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物理学的方法论探讨

 论文栏目:物理学论文     更新时间:2018/2/13 9:45:46   

摘要:随着物理学研究的进展,物理学的方法论越来越受到人们的关注。本文剖析了物理学的常规研究方法和非常规研究方法,不仅有助于物理学的研究,而且对其他学科的研究也具有较好的借鉴作用。

关键词:物理学;方法论;前沿问题

物理学的发展领域广泛而又复杂,它所涵盖的研究对象和实验方法错综复杂,形式多样,难以全部掌握。物理学是物理科学方法演化而来的,探究的根基在于观察,科学的方式及数学的计算是重中之重。想要完整全面的剖析物理学的研究方法和科学领域,是一项艰巨的很难攻克的难题。

1.基础研究

1.1仔细查看着手实验

物理学的研究方法基础在于观察,观察物质世界和自然规律的微小变化,从这些常见的不易被发现的现象中,找出各个客观物体间的关联所在,并能在平常的状态下发现一些特殊的自然规律。“布朗运动”就恰好证明了这个观察,布朗借助有关观察花粉、烟灰、泥土、碎叶、矿物质等无机物微粒,发现了这些分子物质能够独立的存在,从而推断出分子间的无规则的运动规律。而物理的实验是对客观事物的进一步研究考证,通过人们对其的观察研究,找出未知的物质间的结构、作用、规律及相互间的规律所在。伽利略•伽利莱——在物理领域极负盛名的意大利学者,提倡用科学的方式来武装自己,明晰了物理实验的成立。

1.2分类方法和比较方法

用分门别类仔细比价的方式来对研究对象进行深入探究,找出他们之间的区别联系,是物理学的一种重要的认知方法。现在对于物理学的研究,人们对通过比较的方法研究物质之间的个体差异,比如发现了电子、中子、质子,是通过了对各种射线的比较,得出他们的的物理性质,在比如对于原子核的结构了解,是因为对比了新旧原子模型,通过新实验的研究,用事实证明了这一规律。分类法,顾名思义,意思即为将研究的目标按照类别进行具体的划分,而后依据与其相对应的方法来开展针对性的探究实验。从研究的个体来区分,物理学科主要可以分成地球、大气、生物、医学及工程等几大类;而实验、理论及计算物理等的划分,又是以研究方式为基准。

1.3分析方法和综合方法

分析方法在物理学的根基性探究方式中具有较为广阔的全面性,其主要针对事物的客观联系、个体和整体间的区别加以剖析及探究,而后发现事物的特殊规律所在。泡利是第一个发现中微子存在的物理学家,1935年他发现了β衰变现象中的能量、电荷、动量、角动量及宇称等问题,分析出中微子的捉摸不透的动态粒子性质。综合方法的创立是以分析方法为前提,借助深度剖析事物个体,得出相应结果,而后将所有生物体各自的规律及特性加以规整,从而得出一个系统性的研究。十九世纪八十年代,英国的保罗•狄拉克综合了之前学者们的研究结论,建立了狄拉克方程,并且强调了反粒子的存在。

1.4归纳方法和规范演示

归纳方法是自我思维整理的总结。是自单独的个体至普遍、自平常至特别的使之认识不断深化的一个整体过程。比如,行星绕太阳运动的三定律,开普勒定律。该定律是天文学中非常重要的定律之一,之所以被研究发现,也是通过之前的列举归纳,总结得出了结论。为牛顿发现万有引力定律做好了一定的铺垫。演绎方法则与归纳方法相反,如果说后者是单独的个体至普遍,那么前者的思想则与其相对立。依据事物的共同性质及特征,来判断其他独立的事物所具备的同一属性及事物特质,从而推断出其共性及实质性。比如,哈雷彗星的出现。英国物理学家爱德蒙•哈雷在1982年发现了第一颗彗星,之后得知之前的1607年和1531年都有同样的的彗星出现,并且呈现出了同轨道同状态。通过哈雷彗星上一次的回归对其下一次的时间进行推测,得出将会出现在2061的结果。虽然寻到了彗星的发展周期,但是他为何会有这样的周期变数却未能得到答案,此后,哈雷运用了演绎推理的方法在得知的归纳中,推测了彗星的周期变化速度时长,现在的人们已经能够准确的知道彗星的出现时间。

