理想化方法是一种科学抽象的方法。理想化就是通过源于实际而又高于实际的科学抽象,在科学思维时,对于复杂的实际事物的研究,做到完全排除次要因素的影响和干扰,使研究条件达到理想化的程度,以便抓住事物及其变化的本质和规律。所以,我们常常对于科学研究中较复杂的实际事物及其作用过程,提出理想化的模型和理想实验。

(1)理想模型。所谓理想模型,就是为了便于研究而建立的一种高度抽象的绝对理想状态。它是抽象思维的结果,是对客观真实事物的一种纯化反映。作为科学抽象的结果,理想模型只是一种科学概念。它除了只能在科学思维中得以实现以外,在现实世界中实际上是不存在的。例如,数学研究中的“点”“线”“面”,化学研究中的“理想溶液”,力学研究中的“质点”“刚体”,热学研究中的“孤立系统”,电学研究中的“点电荷”,光学研究中的“理想反射面”等,都是客观实际的科学抽象的结果。有时,对于某些变化过程,为了方便起见,也可以经过科学的抽象,纯化为理想化的过程,如地球大气层中不考虑空气阻力的“自由落体运动”。我们在宽束电子光学研究中,研究电子光学传递函数计算机模拟时,必须知道光阴极发射时逸出电子的分布:初角度分布和初能量分布。实际分布的测定是一个极为复杂的问题,但通过电子物理学家的实践研究,我们可以假定,初角度分布可选择余弦定律的“朗伯分布”或“余弦三次方分布”,而初能量分布可选择余弦分布、贝塔分布、瑞利分布或麦克斯韦分布,视实际情况而定。以上这些都是理想化的过程模型。

由此可见,理想模型正是对客观事物及其变化过程的一种近似反映,是科学的抽象,但它确是反映了所研究问题的客观事物的主要特征或主要因素。这一方法的主要特点是:

1)使问题的处理大大简化;

2)从理想模型得到的结果,略加修正即可得到实际对象的结果;

3)理想模型突出了主要特征,便于进行逻辑思维。

(2)理想实验。所谓理想实验(或称思想实验),是逻辑推理的思想过程和理论研究的重要方法。理想实验在思想中运行,但又不是脱离实际的主观臆想。它以实践为基础,抓住主要矛盾,对问题进行抽象分析。它的推理过程,是以一定的逻辑法则为根据的。理想实验不仅使人们对实际的科学实验有更深刻的理解,而且能揭示出客观现象和过程之间的内在的逻辑关系,并由此得出重要的结论。

我在介绍爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论时曾经指出,爱因斯坦是“理想实验”的大师。在“爱因斯坦火车”的理想实验中,他通过设计的闪电实验,设想当两道闪电同时下击一条东西方向的铁路轨道时,对于站在两道闪电正中间的铁路轨道的一个观察者来说,这两道闪电是同时发生的;但是,对于乘坐一列由东向西以高速行驶的火车正好经过第一个观察者对面的第二个观察者来说,这两道闪电并不是同时下击的。由此爱因斯坦提出了同时性的相对性的概念,为建立狭义相对论奠定了基础。在“爱因斯坦升降机”的理想实验中,爱因斯坦通过“惯性实验室”“加速实验室”和“引力实验室”的假想实验,指出引力质量和惯性质量相等,说明了加速参照系等价于静止在引力场中的参照系,从而为建立广义相对论奠定了基础。

应该指出,虽然理想实验在自然科学的理论研究中起着重要的作用,但它并不能代替实际的科学实验,而且由它所得出的结论必须由实际的科学实验来检验。此外,作为一种逻辑推理的所谓过程,理想实验的作用只限于逻辑上的证明与反驳,而不能用来作为检验理论的真理性标准。