好 下面我们讲第三节
以形象思维为主的有关方法
第一还是形象思维的定义
形象思维是人脑主要借助于形象
所实现的对客观事物间接的概括的反应
显然这里的形象有一定的抽象性
它是通过想象而神与物游
当然要理解这个定义
我们还要看一看形象思维
用的比较多的这一些方法
首先一个方法就是思想实验方法
思想实验最简单的理解就是
在脑子里边做实验
如果给它下个定义
可以这样
人们在思维中
按照真实的实验格式展开的
通过想象假想主体
运用假想的仪器设备
干预变革假想客体而形成的一种
形象推理过程
那么设计思想实验大概需要三个条件
一是以真实的实验
或人的物质活动为基础
二是在思维中塑造理想的条件
和理想过程
三是要有抽象思维的帮助
那么下面我们可以举一些
比较有代表性的思想实验的例子
比如说第一个我们可以说
伽利略否定重物先落地的思想实验
斜坡实验
前面我们说了如果是重物先落地
那么把轻重球绑到一块会怎么样
那你脑子里面就开始做实验了
一方面绑到一块
当然它比单独的一个重球它会更重
所以绑到一块的这两个球
应该先落地
但是你还可以进一步在脑子里边想
在下落的过程当中
轻的球不断地拽着那重的球
不让种球落得太快
那么这样你得到的结果是绑到一块的球
比单独的一个重球落的要慢
当然你进一步得出结论
轻重的球同时落地
这样就解决了这个悖论
再有伽利略的斜坡实验
因为它早期的斜坡实验
是来验证自由落体的
但是后来他在这个基础上
因为做斜坡实验
它让小球在斜坡上滚动
但是不能让它永远滚下去
所以它旁边放一个挡板
挡着他不让它跑太远
他后来就做思想实验
他发现挡板角球高度要到起始的
这样一个斜坡的高度
小球到挡板的高度差不多同样的高
但是如果挡板把它变平会怎么样
因为变平以后小球
永远达不到它原来起始的高度
这样小球不就可以永远运动下去吗
由此伽利略就得到了惯性定律
就是小球可以永远运动下去
当然最典型的例子
是爱因斯坦的火车思想实验
和升降机思想实验
火车思想实验就是想象一下
匀速运动的火车
看站在这个火车中间上的人
看这个火车的两头灯光
如果火车上的人看到
前后两边的灯光同时亮了
那么正好站在地面上的人
也站在火车的中间
他就会发现火车的后车厢的灯光是先亮的
那么这样火车上的人跟地面上的人
同时性就不一样
所以同时性具有相对性
这就是爱因斯坦的狭义相对论
升降机思想实验
就是让你想象在电梯里边
站电梯里边当然你感觉大腿上有重量
如果在这个时候给你去掉地球的引力
然后电梯以重力加速度
相反的方向向上走
你的感觉和没有去掉引力的感觉
是否不一样
你的感觉应该是一样的
所以这样就得出惯性质量等于引力质量
惯性立场等于引力场
这个就是广义相对论的实验
类似的实验
还有麦克斯韦妖的思想实验
海森堡的显微镜思想实验等等
这些思想实验都是以形象思维为主
但是这个过程当中渗透了抽象的逻辑
那么在前面这个定义里边
我们还用了一个概念就是形象思维
它要形象推理
就是运用形象思维
然后进行推理就是说曾形象推理
按照客观世界真实的物质运动状态
来进行想象
实际上你是在进行推理
就是形象推理
跟归纳推理不完全一样
归纳推理可以抛开具体的事物进行推理
但是形象推理这个思想实验
你显然不能抛开它的形象进行思考
或者进行推理
总之思想实验它运用形象思维
特别是在这个过程当中
你有感性的特征
所以按照着名科学哲学家库恩的观点
就是说在做思想实验的时候
由于按照真实的实验格式展开
那么这样的思想实验就可以有感性特征
能够运用已有的知识
或者为运用已有的知识提供了机会
最关键通过这个过程
