物理方法論之理想化方法

摘 要：物理學是研究物質的基本結構、基本運動形式、相互作用和轉化規律的學科，是其他自然科學和工程技術的基礎。我們知道在以馬克思主義哲學為前提下，發展出了辯證唯物主義和歷史唯物主義，其哲學思想深入到了物理學的方法論中，包括哲學思辨，邏輯思維，觀察實驗，數學演算，歷史總結等手段和方法，可見科學家們所依據的方法論是留給我們后人思考問題的一份寶貴的精神財富。而理想化方法對物理學的發展起著不可替代的作用，它是一種哲學思辨，一種邏輯推演，一種思維想象。

關鍵詞：物理方法論；理想化方法；理想模型

1 什么是理想化方法

在探索物理現象，揭示物理規律，解決物理問題的過程中我們都需要擬定理想過程，實施理想實驗，建立理想模型。而理想化方法即為根據邏輯思維和科學抽象，有意識的突出研究主體，研究主要矛盾，忽略次要矛盾，剝離出物理問題的雜質，在大腦中建立起的一種理想化的模型，它忽略了原型中的次要因素，集中突出了問題中起主導作用的因素，摒棄了次要矛盾，突出了主要矛盾，是一種辯證唯物主義的哲學思想在解決物理問題中的應用，所以理想模型是對原型的簡化和純化，是原型的近似反映。從而使研究對象或者研究過程以某種理想化的純粹形態出現，以便準確而又簡明地揭示事物或現象的性質及其規律的方法。

2 物理學中理想化方法的形式

2.1 理想模型

是指在物理實體的基礎上，經過科學抽象而建立起來的一種研究客體的模型。如，近代物理中的絕對黑體、目前對黑洞的研究中對維度的假設；又如，質點、剛體、光滑面、彈簧振子、理想流體、理想氣體、點電荷等這些理想模型；還如，法拉第為了研究電磁學的方便，抽象出了電場線和磁感線，以其來近似代替該處的場強，這是一種理想模型法。也正是由于這些理想化的物理概念的引入才慢慢建立起正確性的物理規律。

2.2 理想過程

把自然界中事物復雜的運動過程理想化，得到簡單的理想過程。如，勻速運動、勻變速直線運動、自由落體運動、拋體運動、自由落體運動、簡諧振動、簡諧波、單擺、彈性碰撞、準靜態過程、絕熱過程等系列理想過程。

2.3 理想實驗

是一種形象思維與抽象思維相互作用的思維過程，借助于邏輯推理展開的實驗過程。如，伽利略在對力是否是維持物體運動的原因這個命題以馬車為研究對象，對地面進行不斷的潤滑直至沒有摩擦的推理，并得出慣性定律；又如愛因斯坦在用了理想化方法抽象出很多“火車”和“站臺”，做了很多“理想實驗”從而建立了相對論。

3 理想化方法的特點

3.1 理想化方法的特點之一是化繁雜為簡易

在我們遇到的自然界的事物問題中，幾乎沒有一個事物問題是由單一因素所決定的，但是如果一股腦不分主次地去研究會顯得很雜亂無章，混亂繁雜，但當我們使用理想化方法的解決思路，就會是問題化繁為簡，思路清晰明了。如，在研究地球的公轉時，地球的半徑為6千多公里，而地球距太陽1.4億多公里，地球距太陽的距離是地球本身半徑的2萬多倍，所以在研究地球公轉時，為了研究問題的方便將地球視為質點，達到化繁為簡的目的。

3.2 理想方法的特點之二是化抽象為形象

理想方法是一種抽象的過程，而建立起來后又是一種形象的狀態，如，在熱力學中，氣體從一個狀態變到另一個狀態，是很復雜的，很難處理的，因此我們引入了準靜態過程，把氣體中間經歷的狀態都視作平衡狀態，化抽象的變化過程為形象的無數個平衡狀態，實現化抽象為形象。使用理想方法后引入的概念是抽象的，但其對物理規律的解釋和物理框架的搭建又是形象的。

