蔣衛(wèi)東

發(fā)明人造物與發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律雖然結(jié)果不同，但都是創(chuàng)造性勞動(dòng)的成果。發(fā)明法與發(fā)現(xiàn)法可以互相借鑒。了解一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)法對(duì)于發(fā)明是有益處的。

1、結(jié)構(gòu)方法發(fā)現(xiàn)規(guī)律

結(jié)構(gòu)是各種物質(zhì)形態(tài)的普遍屬性，是指事物的各要素內(nèi)在的聯(lián)系與組織方式或順序。結(jié)構(gòu)方法則是通過分析事物各要素內(nèi)在的聯(lián)系與組織方式或順序來發(fā)現(xiàn)客觀事物的規(guī)律。

公式：X?→JG→Y

原理：世界上從微觀到宏觀、宇觀，從無機(jī)界到有機(jī)界，從自然領(lǐng)域、社會(huì)領(lǐng)域到思維領(lǐng)域無不存在結(jié)構(gòu)。如原子結(jié)構(gòu)、地球結(jié)構(gòu)、宇宙結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、DNA螺旋結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)、社會(huì)結(jié)構(gòu)、思維結(jié)構(gòu)等等。我們?cè)谡J(rèn)識(shí)客觀事物時(shí)，不僅要認(rèn)識(shí)事物的質(zhì)和量，而且要認(rèn)識(shí)事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，深入到事物的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，由此進(jìn)一步揭示事物的運(yùn)動(dòng)形式及其規(guī)律。

例一：眾所周知，近代自然科學(xué)革命就是在探討宇宙的結(jié)構(gòu)，用哥白尼的日心說代替托勒密的地心說開始的?，F(xiàn)代天文學(xué)家就是在研究天體結(jié)構(gòu)中獲得許多重要的成就，如星系螺旋結(jié)構(gòu)、宇宙紋理結(jié)構(gòu)。通過已知客觀的結(jié)構(gòu)和功能去探求未知客體的結(jié)構(gòu)和功能，從而發(fā)現(xiàn)新事物。

例二：結(jié)構(gòu)決定功能，功能反作用結(jié)構(gòu)。隨著科學(xué)的發(fā)展，還出現(xiàn)了許多把結(jié)構(gòu)和功能綜合起來加以研究的科學(xué)。例如，著名比利時(shí)科學(xué)家普利高津自覺地把結(jié)構(gòu)、功能、漲落三者統(tǒng)一起來加以考察，從而科學(xué)地闡明了結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生與發(fā)揮功能的作用。

例三：形象思維形式學(xué)的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)。筆者在研究形象思維形式的過程中，較多的分析形象思維各要素內(nèi)在的聯(lián)系與組織方式和順序，從總體上把握事物整體性的質(zhì)與整體量的有機(jī)統(tǒng)一，從而發(fā)現(xiàn)了形象思維形式學(xué)的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)規(guī)律。認(rèn)識(shí)事物運(yùn)動(dòng)形式，不等于完全認(rèn)識(shí)了事物的質(zhì)；只有既認(rèn)識(shí)事物的運(yùn)動(dòng)形式，又認(rèn)識(shí)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，才能較全面地認(rèn)識(shí)物質(zhì)的規(guī)定性和規(guī)律。(圖：形象思維形式學(xué)的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)表)。

2、數(shù)模方法發(fā)現(xiàn)規(guī)律

數(shù)學(xué)模型是指對(duì)所研究的具體對(duì)象(現(xiàn)實(shí)原型)的本質(zhì)特征和關(guān)系的數(shù)學(xué)表述。數(shù)模法是指把所考察的實(shí)際問題，進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象，構(gòu)造相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)學(xué)模型的研究，使實(shí)際問題得以解決的一種數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)方法。

公式：X?→SM→Y

原理：根據(jù)具體事物的特征或數(shù)量關(guān)系，采用形式化數(shù)學(xué)語言，概括地、近似地表述出的一種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。對(duì)不同的自然現(xiàn)象用不同類型的數(shù)學(xué)模型描述，如方程描述，微分方程描述，圖表描述，矩陣圖描述等。運(yùn)用數(shù)學(xué)模型方法分析處理關(guān)于研究對(duì)象的感性材料，可以概括抽象取出研究對(duì)象的本質(zhì)規(guī)律。從牛頓的經(jīng)典力學(xué)現(xiàn)論，麥克斯韋電磁學(xué)理論，到相對(duì)論力學(xué)和量子力學(xué)無不是在數(shù)學(xué)模型方法的幫助下完成的。

例：哥尼斯堡七橋問題。哥尼斯堡市內(nèi)有七座各具特色的大橋，連接島區(qū)和兩岸。有人提出這樣的問題：能否從某地出發(fā)，經(jīng)過每一座橋一次且一次，然后返回出發(fā)地?數(shù)學(xué)家歐拉經(jīng)過反復(fù)思考，用數(shù)學(xué)模型方法解決了這個(gè)問題。

