基于爱因斯坦伽利略物理成就的科研方法的研究

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　　【摘 要】:本文基于爱因斯坦和伽利略的物理成就，通过对比分析了两人的科研方法的异同点，指出任何伟大的创举都来自于观察和实验及经验积累，强调实验对科研成就的重要作用。
　　【关键词】:物理成就；科研方法；实验方法；经验积累；独立思考
　　中图分类号：G633 文献标识码：A 文章编号：1003-8809（2010）05-0089-01
　　
　　历史上很多科学家创造了奇迹，他们除了具有渊博的理论知识外，多数会使用比较实用而奇特的研究方法。这些方法看似简单，人们却较难想到。在历史上爱因斯坦和伽利略都对物理学的发展做出过杰出的贡献，并且他们使用的科研方法也都具有突出特点。
　　一、爱因斯坦的科研方法及主要成就
　　美国科学家，现代物理学的开创者和奠基人阿尔伯特爱因斯坦，在物理理论研究中有自己独到的方法，实证与思辨结合是他经常使用的方法。他在研究中尤其注重实验研究，把实验获得的经验作为他进一步研究的基础。他还特别注重在实验经验基础上的大胆思辨，他认为只有思辨才能把经验整合形成结论。狭义相对论和光量子说就是思辨与实证相结合的产物。丰富的想象力和灵感是爱因斯坦科学研究的另一特点，他偶尔使用思想实验，例如追光实验使他成功的研究出狭义相对论，升降机实验又使他获得了广义相对论的研究成果。独立思考，积极讨论使爱因斯坦的研究独具特色，在普朗克提出量子概念后，他不盲从于当时其他物理学家研究方向，经过独立思考，提出了量子理论，开辟了光的波粒二象性的研究方向。
　　二、伽利略的科研方法及主要成就
　　意大利著名数学家、天文学家、物理学家、哲学家伽利略学术思想比较活跃，他经常在各种学术活动中与持有不同观点的同事辩论。他一边学习前辈的数学与力学研究成果，一边考察工厂和作坊等军用民用工程，广泛结交社会各行各业的技术人员，帮助他们解决生产中遇到的技术难题，并且从各种技术和经验中得到启发。在此基础上，他深入系统地研究了落体运动、抛体运动、静力学、水力学以及土木建筑和军事建筑等理论；他发现了惯性原理，研制了温度计和望远镜。爱因斯坦和英费尔德在《物理学的进化》一书中曾经评论说：“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端”。
　　三、两位学者科研方法比较
　　1、善辩和实验研究方法的应用是他们的科研共性
　　对科学的兴趣、渊博知识和良好科研环境是爱因斯坦和伽利略有所成就的前提，两位科学家都具有敏捷的思维，都善于观察，善于独立思考。伽利略自幼受家庭的影响，对机械兴趣极浓。长大后他的文学与数学才华突出，经常受人赞扬，曾先后在比萨大学和帕多瓦大学任教。爱因斯坦从小就热爱科学，1905年获苏黎世大学哲学博士学位。1913年任柏林威廉皇帝物理研究所长和柏林大学教授，并当选为普鲁士科学院院士。良好的大学环境给他们提供科学研究场所，加之善辩是他们共同之处。所以他们对观察到的现象进行总结，并根据自己掌握的理论，打破常规提出自己见解，研究出很多成果。
　　实验方法是两位科学家获得成绩都必须使用的方法。爱因斯坦使用的实验方法是思想实验，例如对狭义相对论研究，爱因斯坦使用了实验研究方法，但此实验方法不是在实验室内完成的，而是在他的思想中完成的，他使用的是一种假想实验方法。1905年他经过10年思考和实验，终于提出了光电效应的量子化理论解释，并于1921年获得诺贝尔奖。伽利略在其他工程技术人员的研究基础上实验研究出惯性原理，从而开创了实验物理的先河。他通过对理想斜面实验研究和科学推理得出：如果摩擦力小到可以忽略时，沿斜面滚下的球，将以恒定的速度在水平面上不停向前滚动。无论小球自多高斜面滚下，无论小球滚下时速度是多少，这样的运动将永远保持下去。伽利略是第一个把实验引进力学的科学家，他利用实验和数学理论结合的方法研究出很多力学定律。
　　2、不同成长历程和个人的特长决定他们不同的科研方法
　　爱因斯坦少年时代阅读大量哲学著作，头脑中受哲学思想的影响，他认为自然界是具有统一性和规律性的。他总结出自然界万物之间都存在着内在的统一性，统一性是他推出狭义相对论的理论基础。在他的科学研究中始终贯穿统一性、简单性、相对性、对称性的指导思想。爱因斯坦的狭义相对论揭示出能量与质量之间的关系，该理论解决了长期存在的恒星能源来源的难题，近年来又被用于解释许多新出现的高能物理现象。爱因斯坦的广义相对论推出了光线弯曲现象 并且成为后来许多天文概念的理论基础。爱因斯坦对天文学最大的贡献是他的宇宙学理论。他创立了相对论宇宙学，建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型，并引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念，推动了现代天文学的发展。
　　 伽利略受罗马教皇破害，整个一生研究都投入到对哥白尼、开普勒开创的新世界观证明和宣传上，哲学是他与唯心论和教会的经院哲学作斗争的有力武器，把他受教会迫害下的牺牲作为唤起人们对日心说的理解的筹码。力学定律是伽利略的主要贡献，他发现了单摆的等时性，并证明了单摆振动的周期和摆长的平方根成正比。该定律是他利用实验和数学相结合的方法确定的。伽利略在科学实验的基础上结合数学、物理学和天文学三门知识，提高了人们对物质运动和宇宙界的认识，天文学是他利用望远镜观测天体取得的成果。他在科学研究中主张用实验来认识和证明自然规律，用实验经验来创立、扩展和补充理论知识。
　　结论
　　科学家们研究理论方向不同，往往使用科研方法也不同。爱因斯坦主要采用实验研究成果与他的自然科学唯物论相结合，形成了自己独特的科学思想和研究方法。伽利略是以系统的实验和观察结果推翻以亚里士多德为代表的传统的自然观，开创了以实验事实为依据并具有严密逻辑体系的近代科学。但无论进行怎样的研究，无论研究领域如何，两位科学家都本着实事求是的原则，在实验基础上不断积累经验，创造出一个又一个科学成果。新的研究成果又促使更优秀的科研方法产生。所以，归根结底，任何创造都来源于实验，实验方法在科学研究中的重要地位是任何方法都无法代替的，实验是进行科学研究最重要的环节。
　　参考文献：
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