3.3 理想方法的特點之三是化假設為科學

理想化方法是將物體本身經過科學抽象而成為理想的研究對象，本身具有理想化的色彩，在現實中是無法實現的，是以假設為前提的。如，伽利略的“理想斜面”實驗就是利用用不斷減小斜面的傾斜角度至零，推導出不受力的物體將永遠保持原來的運動狀態的特性，即慣性定律。理想方法不僅要再現過去已經感知到的直觀形象，而且還要以先前已獲得的科學知識為依據，經過假設，推理，判斷等一系列邏輯上的嚴格論證，去建立一套新的模型。使之來源于現實，卻高于現實，具有科學性。而新理論是否正確是需要在實驗中去檢驗的，是一種假設為科學的方法。

3.4 理想化方法的特點之四化理想為實用

雖然理想化方法是一個抽象的思維方法，但其卻具有實用性的價值，因為其并沒有扭曲客觀世界，而是進一步去揭示客觀世界蘊含的內在規律，讓人們更加清楚的簡潔的認識客觀物質世界。而其建立起來的模型對問題的解決具有實用性。如，在研究做勻加速直線運動的物體的速度和位移情況，我們可將物體的運動過程理想化處理為加速度不變的直線運動，這樣處理大大地減小了物體運動的復雜過程，但也能直觀的描述物體運動的情況，具有實用性。

4 使用理想化方法的條件

運用理想化方法時必須清楚的明白哪些是主要因素，哪些是次要因素，影響問題的關鍵因素為主要因素，可忽略的因素為次要因素。其判斷的依據往往要視研究問題的情況而定。比如，在研究芭蕾舞演員的肢體運動情況時，則不能把其當做質點去處理，因為他本身的運動情況并不是次要因素，不能忽略不計；又如，在研究跑步的運動員跑步的位移情況時，則可以忽略他的肢體動作，理想化其為一個質點。

5 理想化方法的形式

5.1 物理條件的理想化

將事物進行理想化處理的方法之一便是對其條件的處理，如，在某些物理過程中摩擦力是可以忽略不計的，視作理想情況，在物體做自由落體運動時，我們可以忽略空氣阻力對物體運動的影響。

5.2 物理過程的理想化

事物的運動過程往往是復雜的，但我們可以根據需要去理想化其物理過程，如，在研究平拋運動時，我們忽略物體在空氣中所受到的阻力，認為拋體只受重力的作用，對物理過程的理想化處理使解決問題變得很簡潔。

5.3 物理作用力的理想化

當我們研究某些物理問題時，需要忽略一些在對該問題來說為不重要的作用力，如研究地球對衛星的萬有引力，可以不用關注其他天體對該衛星的作用力，因此其他天體對其的作用力此時就視為非重要的作用力。又如，研究分子間作用力，則可忽略分子間的萬有引力考慮分子間相互作用力。而有些摩擦力卻不能隨便忽略如，跑步的運動員，其摩擦力為動力，傳送帶傳送物體時的摩擦力也為動力，是不能忽略的，所以對摩擦力的忽略要視情況而定。

6 總結

可見理想模型具有抽象性、形象性、科學性和假設性等特點，所以在物理學研究中，建立理想化方法有利于發揮邏輯思維的作用，而且，理想模型又反映了一類事物的共同屬性，所以它也有利于我們認識客觀實物的內在規律性。它在物理學的發展中起著舉足輕重的作用。但并不是說任何理想模型都是一成不變的，不能認為放之四海而皆準，它們只是物理學發展過程的一個產物，隨著科學技術的發展以及新實驗新現象的發現，原有的理想模型不斷得到補充修正，有的甚至被否定。

參考文獻

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作者簡介

劉小琴（1994-），女，漢族，四川成都市人，碩士研究生，教育碩士，西華師范大學，研究方向：物理學科教學。