YonghongLiu的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/YonghongLiu

博文

科学的背后,思维形象化方法最为隐蔽

已有 1667 次阅读 2023-5-1 03:03 |个人分类:科学方法|系统分类:科研笔记

科学的背后,思维形象化方法最为隐蔽

武汉理工大学:刘永红

Fig7.jpg

思维形象化方法是打开科学宝库的金钥匙,也是探索事物本质的真正旗手。但,他隐蔽得很深很好,又往往被人忽视。这篇小文章想揭开他的“庐山真面目”,并举鲜活的例子!

思维,是指人的思考活动,它是一种过程。因此,它既可以抽象地进行,又可以形象化地进行。所谓思维形象化方法:在思维过程中,联想或虚构某一图景,使思维清晰、概念明朗化;用直观形象(比如图示)展现客观事物(对象)的特征、结构和关系,达到揭示事物(对象)的本质和规律的目的。

思维形象化方法的作用,实际上与它自身的特点分不开,思维过程形象化可启迪探索者的思想,比如提出假说、提炼模型、设计实验或试验等等。因此,人们应该加以重视。

我举一个简单的数学例子来说明。下面是离散几何(discrete geometry)中的一个定义:

定义:假设XEn的一个子集,如果对其中的任意两点xy以及任意满足0λ<1的实数λ都有

λx+(1-λ)yX,

那么称其为一个凸集。

现在我们看这个定义的几何性质,凸意味着,如果两点属于该集合,那么连接这两点的整条线段都属于该集合,如图1,(a)和(b)是凸的,(c)就不是凸的。

image.png

1.凸集示意图. 图片来源于刘永红绘图

显然,这个几何思维过程是形象化了。我再举物理、化学方面的例子。

电磁学的奠基人法拉第用直观、形象的磁力线表示磁场强度的大小(如图2),但法拉第不擅长用数学公式描述,这一重任落在了麦克斯韦的肩上,人们看到以他名字命名的方程,即麦克斯韦方程组,神奇乎!!

2.磁力线示意图. 图片来源于网络

又例如,原子是切实存在的。毫无疑问,原子结构理论的建立(如图3,就是运用思维形象化方法,成为重大成果之一。


3.原子结构示意图. 图片来源于网络

现在轮到举工程科学例子了。我国著名科学家钱学森认为:方位控制和调节的对象是比较庞大的飞船(至少有好几吨重)(图4),但是,确又是十分精细的系统。进行地面实验时,须要在一个专门的密闭房间里,实验时不得有任何空气流动。他用思维形象化方法,构建这样的房间,他说“有一个滚珠轴承支承着的完全平衡的试验台,控制调节设备就放在这个台上。房间的内壁必须不反光,像黑暗的太空一样;而在房顶及四壁又安上大小不同的光源,模拟太阳和星光。飞船的定向系统就在这种特殊条件下进行试验,测定其性能。”(《星际航行概论》钱学森巨著,2008年,图5


4.天舟二号”货运飞船(据央视新闻发布消息(2023/4/30 13:04:47:“太空快递”即将发货!天舟六号的货物清单上新了)图片来源于网络


5.钱学森巨著《星际航行概论》(2008年)图片来源于网络

总之,诸如此类的实例,不胜枚举,他们的创新成果,都极大地推动了科技的发展。







https://blog.sciencenet.cn/blog-3519678-1386356.html

上一篇:Minipaper格局问题:写摘要要有适当的构思?
下一篇:黄鹤楼有感
收藏 IP: 119.98.141.*| 热度|

2 郑永军 guest85592150

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-11-7 22:25

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部