歐拉把兩個(gè)島和河兩岸抽象為四個(gè)點(diǎn)，把七座橋抽象為七條線，這樣，七橋問題便等價(jià)于一筆畫出的問題。一筆畫有起點(diǎn)終點(diǎn)，出現(xiàn)的交叉點(diǎn)處曲線總是一進(jìn)一出，通過交點(diǎn)處二曲線總是偶數(shù)?，F(xiàn)在，ABCD四點(diǎn)，都通過了奇數(shù)曲線，所以七橋問題是不可能的，一次過七橋不可能。在一筆畫的數(shù)學(xué)模型里，只保留了一次過橋的基本屬性，而其它一切則全部都舍棄了，即簡潔又精確，這就是數(shù)學(xué)模型的作用。歐拉解決七橋問題基本思想，可以用下面的框圖表示：

3、對(duì)稱方法發(fā)現(xiàn)規(guī)律

對(duì)稱是指事物或運(yùn)動(dòng)以一定的平衡中介進(jìn)行某種變換時(shí)所保持的不變性。對(duì)稱是指事物通過某種平衡中介而變化時(shí)出現(xiàn)的同一性，差異性。對(duì)象是一種特殊的對(duì)立統(tǒng)一或矛盾體?？茖W(xué)研究中常用對(duì)稱方法發(fā)現(xiàn)事物規(guī)律。

公式：X?→DCH→Y

原理：物質(zhì)存在是對(duì)立統(tǒng)一的矛盾體，找到某種物質(zhì)平衡中介，也就發(fā)現(xiàn)了對(duì)稱性規(guī)律。對(duì)稱發(fā)現(xiàn)法是以一定的事實(shí)材料為基礎(chǔ)的，以對(duì)稱性原理為指導(dǎo)，運(yùn)用形象和邏輯思維方式，構(gòu)造山某種對(duì)稱物的規(guī)律和存在。根據(jù)是，對(duì)稱是客觀事物普遍的存在方式。對(duì)稱方法有形象對(duì)稱法、抽象對(duì)稱法、數(shù)學(xué)對(duì)稱法。

例一：1871年，俄化學(xué)家門捷列夫建立元素周期表時(shí)，留下許多空格，認(rèn)為空格與未知元素是相對(duì)應(yīng)的，從而預(yù)言了許多新元素。后來，這些新元素一一被發(fā)現(xiàn)，從而證實(shí)了門捷列夫的預(yù)言。

例二：1970年，美國物理學(xué)家格拉肖注意到，原子核內(nèi)的夸克和輕子reeu和三種夸克uds對(duì)稱，唯獨(dú)另一種輕子ru沒有與之對(duì)稱的夸克，他把輕子與夸克排列如下：

輕子re e ru u

夸克u d ? s

問號(hào)處出現(xiàn)了一個(gè)空格，格拉肖根據(jù)以上排列，大膽地預(yù)言存在粲夸克C。他的預(yù)言于1997年被美籍華裔物理學(xué)家丁肇中等人發(fā)現(xiàn)ψ/J粒子所證實(shí)。

例三：英國分子生物學(xué)家沃森利克里克等人運(yùn)用對(duì)稱方法，形象化的對(duì)稱模型，弄清楚了細(xì)胞基因攜帶遺傳達(dá)信息的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型中，兩條核苷酸與纖維軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱垂直，并呈現(xiàn)右手螺旋。由于雙螺旋的對(duì)稱性，由一核苷酸與纖維酸的分子位置可以自然地推導(dǎo)其它核苷酸的分子位置。通過對(duì)稱性模型，可以清楚知道DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而發(fā)現(xiàn)了其中的規(guī)律和存在。

4、觀察方法發(fā)現(xiàn)規(guī)律

觀察就是人們對(duì)自然現(xiàn)象在自然發(fā)生的條件下，通過感官對(duì)客觀事物進(jìn)行感知、考察和描述的一種研究方法。通過觀察，經(jīng)過細(xì)致考察，發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律。

公式：X?→GCH→Y

原理：不論那一種中觀察，都是一種感性認(rèn)識(shí)的活動(dòng)，都有明確的日的性與計(jì)劃性。在觀察時(shí)，還必須遵循一條基本原則，那就是可觀察性的原則。觀察對(duì)象是不依賴于觀察者而獨(dú)立存在的客觀實(shí)在，同時(shí)又承認(rèn)這些客觀對(duì)象能夠同觀察儀器和觀察者發(fā)生相互作用，因而客觀對(duì)象的信息可以直接或間接地被觀察者所反映、把握。觀察法分為：直接觀察與間接觀察法、事物性質(zhì)觀察與事物量觀察法、自然觀察與實(shí)驗(yàn)觀察法。

