科学研究方法对物理学发展的作用

【摘 要】物理学依靠实验、归纳、观察、类比等研究方法，建立起其基本思想、基本定理、基本定律，通过唯象研究，使已有的物理思想、物理定理、物理规律扩展、深化和提高。

【关键词】物理 科学的研究方法 作用

科学的研究方法对物理学的发展、作用巨大，意义深远。实验、归纳、观察、类比等科学研究方法对物理现象本质的认识，物理基本概念的建立，物理客观规律的阐述，都有十分重要的作用。没有科学的研究方法，就不会有力学、热学基本定律的形成，电磁学、光学的发展，相对论、量子论的建立，原子物理、核物理、激光技术、固体物理学等等的创建和发展。以下主要通过观察法、实验法、类比法、归纳法等科学方法来说明科学研究方法对物理学发展的作用。

一、观察法对物理学发展的作用

从科学史发展看，早期人们仅从自然现象中去观察、观测一些物理现象，通过大量的观测，归纳总结出一些物理现象及规律，得出一些结论，并由此可以解释一些自然现象。十七世纪下半叶，牛顿（I.Newton）关于光的色散研究也主要基于观测记录，为几何光学发展奠定了实验基础。力学方面，从牛顿对苹果落地的观察直到万有引力理论的建立，从伽利略的斜面实验到毕萨斜塔的落体实验研究直到提出伽利略运动定律都是大量观测、观察的结果。1820年，奥斯特（H.C.Oersted）发现电流的磁效应，于是电学与磁学彼此隔绝的情况有了突破，开始电磁学新阶段。富兰克林（B.Franklin）对放电现象进行观察研究，发现了尖端放电，发明了避雷针，研究了雷电现象。1619年，开普勒（J.Kepler）在对天体长期的、大量的观测数据资料分析后，提出开普勒三定律。现代宇宙学的研究工作也主要是靠观察、观测方法，提出一些模型，通过间接的测量证明某些理论的正确性。由此可见，观察法对物理学的发展是极其重要的，是科学研究方法之一。

二、实验法对物理学发展的作用

历史上，使用实验法的典型实验有法拉第（M.Faraday）电磁感应实验。从1824年到1828年，法拉第在多次电磁学实验后，终于在1831年取得了突破性进展，发现了电磁感应现象，并提出了力线思想和场的概念。还有焦耳（J.P.Joule）的熱功当量实验，焦耳从电流的热效应发现所产生的热量与电流平方、电阻及时间成正比，即焦耳—楞次定律。其后，焦耳先后于1843、1845、1847、1849年，直至1878年测量了热功当量，历经40年，共进行四百多次实验，为热和功的相当性提供了可靠的证据，使能量转化与守恒定律确立在牢固的实验基础之上。1898年居里夫妇（P.Curie与M.S.Curie）进行了艰苦的提纯工作，他们从铀矿渣分离出含量仅占百分之一的新元素—钋。他们继续进行实验，又发现了在钡盐中有更强的放射性，其活性比铀大900倍以上，新的放射性物质中有一种新元素—镭。这些例子都证明实验法对于物理学发展的重要性，这是科学研究中一种重要方法。

三、类比法对物理学发展的作用

库仑在建立库仑定律的过程中，类比了力学中的万有引力定律，库仑力与平方反比就类比了万有引力的平方反比，还类比了万有引力分别与相互作用的两个物体的质量成正比，认为电力分别与相互作用的两个电荷量成正比。从库仑定律的发现可见类比法在科学研究中所起的作用，如果不是先有万有引力定律的发现，单靠实验具体数据的积累，不知要到何年才能得出严格的库仑定律表达式。实际上，整个静电学的发展，都是在借鉴和利用引力理论的已有成果基础上取得。可见类比法对物理学发展起了相当重要的作用。

四、归纳法对物理学发展的作用

牛顿的光学研究具有独特的风格，他在光学领域中的成就集中反映在1704年出版的《光学》一书中，该书的副标题是《关于光的反射、折射、拐射和颜色的论文》，书中可以看出牛顿不是用假设来解释光的性质，而是用推理和实验来提出、证明这些性质。其中有19个命题、33个实验。他以大量篇幅详细描述实验装置、实验方法和观测结果。牛顿的光学研究正是从观察出发，进行归纳综合，总结出一套完整的理论，牛顿用归纳法对色散的研究为后人树立了光辉的榜样。又例如，麦克斯韦（J.C.Maxwell）在法拉第做了大量电磁学实验的基础上，以及力线思想影响下，又得到了W.汤姆孙类比研究启发，综合归纳分析前人的实验和不足。1864年，用数学归纳、逻辑推理方法推导出了麦克斯韦方程组，并由此预言电磁波的存在，且以光速传播。1887年，赫兹（H.Hertz）作电磁波实验，证实了麦克斯韦的电磁波理论。显然归纳法是科学研究的重要方法之一，特别是在理论物理学的发展过程中起到了举足轻重的作用。

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