创造性思维与理想实验，本文主要内容关键词为：创造性思维论文,理想论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一
科学创造的主体运用创造性思维能力，在思想中用理想的客体代替现实的客体，遵循一定的逻辑规则，通过设想、推导、类比、论证，进而最终揭示事物本质的过程即理想实验。科学创造的主体在整个创造性思维的过程中，如果对思维客体进行科学抽象和概括而需要实验时，往往会受到科学技术条件和客体本身复杂性的限制，为揭示研究对象的规律和本质特征，必须充分发挥和利用创造性思维，借助理想实验，才能克服和弥补因客观的限制而带来的认识上的困难和思维上的空白，达到科学创造的目的。因此，理想实验作为进一步推进科学研究活动向深处发展的手段，是创造性思维的重要表征形式，在科学创造中它有着无比生动的内容和得天独厚的作用。
亚里士多德曾经断言：物体运动是由于外力的作用，当外力停止作用时，原来运动着的物体便归于静止。因此，物体的运动必须依靠外力来维持。亚里士多德的这个论断是从人们的日常生活经验中总结概括出来的。但是，直观的感觉经验并不一定就是真理。近代自然科学的创始人之一、意大利物理学家伽利略首先大胆怀疑了亚里士多德的论断。伽利略指出，单凭直觉的推理方法是靠不住的，它常常会导致错误的结论。他在思想上塑造了一个理想的实验过程，用令人信服的逻辑推理，推翻了亚里士多德貌似正确的虚假论断。
伽利略曾对物体沿斜面的运动作了多次细致的观察研究，他注意到，如果让一个小球从一个斜面上自由滚落，而它能够滚上第二个斜面并且所能达到的高度，同小球在第一个斜面上开始滚下的高度几乎相等。于是伽利略推想：如果斜面延伸下去，小球将无限地持续运动，不断加速，斜面越陡，滚动越快。假如小球不是在斜面上滚动，而是在小平面上滚动，那将会出现什么样的情形呢？伽利略进一步这样推论：物体沿平面的运动是无限的。如果小球是滚圆的、平面是光滑的，它们之间没有任何摩擦作用，甚至排除了空气阻力以及其它一切可能产生的外部影响或干扰，即小球在运动中不再受任何外力的作用时，它一旦开始运动后，就必定以恒定的速度，沿着原来的方向继续下去。由此，伽利略得出了作为经典力学支柱之一的惯性定律的原始表达形式，为近代力学的建立奠定了基础。
伽利略的理想实验告诉我们：科学实验是理想实验的依据和基础，而理想实验则是科学实验的补充和延伸；科学实验是一种创造性的实践活动，理想实验则是一种创造性的思维活动，是人类思维在认识和改造客观世界中创造性的表现。如同科学实验一样，理想实验的基本方法也是变异性，即必须对创造的环境和周围的条件加以有效的改造、限制和规定，其区别在于理想实验是在想象中操作模型时形成的。这就要求科学创造的主体必须借助一定的想象和逻辑运动从整体上创造出全新的思维客体、假想条件与情节。细言之就是：在一定的科学理论前提指导下，依据一定的逻辑规则，通过生动而深刻的想象作用，建构研究对象的理想模型——并根据同一原则而设想作用于模型的理想化条件，包括理想的“仪器”和“工具”——进而对理想模型和假想条件进行思想操作，即有目的有意识地进行创造性的变更或自由组合。显而易见，理想实验呈现的是一种立体化的结构和图景。
运用理想化方法进行理想实验或建立理想模型的过程，同时也就是运用辩证思维进行高度科学抽象的过程。科学史上许多重大的科学成果的取得，都是因为科学家成功地运用了理想实验的方法。如果说上文伽利略的理想实验还只是理想化方法的初级形式的话，那么爱因斯坦创立相对论的过程则可以说是理想化方法的深刻表征。
