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科科都得100分的“神童”是得不到诺贝尔奖的! ……要得诺贝尔奖，必须创新。但创新不等于对知识的占有而在于对知识的追求，不等于满足于善于解决问题而更重要在于提出问题。所以，要得诺贝尔奖应突出两个“更重要”：提出问题比解决问题更重要，对真理的追求比对真理的占有更重要。然而，科科都得100分往往过于唯书、唯上，往往过于偏重对知识的占有。下面让我们回顾麥克斯威创造性的精神和伟大成就，对我们……一定有所帮助和启示。 …… 爱因斯坦、麥克斯威都是历史上最伟大的科学家，爱因斯坦的相对论掀起了第一次科学革命，把统治了300多年的牛顿定律从宏观推向了宇观，牛顿定律成了相对论的特例。麥克斯威的电磁理论是19世纪科学史上一次科学革命，用4个方程组成的一个联立方程组，总结了法拉第以前所有科学家关于电与磁的研究成果，预言了当今火爆的电讯事业_电磁波的存在。爱因斯坦和麥克斯威都有一个共同的特点，就是“卓越的创造性思维，高超的抽象数学方法”。今天再回顾他们的伟大成就，对我们……一定有所帮助和启示。 1.5.1、麥克斯威创造性的思维 麦克斯威是自牛顿以来最伟大的数学物理学家。他创立的麦克斯威电磁理论以严密优美而简洁的一组数学公式，总结了从奥斯特到法拉弟等科学家的工作，惊人地把电荷、电流、电场和磁场之间的关系统一起来，突破了传统的观念，揭示了电磁现象的本质，预言了电磁波，是十九世纪科学史上的一次革命，是自牛顿总结三大定律以来自然科学发展中的又一次重大的综合。麦克斯威电磁理论创立的过程，是麦克斯威创造性活动的过程，是麦克斯威创造性思维的新奇性、独特性、疑问性、现实性和协调性的产物，是自然科学史上科学家们创造性思维的典范。 思维的新奇性 麦克斯威创造性思维的第一个特点是思维的新奇性，就是说具有高度创造能力的麦克斯威具有“偏离”社会“常模”的思路和行动，具有大胆而可贵的探索精神，敢于对传统思想进行批判和挑战。这种新奇性，早在麦克斯威的青年时代就表现得十分充分。 在麦克斯威的学生时代，对电磁相互作用的理论解释存在着两种根本对立的观点:一种是超距作用学说，另一种是媒递学说。随着科学技术的不断发展，“超距作用”的观点越来越引起了一些实验物理学家们的反对，法拉第就是一位杰出的代表。他从大量的电磁现象和电磁转化的实验事实出发，大胆的提出了“力线”的观念。他认为，电荷或磁极周围的空间不是虚无飘渺的，而是布满了向各个方向发散的“力线”，电荷或磁极就是“力线”的起点，这些“力线”从一电荷（磁极）到另一电荷（磁极），连续不断。他还认为，这些“力线”不只是几何的，同时具有物理的性质，他首次提出了 “力场”的观念，把布满磁力线的空间称为磁场，电磁相互作用的实质是它们周围的场之间的“近距离”的相互作用，磁力就是通过连续的场传递的。可是，在当时对法拉第提出“场”的概念几乎所有物理学家都认为是离经叛道的异想天开，他的思想整整被冷落了二十几个春秋。就在这时，法拉弟的思想被当时剑桥大学的研究生麦克斯威所捍卫并在沉默中得到了新生。麦克斯威出生在一个学者家庭，从小在父亲的影响下不仅酷爱数学，而且对哲学十分感兴趣，他对笛卡尔、康德等人的哲学著作颇有研究，对康德自然力统一的辩证思维尤感兴趣，对威廉·汉密尔顿、福布斯等逻辑学家、自然哲学家严谨的逻辑、辩证的思维、渊博的知识十分崇敬，这些都为他接受而不盲从、继承而不迷信法拉弟的思想奠定了良好的哲学思想的基础。在大学时，麦克斯威就被法拉弟的《电学实验研究》这一光辉著作所吸引，大学毕业以后正值电磁相互作用两种对立的学说争论不休的年月，摆在麦克斯威面前的任务就是寻找对电磁相互作用的正确解释。他不迷信权威，不拘泥旧说，敢于触犯统治着物理学界的牛顿“超距作用”的传统，做一个“不顺从者”，成为媒递学派的信徒。但是，他又善于独立思考，决不盲从，他善于超越固定的、传统的认知方式，而独出心裁地综合复杂环境的诸因素，产生一种新颖的不同凡响的独特思维方式。他对两派的观点和文章都进行了客观的全面的分析，他发现法拉弟的思考线索与泊松、韦伯等人绘出的电磁定律的数学公式本身并不矛盾，于是他决心寻求共同的闪光点。麦克斯威始终坚持着一个信念_自然界在本质上是统一而和谐的，因此他决心用统一的自然观，用一切从物理实质和现象本质出发来研究问题，并作为他探索自然规律最基本的出发点，这正是麦克斯韦创造性思维新奇性的集中表现。 