愛因斯坦的科研方法

1、愛因斯坦的科研方法愛因斯坦的科研方法 愛因斯坦是歷史上罕見的卓越的科學(xué)家。他所創(chuàng)建的相對論，不僅使物理學(xué)獲得了革命性的進(jìn)展，而且刷新了人們對時(shí)間、空間等基本概念的熟悉;他在光量子論、布朗運(yùn)動的討論中，也取得了重大成果;此外，他還在宇宙、統(tǒng)一場論等方面做了開拓性的工作。 面對這樣一位科學(xué)巨人，人們不禁要問：他是怎樣取得這很多成就的? 拉普拉斯說："熟悉一位巨人的討論方法，對于科學(xué)的進(jìn)步，并不經(jīng)發(fā)覺本身更少用處?？茖W(xué)討論的方法常常是極富愛好的部分。'每一位富于制造、勇了革新的人，總有他自己的特點(diǎn)，他自己的"音調(diào)'。那么，愛因斯坦的工作方法，又有什么特點(diǎn)呢?有什么

2、可供我們借鑒的呢?愛因斯坦曾多次談到，需要建立新的思想體系。建立新的思想體系，這正是他自己的工作特別突出之處。 拉普拉斯說："熟悉一位巨人的討論方法，對于科學(xué)的進(jìn)步人們要討論某個問題，總得先收集有關(guān)資料，盡量吸取前人的成果、方法、閱歷和訓(xùn)練，這樣才能站在" 人的肩上'(牛頓語)。但為了比前人看得更遠(yuǎn)，光站在肩上還不夠，還需要通過新的觀看或試驗(yàn)，向大自然索取更多的新資料，并運(yùn)用辯證思維，對它們進(jìn)行分析整理，以獲得新的熟悉。至此，愛因斯坦與常人并無顯著不同，他和我們一樣，也特別重視基本理論的學(xué)習(xí)，重視來自實(shí)際的試驗(yàn)和事實(shí)。' 然而，接下去分歧便開頭了。怎樣對資料

3、進(jìn)行理論分析呢?常見的方法是把試驗(yàn)結(jié)果歸納成一些閱歷定律或閱歷公式，盼望通過它們合理地解釋過去并預(yù)見將來。但愛因斯坦卻不以為然，認(rèn)為這樣做還很不夠，這樣做不能使理論獲得重大進(jìn)展。由于，這些公式最多只概括了局部的、有限多次的閱歷，對全局來說，對無限的總體來說，它很可能是錯誤的;何獎品，還"由于它忽視了直覺秒演繹思維在精密科學(xué)進(jìn)展中所起的重大作用'。 那么，應(yīng)當(dāng)怎么辦呢?愛因斯坦說："適用于科學(xué)幼年時(shí)代以歸納為主的方法，正讓位于探究性的演繹法'應(yīng)當(dāng)"由閱歷材料作為引導(dǎo)，提出一種思想體系，它一般是在規(guī)律上從少數(shù)幾個所謂公理的基本假定建立起來的。'

4、對這個體系的要求，應(yīng)是能把觀看到的事實(shí)聯(lián)結(jié)在一起，同時(shí)它還具有最大可能的簡潔性;所謂簡潔性是指"這體系所包含的彼此獨(dú)立的假設(shè)或公理最少'。大家知道，狹義相對論的公理只有兩條：相對性原理和光速不變原理。至于思想體系的內(nèi)容，它應(yīng)由"概念、被認(rèn)為對這些概念是有效的基本定律、以及用規(guī)律推理得到的結(jié)論這三者所構(gòu)造的，也就是通常所說的概念、公理和定理三部分。 作為自然科學(xué)史上第一個思想體系的光輝的例子是歐幾里得幾何學(xué)。假如歐幾里得當(dāng)年只滿意于把丈量土地所得的詳細(xì)結(jié)果，歸納為若干條閱歷定律，那么，幾何學(xué)的進(jìn)展或許會延誤很多年。但他不這么辦，他破天荒地開拓另一條大路，即建立了一個演

5、繹法的思想體系。歐幾里得的巨大歷史功勛不僅在于建立了一種幾何學(xué)，而且在于首創(chuàng)了一種科研方法。這方法所授益于后人的，甚至超過了幾何學(xué)本身。歐幾里得幾何學(xué)所以雄視數(shù)學(xué)界垂2000年，至今仍是每個中同學(xué)必需精讀的內(nèi)容，其緣由正在于此。"蜀地名花擅古今，一枝氣可壓千林'(陸游詩句)。歐幾里得幾何學(xué)可以算是一枝名花了。它前無古人而后有來者，牛頓的力學(xué)，愛因斯坦的相對論，都是在它影響下的后起之秀。 于是我們遇到了一個大問題：如何建立思想體系?愛因斯坦回答說：理論家的工作可分成兩步，首先是發(fā)覺公理，其次是從公理推出結(jié)論。哪一步更難些呢?假如科研人員在同學(xué)時(shí)代已經(jīng)得到很好的基本理論、規(guī)律推理

