模型在物理學理論形成中的意義探討

涂祖瑞

摘要：本文重點研究了模型和物理學理論之間的關系，并且提出了模型在物理學理論發展中所占據的意義。

關鍵詞：模型；物理學理論；意義

引言：

物理學是研究物質運動最一般規律和物質基本結構的學科，但是物理規律都是比較復雜的，所以要通過構建模型的方式來進行物理學的研究。物理模型在物理學理論的發展過程中有著不可替代的作用，是推動物理學理論發展的主要因素。

一、物理學發展過程就是建立模型的過程

物理學研究中，大到星球宇宙，小到原子分子都需要模型的輔助才能夠進行準確的分析研究，所以模型在物理學的發展中有著重要的地位。如果沒有掌握模型的構建方法，就不能夠真正做到對物理的理解和運用，所以物理學的發展過程就是建立模型的過程。具象化的物理模型能夠輕易的將不可觀測的微觀機理轉換為形象的圖形和數據，將其所有的發展歷程都清晰的表現出來，方便人們進行研究。所以在進行物理學研究時，可以將模型整體的帶入到思維中去，將抽象的概念和研究理論替換成模型數據，對物理機理進行直觀的感受。錢學森曾經說過：“模型就是通過我們對問題現象的分解，利用研究得來的機理，運用一切主觀因素，省去非主要因素所制造的一幅畫，是形象化了的自然現象”。從這句話上就可以看出，模型對研究物理學理論的重要性，同時能對自然現象進行形象化的物理模型就是一種探索工具，是人們在研究過程中所創造出的階段性的科學成果，既起到了探索知識的目的，又能夠推動物理學理論的發展[1]。

二、模型搭建了現象到理論的橋梁

物理模型都是理想模型，是為了方便研究所建立的抽象客體，是誕生于理想系統和狀態的模型。能夠很好的幫助人們對現實規律進行有效的了解，在實際的科學研究中，大部分人的大部分時間都是利用理想客體和理想系統來進行物理學研究，理想客體是對現實客體的抽象化簡化，它通過夸張和強調客體的一部分特點并舍棄一部分的特點來實現規律的探索。而理想系統的誕生是基于對經驗問題的研究，使用抽象的方法將現實系統進行簡約，它可以有效的降低解題的難度。而抽象方法的使用可以通過兩種途徑：第一種是直接將現實系統的組成條件運用抽象方法來轉化為理想客體；另一種是運用假設原則來將現實系統中存在的難以實現的技術方法排除掉，將剩下的簡單、明確的因素進行整合，從而得到理想系統。通過對理想客體和理想系統的運用來搭建物理模型，可以有效的進行物理學研究，將現象和理論進行聯動，搭建了實用的橋梁，讓人們完成了從現象到理論的過渡，全方位的加快了物理學理論的步伐。

三、模型的發展擴大了人們的認知

模型的發展極大程度上擴大了人們的認知范圍，加深了人們對世界規律的探索。比如質點模型，質點模型是用一個具備同樣質量但缺乏大小和形狀的點來對實物進行取代，這是對實際物體的抽象運用。任何的實物都是有大小、形狀和質量的，這些特點糅合在一起對物體的位置研究和運動研究時帶來了很大的阻礙，但是如果使用模型來進行研究，就可以將物體假定在一個廣大的空間中，讓物體的線度小于空間的線度，這時形狀和大小的特點就會被排除，只保留物體質量和空間占位，從而實現研究。質點模型的誕生對物理學研究起到了極大的推進作用，加快了物理學研究的腳步，擴大了人們對世界的規律的認知。具有相同效果的模型還有牛頓的時空模型，對空間的研究有著極大的幫助，但是在之后的科學發展中發現了該模型的局限性，影響了對時空規律的研究，所以在麥克斯韋和愛因斯坦等科學家的努力下，構建了全新的相對論模型，讓其在宏觀和微觀的研究領域中起到了關鍵的作用，完善了物理學理論的發展道路。

四、模型推動了物理學理論的發展

物理模型能夠有力的推動物理學理論的發展，使人們探索規律的腳步從未停止，比如在16世紀時人們發現了一種最小的粒子，稱其為原子，原子是一種能保持化學性質的最小單位，不停的在做無規則的運動。而第一個原子模型是約翰·道爾頓提出的道爾頓實心球模型[2]。但是隨著研究的深入，發現了原子是由電子、質子和中子構成的，為了解釋原子的電中性，湯姆遜構造了葡萄干蛋糕模型，他提出電子是平均分布在原子上的，在受到刺激的情況下，電子會離開原子產生陰極射線。該種模型的構造對研究規律起到的至關重要的作用，之后湯姆遜的學生利用α粒子來轟擊金箔進行實驗，證實了原子的核模型，完善了原子結構的研究，被譽為原子物理學之父。在之后，波爾提出了電子不是隨意的占據原子核周圍的，并在行星模型的基礎上進行了實驗，構建了玻爾原子結構模型。再之后還出現了索末菲的量子力學和原子物理學、烏倫背和高德密特的電子自旋模型和薛定諤模型等，這些模型的誕生完美的見證了物理學理論的發展歷程，推動了物理學理論的發展，為研究規律做出了巨大的貢獻。

五、模型成為了物理學理論的載體

物理模型自誕生以來實現了現象到理論的過度，奠定了物理學理論的研究基礎，為物理學理論的傳播提供了有利的幫助并將模型的應用擴大到了物理學中的每個學科。產生了極大的影響力、同時物理模型也能夠對理論進行有效的驗證，成為了物理訊理論必不可少的載體，全面的實現了科學性和假定性的統一、抽象性與形象性的統一，成為了物理學的理想化方法之一，推動著物理學理論發展。

結論：

綜上所述，物理模型在物理學理論的發展中占據了極其重要的地位，模型的構建能夠有效的幫助人們總結物理規律，實現了對世界的探索，還幫助人們構建了科學體系，推動了社會的發展。

參考文獻：

[1]羅先舉.物理模型在物理學及其發展中的重要性[J].中學課程輔導（教學研究），2015 （17）：35.

[2]陳朝峰，汪穎.淺談模型在物理學理論形成中的意義[J].科技廣場，2012 （10）：243-245.