模型在物理学理论形成中的意义探讨

涂祖瑞

摘要：本文重点研究了模型和物理学理论之间的关系，并且提出了模型在物理学理论发展中所占据的意义。

关键词：模型；物理学理论；意义

引言：

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科，但是物理规律都是比较复杂的，所以要通过构建模型的方式来进行物理学的研究。物理模型在物理学理论的发展过程中有着不可替代的作用，是推动物理学理论发展的主要因素。

一、物理学发展过程就是建立模型的过程

物理学研究中，大到星球宇宙，小到原子分子都需要模型的辅助才能够进行准确的分析研究，所以模型在物理学的发展中有着重要的地位。如果没有掌握模型的构建方法，就不能够真正做到对物理的理解和运用，所以物理学的发展过程就是建立模型的过程。具象化的物理模型能够轻易的将不可观测的微观机理转换为形象的图形和数据，将其所有的发展历程都清晰的表现出来，方便人们进行研究。所以在进行物理学研究时，可以将模型整体的带入到思维中去，将抽象的概念和研究理论替换成模型数据，对物理机理进行直观的感受。钱学森曾经说过：“模型就是通过我们对问题现象的分解，利用研究得来的机理，运用一切主观因素，省去非主要因素所制造的一幅画，是形象化了的自然现象”。从这句话上就可以看出，模型对研究物理学理论的重要性，同时能对自然现象进行形象化的物理模型就是一种探索工具，是人们在研究过程中所创造出的阶段性的科学成果，既起到了探索知识的目的，又能够推动物理学理论的发展[1]。

二、模型搭建了现象到理论的桥梁

物理模型都是理想模型，是为了方便研究所建立的抽象客体，是诞生于理想系统和状态的模型。能够很好的帮助人们对现实规律进行有效的了解，在实际的科学研究中，大部分人的大部分时间都是利用理想客体和理想系统来进行物理学研究，理想客体是对现实客体的抽象化简化，它通过夸张和强调客体的一部分特点并舍弃一部分的特点来实现规律的探索。而理想系统的诞生是基于对经验问题的研究，使用抽象的方法将现实系统进行简约，它可以有效的降低解题的难度。而抽象方法的使用可以通过两种途径：第一种是直接将现实系统的组成条件运用抽象方法来转化为理想客体；另一种是运用假设原则来将现实系统中存在的难以实现的技术方法排除掉，将剩下的简单、明确的因素进行整合，从而得到理想系统。通过对理想客体和理想系统的运用来搭建物理模型，可以有效的进行物理学研究，将现象和理论进行联动，搭建了实用的桥梁，让人们完成了从现象到理论的过渡，全方位的加快了物理学理论的步伐。

三、模型的发展扩大了人们的认知

模型的发展极大程度上扩大了人们的认知范围，加深了人们对世界规律的探索。比如质点模型，质点模型是用一个具备同样质量但缺乏大小和形状的点来对实物进行取代，这是对实际物体的抽象运用。任何的实物都是有大小、形状和质量的，这些特点糅合在一起对物体的位置研究和运动研究时带来了很大的阻碍，但是如果使用模型来进行研究，就可以将物体假定在一个广大的空间中，让物体的线度小于空间的线度，这时形状和大小的特点就会被排除，只保留物体质量和空间占位，从而实现研究。质点模型的诞生对物理学研究起到了极大的推进作用，加快了物理学研究的脚步，扩大了人们对世界的规律的认知。具有相同效果的模型还有牛顿的时空模型，对空间的研究有着极大的帮助，但是在之后的科学发展中发现了该模型的局限性，影响了对时空规律的研究，所以在麦克斯韦和爱因斯坦等科学家的努力下，构建了全新的相对论模型，让其在宏观和微观的研究领域中起到了关键的作用，完善了物理学理论的发展道路。

四、模型推动了物理学理论的发展

物理模型能够有力的推动物理学理论的发展，使人们探索规律的脚步从未停止，比如在16世纪时人们发现了一种最小的粒子，称其为原子，原子是一种能保持化学性质的最小单位，不停的在做无规则的运动。而第一个原子模型是约翰·道尔顿提出的道尔顿实心球模型[2]。但是随着研究的深入，发现了原子是由电子、质子和中子构成的，为了解释原子的电中性，汤姆逊构造了葡萄干蛋糕模型，他提出电子是平均分布在原子上的，在受到刺激的情况下，电子会离开原子产生阴极射线。该种模型的构造对研究规律起到的至关重要的作用，之后汤姆逊的学生利用α粒子来轰击金箔进行实验，证实了原子的核模型，完善了原子结构的研究，被誉为原子物理学之父。在之后，波尔提出了电子不是随意的占据原子核周围的，并在行星模型的基础上进行了实验，构建了玻尔原子结构模型。再之后还出现了索末菲的量子力学和原子物理学、乌伦背和高德密特的电子自旋模型和薛定谔模型等，这些模型的诞生完美的见证了物理学理论的发展历程，推动了物理学理论的发展，为研究规律做出了巨大的贡献。

五、模型成为了物理学理论的载体

物理模型自诞生以来实现了现象到理论的过度，奠定了物理学理论的研究基础，为物理学理论的传播提供了有利的帮助并将模型的应用扩大到了物理學中的每个学科。产生了极大的影响力、同时物理模型也能够对理论进行有效的验证，成为了物理讯理论必不可少的载体，全面的实现了科学性和假定性的统一、抽象性与形象性的统一，成为了物理学的理想化方法之一，推动着物理学理论发展。

结论：

综上所述，物理模型在物理学理论的发展中占据了极其重要的地位，模型的构建能够有效的帮助人们总结物理规律，实现了对世界的探索，还帮助人们构建了科学体系，推动了社会的发展。

参考文献：

[1]罗先举.物理模型在物理学及其发展中的重要性[J].中学课程辅导（教学研究），2015 （17）：35.

[2]陈朝峰，汪颖.浅谈模型在物理学理论形成中的意义[J].科技广场，2012 （10）：243-245.