度。他又推想，在完全没有摩擦的情况下，不管第二个斜面的倾斜度多么小，它在第二个斜面上总要达到相同的高度。如果第二个斜面的斜度完全取消，那么球从第一个斜面滚下来之后，将以恒速在无限长的平面上永远不停地运动下去。当然，这个实验室是一个理想实验，无法真正地操作这个实验，因为永远也无法把摩擦力消除尽，也无法找到和制作一个无限长的平面。伽利略是理想实验的先驱，后来牛顿把伽利略的惯性原理确立为动力学的第一定律——惯性定律。论文修改。

牛顿继承了伽利略的传统，在思索万有引力问题时也设计了一个著名的思想实验——抛体运动实验。一块石头投出，由于自身重量的压力，被迫离开直线路径，如果单有初始投掷，理应按直线运动，而这时却在空气中描出了曲线，最终落在地面，投掷的速度越大，它落地前走得越远。于是，我们可以假设当速度增到如此之大，在落地前描出1、2、5、100、1000英里长的弧线，直到最后超出了地球的限度，进入空间永不触及地球。这个实验在当时的物质条件下是无论如何不能实现的。牛顿在真实的抛体运动的基础上，发挥思维的力量把抛体的速度推到地球引力范围之外。

爱因斯坦是20世纪理想实验的卓越大师。爱因斯坦的侠义相对论源于追光理想实验。爱因斯坦创建广义相对论的突破口——等效原理亦源于理想实验。

理想实验虽然也称实验，但它与真实的可操作的科学实验是有区别的。可操作性的科学实验是实践活动的一种形式，是人们通过物化过程而进行的实验；而理想实验是一种思维活动，是人们在创造性思维活动中设想出来的，是现实中无条件物化的实验。理想实验并不是脱离实际的主观臆想，而是有其客观基础的。理论实验是以实践为基础的，它是在真实的科学实验基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，对客观对象的实际过程进行更深本质的探究。

2.理想模型

理想模型是为了便于研究问题而建立起来的一种高度抽象的理想对象。它有三个特点：一是理想模型的建立必须有真实实验或客观事实作基础。二是理想模型既是模型又是概念，是科学抽象的产物，反应事物的本质属性。三是运用思维把事物的某些属性引至极限的结果。论文修改。

卢瑟福的原子有核模型是科学史上最著名的理想模型之一。1907年卢瑟福为了验证他导师的原子模型，建议研究生盖革和马斯登观察镭发射出的高度a粒子穿过薄的金属箔片后的偏转情况，结果出人意料。卢瑟福以a粒子实验为事实根据，发挥思维的力量建立起了类似太阳系结构的原子有核模型，开创了原子能时代。论文修改。

原子有核模型建模过程：

（1）根据实验现象进行推理

1）绝大多数a不偏转，说明原子内部绝大部分是空的。

2）少数a大角偏转，说明原子核的存在。

3）极少数a被反弹，说明a粒子在原子中遇到比它本身质量、电量大得多的物体并发生正碰

（2）提出新的原子结构模型设想

在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。

从以上这些里程碑式的科学史实中，我们可以感受到大师们跳动着的思维脉搏——理想化思维方法。

二、理想化思维方法

理想化思维方法是思维主体运用非逻辑思维方法和逻辑思维方法相结合的思维方法，抓住事物性质的主要方面，剔除次要方面，塑造理想化实验过程、创造