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科研突破:大道至简 精选

已有 7069 次阅读 2021-11-11 15:00 |个人分类:建言献策|系统分类:科研笔记

“大道至简”出自老子《道德经》中的一句话:“万物之始,大道至简,衍化至繁。” 大道至简是流传千年的中国四大智慧之一,可以理解为事物涉及的大道理(基本原理、方法和规律)是非常简单的,简单到一两句话就能说清楚,正所谓“真传一句话,假传万卷书。”

纵观科学史,若把科学家探索历程基于的逻辑精华浓缩为两字,那就是简单,即简单才是最好的逻辑。确实,简单性——把复杂问题简单化、简单问题模型化——是科学家进行研究遵循的基本原则,也是始终坚守的一个科学传统。

伽利略对简单性原理钟爱有加,他认为“自然界总是习惯于使用最简单和最容易的手段行事。”于是,他仿照简单的匀速运动定义提出匀加速运动的概念。卢瑟福同样也具有简单性的世界观,他说:“我一直相信简单性,我自己就是一个简单的人。世界的简单性直接决定了知识的简单性。自然界一切物质都由最简单的粒子组成,粒子运动经过最简单的路径。” 于是,他靠简易自制的仪器做实验并采用简单的实验方法,发现了α粒子散射现象,建立了原子核式结构学说,开拓了原子物理和核物理学的新疆 。这样的例子不胜枚举,难怪爱因斯坦强调:“科学的东西都是简洁的,有的东西之所以复杂,就是因为它还不够科学。”

那么,为什么自然事物演变的本质规律是简单的呢?以我的看法,世界万物不管如何演变,其应遵循业已发现的基本物理学原理,如能量守恒原理和最小耗能原理,如此其演变不会乱来,而应遵循一定的规律;此外,主控其演变的参量通常较少。因此,其本质演变规律或能用简单的理论模型描述。譬如,从全球看地震们横冲直撞,似乎没有规律可言,但要从合理划分的地震区看,地震们按照基本的物理学原理照章行事,且标志性地震的演化符合简单的指数律。诚然,任何自然事物的演变不仅受自身物质属性的影响,还受环境因素的影响,这些因素叠加到一起,往往使其演变呈现复杂的非线性行为——多变的现象。然而,万变不离其宗,当研究者抓住“宗”的时候,即透过现象看到本质的时候,会恍然大悟,察觉到一切都是那么井然有序、有章可循,体会到“大道至简”之妙。

遗憾的是,不少研究者在科研活动中喜欢复杂的东西,认为越是复杂、玄妙的东西,才是高深的东西,好像说这些才有层次,才能显示自己有学问;认为越是简单的,不可能正确而不屑一顾。长此以往,其离本质创新之道渐行渐远。

研究者如何在科研活动中运用大道至简的智慧呢?这个问题太深奥,我恐怕难以全面解答,只能抛砖引玉啦。其实,再难的事情从简单入手,循序渐进就可能取得突破乃至完全成功,不妨按照如下转化思维模式试试:

1)把复杂事物的演化过程,按照基本的物理学原理或力学原理,分解成几个相对独立的子过程,分别予以揭示其机制,并考虑主控因素建模;然后根据不同子过程边界处的条件建立耦合模型,以打通全过程的联系。

2)复杂事物构成的系统涉及多个物体时,要选择具有一定研究基础的物体作为重点对象,先根据接触边界条件分析该对象的行为,再揭示该对象引发的系统整体响应行为。

3)基于严密的逻辑推理对复杂问题进行抽象处理,先假设某种已知的物质或结构的演变能近似模拟实际事物的演变,然后小心论证以一探究竟。

无疑,大道至简,知易行难。研究者在追寻大道至简的征途上,要博采众长、融会贯通;要跳出原来的条条框框,以独辟蹊径的思路开拓创新;还要善于去伪存真、去粗取精,以抓住要害和根本,从而锤炼出少而精的本源。如此,才能突破科研僵局、做出卓越成果。这必然要求研究者以追求科学真理为己任,专注于解决真问题从而做出真学问;必然要求研究者耐得住寂寞,坐得住冷板凳;必然要求研究者挺直脊梁,不为那些蜗角虚名而卑躬屈膝、迷失自我!

参考(略)

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