思维的独特性 麦克斯威是法拉第事业的继承者和开拓者。但是他们在性格、气质和思维方式、研究方法等方面都截然不同，在物理学史上产生了一起非凡的“互补效应”。 法拉第活泼和蔼，麦克斯威严肃辛辣；法拉第善于演讲，麦克斯威讲演不受欢迎；法拉第专于实验研究，麦克斯威精于理论概括。尤其在数学上，这两位科学“巨匠”更成了非凡的一对。法拉第出身贫寒，一直没有受过专门的教育，但他长于实验研究，对数学十分陌生，在他的巨著《电的实验研究》中，通篇找不到一个数学公式。可是，麦克斯威精于数学研究，从小便有“少年数学家”的称号，在剑桥大学读书时得到最有名望的数学家翟波全斯、威廉·得姆生、斯托克的指教，很快成为一位有名的青年数学家，特别是成为一位数学物理学家而不是抽象的数学家。他最独特的之处在于每当他用数学这个“人类第二语言”作为研究工具的时候，他总是注意把握物理的概念，最善于从物理到数学、从数学到物理，综合运用，有机结合，由于麦克斯威比其他科学家更善于运用这种“物理—数学—物理”的数学模型的方法，便很快地从“两军对战”之中找到定量化的闪光点，找到把法拉第思想数学化的科研题目，这就是麦克斯威创造出性思维的独特性的表现，也是他成功地筑起电磁理论大厦的秘诀 1854年，他谈到法拉第的《电的实验研究》一书，由于他有非凡的洞察力和独特的数理思维方法，一眼就看出了的“力线”和“场”思想的真实意义，并选定“力线”思想作为自己使用数学方法研究电磁现象的起点，弥补法拉弟的不足。首先，他仿效W·汤姆生的力学类比方法，提出了一系列的比喻；把电、磁传播比喻成水源，把“力线”看成导管（力管），把水源的速度看作是电量、磁量，把开始和结尾的水压差当成电压，……就这样循着流体力学的思想定性地设计出一个“力线”的流体动力模型。然后，用数学的方法完成法拉第“力线”概念数学“翻译”的工作。在这方面对他影响和启发最大的是爱尔兰数学家哈密顿创立的矢量和运算计算法。哈密顿是英国仅次于牛顿的最伟大的数学家，在研究复数概念时，他发现了一个新的数_四元素，当微分算子
※ 这个四元素的实数部分（除去负号﹚即为 思维的疑问性 麦克斯威创造性思维的另一特点是善于提出问题，具有发现和提出一般人难以想到的问题的能力，这与那些漫不经心，对奇妙现象不惊奇，不感奋_真理常常从他们眼皮底下溜走的人，是一个鲜明的对照。 1860年，麦克斯威在与法拉第于伦敦见面以后，决定在用数学解释法拉笫学说的基础上，继续利用数学去突破和超越前人的成就。首先，他用力学的观点来检验磁学现象，在“力线”的流体动力学模型中，他曾把电、磁传播比成水流，但当他怀着问题进一步思考时，发现用水的流动不能完全比喻电和磁的现象。如果把一个圈移近或移开另一个有电流流动的线圈，那么在这个线圈中就会发生电流。这种现象，用导管中流动的水就不能说明。电流产生磁场，磁场的变化产生电流的电磁感应现象，用水的流动也是说明不了的。因此，为了说明这种现象，他又进行了新的比喻，提出了新的假设。他设想磁场是一些小的“旋涡分子”的集合，涡旋充满了磁场所占据的空间。这时，如果把所谓“磁力管筒_很细的回转圆筒的切口比喻成齿轮，当诸齿轮向相同方面转动时，在两个齿轮之间加一个“惰轮”（即没有固定轴的“微粒子”），那么这些“惰轮”就会像蒸汽机调节器中的滚动轴承一样流动，这时就可以把这些“微粒子”的流动当作电流的流动，当微粒子流动时，齿轮就转动产生磁。这就是麦克斯韦提出的齿轮模型，定性地说明了电磁感应。1861年他在此基础上提出了一个重要的假设，即假设变化的磁场在其周围发出一种感应电流，或者叫涡旋电流。显然这比法拉弟的“磁体运动产生电流”又进了一步，麦克斯威把磁体运动推广到了变化的磁场，把产生电流推广到了产生电场”。 麦克斯威这一延伸推广的工作并未结束。因为早在1862年以前，即发现电流的磁效应后的40年，一个传统观念一直禁锢着人们的头脑，认为只有流过导线（或导体）的传导电流才能产生磁场，或者说当离开了金属导线或导体就不可能出现由电流引起的磁场。但是麦克斯威遇事总善于问个为什么？他怀着疑问重新审定了齿轮模型。他认为，齿轮模型中的电微粒还有新的效用。电在绝缘体中之所以不能流动，是因为这个微粒子不能自由流动_那怕它仍受到电的影响，但是如果一旦改变了绝缘体的种类，则电容器中积存的电容量就不同，这样自由流动的微粒子将以规定的位置为中心而发生振动，产生位移（变动了位置）。麦克斯威把电微粒子的这种因位置的变动而产生的电流称为绝缘体的位移电流。于是，麦克斯韦又大胆地提出了第二个假设：变化的电场除了传导电流外，还存在着“位移电流”。位移电流在它周围空间产生磁场，这种磁场的值和等值的传导电流所产生的磁场完全相同。后来，麦克斯韦又从安培环流定律是否适用迅变磁场（高频迅变电流的磁场）以及讨论安培定律与电流连续性定律之间的矛盾找到
