有一位科学家曾经说过：“科学只能给我们知识，而历史却能给我们智慧。”在物理学发展的历史过程中，有物理学家的成功和失败、欢乐和痛苦，更充满着他们探索自然界奥秘的无穷智慧。本文撷取物理学发现中的几个片断，剖析物理学家们的研究方法和艺术。
1、小中见大
在科学研究中，有时会遇到微小差别的结果，如能紧抓不放，穷追不舍，往往会导致“细微差别中的重大发现。”然而这就需要具备敏锐的洞察力和严谨的科学态度。
1893年，英国卡文迪许实验室主任瑞利想更精确地测量各种气体的重量，当他称量氮（N）的重量时，发现1升从大气中提取的氮，要比1升从氮的化合物中提取的氮重0．0058克，尽管可以认为这在实验允许的误差范围内，但他没有放过这小数点后第三位数字上的误差，同化学教授拉姆塞一起研究这个问题，终于导致氩的发现，获诺贝尔奖。开普勒根据他的圆轨道假设算出火星位置，同第谷的观测资料相比较，只差8弧分，即0．133度，他没有轻易放过这小小的8弧分误差，因为他相信第谷观测的精确性（最大误差不超过2弧分），因此这8弧分的误差决不是正常的合理的误差，只能是理论的不正确造成的。“就凭这8弧分的差异，引起了天文学的全部革新。”
1964年，彭齐亚斯与威尔逊一起在山上检验一架射天文望远镜喇叭形低躁声天线的性能。他们偶然发现了一种奇怪的躁声，尽管它非常微弱，却勾起了彭齐亚斯的好奇心。他发现在喇叭管里栖息着一对鸽子并拉了一层白色粪便。会不会是这对鸽子捣的鬼？他立即清洗了天线并仔细检查了天线的各个焊接点。然而，不管他们如何努力，却始终不能排除这种奇怪的躁声。彭齐亚斯以敏锐的科学洞察力意识到这不是设备本身的问题，这一异常现象的背后肯定有不寻常的原因。经过计算确认：这一躁声相当于宇宙背景中有比预期高约2。74K的背景辐射温度。后来，彭齐亚斯等人发现的宇宙微波背景辐射使大爆炸理论得到了科学实验的证实，成为20世纪最重大的科学发现之一。
在四种基本的场相互作用中，引力是最弱的，比强相互作用弱39个量级，比电磁相互作用弱37个量级，比弱相互作用也要弱26个量级。因此引力场的测量是极其困难的，这也导致了被科学家最早研究的引力理论的发展如此缓慢。近年来，随着重力仪精度的提高，用重力仪直接测量日全食期间重力场的变化成为现实。我国科学家已测出漠河日全食期间的重力异常，虽然加速度变化只有几个微伽（10-6厘米/秒2），微乎其微，堪称其小，但已引起世界科学界的关注。小中见大。会有什么样的结论产生，我们将拭目以待。
2、平中见奇
在日常生活中，一般人对一些常见的自然现象，往往是熟视无睹或者见而不思，思而不深。而有些科学家就善于在人们熟视无睹的平凡事件中，挖掘出不平凡的道理，在别人认为没有问题的地方看出了问题，对别人习以为常，觉得平淡无奇的现象感到“惊讶。”伽利略说得好：“致力于伟大的发明，从最微贱的开头开始，并且认识到神奇的艺术就蕴藏在琐细和幼稚的事物之中，这不是平凡的人能做的事，这些概念和思想只有出类拔萃的人才会想得出来。”
许多坐过船的人都体验过这样的现象：船在平稳航行时，船内的一切力学现象同船静止时是一样的。但极少有人思索过它的道理，因为它的确太平凡了。可是伽利略却与众不同，像个小孩一样要问个“为什么？”他观察当船匀速直线前进时，船舱中的小虫翅膀抖动得是否更快一些，是否会显得更疲劳一些；人往不同方向上跳远，是否会跳得一样远……。这些在常人看来似乎有点可笑，但发现相对性原理的毕竟是伽利略。尽管我们没有根据说牛顿的引力理论完全是看到苹果落地才顿悟出来的，但是也没有根据说牛顿没有思考过苹果为什么会下落的问题。树上熟透了的苹果会落地，如果苹果树长得很高，那苹果是否也会落地呢？当然会，可见苹果落地与苹果树的高度无关。但是如果苹果树长得象月亮那么高，树上的苹果是否也会落地呢？为什么月亮不象苹果那样落地呢？……1721年，哈雷提出了一个令人发笑的问题：“夜色为什么是黑的？”他认为这是一个值得研究的问题，并不像人们所认为的那样简单。这一看似简单的问题的提出，极大地推动了宇宙学的发展，成了宇宙学研究中的一个重大课题；甚至可以说100多年来，宇宙学的基础理论都是围绕着这一课题展开的。对于时间和空间，由于牛顿的绝对时空观符合人们的日常生活经验，一般人都习以为常不加思索，但爱因斯坦却对此独具慧眼，提出了和牛顿时空观绝然不同的新时空观，从而创立了相对论。有趣的是，爱因斯坦曾说：“我的智力较差，什么是时间与空间，这个大家都清楚的问题我却一直不清楚。”那么，究竟是谁不清楚呢？也许是我们太清楚了！
3、意料之外