例一：1834年，德國天文學(xué)家貝塞爾在觀察天狼星自行時(shí)，發(fā)現(xiàn)它并不是沿著直線(直線指大圓的弧)運(yùn)動(dòng)，而描繪山波浪形的曲線。他懷疑這種現(xiàn)象是由于天狼星被另一顆緊挨著它的星所攝動(dòng)而產(chǎn)生。1844年，經(jīng)過計(jì)算后，他從理論上斷定這顆星(后來叫天狼伴星)是存在的。1862年，美國的克拉克用18英寸天文望遠(yuǎn)鏡對(duì)天狼星觀察時(shí)，果然發(fā)現(xiàn)了這顆伴星。

例二：物理學(xué)家盧瑟福，在2．5萬張41萬個(gè)各種基本粒子軌跡的照片中，以精細(xì)的觀察，像大海撈針一樣地搜尋，終于發(fā)現(xiàn)了有六張未出現(xiàn)轟擊后a粒子的照片，從而找到了打開人工制造同位素和轉(zhuǎn)變?cè)卮箝T的“鑰匙”。

例三：英國博物學(xué)家達(dá)爾文常用觀察法了解生物的習(xí)性，他說：“有一天，我觀察了一只鷺鷥玩弄一條被它所捕到的魚的情形。它一連八次放走它的獵物，然后又再把魚拖住，雖然在深

水里面，它每次仍舊能夠把魚捉到水而上來?！?/p>

例四：我國著名地質(zhì)學(xué)家李四光在一次到大連療養(yǎng)的路上，偶然看到一個(gè)形態(tài)奇特的山逢，一道道的山梁呈弧形旋上山頂。他立即爬上山頂，鳥瞰全貌，發(fā)現(xiàn)道道山脊和條條溝谷相間展布，環(huán)抱著中央高地，就象蓮花花瓣圍繞中心蓮蓬一樣。隨后，他進(jìn)行了詳細(xì)的考察，弄清了形成這種特殊地貌的原因，這是一次地殼旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)造成的地質(zhì)構(gòu)造體系的新類型。于是，他把它命名為“蓮花狀構(gòu)造”。

5、比較方法發(fā)現(xiàn)規(guī)律

比較是根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)，把彼此有某種聯(lián)系的事物加以對(duì)照，從而確定它們的異同之處，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。人們?cè)谡J(rèn)識(shí)和分析各種事物時(shí)，總是自覺或不自覺地運(yùn)用比較法。

公式：X?→BJ→Y

原理：比較要客觀比較、本質(zhì)比較、全面比較、歷史比較。首先要看事物之間是否有客觀聯(lián)系，即是否有可比性。比較必須適當(dāng)。要鑒別事物，就要抓住反映事物性質(zhì)的主要差異，進(jìn)行本質(zhì)比較。事物聯(lián)系是多方面的，比較要多方面進(jìn)行，這樣才能較全面地認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)。只有在事物的發(fā)展過程中進(jìn)行歷史的比較，了解過去，弄清現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)未來，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行全面的分析，才能得出正確的結(jié)論，才能正確的發(fā)現(xiàn)事物規(guī)律。比較法可分為：同類比較法與異類比較法，異期縱向比較法與同期橫向比較法、宏觀比較法與微觀比較法。

例一：科學(xué)家愛因斯坦在建立狹義相對(duì)論時(shí)，抓住了一個(gè)最簡單、最平常、似乎常不成問題的“同時(shí)性”問題，通過分析比較，大膽地拋棄了“以太”、“絕對(duì)時(shí)間”、“絕對(duì)空間”等沒有實(shí)驗(yàn)根據(jù)的概念，使自己從牛頓絕對(duì)時(shí)空框架的束縛下掙脫了出來，揭示了空間利時(shí)間以及它們同運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)之間的本質(zhì)聯(lián)系。

例二：文學(xué)領(lǐng)域中，中西文化比較、東西文化比較、文學(xué)與各種藝術(shù)比較，都是通過比較相異的兩類對(duì)象，發(fā)現(xiàn)異中之同，找出其中的共同規(guī)律。中西醫(yī)比較也是采州界類比較法發(fā)現(xiàn)了其中的不同和相同規(guī)律。

例三：英國自然科學(xué)家賴爾把當(dāng)代地質(zhì)過程同歐洲第二紀(jì)地質(zhì)過程加以比較研究，達(dá)爾文對(duì)生物進(jìn)化的比較研究都采用了縱向橫向比較法，從中發(fā)現(xiàn)了自然運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

例四：宏觀比較，如中外科技政策宏觀比較研究。微觀比較，如郭沫若與歌德的比較，曹雪芹與托爾斯泰的比較研究等等。