爱因斯坦的理想实验是这样设计的：当两道闪电同时射向一条东西方向的铁路轨道时，对于站在两道闪电正中铁道旁的张三来说，他看到的这两道闪电是同时发生的；但对于乘坐在一列由东向西高速行进的火车上正好经过张三对面的李四来说，他看到的这两道闪电并不是同时下击的。因为，李四以很高的速度向西方的闪电逼近，并远离东方的闪电，西方的闪电到达他眼里的时间要早一点。就是说，在静止着的张三看来是同时发生的闪电，在高速运动中的李四看来却是西方先亮东方后亮。由此，爱因斯坦进一步设想：如果这列火车以光速前进的话，那么列车上的李四将只能看到西方的一道电光，因为东方的那道闪光永远追不上他，以致无法看到。爱因斯坦通过这样的理想实验，提出了“同时性的相对性”这一科学概念，解决了狭义相对论中一个长期悬而未解的关键性问题。
爱因斯坦以他特有的高度的抽象和严密的思维，无可辩驳的得出了一个重要的结论：时间、空间是客观的、无限的，它们既有绝对性的一面，又有相对性的一面，是相对与绝对的对立统一。爱因斯坦的发现不仅为辩证唯物主义时空观基本原理的正确性，提供了最有力的科学根据，同时对牛顿力学体系中的绝对时空观也是一次决定性的冲击。可以说，相对论这一划时代的辉煌的科学成就，正是理想实验方法的生动表现和必然结果。
二
由上面的例子我们可以看到，理想实验的立体化结构中包含着必不可少的四个基本要素：实验主体、假想观测者、假想仪器设备和理想模型。
（一）实验主体。实验主体指的是现实的认识主体，即理想实验的设计和建构者，他按照一定的思维程序，运用已有的心理经验、语言材料和科学知识，通过联想、类比、猜测、推理等方式创造出假想客体的模型乃至假想仪器设备和假想观测者的形象。理想实验的主体实质上就是科学创造的主体，是理想实验的实际思维操作者，因而他理解自己每一步思维操作的目的、结果和意义。
（二）假想观测者。假想观测者是理想实验设计和建构者创造出的假想主体，是理想实验过程中的参与者和评介者。他一方面要执行理想实验设计和建构者的指令，一方面又提供一定的联想与类比的信息，从而调整和变更着实际设计和建构者原有的心理图式，以便有效地进行思想中的操作以引起假想客体的变化和运动。但必须说明的是，假想观测者不能摆脱或游离于实验主体之外，即是说他只能在理想实验实际设计和建构者控制下发挥自己的功能和作用，一旦离开了理想实验的主体，其存在是不可思议的。
（三）假想仪器设备。假想仪器设备是假想主体对假想客体进行理想变革的手段和方式，是联系假想主体和假想客体的中介，其基本功能在于充分显示和暴露假想客体的特质和规律，以实现假想主体对假想客体的有效把握，完成科学研究主体创造性思维的整个过程。然而，假想仪器设备作为理想实验过程中的理想材料，其视觉形象往往是模糊不清的，因为它们仅仅以实现自己的功能作为其存在的形式，并且往往和理想模型组成不可分割的整体，人们只能从假想客体的形象变化中意识到它们的存在。
（四）理想模型。理想模型是一种假想的客体，它能够充当被研究的事物，也可以说它是现实客体在人们思想中理想化的纯化的映象、变形和摹写，是现实客体由于自身复杂性与非直观性而无法直接研究时由实验主体所建构的思维对象。假想观测者和假想仪器设备依赖于理想模型，离开了理想模型，将无法实现假想观测者和假想仪器设备的作用，因为正是在假想主体运用仪器操作、干预和控制理想模型并使之逐步显现的过程中，才充分暴露了被研究事物的本质特征和相互联系的方式与规律。因此，通过大胆而深刻的想象而塑造不断运动变化的理想模型的形象，乃是理想实验最重要最关键的思维内容和思维过程。
理想模型既是理论科学的认识成果，同时又是科学创造的主体获得更高层次、更高抽象程度的科学认识的桥梁。它延长了人的感觉器官和思维器官，其功能和作用在于它能够代替客体，使对它的研究给我们提供有关这一客体的新信息。理想模型本身具有不同的层次和表现形式，从生动的假想形象到高度抽象的数学符号。可以说理想模型是整个理想实验过程的核心和基石，理想实验的成功与失败在很大程度上取决于理想模型的塑造和建构。
需要强调的是，理想模型的建立和理想实验的整个过程，自始至终离不开猜测和想象的参与。当然，科学创造活动与通常的猜谜和艺术活动不同，但是它确实需要大胆的猜测和丰富的想象。许多优秀的创造心理学研究者在分析创造个性的种种特征时，指出其中的一个显著的特征就是准备进行思想的冒险。大胆猜测，勇于发挥自己的创造性想象，是一种优秀的思维品质。