在科学研究中，科学家在追求预想结果的时候，格外关注这些实验所带来的副产品。如果实验的结果偏离原来的假设和预想的结果，往往预示着新的发现。丁肇中教授说过，近年来他在基础科学领域所做的四个实验，几乎原来预想的东西都没有找到，每次都找到了别的东西，但是他非常高兴。世界上建造了许多加速器，每个加速器都是针对某类现象而设计的。四十多年的历史表明，除了反核子和中间玻色子外，粒子物理中的所有重大发现都不是当初建造那个加速器的理由。高能物理学界把这看成正常现象。1984年在实验室中发现了弱电统一理论所预言的中间玻色子后，曾一度较少发现出乎理论预料的实验结果。科学家反而说：现在最令人惊讶的，是没有出现令人惊讶的事。这一有趣现象已成科学研究中一道亮丽的风景线，也是科学研究特有的魅力。陈省身教授说得好：“最好的科学是没有计划的，是发现出来的。”因而，“留意意外之事”是研究工作者的座右铭。科学研究中的一些“意料不到”的偶然事件的出现被其他科学家被动地看见（Seeing）了，然而却只被发现者主动地注意（Noticeing）到。这些意外事件被主动注意到，说明科学家长时期仔细地研究了他的问题并作好了一定的准备。机遇只偏爱有准备的头脑。
伽伐尼发现当解剖刀尖碰到青蛙腿上暴露的神经时，蛙腿猛地抽动了一下。对电学十分感兴趣的他没有放弃这一偶然现象，而是立即把它与电流联系了起来。奥斯特“偶然地发现了磁针的偏转”，缘于他深受康德关于各种自然力相互转化的哲学思想的影响，早就具有自然界各种现象相互联系的思想，并一直在发现电向磁的转化现象上不断实验，不断思索。安培将一铜质多匝线圈A固定在绝缘支架上，将另一单匝线圈B用细线悬挂起来，二者在同一平面内。然后将A线圈中通以强电流。安培认为当A中有持续电流通过时，线圈B中会感应出电流，这样，线圈B就相当于一个磁铁。如果再拿另外一个强磁铁接近B线圈，则B线圈应该转动。实验的结果，安培失败了。在实验过程中，有一个非常重要的现象被安培忽略了，那就是当A线圈在接通电流的一瞬间，线圈B似乎转动了一下，但由于安培没有现在所知道的电磁感应条件的思想准备，没有留意这意外之事，真理就在安培的鼻尖上溜走了。X射线的发现，拉开了物理学革命的序幕。伦琴能做出这一划时代的重大发现，与他高超的实验技巧和敏锐的观察力分不开。事实上，在伦琴之前，克鲁克斯在1879年就抱怨说放在阴极射线管旁的底片出现模糊的阴影，但由于没有对底片曝光原因进行深入调查，而粗枝大叶地断定是底片质量不合格造成的；勒纳德已经看到了阴极射线管附近的荧光，并没认真对待这一“莫名其妙的次要现象的特征”，X射线的踪迹在他们眼前时隐时现，遗憾的是他们未能跟踪追迹，错过了做出重大发现的机会，成了“当真理碰到鼻尖上的时候，还是没有得到真理”（恩格斯语）的人物。
4、动静之间
动与静是相对的，是对立的统一。在科学研究中，有时需要动中求静，而有时需要化静为动。
开普勒在研究火星轨道中发现，因为火星是在地球上观察的，所以必须首先正确地确定地球的运行轨道。但这时如果以太阳为中心，以恒星为背景，只能得出地球绕太阳的角速度变化规律。开普勒巧妙地选择了某时刻太阳、地球、火星联成的一条直线作为已知基线（这就是现代意义的坐标极轴），由此计算，当火星绕太阳一周（687天）回到原位置（以恒星为背景）时，确定这时地球的位置，如此继续下去，就可得出地球的精确轨道。这里开普勒用了动中求静的方法，使动的火星变成了不动的定点。荣获诺贝尔奖的著名物理学家穆斯堡尔认识到，实现核共振荧光的关键在于弥补核反冲能的损失。于是，他就从如何消除核反冲入手设计他的实验。他想到，如把发射γ射线或是吸收γ射线的原子核置于晶体之中，使之受晶核束缚。这样，整个发射核或吸收核就是束缚核而不是自由核了。于是，用来束缚这个发射或吸收γ射线的核的晶体的质量，要比这个核的质量大得多，这就大大地减小了核反冲能的损失，以致可以忽略不计。这里，穆斯堡尔采用了动中求静的方法，化相对运动为相对静止。
化静为动，可以通过改变时序、改变空间以及将条件极端化（超高温、超高压、超强磁场等）等方式来实施。如果在这些动态情景下出现不曾见到的现象，那就意味着有新的发现。例如，科学家将某些金属逐步冷却，在降温过程中进行动态观察，结果发现了超导现象。法拉第在1831年发现了电磁感应现象，但科拉顿在1823年，曾和法拉第有同样的想法，也做了同样的实验（不同的是为了避免磁铁的移动对电流计产生影响，把引线拉开去，把电流计放到隔壁房间里，待磁铁插入线圈之后，再跑到隔壁房间去观察）。然而，一个成功，另一个却失败了。比较一下原因发现法拉第对电流的观察是动态观察，而科拉顿对电流的观察是静态观察。这种差别看来很微小，却从中也反映了物质运动、发展、变化中条件的重要性。
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