精选
从事科学研究的两种重要能力
鲍海飞 2025-9-24
人类对自然充满了好奇、兴趣与热爱，于是慢慢走向观察与研究，这只能说是初步认知这个世界的开始。而要从事科学研究，却需要更深层次的能力，也就是应该具有不同寻常的内在属性，不同寻常的认知潜质和能力。有两种能力决定了一个人是否能够在科学研究上有所发现、创造和建树。
第一个能力，就是物理的想象力和洞察力。这是一个观察与思维的重要过程，是一个如何由表及里的过程，更是从现象到本质的过程。一个是从因推果，一个是从果推因，是两种不同的解构过程。1785年，法国物理学家库伦研究真空中两个静止电荷间的相互作用力，提出了点电荷的概念。这一概念在我们分析许多力场中都得到了有效的推广和运用。如太阳系中的引力场，地球的重力场等。当距离超出一定范围，物质间的相互作用可以用点来代替。汤姆逊和卢瑟福等人在研究原子的结构时，提出了原子的葡萄干面包模型，以及行星模型等。1837年，英国科学家法拉第在研究电磁现象时，他发现两个不接触的电荷之间存在着相互作用力，由此提出了电荷周围存在电场，电荷间的相互作用力通过电场发生作用。这极大地拓展了人类对电荷的认知以及对场这一概念的理解和运用。1750年，富兰克林第一个提出了用实验来验证闪电是电的科学家，这需要的是洞察力。1865年，德国化学家凯库勒因梦而构想出苯环的结构，这需要的是想象力。所有这些都表明，科学研究需要想象力和洞察力。没有想象力的研究，研究将变得毫无生气和一潭死水。没有洞察力的研究，研究将成为毫无目标的游荡。
第二个能力，就是数学的解析力和构造力。没有数学的物理，物理就是空中楼阁和虚无缥缈的东西。没有物理的数学，数学就是纸上谈兵和盲人摸象的操作。数学是科学研究中一种最为重要的物理量之间关系的构建工具。1660年，虎克发现，螺旋弹簧伸长量x和所收拉力F成正比，即F=kX的关系，k为弹性系数。所描述的物质弹性应变e和应力s，推广后成为s=Ee，E为杨氏模量。如今，这成为现代科学研究中最基础和应用最广的本构关系之一。1665至1666年期间，牛顿从大学回到老家，在家乡躲避瘟疫，据说受到苹果落地的启发，思考地球的引力是否能够延伸到月球时，同时根据已有的开普勒行星运动三大定律等，提出万有引力及其公式表述。这一认知，不仅需要敏锐的洞察力，更需要较强的物理抽象力和数学的构造力。当然，牛顿和莱布尼兹二人均创造出了微积分的理论，这成为现代科学研究的基础。牛顿的数学构造力由此可见一斑。这里还有一段有趣的历史。据说，虎克于1679年给牛顿的信中提出了这一关系：物体间的相互作用力与距离的平方成反比。爱因斯坦的质能方程，E=mC2，更是用最简洁的数学公式，构造出了最复杂的质量与能量的内在本质关系。还有量子力学上的许多著名人物，如薛定谔、普朗克、费米等人，不仅具有博大精深的物理内核的洞察力，更具有将这种物理内核模型化和数学化的能力。数学的解析力和构造力成为科学研究不可缺少的重要能力。
物理的想象力和洞察力，数学的解析力和构造力，决定了一个人是否能够在科学研究上有所发现和创造，造就所谓天才与凡夫的差别。想象力，就是针对一个问题或现象的具象化、模型化和图形化，涉及一个人的直觉、想象、理解和洞察能力。解析力就是能够将这种想象的东西模型化、公式化和数学化，也就是理论化，这涉及一个人的数理构造力。
人类最大的遗憾是，当他仰望星空时，看到遥远的星光灿烂无比，那里有着人类无穷多的遥想、诱惑与奥秘，但却只能眼巴巴地望着那片星海，难以触及和到达。但人类的最伟大之处却在于，通过仅有的已知条件，如，通过对光的认知，如光的吸收和色散等，让那些永远遥不可及的星球，它们是由什么构成的，又将如何演化，变成了已知，而不再是永远的神秘和希翼。这来源于人类伟大的思想和实践能力。
以前总有人说什么，人应该具有批判性思维，这样才能有所发现。实际上，那些不同凡响的发现、见解和创造力应该是来源于一个人长久的深度思考，以及从不同角度出发的洞察和认知。
每个人都是独特的。这就意味着，每个人都是凡夫，每个人也都是天才。凡夫可以通过历练和机遇成为天才，天才的头脑因得不到锤炼和修为却一世平庸、碌碌无为。如果法拉第一直在那个图书馆里劳作，而没有自学化学和物理学，又没有机会去听了戴维的化学课程，并做了详细的笔记，他就得不到在戴维身边工作的机会，从而，他就难以有所发现和创造。法拉第的遗憾是他没有数学功底，但他的天赋、直觉和洞察力让他在科学研究上独树一帜，他一生有众多发现和创造，而成为电学之父。而据说，爱因斯坦身边的那个年轻秘书却没有任何一点点的建树，这只不过是另一片不同形状、颜色或模样的叶子罢了。这两种能力需要通过培养和学习，在一定环境下，在名师指点下，在一定机遇下，或许能够造就。
星海深处，是双眸之凝视和探寻，是一心之向往和沉思，物质世界的起源与归宿，存在的理由、意义和作用，发生的必然性与偶然性。我们一直在用我们所构造的语言和符号来理解和解读大自然，物理是骨骼脊柱，数学是肌肉神经，物理是神，数学是形。
奇妙的世界，优美的，丑陋的，我们能够读懂的，我们读不懂的。我们仿佛是一粒智慧的尘，飞扬着。
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自鲍海飞科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-278905-1503330.html?mobile=1
收藏