在科学史上，当某一学科处于萌芽、形成阶段时，被研究对象的内部结构和某些基本特征常为感官所不及，同时又受观察、探测手段和方式的局限与束缚。在这种情况下，只有借助于猜测和想象的作用，塑造出简单的理想模型，以作为进一步认识的条件和基础，才能达到科学研究的目的。例如在显微镜发明以前，人们对于动植物细胞的研究，最初只能建立一些原始的简单模型。在近代和现代科学中，有些学科虽有仪器设备可以借助，但仪器所显示的只是对象的部分现象或结构，并且往往具有细节上模糊不清的特点。这就需要直觉因素的参与，以弥补观测手段和逻辑分析之不足。依据直觉和逻辑的互补与相互渗透，人们就可以建立起较完备的能反映对象本质特征和规律的理想模型。如现代生物学的研究，目前虽已具备了电子显微镜、高速离心机、X光衍射仪等先进的实验、观察手段，然而对生命物质的微观结构和运动变化规律的探索仍需要借助猜测和想象而建立模型，从而取得科学创造的成果并推动科学认识的发展。DNA分子模型的创立过程也是这方面生动的科学案例。此外，对于微观和宇宙更深层次的对象，即使运用最先进的仪器也不能显示客体的哪怕是模糊的结构。这个时候，单靠严密的逻辑力量是微不足道的；相反，只有通过直觉建立起各种理想模型并使之不断完善，才能获得这些思维客体内部结构和运动变化的有关信息。
众所周知，美学家把原子模型作为科学的象征画在宣传画上，鼓舞人们向科学进军，因为正是原子模型把人们带入了微观世界，开拓了原子核物理学这一崭新的领域。然而，人们往往赞叹卢瑟福建立原子模型的杰出的科学成就，却有意无意地忽略了他取得这一科学成就的研究方法和过程。令人回味的是，原子模型既不是实际实验观测的直接结果，也不是以往原子理论逻辑发展的直接产物，而是运用理想实验的方法，在计算基础上运用大胆猜测和创造性想象以及形象类比的作用塑造出来的。
1895年，德国的伦琴发现了X射线；1896年，法国科学家贝克勒尔发现了铀的天然放射性；1897年，英国卡文迪许实验室主任汤姆逊发现了电子。这些新发现，对卢瑟福来说，犹如在平静的湖面上投入了一块巨石，他敏感地意识到摆在物理学面前的最重要最有意义的工作，乃是搞清原子的内部结构，一旦这个问题得到解决，将会给整个物理学带来突破性的进展。于是，卢瑟福按照他的战略目标——攻克原子结构，对铀的放射性进行了卓有成效的研究。他分别给这几种射线取名为α射线、β射线和γ射线。
随后，卢瑟福正是运用α粒子这颗“炮弹”，轰开了原子结构的“大门”。他这样设想：如果原子真的是汤姆逊的“葡萄干蛋糕”即“布丁”模型，那么这样大质量的α粒子毫无疑问地要穿过“靶”而笔直前进。他用α粒子反复“轰击”金属箔上的原子。但是，实际结果却出现了汤姆逊模型无法解释的“怪现象”：虽然绝大部分的α粒子穿过金属靶飞走了，但极个别的却被“靶”反弹回来，落在了事先准备的荧光屏上。于是卢瑟福脑际间出现了一幅崭新的原子图景。他想：“弹回”即大角度散射的α粒子如此稀少，且速度与“射击”时相等，这不正像子弹打在散落在茫茫草原中的核桃上又被弹回来一样吗？他非常兴奋地写道：我发现了一个小太阳。
建立原子模型，离不开科学抽象的方法，但只靠科学抽象的方法却建立不起原子的结构模型来。因为科学抽象是在实践的基础之上，提取出事物内部的本质联系，使更高一层次的理论——原子结构模型，建立在它的基础之上。然而，在科学抽象和原子结构模型之间还有一条鸿沟，因为原子核和电子及其它微粒子，既看不见又摸不着，它们到底以什么样的方式结合在一起是一般实验手段所不能直接解决的。因此，单纯依靠科学抽象方法是不能解决问题的。把实验、科学抽象和原子结构模型联系起来的桥梁就只能是创造性的想象力和假说的方法。假说是根据已经掌握的科学原理、科学事实，经过一系列理论思维的加工，对未知自然现象及其规律性提出一个假定性的解释。任何一种假说都具有某种猜度和推测性质，它的提出必须依靠创造性的想象力才能完成。创造性想象力在把握被直接感知的经验材料之上，通过设想、构思进而把握那些不能为人们直接感知的事物内部运动的机理。