我们可以得到一些新的东西
那么思想实验它的优点
那就是可以克服物质条件的限制
发挥理论思维的作用
在科学探索中很重要
再有一类运用形象思维的就叫
思想模型方法 给它下个定义
可以这样理解
通过思想模型来研究圆形的结构
和性能的方法
那么这种方法可以分为两个部分
一是要根据圆形的这样的性质
来建立思想模型
二是根据思想模型研究原型的结构和功能
它的特点是微观的东西宏观化
抽象的东西形象化
这个例子很多
比如说碳的正四面体结构
但是你怎么样得到它这正四面体结构
当然需要你的想象
再有典型的就是原子结构
就是原子里边有电子
但电子是怎么样在原子里边
那么这就出现了原子结构问题
早期就是葡萄干面包模型
那需要想象
就好像电子像葡萄干一样
镶嵌在面包上
是这样的结构
那后来我们知道卢瑟福的研究发现
在原子里边有特别坚硬的位置
所以他就提出了原子核这样一个概念
那如果有原子核再有电子
那进一步它就提出了行星模型
那就像电子就像行星一样
围绕着原子核运动
行星围绕太阳运动
那么电子围绕着原子核运动
其他的例子还很多
比如说环己烷的船式结构和椅式结构
沃森克里克的DNA双螺旋结构的发现
这些发现的过程
我们可以看到
他都用了思想模型
再有理想模型也是一种思想模型
那举个例子就是金属胡须
金属胡须就是一种理想的金属晶体
比如说铁 铁元素如果是周期性的排列
排列以后会怎么样
这就是理想晶体
铁原子周期性的排列
它会怎么样
这种理想模型我们就可以用量子力学
来计算
它计算的结果
它的硬度比现有的最硬的钢铁还要硬
还要高1000多倍
那么这个计算结果
对冶金学家就非常有用
所以以后钢铁的发展出路
就使铁元素怎么样更规则的排列
排列越规则金属的强度就越大
所以后来就造出了金属胡须
这个所谓金属胡须
那就是金属的元素周期性的排列
那么这样得到的结果就是说
很细的金属丝吊起一两吨重的重物
但不断
所以这个硬度非常强
这个就是通过理想模型进一步得出的
再一种方法运用形象思维的
叫图像化方法
它的定义可以这样理解
就是把研究对象形象化
把各种复杂的关系制成图表
给人与直觉形象的印象
如果只是这样做
就可以称它为图像化方法
那么图像化方法在科研中
它有很重要的作用
可以分两方面来理解
一方面就是直觉图像化
也就是通过想象联想把研究对象形象化
从而揭示物质世界的图景和本质
比如说当年法拉第提出磁力线
但究究竟磁力线什么样他也不知道
但他可以想象
然后他在这个基础上又提出电力线
进一步他发现电与磁相互作用
他进一步又提出了电磁力线
总之法拉第这些立线的概念直接形象化
所以这样使我们对电磁理解更深入了
当然用的更多的实际上是间接图像化
间接图像化就是
根据一定的规则制成图表
使复杂的事物及其相互关系
形象清晰鲜明地展现在人们面前
便于比较认识事物及相互关系
这个在我们科研工作中
甚至在我们一般的写报告文章当中
我们都用的
所以现在有一个说法就是
能用图的不用表
能用表的不用文字
所以也就是图和表比用文字
能表达更多的信息
再举个例子就是
卡诺循环的认识和熵概念的提出
那么这样你就用了间接图像化的方法
我们知道这个过程
最早法国的科学家卡诺
他提出了理想热机这个概念
但是这个概念提出以后
人们还没有彻底的理解
后来又过了些年
1834年也是法国人克拉贝龙
就把理想热机他的这么一种思想
画到一个叫做pv图上
然后进一步分解理想热机的过程
然后形成循环
那么这样就有克拉贝龙的几何画（音）
那这个图形
对于理解理想热机起了非常大的作用
在图形的基础上进一步的发展
进一步对一般的过程
