類比在科學(xué)發(fā)展中的作用

劉雷

摘要：文章闡述了在自然科學(xué)發(fā)展史上，無論古代、近代，還是現(xiàn)代，類比都在科學(xué)發(fā)展中普遍運用并在其中扮演重要角色。文章中依次舉了在古代、近代以及在科學(xué)發(fā)展的前沿類比在其中的作用。隨著自然科學(xué)的發(fā)展，類比還常常被用于解釋新的理論和定義。類比與模擬實驗也有密切關(guān)系。因此，我們可以看出類比在科學(xué)實驗中的作用。

關(guān)鍵詞：類比；科學(xué)發(fā)展；作用；實驗

中圖分類號：G632.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1992-7711（2020）04-0167

一、類比的概念及其闡述

所謂類比是這樣的一種推理，它把不同的兩個（兩類）對象進(jìn)行比較，根據(jù)兩個（兩類）對象在一系列屬性上的相似，而且已知其中一個對象還具有其他的屬性，由此推出另一個對象也具有相似的其他屬性的結(jié)論。

類比推理的基本原理可以用下列模式來表示：A對象具有屬性a、b、c，另有屬性d，B對象具有屬性a、b、c，所以，B對象也具有屬性d。

上述的“A”“B”是指不同的對象或是指不同的個體對象，比如地球與太陽；或是指不同的兩類對象，比如植物類與動物類；或是指不同的領(lǐng)域，比如宏觀世界與微觀世界。類比推理的應(yīng)用場合是多種多樣的，有時也可以把某類的個體對象與另一類對象進(jìn)行類比。例如，為了弄清某種新藥物在人類身上的效用和反應(yīng)如何，往往是用某類動物個體來做試驗，然后通過類比求得答案。

類比的結(jié)論是或然的。類比的結(jié)論之所以具有或然性主要是由于以下兩方面的原因。一方面是因為對象之間不僅具有相同性，而且具有差異性。就是說，A，B兩個對象盡管在一系列屬性（a、b、c）上是相似的，但由于它們是不同的兩個對象，總還有某些屬性是不同的。如果d屬性恰好是A對象異于B對象的特殊性，那么我們作出B對象也具有d屬性的結(jié)論，便是錯誤的。例如，地球與火星盡管它們在一系列屬性上是相似的（太陽系的行星，存在著大氣層，適于生命存在的溫度等），但是地球上有生物，能不能說火星上也有生物呢？不能，因為火星還有不同于地球的特殊性。近年來航天的科學(xué)考察表明，火星上并未發(fā)現(xiàn)什么生物。另一方面，對象中并存的許多屬性，有些是對象的固有屬性，有些是對象的偶有屬性。比如，血液循環(huán)是人體的固有屬性，而吃了雞蛋產(chǎn)生過敏反應(yīng)，這是個別人身上的偶有屬性。如果作出類推的d屬性是某一對象的偶有屬性，那么另一對象很可能就不具有d屬性。

二、在科學(xué)發(fā)展中的作用及其應(yīng)用

近代的科學(xué)發(fā)展使人們認(rèn)識到，單靠某一事物與已知事物之間的簡單的靜態(tài)的性質(zhì)類比，那是很不充分的，還需要從事物性質(zhì)的量上進(jìn)行研究，這就需要把定性類比和定量類比結(jié)合起來。

同樣在科學(xué)發(fā)展的前沿陣地，由于探索性強，資料奇缺，類比的應(yīng)用尤其重要。例如1963年蓋爾曼和茨威格分別獨立地引入夸克作為組成基本粒子的單元。他們指出，基本粒子的運動規(guī)律可以用三種不同的夸克的簡單運動和相互作用來說明。由于夸克假說能對新的觀察事實作出正確的預(yù)言，并能用一個簡單統(tǒng)一的概念體系來描述豐富多彩的基本粒子，因而夸克學(xué)說具有很強的解釋力，夸克卻始終未被單獨探測到，究竟能否觀察到單獨的夸克呢？對于這樣一個基本問題，基本粒子物理學(xué)應(yīng)該怎樣研究呢？根據(jù)夸克理論模型，夸克的組合方式有兩種：一種是由三個夸克和三個反夸克一起組成重子，另一種是由一個夸克和一個反夸克組成介子。如果這些重子或介子族粒中有一個在一次核碰撞中被擊碎，就會形成新的粒子，但每個新粒子也仍然只能采取原有的多種夸克組成方式，即含有或者三個夸克和三個反奪克，或一個夸克和一個反夸克，而不會出現(xiàn)一個單個的夸克或反夸克碎片。高能物理學(xué)家注意到夸克的這種性質(zhì)類似于磁性物質(zhì)，因為磁鐵總是具有一個N極和S極，當(dāng)我們把一個條形磁鐵分為兩截時，也不會出現(xiàn)孤立的N極或S極，而成為各自有N和S極的兩塊磁鐵，這正和介子碎片分裂時的情形完全類似。這些物理學(xué)家就將夸克與磁極進(jìn)行類比，把夸克理論引向了一個新的起點。因為磁體兩極的不可分性的根本原因在于磁鐵的磁性是原子內(nèi)部電子的圓周運動產(chǎn)生的，磁鐵的S、N極并不是組成磁鐵的“基本單元”，還有更深刻的“基本結(jié)構(gòu)”——原子電流的外在形態(tài)。既然夸克和磁鐵類似，那么是否夸克也有一個未知的“基本結(jié)構(gòu)”？夸克具有內(nèi)在的類似于“原子電流的基本結(jié)構(gòu)，這是通過類比得到的一個預(yù)測，就是這個預(yù)測開辟了一條建立夸克基本理論的新途徑。

三、類比在解釋新的理論和定義以及科學(xué)實驗中的應(yīng)用及其作用

類比還常常被用于解釋新的理論和定義，它具有助發(fā)現(xiàn)作用，當(dāng)一新理論剛提出之時，必須通過類比用人們已熟悉的理論去說明新提出的理論和定義，這就是類比助發(fā)現(xiàn)作用的表現(xiàn)。

類比與模擬實驗也有密切關(guān)系。所謂模擬實驗就是在客觀條件受限制而不能直接考察被研究對象時，就依據(jù)類比而采用間接的模擬實驗進(jìn)行研究。例如，地球上的生命是怎樣起源的，這一直是科學(xué)家們不解的一個謎，因為生命起源的原始狀態(tài)已是時過境遷，無法直接考察了。1950年代初，米勒通過類比設(shè)計了一個生命起源的模擬實驗。他在一個密封的容器里，加上了氫、氧、碳、氮等元素和甲烷、水，又模擬了風(fēng)、雨、雷、電等原始大氣環(huán)境。這樣過了一個星期后，在容器里發(fā)現(xiàn)已形成了苷氨酸、甲氨酸等氨基酸。以后，別人用紫外線作能源，也得到了氨基酸。

綜上所述，我們可以知道，類比法是人們所熟知幾種邏輯推理中最富有創(chuàng)造性的?？茖W(xué)史上很多重大發(fā)現(xiàn)、發(fā)明，往往發(fā)端于類比，類比被譽為科學(xué)活動中的“偉大的引路人”。盡管類比不能代替論證，但可以為理解新知識、概念和規(guī)律提供依托?？v觀科學(xué)發(fā)展史，有許多規(guī)律與定律的發(fā)展與建立都與類比推理方法分不開，類比推理方法在科學(xué)發(fā)展和科學(xué)研究中都起到了至關(guān)重要的作用。

（作者單位：中國核工業(yè)集團(tuán)二0二廠中學(xué)014035）