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1、爱因斯坦的科研方法 202x年x月x日爱因斯坦的科研方法 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、空间等基本概念的生疏;他在光量子论、布朗运动的争辩中，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：他是怎样取得这很多成就的? 拉普拉斯说：生疏一位巨人的争辩方法，对于科学的进步，并不经发觉本身更少用处。科学争辩的方法经常是极富爱好的部分。每一位富于制造、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
2、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格外突出之处。 拉普拉斯说：生疏一位巨人的争辩方法，对于科学的进步人们要争辩某个问题，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，还需要通过新的观看或试验，向大自然索取更多的新资料，并运用辩证思维，对它们进行分析撰写，以获得新的生疏。至此，爱因斯坦与常人并无显著不同，他和我们一样，也格外重视基本理论的学习，重视来自实际的试验和事实。 然而，接下去分歧便开头了。怎样对资料进行理论分析呢?常见的方法是把试验结果归纳成一些经验定律或经验公式，
3、期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。由于，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，还由于它忽视了直觉秒演绎思维在精密科学进展中所起的重大作用。 那么，应当怎么办呢?爱因斯坦说：适用于科学幼年时代以归纳为主的方法，正让位于探究性的演绎法;应当由经验材料作为引导，提出一种思想体系，它一般是在规律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，应是能把观看到的事实联结在一起，同时它还具有最大可能的简洁性;所谓简洁性是指这体系所包含的彼此独立的假设或公理最少
4、。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、以及用规律推理得到的结论这三者所构造的，也就是通常所说的概念、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。假如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，几何学的进展或许会延误很多年。但他不这么办，他破天荒地开拓另一条大路，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
5、202x年，至今仍是每个中同学必需精读的内容，其缘由正在于此。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。 于是我们遇到了一个大问题：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，首先是发觉公理，其次是从公理推出结论。哪一步更难些呢?假如科研人员在同学时代已经得到很好的基本理论、规律推理和数学的教育，那么，他走其次步时，只要有相当勤奋和聪慧，就肯定能够成功。至于第一步，妈阿找出演绎动身点的公理，则具有完全不同的性质。这里没有一般的方法，科学家必需在庞杂的经验事实中间抓住某
6、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，请留意经验事实这几个字，它们表明白爱因斯坦方法论中的主流是唯物主义。公理必需来自客观实际，而不能主观臆造，否则就有陷进唯心主义泥潭的危急。 假如我们还不满足，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，是不行能的。由于这个问题的解决，主要依靠于争辩人员的德、智、才、学，依靠于他们的科学想象力、洞察力和劳动热忱。否则，我们就难以理解，在相像条件下，为什么恰恰是这个人，而不是旁人，做出了显著的成果。因此，最好还是让我们来争辩爱因斯坦吧! 任何重大进展，必定有很多先驱为它献出了才智，最终轮到一个人或一些人来
7、完成。这些人必需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，依据狄德罗的说法，必需具有精神的浩瀚，想象的活跃，心灵的勤奋。 少年时代的爱因斯坦擅长惊异，他对自然界的一些现象，不是等闲视之，是有猛烈的古怪心，这使他的求知欲永久得不到满足，对自然的探究，也永久不能停止。4岁时，他曾为一只罗盘的指针而惊异：它应有无穷多个方向可以选择，却为什么总是偏爱南方?他想：肯定有什么东西深深地隐蔽在事情后面。12岁时，他又为多几里得几何而惊异：几何学的这种明晰性和牢靠性人我造成了一种难以形容的印象。毫无疑问，几何学对他后来建立相对论，不仅供应了工具，而且赐予了方法