6、和數(shù)學(xué)的訓(xùn)練，那么，他走其次步時(shí)，只要有"相當(dāng)勤奮和聰慧，就肯定能夠勝利'。至于第一步，媽阿找出演繹動身點(diǎn)的公理，則具有完全不同的性質(zhì)。這里沒有一般的方法，"科學(xué)家必需在龐雜的閱歷事實(shí)中間抓住某些可用精密公式來表示的普遍特性，由此探求自然界的普遍原理'，請留意"閱歷事實(shí)'這幾個字，它們表明白愛因斯坦方法論中的主流是唯物主義。公理必需來自客觀實(shí)際，而不能主觀臆造，否則就有陷進(jìn)唯心主義泥潭的危急。 假如我們還不滿意，還要進(jìn)一步問究竟：怎樣才能抓住那些"普遍特性'呢?看來，要編制一個找到它的萬能程度，是不行能的。由于這個問題的解

7、決，主要依靠于討論人員的德、智、才、學(xué)，依靠于他們的科學(xué)想象力、洞察力和勞動熱忱。否則，我們就難以理解，在相像條件下，為什么恰恰是這個人，而不是旁人，做出了顯著的成果。因此，最好還是讓我們來討論愛因斯坦吧! 任何重大進(jìn)展，必定有很多先驅(qū)為它獻(xiàn)出了才智，最終輪到一個人或一些人來完成。這些人必需恰好站在歷史的轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，太早了不行，太晚也不行。天下鼎沸，群雄逐鹿，捷足者先得。這些捷足者，根據(jù)狄德羅的說法，必需具有"精神的浩瀚，想象的活躍，心靈的勤奮'。 少年時(shí)代的愛因斯坦擅長"驚異'，他對自然界的一些現(xiàn)象，不是等閑視之，是有劇烈的奇怪心，這使他的求知欲永久得不到滿

8、意，對自然的探究，也永久不能停止。4歲時(shí)，他曾為一只羅盤的指針而"驚異'：它應(yīng)有無窮多個方向可以選擇，卻為什么總是偏愛南方?他想："肯定有什么東西深深地隱蔽在事情后面。'12歲時(shí)，他又為多幾里得幾何而"驚異'：幾何學(xué)的"這種明晰性和牢靠性人我造成了一種難以形容的印象'。毫無疑問，幾何學(xué)對他后來建立相對論，不僅供應(yīng)了工具，而且賜予了方法論的啟示。 青年時(shí)代的愛因斯坦，在物理、數(shù)學(xué)等方面打下了牢固的基礎(chǔ)，對一般自然科學(xué)也有深厚的愛好和廣博的學(xué)問。12-16歲時(shí)，他已經(jīng)熟識了基礎(chǔ)數(shù)學(xué)，包括微積分原理。17歲上高校后，"

9、大部分時(shí)間都是在物理試驗(yàn)室里工作，沉迷于同閱歷直接接觸'。其余時(shí)間，則主要用于自學(xué)理論物理。這些，為他后來的工作做了很好的預(yù)備，使他既能深刻地理解當(dāng)前物理理論和試驗(yàn)的最新成就，又能嫻熟地運(yùn)用數(shù)學(xué)工具;正是這個強(qiáng)大的規(guī)律推理工具，把他的科學(xué)想象變成了科學(xué)定律。此外，他還聚精會神地閱讀了伯恩斯坦的自然科學(xué)通俗讀本。這部有五六卷的優(yōu)秀作品，勝利地關(guān)心他了解到整個自然科學(xué)的主要成果和方法。從學(xué)習(xí)方法上看，愛因斯坦也有出眾之處。他擅長"識別出那種能導(dǎo)致深邃學(xué)問的東西，而把其它很多東西撇開不管'"在所閱讀的書本中找出可能把自己引到深處的東西，把其它一切統(tǒng)統(tǒng)拋掉，就是拋掉