卢瑟福正是通过他创造性的想象力，在实际实验的基础上大胆运用理想化的方法，把原子结构模型联系起来，从而推动了原子结构理论的发展。1911年，当卢瑟福从α粒子散射实验中得出，原子内包含着一个带有正电荷的硬核——原子核的结论时，他借助大胆的猜测和丰富的创造性想象，立即联想到太阳系结构模型，随后他把原子结构类比太阳系结构模型，认为原子核就像是太阳，在原子的中心，电子就像是行星，围绕着原子核运转，——这是多么生动而深刻的理想化方法！经过十余年的努力，卢瑟福终于提出了“太阳系”式的原子结构模型，在人类科学史上创造了奇迹。
三
在一定的意义上说，理想模型的塑造和理想实验的完成，猜测和想象的成份越大，发现和创造的潜力和机会便越多；与此同时，失败的可能和验证的代价也便越多。我们强调猜测和想象等直觉因素在理想化方法中的地位和功能，决不意味着否定和排斥逻辑因素的作用。可以说，直觉与逻辑是科学研究的两翼，在创造性思维过程中，它们相互补充和映衬，二者是辩证的统一。因此，理想实验中的直觉因素决不能完全摆脱逻辑力量的制约，否则，就可能误入科学的歧途。理想实验的设计和构思过程也绝非是猜测和想象等直觉因素单独起作用的结果，其中还有逻辑运动的规范和统摄作用。伽利略的斜面小球理想实验是以能量原理的原始形式为逻辑前提的。这个原理可以表述为：“物体在下落过程中所达到的速度能够使它跳回到原来的高度，但不会更高。”而爱因斯坦引进“同时性的相对性”的理想实验的明显的逻辑支点是光速的有限性。
在理想实验中，逻辑是猜测和想象的守护神，理性与直觉必须双管齐下。科学创造活动的本质在于探索未知领域，但它绝非是没有任何先入之见的单纯而孤立的探索。在创造性思维过程中，虽然逻辑的东西不能预先告诉人们在猜测和想象中一定要使用哪些表象，但当众多经验表象出现在脑海中时，科学创造的主体会下意识地拒绝那些明显违反经验事实或同科学规律完全对立的表象进入直觉的形象运动之中。正是抽象思维与形象思维的互补、逻辑因素与直觉因素的交互作用，才使理想实验中构想的形象及其运动变化图景能联系成完整的统一体，并从中得出合理的结论。
理想实验对于科学研究具有十分明显的作用和意义。不言而喻，创造性思维的对象及其特性和过程是复杂的，由于各种因素互相交织，往往把事物的本质掩盖起来。运用理想实验的方法，可以在一定场合一定条件下，把实际事物当作理想形态来处理，把复杂的实际过程加以简化和纯化，舍去次要因素，把握必然联系，从而揭示创造性思维对象的运动规律及其本质。此其一。
其二，理想实验能够有效地超越现有科学条件和研究环境的限制，揭示研究的方向。由于在建立理想客体的过程中，对现实事物的各种因素和现象进行了一番去粗取精、由表及里的过程，突出了事物的主要特征，因而使人们更便于发挥思维的能动作用和创造功能，提出新颖的科学命题，揭示研究的目标。毋庸置疑，理想实验能够相对地使时间变慢或加快，使空间相对地缩小或扩大，其神奇力量不啻反映在科学创造的主体能够摆脱思维研究对象在时间和空间上的束缚，而且生动地体现在思维研究对象能够超越其自身在时间和空间上的制约，这是任何思维方式和手段所无法媲美的。先进的仪器设备，现代化的实验室，对一些尖端科学难题的解决有时是无济于事的，这就要求科学创造者必须在高层次上良好地运用理想实验的方法，通过中间媒介，开拓思路，有效地保持思维的变通性、转移性、随机性、跨越性、凝缩性、反常性等状态，不受时空及其科学条件的限制，排除主体与客体两方面的不利因素，直接或间接地控制创造性思维的对象，使其产生相对的质变或具有生动意义的量变，不断地促进和推动思维对象朝着预定的目标运动和转化，从而采撷丰硕的创造性思维成果。