1.5假设方法与模型方法

对于已经存在的出现的事物和物体进行观察和实验后,再加以自己的思维假象,也就是设想一些并没有存在的,出现过的现象或者物质,进行一些分析和证实,为以后的新的实验提供更好的出路和解决方向,增加了与新事物出现的中间层,建立在已有的事物或者现象的基础之上。普朗克——德国著名的物理学家及量子力学的重要奠基者,在十九世纪末将黑体辐射作为自己探究的焦点。他大胆的假设了“能量子”该物质的变化和特殊属性,解释描述了当物体在接受到辐射的时候,千万的小的能量量子能够迅速加倍的活跃变化。常见的物理模型方法是质点、刚体、理想气体等。它主要运用数学或物理建模来对事物加以抽象的具有一定规律性的探究剖析。借助矢量及张量剖析、微分方程、复变函数、积分方程、矩阵、变分法、线性代数,及部分较为特别的函数,譬如勒让德多项式、贝塞耳函数等数学工具创建的相关建模,此类被运用的全体工具都有一个共同的称号,即“数学物理方法”。英国理论物理学家保罗•狄拉克对量子电动力学有突出的贡献,他将一组数学方程,量子论及狭义相对论紧密融合,并以此为根基创立了相对论量子力学。

1.6数学方法与推理方法

数学方法分广义和狭义的范畴,主要是运用数学的文字语言来表现事物的形态、特征、变化以及关系的全过程。在对其加以推敲演练和分析,达到解决问题和判断的正确方式。譬如,牛顿的第二定律等就采用了此方式,其都为运用数学的物理表现方式对事物的全程加以探究、分析、推断,并经过比较、演练得知了他们之间的特定联系和特殊规律最终得出了结论和提前预知的定义。上段提到了哈雷彗星的研究,就是采用了这样的数学物理推断方法,才得知了之后几年的彗星再次光顾的时间范围。

2.非常规方法

2.1灵感思维与直觉敏感

灵感思维人类的理性思考和敏感直觉的共同结果。它是一种非正常的逻辑思维。就像我们平时生活中,突然脑袋一闪有了一些新想法或者新创意,就要赶紧记录下来,它基本不通过大脑存储,一闪而过,经常发生在我们不备察觉的瞬间。没有任何的规律可寻,也没有任何的预见性。比如,牛顿发明的地球万有引力。它仅仅就是在牛顿躺在苹果树下休息之时,看着从树下掉落的苹果,突然产生的神奇想法,为什么苹果直接掉落在地上,而不是飞上天呢?

2.2在失败中思考反思

人的一生,不可能总是一帆风顺,免不了会出现失败。在探索科学的道路上,我们无数次的失败才有可能换来成功,只有在不断的失败中积累经验,总结错误才能最终达到目的换来我们想要的结果。这样的例子古今中外,数不胜数。例如爱迪生发明了电灯,绝非偶然,都是经历了一次又一次的研究实验失败才最终成功。马克思说过,人要学会走路,也要学会摔跤。伟大的音乐家贝多芬,家境贫寒,晚年耳朵失聪,但仍然创作了享誉世界的名曲。所有渴望成功的人都要随时做好迎接失败的准备,这样更有利于我们思考判断,在短时间内吸取经验教训离成功越来越近。

结语

综上,一览物理学理论的研究及发展,全方位多角度的对该学科的探究方法展开了详细的分类解释和举例论证,从多方面对该学科的错综复杂的探究过程以及发展规律进行了阐述。其次还有要良好的态度对待科学研究,运用灵感和错觉的快速通道,客服心理障碍,通过正确的看待失败和自己的认真反思,达到对物理学深层次的研究和探索。当然,物理学研究的方法是一个复杂的永恒的话题,还有待于我们继续挖掘和追寻。

参考文献

[1]赵丹.量子测量的理论语境[J].科学技术哲学研究,2011,28(1):34-39.

[2]段志刚,彭智敏.大学物理探究性教学设计策略及方法[J],物理与工程,2012,22(3):54-56.

作者:冷华超 单位:曲阜师大附中

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