浅谈物理抽象思维的特点

谢会风

中图分类号：O4-0文献标识码：A文章编号：1671-7597（2009）0110012-01

凡是以物理概念为思维材料，以物理判断和物理推理的形式来反映物理事物的运动规律，达到对物理事物的本质特征和内在联系的认识过程叫做物理抽象思维。物理抽象思维是物理思维的一种重要形式，许多物理问题的提出、物理概念的产生、物理规律的建立、物理理论的形成等都是物理抽象思维的结果，在这里主要谈一谈抽象思维的特点。

一、抽象性和概括性

物理抽象思维是在观察、实验的基础上，通过物理概念、物理判断和物理推理的形式对已获得的物理事实进行加工处理而形成的对物理对象、物理现象、物理过程的本质和规律的认识。在这个认识过程中，必须在思维中将物理事物的本质属性或特征与非本质属性或特征区分开来，从而舍弃非本质属性或特征，抽出本质属性或特征，此即物理思维的抽象性。所谓概括，就是在抽象的基础上，把所有反映物理事物本质的属性结合为一个整体，形成关于物理事物的整体的和一般的认识，进而把这种一般的认识推广到同类事物，把握同类事物的共同性和一般性。

抽象性和概括性的统一，是物理抽象思维的一个重要特征，只有通过抽象和概括，才能形成物理概念；才能简化物理对象，形成理想化的过程；才能在实验和理论分析的基础上得出定量的物理规律。

二、逻辑性和系统性

逻辑性和系统性的辩证统一是物体抽象思维的又一主要特点。由于物理抽象思维是以物理概念、物理判断和物理推理的形式进行的思维，所以，它必须按照一定的形式、方法和规律进行，此即物理抽象思维的逻辑性。抽象思维的不同阶段有着不同的形式、规律和方法，在知性思维（从感性具体到思维抽象的思维活动）阶段，存在着形式逻辑的规律和方法，形式逻辑思维的主要规律有同一律、排中律和矛盾律。同一律是指在同一思维的过程中，每个概念和判断必须具有确定的同一内容；排中律是指在两个矛盾判断中只有一个正确；矛盾律是指在同一时间同一关系下，对同一对象所做的两个矛盾判断不能都正确。在具体思维（从思维抽象上升到思维具体的思维活动过程）阶段，存在着辩证逻辑的规律和方法，辩证逻辑的规律除包括对立统一规律、量变质变规律和否定之否定规律。物理抽象思维的逻辑性是物理学科科学性的质的表现，普通逻辑和辩证逻辑的规律是物理抽象思维的基本规律，思维不符合逻辑时得不出正确结论的。例如，把物体推一下使之运动，过一会儿将停下来，这一现象是人们常见的。亚里士多德由此得出：静止是物体的自然状态，运动靠力维持。但伽利略却用逻辑推理得出了相反的结论运动靠力来改变。在物理学中，电与磁、波与粒子等具有对立统一的关系；相变就是由于物体的温度量变到一定程度而引起的变化；物理对象在宏观低速时从牛顿力学，在宏观高速时服从相对论力学，在微观低速时服从量子力学。在相对论力学与牛顿力学之间，量子力学与牛顿力学之间，存在着否定之否定的关系。

物理抽象思维按照一定的逻辑形式的逻辑方法，遵从一定的逻辑规律或规则，在思维过程中总要形成对物理事物的系统的认识，从而表现出系统性的特征。例如物理学中对力的认识，先从各种具体的力开始，总结出物理学中存在四种相互作用力：万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力，在此基础上，人们力图将四种力统一起来，形成大统一理论。虽然至今还没有完整的理论，但这种朝着系统的方向进行思维活动是满足物理抽象思维系统性的要求的。

三、能动性和间接性

物理学是一门实验科学，一般地说，每一个定律、定理都应有很多实验事实作支持，在分析和概括大量事实的基础上，形成物理概念，得出物理规律。但人们从感性认识上升到理性认识，从观察实验结果到物理理论，并不是一个被动的过程，而是一个能动的认识过程。当感性材料达到一定程度时，思维能动的对这些材料进行分析、概括、比较、分类、抽象、概括等，形成对物理事物的一般的和概括的认识。另外，物理学研究往往是先提出问题（如在19世纪末20世纪初，物理学理论与当时发现的光电效应、黑体辐射、原子的红妆光谱、原子的稳定性等实验事实发生矛盾，这就使人们提出了问题），然后，再搜寻事实，捕获信息，立论解释。因此，物理抽象思维是一种有目的的，能动的思维活动。

物理事物的本质规律，有些隐藏在现象的背后，人的感官不能直接感知到，只有通过其他事物，借助于已有的知识和经验，去认识那些没有直接感知过的，或者根本无法感知的事物，此即物理思维对物理事物的间接认识。比如，我们通过电子衍射实验来认识电子的波动性，通过黑体辐射、光电效应实验来认识光的粒子性。在物理学中，对于微观客体的认识、对于宏观客体的认识、对于高速运动客体的认识等等，一般是间接进行的。

物理抽象思维的能动性和间接性相互结合、相互促进，借助于已有的知识和经验，使得我们能够在对现实物理事物认识的基础上进行蔓延式的无止境的扩展和想象。特刊模型、物理假说的建立，物理知识的逻辑展开以及解决实际的物理问题，都是以物理抽象思维的能动性和间接性及其相互作用为基础和依据的。

四、线型性和精确性

人们是以点、线、面、体来比喻思维，认为不同的思维有不同的特点。物理抽象思维是以物理概念、物理判断、物理推理等形式进行的思维，它往往沿着一个方向，力图寻找一个非此即彼的结果，其结论是一步一步推得的，就好像数学中的一点到另一点，形成一条线，因此，是线型的（这一特点是钱学森教授首先提出的）。

例如：在牛顿力学中，由牛顿第二定律得出动量守恒定律过程为：

根据牛顿第二定律有

由以上过程可以看出，这种物理推理是一步一步进行的，因此，具有线型性。但我们需要说明，从历史上看，动量守恒定律是独立发现的，其出现比牛顿定律要早。特别是由于本世纪近代物理学的发展，动量守恒定律已成为物理学中最重要的基本规律之一，它的应用范围比牛顿定律更广。这样推导的目的只是便于人们接受和理解。

物理抽象思维的线型性也决定了当条件正确和过程符合逻辑的情况下的思维的正确性和精确性。精确性是物理抽象思维的重要特征之一，因为物理学是一门定量的科学，我们研究物理问题时，不仅要做定性分析，而且要做定量研究，对物理概念和物理规律的最好表达方式是数学语言，对物理定律的推导要用数学方法，对物理过程的判断要进行数量级估计。因此，数学渗透于物理抽象思维的全过程，物理抽象思维是一种定量、精确地思维。