物理方法论之理想化方法

摘 要：物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用和转化规律的学科，是其他自然科学和工程技术的基础。我们知道在以马克思主义哲学为前提下，发展出了辩证唯物主义和历史唯物主义，其哲学思想深入到了物理学的方法论中，包括哲学思辨，逻辑思维，观察实验，数学演算，历史总结等手段和方法，可见科学家们所依据的方法论是留给我们后人思考问题的一份宝贵的精神财富。而理想化方法对物理学的发展起着不可替代的作用，它是一种哲学思辨，一种逻辑推演，一种思维想象。

关键词：物理方法论；理想化方法；理想模型

1 什么是理想化方法

在探索物理现象，揭示物理规律，解决物理问题的过程中我们都需要拟定理想过程，实施理想实验，建立理想模型。而理想化方法即为根据逻辑思维和科学抽象，有意识的突出研究主体，研究主要矛盾，忽略次要矛盾，剥离出物理问题的杂质，在大脑中建立起的一种理想化的模型，它忽略了原型中的次要因素，集中突出了问题中起主导作用的因素，摒弃了次要矛盾，突出了主要矛盾，是一种辩证唯物主义的哲学思想在解决物理问题中的应用，所以理想模型是对原型的简化和纯化，是原型的近似反映。从而使研究对象或者研究过程以某种理想化的纯粹形态出现，以便准确而又简明地揭示事物或现象的性质及其规律的方法。

2 物理学中理想化方法的形式

2.1 理想模型

是指在物理实体的基础上，经过科学抽象而建立起来的一种研究客体的模型。如，近代物理中的绝对黑体、目前对黑洞的研究中对维度的假设；又如，质点、刚体、光滑面、弹簧振子、理想流体、理想气体、点电荷等这些理想模型；还如，法拉第为了研究电磁学的方便，抽象出了电场线和磁感线，以其来近似代替该处的场强，这是一种理想模型法。也正是由于这些理想化的物理概念的引入才慢慢建立起正确性的物理规律。

2.2 理想过程

把自然界中事物复杂的运动过程理想化，得到简单的理想过程。如，匀速运动、匀变速直线运动、自由落体运动、抛体运动、自由落体运动、简谐振动、简谐波、单摆、弹性碰撞、准静态过程、绝热过程等系列理想过程。

2.3 理想实验

是一种形象思维与抽象思维相互作用的思维过程，借助于逻辑推理展开的实验过程。如，伽利略在对力是否是维持物体运动的原因这个命题以马车为研究对象，对地面进行不断的润滑直至没有摩擦的推理，并得出惯性定律；又如爱因斯坦在用了理想化方法抽象出很多“火车”和“站台”，做了很多“理想实验”从而建立了相对论。

3 理想化方法的特点

3.1 理想化方法的特点之一是化繁杂为简易

在我们遇到的自然界的事物问题中，几乎没有一个事物问题是由单一因素所决定的，但是如果一股脑不分主次地去研究会显得很杂乱无章，混乱繁杂，但当我们使用理想化方法的解决思路，就会是问题化繁为简，思路清晰明了。如，在研究地球的公转时，地球的半径为6千多公里，而地球距太阳1.4亿多公里，地球距太阳的距离是地球本身半径的2万多倍，所以在研究地球公转时，为了研究问题的方便将地球视为质点，达到化繁为简的目的。

3.2 理想方法的特点之二是化抽象为形象

理想方法是一种抽象的过程，而建立起来后又是一种形象的状态，如，在热力学中，气体从一个状态变到另一个状态，是很复杂的，很难处理的，因此我们引入了准静态过程，把气体中间经历的状态都视作平衡状态，化抽象的变化过程为形象的无数个平衡状态，实现化抽象为形象。使用理想方法后引入的概念是抽象的，但其对物理规律的解释和物理框架的搭建又是形象的。