10、使頭腦負(fù)擔(dān)過重和會把自己誘離要點(diǎn)的一切'。這樣，他就把全部精力集中在最能發(fā)揮自己的制造性與能動性的問題上。 愛因斯坦對哲學(xué)始終有深厚的愛好。年輕時(shí)，他和幾位摯友常常熱鬧地爭論馬赫、休謨、斯賓諾莎、彭加來等人的哲學(xué)和科學(xué)著作，后來他們親熱地戲稱這個小集體為奧林比亞科學(xué)院。這些著作中當(dāng)然有不少糟粕，但卻大大開擴(kuò)了他們的眼界，并關(guān)心他們抓住熟悉論、方法論以及科學(xué)上的重大理論問題，抓住事物的本質(zhì)和總體，而具有總體觀，乃是高級才智的一種標(biāo)志。這樣，愛因斯坦既有別于縮守一隅、不見森林的科學(xué)家，由于他眼界開闊，思維豐富;也不同于不著邊際、大而無據(jù)的思辯家，由于他基礎(chǔ)扎實(shí)，學(xué)力深厚。 愛因斯坦富于革新

11、精神，這是他的顯著特征。他的想象力特別活躍，而這正是制造和革新所必不行少的重要條件。雨果說："莎士比亞首先是一種想象，科學(xué)到了最終階段，便遇上了想象。'在愛因斯坦看來，很多所謂常識的東西，其實(shí)不過是幻年時(shí)代被前人灌輸在心中的一堆成見，尤其是當(dāng)迷信病流行時(shí)更是如此。這堆成見是需要重新審核的。它們很可能是前人的主觀偏見;或者是由于我們只處于宇宙的一個局部區(qū)域、一個特定的結(jié)構(gòu)層次而見到的特現(xiàn)象，并不是宇宙的一般規(guī)律。例如，物體運(yùn)動時(shí)長度好像不變只見于低速世界，長度隨速度而變化才是一般規(guī)律。愛因斯坦正是抓住"質(zhì)量'、"同時(shí)性'等基本概念牢牢不放，最

12、終提出相對論的兩條原理而突破的。 任何事物都不行能十全十美，愛因斯坦的科研方法也是如此。例如，他對歸納法就不夠重視。 通過愛因斯坦對一些科學(xué)家的評價(jià)，可見他很重視下述幾種才能： 1想象力。愛因斯坦的方法既然主要是演繹的，所以他特殊強(qiáng)調(diào)思維的作用，尤其是想象力的作用。他認(rèn)為科學(xué)家在探討自然的隱秘蛙，"多少有一點(diǎn)象一個人在猜一個設(shè)計(jì)得很奇妙的字謎時(shí)的那種自由'，他需要極大的想象力。不過"他當(dāng)然可以猜想以無論什么字作為謎底，但是只有一個字才真正完全解決這個謎'。同樣，自然的問題也只有一個答案，所以最終還是應(yīng)當(dāng)受實(shí)踐的檢驗(yàn)。在談到想象的重要性時(shí)，他說："想

13、象力比學(xué)問更重要，由于學(xué)問是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進(jìn)步，并且是學(xué)問進(jìn)化的源泉。嚴(yán)格地說，想象力是科學(xué)討論中的實(shí)在因素'。想象力之對于科學(xué)，其重要性不下于它之對于文學(xué)。文章如無想象，就會成為一潭死水式的幫八股。同樣，科學(xué)如無想象，就很可能停留在一些皮表的，抓不住本質(zhì)的閱歷公式上。不過二者之間也有不同，?？茖W(xué)中的想象最終要受到實(shí)踐的旅客不留情的檢驗(yàn)，而文學(xué)創(chuàng)作中的想象雖然也應(yīng)反映客觀實(shí)際，但卻比較敏捷。例如，小說中某角色的結(jié)局不必是唯一的。 2直覺的理解力。他贊揚(yáng)玻爾說"很少有誰對隱秘的事物具有這樣一種直覺的理解力，同時(shí)又兼有這樣強(qiáng)有力的批判力量'。評論埃倫菲斯特時(shí)說："他具有充分進(jìn)展了的非凡的力量，去把握理論觀念的本質(zhì)，剝掉理論的數(shù)學(xué)外衣，直到清晰地顯露出簡潔的基本觀念。這種力量使他居為無與倫比的老師。' 3數(shù)學(xué)才能。這是演繹法所必不行少的。他在談到牛立刻說："他(牛頓)不僅作為某些關(guān)鍵性方法的創(chuàng)造者來說是杰出的，而且在擅長運(yùn)用他那是地的閱歷材料上也是獨(dú)特的，同時(shí)他對于數(shù)學(xué)和物理學(xué)的具體證明方法有驚人的制造才能'。愛因斯坦本人的數(shù)學(xué)已經(jīng)是很好的了，但他說："我總是為同樣的數(shù)學(xué)困難