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
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、创造理想模型而从事科学创造的一种思维方法。
恩格斯在《自然辨证法》中，曾经就卡诺研究蒸汽机的基本过程方法，对理想化思维方法进行了精辟的分析。卡诺提出，在理想情况下，热机循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成的，这就撇开了工质温度的变化以及工质和外界热量交换等次要因素；又提出理想循环是可逆的，这就略去了摩擦等不可逆的因素；还提出理想循环式封闭的，从而忽略掉真实热机工质在循环末了被系统抛弃、使循环非封闭的情况。经过这样的简化和纯化，就以纯粹的形态显露出热机的内部过程。尽管这样的理想循环是不可能真正实现的。恩格斯指出，卡诺“发现蒸汽机中的基本过程并不是以纯粹的形式出现，而是被各种各样的次要过程掩盖住了；于是他撇开了这些对主要过程无关重要的次要情况而设计了一部理想的蒸汽机（或煤气机），的确，这样一部机器就像几何学上的线和面一样是绝不可能制造出来的，但是它按照自己的方式起了像这些数学抽象所起的同样的作用：它表现纯粹的、独立的、真正的过程”。
理想化思维方法包括在“假象实验”、“理想实验”、“抽象实验”和理想模型的具体的理想化过程之中。
1、理想化思维方法的特点
（1）理想化思维方法的客观性
理想化思维方法主要贯穿在理想实验和理想模型之中，理想模型和理想实验的客观性决定了理想化思维方法的客观性。
由科学抽象得到的理想模型，在现实世界中是找不到的东西，但不能说它是纯粹思维的创造。理想模型是对客观事物的一种近似的反映，它突出反映了客观事物的某一主要矛盾或主要特征，完全忽略了其他方面的矛盾和特征，因而使物质的规律具有比较简化的形式，使人们易于认识和掌握它们。
(2)理想化思维方法的逻辑性
它的推理过程，是以一定逻辑法则为根据的，而这些逻辑的'格'是在千百次实践中形成的结局。理想化思维方法可以加深人们对真实实验的理解，克服具体实验的局限性，进一步揭示出客观现象和过程之间内在的逻辑联系。
(3)理想化思维方法的创造性
理想化思维方法的非逻辑思维活动的广度和深度，也是与实践的广度和深度、与创造性思维活动的广度和深度密切联系在一起的。一个毫无物理知识、一个不从事物理方面科学实验活动的人，是绝对不会进行斜面思想实验的，也不会总结出惯性定律。
2.理想化思维方法在科学探究中的作用
(1)理想化思维方法是科学抽象的重要手段
现代科学积累了与日俱增的、数量庞大的经验材料，如何从经验层次的认识上升为理论层次的认识，是哲学家和科学家们十分关心的重大问题。理论建构需要科学抽象，科学抽象是理性认识的基本形式。科学抽象就是抽出和排除事物非本质的次要因素，通过思维揭示其固有的本质特征。在一般的实验研究中，不可能完全排除次要因素和外来干扰，而在理想化过程中，可以发挥理想化思维的力量，经过高度抽象得到理想客体，把对象的主要矛盾或主要特征，以纯粹的理想化形式呈现出来，从而深刻地揭示自然过程的客观规律性。
(2)理想化思维方法有助于指导进行理想实验，从而直觉地把握事物的本质
事物具有质的多样性，事物的质又具有隐蔽性。对于事物的本质不可能一次就认识清楚，当认识到事物的初级本质之后，还有二级、三级本质，因此，就需要进行多次的反复的认识。认识事物的本质可以运用可操作性的观察和实验，但是，比如认识了万有引力，无论怎么做操作性的观察和实验，也无法得到物化的结果；又比如，无论做多少操作性的观察和实验，也无法得到'时间是可疑的'物化结果。可是，理想化思维指导下的思想实验可以克服客观条件限制所带来的种种困难，可以超脱逻辑思维的束缚，可以充分发挥非逻辑思维能力，构想理想化的精神客体，进行意念性的操作思维，剥开种种现象的迷惑，直觉地把握事物更深层的本质。
理想化思维方法在现代科学中显示出突出的作用。但是，由于理想化思维方法所把握到的事物的本质和公理，仍然是一种理性的认识，它的真理性必须由实践来验证，并由实践来进一步丰富和发展。
(3)理想化思维方法有助于建立理想模型，形成科学预见
理想化思维方法主要有两种形式：理想实验（思想实验）和理想模型。建立理想模型有助于揭示事物的特殊本质，形成科学预见。〖JP2〗例如，在固体物理学中，常把普通金属当作没有'缺陷'的理想晶体来研究，科学家根据理想晶体的研究，作出预见，减少金属结构的'缺陷'，可大大提高金属材料的强度。人们根据预见，用技术手段来减少金属的'缺陷'，研究一些极细的金属丝，其强度逐渐接近理想晶体的强度。又如，在数十年前，人们发现104号以上的元素都有极强的放射性，寿命极短 ，为了预测后面的元素的稳定性，科学家们分析了已有元素的质子数、中子数与稳定性的关系，建立了一个类似立体地图的理想模型，用该模型预测到114号元素将极其稳定。1999年1月俄美联合小组合成了114号元素，4月美国劳伦斯-柏克莱实验合成116、118号元素。
参考文献：
【1】陈毓芳、邹延肃，物理学史简明教程，北京师范大学出版社，1986年7月第一版。
【2】【美】阿特·霍布森著，秦克诚、刘培森、周国荣译，物理学基本概念及其与方方面面的关系，上海科学技术出版社，2001年7月。
【3】王瑞坦、黄善炎编著，物理方法论，中南大学出版社，2002年7月。
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