在pv图可以画一个圆圈
然后用 Pv图对圆圈进行切割
然后对它再进行积分
那就得出了熵与热力学的过程
这个就是卡诺循环
那么就得到了理想热机和熵增原理
总之如果没有克拉贝龙这种几何画
那么我们很难把卡诺的这种理想热机
和熵增原理建立起内在的这种关联
总结一下
那么形象思维它实际上渗透到
许多科学方法和科学过程当中
比如说牛顿从苹果落地
他的思维的翅膀
飞到的月亮上
最后提出了万有引力定律
当年德国人魏格纳
他提出大陆漂移说
他提出的过程
就说他是一次在医院里边
是看病躺在病床上
病床的旁边正好有个世界地图
他看到非洲的西海岸和南北的东海岸
好像是一张撕开的这样的纸
可以重合起来
那么他的想象的翅膀就飞到了大西洋上
当然他就想象了大陆漂移说
再有门捷列夫
用玩纸牌的方法发现元素周期律
这个也用了形象思维
门捷列夫做研究有一个习惯
他把各种元素的物理性质
化学性质
写到一个卡片上
然后每一种元素做一个卡片
然后不断地摆
最后摆出了元素周期内
那这个方法也是运用了形象思维
德国化学家凯库勒在梦幻中
把碳链幻化为蛇
从舌头咬住舌尾这样一种梦幻中
得到了苯它是环状结构
这也是可以看到形象思维的作用
总之形象思维是渗透到
许多科学方法和科学的过程当中
并在其中起作用
所以我们第5点我认为要说的
是自觉发挥形象思维的作用
那么怎么样自觉发挥
第一点要有广博的知识和经验表象
因为形象思维要想象
要联想 要形象类比
那这样就需要有广博的知识和经验
举例子就是凯库勒结构化学的奠基人
但是他早年大学期间他学的是建筑学
但他最终没有建大楼
但是他建了微观的分子结构
那么我们可以想象它建筑学
培养它的空间结构这样一种想象力
对它的微观的分子结构的构建
它起了作用
再有爱因斯坦
他是形象思维的这样的大师
当然他也是抽象思维的大师
那么他的这种思维能力可能有人说
跟他特别喜爱经典的音乐有关
因为他一生的爱好就是拉小提琴
当然他拉的都是欧洲的古典的音乐
总之后来有研究就证明
这样的音乐可以激发你的人的想象力
再一点就是要养成对知识
进行形象加工这样的习惯
这样能激发想象力
比如在《科学研究的艺术》
这本书当中
麦克斯韦就有把这问题
具体化的习惯
因为把问题具体化了
特别是抽象的问题具体化
那你才能够更好地运用形象思维
法拉第的电磁力线也是这种情况
总之要勤于思考和想象
养成对知识进行形象加工的习惯
需要说的一点就是
学习过程跟创造过程不同
按照着名哲学家库恩的观点
我们人的创造的过程
它是这样子的从问题出发
然后发散式思维
发散式思维就需要你想象
然后你就需要收敛式思维
你想象可能有多种思路
但你哪种思路
对 你不能永远这样想象下去
你还需要收敛式思维
收敛式思维就是要对你
前面的发散思维进行分析批判
在这个基础上进一步
就得出这个方案模型或者假说
总之你提出问题和发散式思维
都需要想象力
这样很多科学家学者
都有这样的说法
就是怎么样发挥想象力
就是脑子当中经常装几个问题
像牛顿 爱因斯坦
包括马克思都有这样的习惯
那马克思甚至他提出一个重要的观点
他把思维当作人生的最大幸福
当然恩格斯有进一步的观点
恩格斯是把思维当做
宇宙中最美丽的花朵
恩格斯是从宇宙进化的角度来说思维的
就是思维是宇宙中最美丽的花朵
当然马克思是从人生观的角度
就把思维当作人生的最大幸福
总体来讲你要脑子里边装几个问题
有事没事的时候多想一想
有的时候会有新的成果
总体来说可以这样概括
如果把事实比作空气
思维比作翅膀
那么抽象思维和形象思维
各是翅膀的一翼
人们只有驾着双翼
才能在科学的太空中飞翔