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家。他所創(chuàng)建的相對論，不僅使物理學獲得了革命性的進展，而且刷新了人們對時間、空間等基本概念的熟悉;他在光量子論、布朗運動的討論中，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，對于科學的進步，并不經(jīng)發(fā)覺本身更少用處。科學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，他自己的"音調'。那么，愛因斯坦的工作方法，又有什么特點呢?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，對于科學的進步人們要討論某個問題，總得先收集有關資料，盡量吸取前人的成果、方法、閱歷和訓練，這樣才能站在" 人的肩上'(牛頓語)。但為了比前人看得更遠，光站在肩上還不夠，還需要通過新的觀看或試驗，向大自然索取更多的新資料，并運用辯證思維，對它們進行分析整理，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習，重視來自實際的試驗和事實。' 然而，接下去分歧便開頭了。怎樣對資料

3、進行理論分析呢?常見的方法是把試驗結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見將來。但愛因斯坦卻不以為然，認為這樣做還很不夠，這樣做不能使理論獲得重大進展。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進展中所起的重大作用'。 那么，應當怎么辦呢?愛因斯坦說："適用于科學幼年時代以歸納為主的方法，正讓位于探究性的演繹法'應當"由閱歷材料作為引導，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，應是能把觀看到的事實聯(lián)結在一起，同時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立的假設或公理最少'。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，它應由"概念、被認為對這些概念是有效的基本定律、以及用規(guī)律推理得到的結論這三者所構造的，也就是通常所說的概念、公理和定理三部分。 作為自然科學史上第一個思想體系的光輝的例子是歐幾里得幾何學。假如歐幾里得當年只滿意于把丈量土地所得的詳細結果，歸納為若干條閱歷定律，那么，幾何學的進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，而且在于首創(chuàng)了一種科研方法。這方法所授益于后人的，甚至超過了幾何學本身。歐幾里得幾何學所以雄視數(shù)學界垂2000年，至今仍是每個中同學必需精讀的內(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)。歐幾里得幾何學可以算是一枝名花了。它前無古人而后有來者，牛頓的力學，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論。哪一步更難些呢?假如科研人員在同學時代已經(jīng)得到很好的基本理論、規(guī)律推理

6、和數(shù)學的訓練，那么，他走其次步時，只要有"相當勤奮和聰慧，就肯定能夠勝利'。至于第一步，媽阿找出演繹動身點的公理，則具有完全不同的性質。這里沒有一般的方法，"科學家必需在龐雜的閱歷事實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'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際，而不能主觀臆造，否則就有陷進唯心主義泥潭的危急。 假如我們還不滿意，還要進一步問究竟：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，依靠于他們的科學想象力、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! 任何重大進展，必定有很多先驅為它獻出了才智，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折點上，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，他曾為一只羅盤的指針而"驚異'：它應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，他又為多幾里得幾何而"驚異'：幾何學的"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，幾何學對他后來建立相對論，不僅供應了工具，而且賜予了方法論的啟示。 青年時代的愛因斯坦，在物理、數(shù)學等方面打下了牢固的基礎，對一般自然科學也有深厚的愛好和廣博的學問。12-16歲時，他已經(jīng)熟識了基礎數(shù)學，包括微積分原理。17歲上高校后，"

9、大部分時間都是在物理試驗室里工作，沉迷于同閱歷直接接觸'。其余時間，則主要用于自學理論物理。這些，為他后來的工作做了很好的預備，使他既能深刻地理解當前物理理論和試驗的最新成就，又能嫻熟地運用數(shù)學工具;正是這個強大的規(guī)律推理工具，把他的科學想象變成了科學定律。此外，他還聚精會神地閱讀了伯恩斯坦的自然科學通俗讀本。這部有五六卷的優(yōu)秀作品，勝利地關心他了解到整個自然科學的主要成果和方法。從學習方法上看，愛因斯坦也有出眾之處。他擅長"識別出那種能導致深邃學問的東西，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、使頭腦負擔過重和會把自己誘離要點的一切'。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。 愛因斯坦對哲學始終有深厚的愛好。年輕時，他和幾位摯友常常熱鬧地爭論馬赫、休謨、斯賓諾莎、彭加來等人的哲學和科學著作，后來他們親熱地戲稱這個小集體為奧林比亞科學院。這些著作中當然有不少糟粕，但卻大大開擴了他們的眼界，并關心他們抓住熟悉論、方法論以及科學上的重大理論問題，抓住事物的本質和總體，而具有總體觀，乃是高級才智的一種標志。這樣，愛因斯坦既有別于縮守一隅、不見森林的科學家，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，由于他基礎扎實，學力深厚。 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，其實不過是幻年時代被前人灌輸在心中的一堆成見，尤其是當迷信病流行時更是如此。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、一個特定的結構層次而見到的特現(xiàn)象，并不是宇宙的一般規(guī)律。例如，物體運動時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"質量'、"同時性'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家的評價，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，所以他特殊強調思維的作用，尤其是想象力的作用。他認為科學家在探討自然的隱秘蛙，"多少有一點象一個人在猜一個設計得很奇妙的字謎時的那種自由'，他需要極大的想象力。不過"他當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，所以最終還是應當受實踐的檢驗。在談到想象的重要性時，他說："想

13、象力比學問更重要，由于學問是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進步，并且是學問進化的源泉。嚴格地說，想象力是科學討論中的實在因素'。想象力之對于科學，其重要性不下于它之對于文學。文章如無想象，就會成為一潭死水式的幫八股。同樣，科學如無想象，就很可能停留在一些皮表的，抓不住本質的閱歷公式上。不過二者之間也有不同，?？茖W中的想象最終要受到實踐的旅客不留情的檢驗，而文學創(chuàng)作中的想象雖然也應反映客觀實際，但卻比較敏捷。例如，小說中某角色的結局不必是唯一的。 2直覺的理解力。他贊揚玻爾說"很少有誰對隱秘的事物具有這樣一種直覺的理解力，同時又兼有這樣強有力的批判力量'。評論埃倫菲斯特時說："他具有充分進展了的非凡的力量，去把握理論觀念的本質，剝掉理論的數(shù)學外衣，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)不僅作為某些關鍵性方法的創(chuàng)造者來說是杰出的，而且在擅長運用他那是地的閱歷材料上也是獨特的，同時他對于數(shù)學和物理學的具體證明方法有驚人的制造才能'。愛因斯坦本人的數(shù)學已經(jīng)是很好的了，但他說："我總是為同樣的數(shù)學困難