其中，D为电位移矢量，J为位移电流密度。 这两个假设的提出，是麦克斯威创立电磁理论的关键，也是他具有强烈的好奇心，敏锐的观察力和善于提出问题的结果。 思维的现实性 想象的新奇、独特的思考中的疑问，不一定都是创造力的表现。因为这种想象和疑问也可能是违背客观规律和社会文化需要的胡思乱想。所以科学的创造性活动既需要大胆的想象和疑问，又需要现实定向。即是说，创造性思维具有现实性，它要求创造者在想象、疑问和现实之间进行有效的自由“反馈”调节，既能凭感情奔放，又能不丧失理智；既能浮想联翩，又能适时返回现实。麦克斯威创造性的活动正是思维现实性最好的写照。 麦克斯威提出的两个假设，深刻地提示了电场和磁场的内在联系_“变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场”，这两种场的相互激发和转化就形成了统一的电磁场，交变的电磁场向空间传播，就形成了当时人们不知道的电磁波。麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在，而且计算出了它的传播速度。1986年，麦克斯威根据电的位移和弹性位移之间的相似性，认为以太不仅有密度，而且能传播电波，并初步计算出了传播的速度。 思维的协调性 在人的创造性活动中，往往产生若干个联想，提出多种假设或多种可能解决的办法，但是最终又将从中选择出一种最佳的方案或最合适的答案。即是说，分散式思维和辐合式思维两种形式在创造性活动中往往紧密地联系着，它要求创造者具有灵活机动地把两者高度协调的能力，麦克斯威电磁理论大厦的筑成，正是他创造性思维高度协调的结果。 麦克斯威第三篇论文《电磁场的动力理论》的诞生，是他从分散式思维到辐合式思维转化的开始。自从麦克斯韦发表第二篇论文《论物理的力线》以来，他的头脑总是浮想联想，总觉得第二篇论文还没有达到十分完善的理论高度，还没有用十分完美而统一的数学方法来总结近百年来电磁学的成就。1865年，他为了实现这一愿望，力争有一个专门的时间安静的从事这方面的研究和写作工作，他毅然辞去了英国皇 麦克斯威认为，这篇论文访问期间没有达到他渴望多年的、概括近百年来电磁现象研究的最优化的程度，于是从1867年至1868年，他离开了格伦莱庄园，到欧洲大陆与各国优秀科学家们进行广泛的学术交流。1868年秋，他满载着各国科学家的友谊和研发成果又回到了庄园，潜心于电磁理论专著的写作。他在庄园里，用了整整六年的时间，用数学的眼光，集近代数学之大成，广泛地引用和发展了泊松方程，拉普拉斯方程、格林函数以及哈密顿的向量代数、十九世纪著名的粘性介质流体动力学方程、弹性介质方程等偏微分方程组的成就，终于完成了电磁理论的巨著《电磁学通论》，建立了电磁场的基本方程，即麦克斯威方程组。 再加上 通过麥克斯威电磁理论创立的全过程，可以得到很多精神财富和启示： 1、创造性思维必须具有大胆而可贵的探索精神，敢于冲破传统观念的束缚?要敢于提出，善于提出问题?既能浮想联翩，又能返回现实，把思维的新奇性、疑问性与思维的协调性、现实性结合起来； 2、数学是“人类的第二语言”，只有充分的应用数学方法，建立数学模型，揭示自然现象本质、定量描述自然现象和规律，对于任何一个研究课题或者一门学科，才能达到成熟的地步； 3、科学研究必须与科学方法相结含，科学理论与科学思维相结合、定性研究与定量研究相结合，创造思维与主客观统一相结合； 3、创造性思维在于不断追求，正如爱因斯坦所说:“对真理的追求，比对真理的占有更为重要”，中国教育之所以难培养出诺贝尔奖金获得者，可能与过分重现对“真理的占有”有关。按中国大陆传统的教育理念和方法，科科都得100分的“神童”是得不到诺贝尔奖的； 4、……. ………….. 原载《彩票大揭秘＿彩票的混沌与分形》(2016年1月知识产权出版社) |
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来自： 你是不一样 > 《学思践悟(浮想联翩)》