8、论的启示。 青年时代的爱因斯坦，在物理、数学等方面打下了牢固的基础，对一般自然科学也有深厚的爱好和广博的学问。12.16岁时，他已经生疏了基础数学，包括微积分原理。17岁上高校后，大部分时间都是在物理试验室里工作，沉迷于同经验直接接触。其余时间，则主要用于自学理论物理。这些，为他后来的工作做了很好的预备，使他既能深刻地理解当前物理理论和试验的最新成就，又能娴熟地运用数学工具;正是这个强大的规律推理工具，把他的科学想象变成了科学定律。此外，他还聚精会神地阅读了伯恩斯坦的自然科学通俗读本。这部有五六卷的优秀作品，成功地挂念他了解到整个自然科学的主要成果和方法。从学习方法上看，爱因斯坦也有出众之处。
9、他擅长识别出那种能导致深邃学问的东西，而把其它很多东西撇开不管;在所阅读的书本中找出可能把自己引到深处的东西，把其它一切统统抛掉，就是抛掉使头脑负担过重和会把自己诱离要点的一切。这样，他就把全部精力集中在最能发挥自己的制造性与能动性的问题上。 爱因斯坦对哲学始终有深厚的爱好。年轻时，他和几位挚友经常吵闹地争辩马赫、休谟、斯宾诺莎、彭加来等人的哲学和科学著作，后来他们亲热地戏称这个小集体为奥林比亚科学院。这些著作中当然有不少糟粕，但却大大开扩了他们的眼界，并挂念他们抓住生疏论、方法论以及科学上的重大理论问题，抓住事物的本质和总体，而具有总体观，乃是高级才智的一种标志。这样，爱因斯坦既有别于缩守一
10、隅、不见森林的科学家，由于他眼界开阔，思维丰富;也不同于不着边际、大而无据的思辩家，由于他基础扎实，学力深厚。 爱因斯坦富于革新精神，这是他的显著特征。他的想象力格外活跃，而这正是制造和革新所必不行少的重要条件。雨果说：莎士比亚首先是一种想象，科学到了最终阶段，便遇上了想象。在爱因斯坦看来，很多所谓常识的东西，其实不过是幻年时代被前人灌输在心中的一堆成见，尤其是当迷信病流行时更是如此。这堆成见是需要重新审核的。它们很可能是前人的主观偏见;或者是由于我们只处于宇宙的一个局部区域、一个特定的结构层次而见到的特现象，并不是宇宙的一般规律。例如，物体运动时长度好像不变只见于低速世界，长度随速度而变化才
11、是一般规律。爱因斯坦正是抓住质量、同时性等基本概念牢牢不放，最终提出相对论的两条原理而突破的。 任何事物都不行能十全十美，爱因斯坦的科研方法也是如此。例如，他对归纳法就不够重视。 通过爱因斯坦对一些科学家的评价，可见他很重视下述几种才能： 1想象力。爱因斯坦的方法既然主要是演绎的，所以他特殊强调思维的作用，尤其是想象力的作用。他认为科学家在探讨自然的隐秘蛙，多少有一点象一个人在猜一个设计得很奇妙的字谜时的那种自由，他需要极大的想象力。不过他当然可以猜想以无论什么字作为谜底，但是只有一个字才真正完全解决这个谜。同样，自然的问题也只有一个答案，所以最终还是应当受实践的检验。在谈到想象的重要性时，他
12、说：想象力比学问更重要，由于学问是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是学问进化的源泉。严格地说，想象力是科学争辩中的实在因素。想象力之对于科学，其重要性不下于它之对于文学。文章如无想象，就会成为一潭死水式的帮八股。同样，科学如无想象，就很可能停留在一些皮表的，抓不住本质的经验公式上。不过二者之间也有不同，。科学中的想象最终要受到实践的旅客不留情的检验，而文学创作中的想象虽然也应反映客观实际，但却比较机敏。例如，小说中某角色的结局不必是唯一的。 2直觉的理解力。他赞扬玻尔说很少有谁对隐秘的事物具有这样一种直觉的理解力，同时又兼有这样强有力的批判力量。评论埃伦菲斯特时说：他具有充
13、分进展了的特殊的力量，去把握理论观念的本质，剥掉理论的数学外衣，直到清楚地显露出简洁的基本观念。这种力量使他居为无与伦比的老师。 3数学才能。这是演绎法所必不行少的。他在谈到牛连忙说：他(牛顿)不仅作为某些关键性方法的创造者来说是杰出的，而且在擅长运用他那是地的经验材料上也是独特的，同时他对于数学和物理学的具体证明方法有惊人的制造才能。爱因斯坦本人的数学已经是很好的了，但他说：我总是为同样的数学困难所阻。由于争辩的需要，他特地请了一个很强的年轻的数学助手。 以上的几种才能是关于思维方面的，而关于科学试验方面都没有提及，这不必惊异，由于爱因斯坦本人主要留意演绎法。由于时代的限制，他的方法论并不是完全无可非议，例如对归纳法的轻视，强调自由制造等。有时过分强调思维的自由制造等。其实归纳与演绎相结合才是更为完善的方法。但每个人都处于历史进展的肯定阶段，都有历史局限性，不能要求他成为完人。8