3.3 理想方法的特点之三是化假设为科学

理想化方法是将物体本身经过科学抽象而成为理想的研究对象，本身具有理想化的色彩，在现实中是无法实现的，是以假设为前提的。如，伽利略的“理想斜面”实验就是利用用不断减小斜面的倾斜角度至零，推导出不受力的物体将永远保持原来的运动状态的特性，即惯性定律。理想方法不仅要再现过去已经感知到的直观形象，而且还要以先前已获得的科学知识为依据，经过假设，推理，判断等一系列逻辑上的严格论证，去建立一套新的模型。使之来源于现实，却高于现实，具有科学性。而新理论是否正确是需要在实验中去检验的，是一种假设为科学的方法。

3.4 理想化方法的特点之四化理想为实用

虽然理想化方法是一个抽象的思维方法，但其却具有实用性的价值，因为其并没有扭曲客观世界，而是进一步去揭示客观世界蕴含的内在规律，让人们更加清楚的简洁的认识客观物质世界。而其建立起来的模型对问题的解决具有实用性。如，在研究做匀加速直线运动的物体的速度和位移情况，我们可将物体的运动过程理想化处理为加速度不变的直线运动，这样处理大大地减小了物体运动的复杂过程，但也能直观的描述物体运动的情况，具有实用性。

4 使用理想化方法的条件

运用理想化方法时必须清楚的明白哪些是主要因素，哪些是次要因素，影响问题的关键因素为主要因素，可忽略的因素为次要因素。其判断的依据往往要视研究问题的情况而定。比如，在研究芭蕾舞演员的肢体运动情况时，则不能把其当做质点去处理，因为他本身的运动情况并不是次要因素，不能忽略不计；又如，在研究跑步的运动员跑步的位移情况时，则可以忽略他的肢体动作，理想化其为一个质点。

5 理想化方法的形式

5.1 物理条件的理想化

将事物进行理想化处理的方法之一便是对其条件的处理，如，在某些物理过程中摩擦力是可以忽略不计的，视作理想情况，在物体做自由落体运动时，我们可以忽略空气阻力对物体运动的影响。

5.2 物理过程的理想化

事物的运动过程往往是复杂的，但我们可以根据需要去理想化其物理过程，如，在研究平抛运动时，我们忽略物体在空气中所受到的阻力，认为抛体只受重力的作用，对物理过程的理想化处理使解决问题变得很简洁。

5.3 物理作用力的理想化

当我们研究某些物理问题时，需要忽略一些在对该问题来说为不重要的作用力，如研究地球对卫星的万有引力，可以不用关注其他天体对该卫星的作用力，因此其他天体对其的作用力此时就视为非重要的作用力。又如，研究分子间作用力，则可忽略分子间的万有引力考虑分子间相互作用力。而有些摩擦力却不能随便忽略如，跑步的运动员，其摩擦力为动力，传送带传送物体时的摩擦力也为动力，是不能忽略的，所以对摩擦力的忽略要视情况而定。

6 总结

可见理想模型具有抽象性、形象性、科学性和假设性等特点，所以在物理学研究中，建立理想化方法有利于发挥逻辑思维的作用，而且，理想模型又反映了一类事物的共同属性，所以它也有利于我们认识客观实物的内在规律性。它在物理学的发展中起着举足轻重的作用。但并不是说任何理想模型都是一成不变的，不能认为放之四海而皆准，它们只是物理学发展过程的一个产物，随着科学技术的发展以及新实验新现象的发现，原有的理想模型不断得到补充修正，有的甚至被否定。

参考文献

[1]张宪魁，王欣.物理学方法论[M].陕西人民教育出版社，1992.

[2]王瑞旦，宋善炎.物理方法論[M].中南大学出版社，2002.

[3]张瑞琨，谭树杰，陈敬全.物理学研究方法和艺术[M].上海教育出版社，1995.

作者简介

刘小琴（1994-），女，汉族，四川成都市人，硕士研究生，教育硕士，西华师范大学，研究方向：物理学科教学。