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正确的学术思想从何而来? 精选

已有 5294 次阅读 2021-8-4 10:06 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记

学术思想一般由一系列有密切联系的想法构成,单个的想法不能称为思想,正所谓“独木不成林”嘛。解决某一科学难题,某个神来之笔的想法可能打开突破口,但要想扩大战果——形成系统的理论方法且用于实战,需要攻克一连串彼此关联的子问题,也就需要与之相应的想法助力。所谓正确的学术思想,也就是揭示了某种事物本质之道的思想。诚然,科研人员对客观事物的认识,往往要经历从感性认识到理性认识的过程。在这个过程中,也就是学术思想形成过程中,要着重调查分析,要聚焦剖析机理,要落实实证研究,还要以奥卡姆剃刀律为指导以纠偏研究方向和少走弯路。

科研人员正确的学术思想,是从天上掉下来的吗?不是;是自己头脑里固有的吗?也不是。科研人员正确的学术思想,只能从思想实验、科学实验和实践中来。以下,将分别予以简述。

一、思想实验

思想实验又称构想实验或抽象实验是指人们源于自身经验和已有知识按照实体实验的格式,凭借人们敏锐的直觉、丰富的想象和深邃的逻辑思维进行仿真,最终给出一个所考虑问题之理论解答的高级思维活动。其一般涵盖以下几个层面。(1)对从未进行过或潜在可实现实验的预想;(2)对实体实验的理想化抽象或推理,即理想实验;(3)与经验或已有知识相矛盾但逻辑上讲得通、科学上有意义的想象。

思想实验以无拘无束畅想、哲学思维(辩证、联系、动态地看问题)指引、逻辑思维助力、另辟蹊径探索、顺藤摸瓜追踪为特点,是一种快速聚焦型创新思维,有如“踏破铁鞋无觅处,得来全不费功夫”,即顿悟也。对久攻不下的科学难题,思想实验常起到临门一脚的作用。若其给出的理论解答进而能得到实体实验和实践验证,则确实说明找到了解决难题的正招。

纵观科学史,伽利略的自由落体运动、麦克斯韦妖、牛顿的水桶和抛球、爱因斯坦的电梯与火车、薛定谔的猫等等这些著名的思想实验,均在塑造科学的历史进程中起到了至关重要的作用。

以下举一个思想实验的例子。我在几个地学微信群,看到不少科研人员为地球“膨胀论”和“收缩论”争执的不可开交,各有各的“盲人摸象”般的证据支持。在我看来,若能从支配地球演化的内因——热——出发,基于大家公认的物理学原理——热胀冷缩原理,进行一个思想实验,或能抛砖引玉。

我们知道,有大就有小,有快就有慢,有高就有低,有冷就有热,有渐变就与突变。因此,一般说来,极端的的单向说法,如地球一直膨胀或一直收缩,均可能存在认识误区,因为其不符合辩证法的思想。

地学界普遍认为,地球诞生之初是个热球。随着其向外太空不断地释热,地球温度逐渐降低;由于越靠近表层,越容易降温,故当降到一定温度时,外部硬壳层形成。此时,被硬壳层包裹的内部物质仍处于高温,其通过硬壳层向外释热。如此,一方面,随着温度的逐渐降低,硬壳层将变得越来越厚;另一方面,随着厚度的逐渐增加,释热速率逐渐减小。根据热胀冷缩原理,地球体积应呈逐渐变小的趋势,但速率逐渐变慢。

如果这样的过程不受干涉自发地进行下去,地球体积肯定会越来越小直至释热几乎停止。

然而,被硬壳层包裹的内部物质,其不断进行的化学反应、放射性元素衰变等释热,提供热补给。不难预料,随着时间延续,会出现两方面情况:一方面,当热补给量大于热释放量时,硬壳层受热应力作用产生膨胀,相应地地球体积变大;另一方面,在硬壳层膨胀过程中,此种非均匀脆性介质易破裂(导致不连续面出现)形成大小不一的板块,不连续面的出现以及由此引起的火山喷发,加快了释热速率,导致膨胀速率减缓。当热积累和热释放达到某种准平衡或平衡时,地球体积几乎保持不变。这说明,地球内部存在着负反馈机制,不可能允许地球无限制膨胀。我进一步推测,这样的过程可能重复多次。

由于化学反应、放射性元素衰变等释热总有终止的时候,故未来总有一天,地球开始单向体积收缩直至趋于某个近似不变的值。

总结下,从地球诞生直至寿终,地球的体积大致呈现如图1所示的变化,即总体呈收缩趋势,但某些时段呈现膨胀现象。显然,上述分析是在忽略某些因素(如地球和外太空的物质交换)影响下思想实验的结果,其正确性有待检验,也欢迎大家质疑讨论。

 image.png

1 地球体积随时间变化示意图

二、科学实验

一方面,思想实验的结果,无论自己觉得多么靠谱,都必须通过科学实验的检验才能初步确认其正确性。另一方面,通过科学实验可以发现新现象,进而可揭示新机理,建立新理论方法。因此,科学实验即是验证学术思想正确性的重要依据,也是催生新学术思想的重要源泉。

三、实践

无论是思想实验还是科学实验,都存在某种局限性。例如,思想实验依赖于推理的前提和推理过程的严密性;又如,某项技术通过了实验室小试和中试的检验,但用于实际可能存在这样或那样的问题,必须结合实践才能加以解决;再如,地质体承受的加载速率远低于室内岩样的加载速率,故根据所得的岩样破裂机理和模式,几乎不能外推用于滑坡和地震预测。鉴于此,基于这两者所得的学术思想,需要在实践中校核、纠偏、完善。注意实践是检验真理的唯一标准。因此,如果基于某思想实验的理论方法与科学实验结果不符,但得到了实践的认可,也可认为其是正确的。这说明实践是判断学术思想正确性的最权威裁判,没有之一。

当然,正确的学术思想也可从实践中直接产生。这方面的例子不胜枚举,本文不再赘述。



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