物理类比的哲学思想探析.doc

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1、物理类比的哲学思想探析1物理类比的涵义类比是有两个（或两类）对象之间的相同性或相似性，推出两者之间的另一属性同样也存在相同性或者相似性的一种逻辑思维方法。也可以认为是通过比较推理出结论的一种方法，通常是从一般推出特殊，是从已知的前提或导因，或者事物间的相似性或本质联系推演未知的判断或结论。物理类比，指的是人们在物理学研究领域内通过类比认识形成物理概念，并以此为基础上升为物理理论，通过相关佐证其为物理规律的物理哲学思想。按照物理哲学的思想内涵，也可以称物理类比为类比物理推理或称为类比物理判断。著名物理学家麦克斯韦对类比物理推理有独到的见

2、解和论述—“为了不用物理理论而得到物理思想，我们必须熟悉物理类比的存在，所谓物理类比，我指的是一种科学定律与另一种科学定律之间的部分相似性。它使得两种科学可以相互说明”。可以认为这是对物理类比的一种很恰当的定义。2物理类比中的哲学思想波利亚说：“联想鱼类比一直是数学创造的源泉。”可见，类比在数学领域中也具有举足轻重的作用，而数学工具从来就是物理理论形成的重要手段，因而同样可以认为类比是物理学通过数学非凡创造的原动力。从物理哲学上看，利用类比处理的对象恰恰也是物理哲学思想的核心问题，诸如“一与多”、“无限与有限”、“存在与存在者”等等的

3、关系问题。在物理概念的形成、物理理论的建构、推理方法的运用以及规律表现形式的形成诸方面都能深刻体现出物理类比的哲学思想。2.1物理类比形成物理概念，体现事物内部的关联性物理类比的运用可以说贯穿物理发展的始终。一般来说，物理概念的形成来源与人们在生产生活中直接的、真实的经验，这些经验可以直接通过恰当的表述得以阐述，但是这只能描述物理规律的表象，当一些超过人们的表层认识而深入到远离人们个人直接经验的物理概念的时候，就迫切需要人们拥有丰富的空间想象力以及人们对待物理微观机理的敏锐洞察力，充分利用物理类比手段，准确把握事物存在的本质属性，从而

4、形成物理概念。比如，在原子物理方面，粒子散射截面可以由数学中的几何截面类比得到，从而确立了粒子散射截面最为恰当的定义；卢瑟福从行星系统类比到原子的核式结构，否定了汤姆逊的“枣糕式”模型；在电子线路方面，从机械振动中的弹簧振子模型及单摆的周期类比到LC振荡电路的周期。对于抽象的物理系统，可以通过实物模型的类比来建立与之相关的物理概念，这要比直接对抽象的物理系统进行理解容易得多。因为事物人们可以直接感知，有感官直接人只是人们理解科学最为直接的一种方式，这在物理学中的例子不胜枚举。如热学中的理想气体模型、力学中的谐振子模型和刚体模型、电学中

5、的电力线及点电荷模型等等。同样，正电子的发现也可以认为是有物理类比得到的。1931年狄拉克根据对称关系类比提出了“正电子”的著名假说，在描述自由电子运动的狄拉克方程中，推导出了两个正负对称的能量解，已知其中的正能量对应负电子。由此类比，负能量就应该对应电子，在这种思想的指导下，狄拉克提出了正电子的存在。他的类比结论在次年得到了实验证实，1932年美国物理学家安德森从宇宙射线中发现了正电子。2.2物理类比建构物理规律，体现科学思维的严谨性物理学是一门逻辑性很强的科学，在已知的物理规律和待研究的物理规律之间存在因果关系的可能性很大。在物理

6、理论的建构过程中，需要善于根据两种物理理论所描述的规律在“同质”上的某些相似特征，做出它们在其他特征上也可能相似的结论。当然，有这种方法推出的物理理论必须经过实验的验证。利用这种手段来构建物理规律，充分体现出物理学科思维方法的紧密联系。比如，从原子物理学中从伦琴射线的晶体衍射（布拉格衍射）类比到电子波的衍射（戴维逊—革末实验）；从电子间通过交换光子实现相互作用类比到核子间通过π介子实现相互作用，再类比到中间玻色子、胶子的存在。法国著名理论物理学家德布罗意考察了力学和光学的相似性，通过类比，从人们对光的认识先是太偏重于波动性而忽略其粒子

7、性，后经历了波动性到粒子性再到波粒二象性的认识过程，大胆把光学中对光的波粒二象性的描述方法应用到实物粒子上，在1923年，把光学中费马原理与质点力学中莫培督最小作用量原理进行类比，提出了一切实物粒子都具有波粒二象性的科学假说，及一切实物粒子都对应波长的“物质波”，能量。到1927年，美国著名物理学家戴维逊和他的助手革末共同做实验证实了这一假说，这就是历史上著名的戴维逊—革末实验。德布罗意运用类比的思维方法，所得到的发现大大推动了物理学的发展，使人们对物理的认识又达到了一个更深的层次，其中放大几十万倍到百万倍的电子显微镜的发明和应用，就

8、是物质波学说的重大成果之一。而且，即便不同的物理分科方向，也都存在紧密的类比关系，比如：从真空管电子学类比到固体电子学；从脉塞类比到莱塞；从对超流与超导的相似性进行类比，朗道建立了二流体理论模型等。2.3物理类比延展物理