物理学家取得重大的物理学发现,不仅需要勇于探索、不畏艰难的精神,正确科学方法的运用,而且还需要有创造性思维.极端思维就是物理学家经常采用的一种重要创新思维.顾名思义,极端思维就是将所研究的问题在思维中推至极端状态进行思考的一种思维方法.在此笔者初步探讨在物理学研究中物理学家运用极端思维的几个主要方面.
1、运用极端思维将研究对象简化和纯化
物理学研究对象错综复杂,各种因素交织在一起,使人难以
2、运用极端思维发现物理规律
在物理学研究中,有时由受实验条件的限制,不能直接得出物理规律.但物理学家常常先研究物体运动的一般情形,然后通过合理外推把它推至极端,从而得出有关物理规律.例如伽利略在研究落体运动规律时,由于自由落体运动太快,没有现代化的设备例如快速照相机之类无法对它进行仔细研究.因此,他决定“冲淡引力”,使一球在斜面上滚动,斜面越陡,球滚得越快,而在竖直面的极限情况下,小球就沿着该面自由下落.伽利略认为,小球在斜面上的运动规律是自由下落的极限情况也同样成立,他在这里用极端思维把实验结果推至极端.思想实验是物理学研究中的一种重要方法,它是对实物形态实验的超越,使实验条件、过程在思维中以理想化的方式表现出来,所以,它常常能导致重大的科学发现,而在思想实验中,物理学家也常常采用极端思维去发现物理规律.伽利略注意到在实际的下落实验中,轻物体确实落后于重物体,但这是由于空气阻力造成的.那么,他是怎样确信在真空里所有物体下落得同样快呢?他做了如下一个思想实验:用铅、金和木做三个大小相同的球,让这三个球在水银、水里和空气里下落.在水银里,只有金球往下落;在水里金球和铅球往下落,而金球下落得比铅球更快;在空气里所有的三个球都下落,这时金球与铅球下落的速度差不多,只有木球下落得稍慢一些.可见,重量不同的物体在媒质中下落时,它们速度的差别随媒质的密度减小而减小.于是他作了进一步的推理:如果媒质非常稀薄时这一差别非常小就不能被觉察,这样就得出了物体在真空里下落情况的重要结论.他在《两门新科学》中写到:“鉴于这点,我认为如果人们完全排除空气的阻力,那么,所有物体将下落得同样快.”很显然,这里伽利略运用了极端思维.此外,伽利略还在思想实验中采用极端思维导致了惯性定律的发现.牛顿在探索万有引力问题的思考过程中,首先想到的是重物(如石头)的自由下落,然后,又想到了大炮发射石头的问题.他假设在一座很高的山顶上有一门大炮,沿水平方向发射石弹,由于受重力作用炮弹沿抛物线落到地面,炮弹速度越大,落地点越远.最后采用了极端思维,如果炮弹的速度足够大,就有可能进入空间而碰不到地球了,就像月球绕地球旋转一样.因此,牛顿的思维是从落体到抛物体最后推至天体.可见,当研究对象的某种因素在思维中被推进时,由于被推进的因素还处于量变之中,认识的结果往往还不能升华;而一旦把被推进的因素推至极端状态,量变往往会引起质变,认识结果就会产生质的升华.
