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科科都得100分的“神童”是得不到諾貝爾獎(jiǎng)的! ……要得諾貝爾獎(jiǎng)，必須創(chuàng)新。但創(chuàng)新不等于對(duì)知識(shí)的占有而在于對(duì)知識(shí)的追求，不等于滿足于善于解決問題而更重要在于提出問題。所以，要得諾貝爾獎(jiǎng)應(yīng)突出兩個(gè)“更重要”：提出問題比解決問題更重要，對(duì)真理的追求比對(duì)真理的占有更重要。然而，科科都得100分往往過于唯書、唯上，往往過于偏重對(duì)知識(shí)的占有。下面讓我們回顧麥克斯威創(chuàng)造性的精神和偉大成就，對(duì)我們……一定有所幫助和啟示。 …… 愛因斯坦、麥克斯威都是歷史上最偉大的科學(xué)家，愛因斯坦的相對(duì)論掀起了第一次科學(xué)革命，把統(tǒng)治了300多年的牛頓定律從宏觀推向了宇觀，牛頓定律成了相對(duì)論的特例。麥克斯威的電磁理論是19世紀(jì)科學(xué)史上一次科學(xué)革命，用4個(gè)方程組成的一個(gè)聯(lián)立方程組，總結(jié)了法拉第以前所有科學(xué)家關(guān)于電與磁的研究成果，預(yù)言了當(dāng)今火爆的電訊事業(yè)_電磁波的存在。愛因斯坦和麥克斯威都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是“卓越的創(chuàng)造性思維，高超的抽象數(shù)學(xué)方法”。今天再回顧他們的偉大成就，對(duì)我們……一定有所幫助和啟示。 1.5.1、麥克斯威創(chuàng)造性的思維 麥克斯威是自牛頓以來最偉大的數(shù)學(xué)物理學(xué)家。他創(chuàng)立的麥克斯威電磁理論以嚴(yán)密優(yōu)美而簡(jiǎn)潔的一組數(shù)學(xué)公式，總結(jié)了從奧斯特到法拉弟等科學(xué)家的工作，驚人地把電荷、電流、電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間的關(guān)系統(tǒng)一起來，突破了傳統(tǒng)的觀念，揭示了電磁現(xiàn)象的本質(zhì)，預(yù)言了電磁波，是十九世紀(jì)科學(xué)史上的一次革命，是自牛頓總結(jié)三大定律以來自然科學(xué)發(fā)展中的又一次重大的綜合。麥克斯威電磁理論創(chuàng)立的過程，是麥克斯威創(chuàng)造性活動(dòng)的過程，是麥克斯威創(chuàng)造性思維的新奇性、獨(dú)特性、疑問性、現(xiàn)實(shí)性和協(xié)調(diào)性的產(chǎn)物，是自然科學(xué)史上科學(xué)家們創(chuàng)造性思維的典范。 思維的新奇性 麥克斯威創(chuàng)造性思維的第一個(gè)特點(diǎn)是思維的新奇性，就是說具有高度創(chuàng)造能力的麥克斯威具有“偏離”社會(huì)“常?！钡乃悸泛托袆?dòng)，具有大膽而可貴的探索精神，敢于對(duì)傳統(tǒng)思想進(jìn)行批判和挑戰(zhàn)。這種新奇性，早在麥克斯威的青年時(shí)代就表現(xiàn)得十分充分。 在麥克斯威的學(xué)生時(shí)代，對(duì)電磁相互作用的理論解釋存在著兩種根本對(duì)立的觀點(diǎn):一種是超距作用學(xué)說，另一種是媒遞學(xué)說。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，“超距作用”的觀點(diǎn)越來越引起了一些實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們的反對(duì)，法拉第就是一位杰出的代表。他從大量的電磁現(xiàn)象和電磁轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，大膽的提出了“力線”的觀念。他認(rèn)為，電荷或磁極周圍的空間不是虛無飄渺的，而是布滿了向各個(gè)方向發(fā)散的“力線”，電荷或磁極就是“力線”的起點(diǎn)，這些“力線”從一電荷（磁極）到另一電荷（磁極），連續(xù)不斷。他還認(rèn)為，這些“力線”不只是幾何的，同時(shí)具有物理的性質(zhì)，他首次提出了 “力場(chǎng)”的觀念，把布滿磁力線的空間稱為磁場(chǎng)，電磁相互作用的實(shí)質(zhì)是它們周圍的場(chǎng)之間的“近距離”的相互作用，磁力就是通過連續(xù)的場(chǎng)傳遞的。可是，在當(dāng)時(shí)對(duì)法拉第提出“場(chǎng)”的概念幾乎所有物理學(xué)家都認(rèn)為是離經(jīng)叛道的異想天開，他的思想整整被冷落了二十幾個(gè)春秋。就在這時(shí)，法拉弟的思想被當(dāng)時(shí)劍橋大學(xué)的研究生麥克斯威所捍衛(wèi)并在沉默中得到了新生。麥克斯威出生在一個(gè)學(xué)者家庭，從小在父親的影響下不僅酷愛數(shù)學(xué)，而且對(duì)哲學(xué)十分感興趣，他對(duì)笛卡爾、康德等人的哲學(xué)著作頗有研究，對(duì)康德自然力統(tǒng)一的辯證思維尤感興趣，對(duì)威廉·漢密爾頓、福布斯等邏輯學(xué)家、自然哲學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫛⑥q證的思維、淵博的知識(shí)十分崇敬，這些都為他接受而不盲從、繼承而不迷信法拉弟的思想奠定了良好的哲學(xué)思想的基礎(chǔ)。在大學(xué)時(shí)，麥克斯威就被法拉弟的《電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究》這一光輝著作所吸引，大學(xué)畢業(yè)以后正值電磁相互作用兩種對(duì)立的學(xué)說爭(zhēng)論不休的年月，擺在麥克斯威面前的任務(wù)就是尋找對(duì)電磁相互作用的正確解釋。他不迷信權(quán)威，不拘泥舊說，敢于觸犯統(tǒng)治著物理學(xué)界的牛頓“超距作用”的傳統(tǒng)，做一個(gè)“不順從者”，成為媒遞學(xué)派的信徒。但是，他又善于獨(dú)立思考，決不盲從，他善于超越固定的、傳統(tǒng)的認(rèn)知方式，而獨(dú)出心裁地綜合復(fù)雜環(huán)境的諸因素，產(chǎn)生一種新穎的不同凡響的獨(dú)特思維方式。他對(duì)兩派的觀點(diǎn)和文章都進(jìn)行了客觀的全面的分析，他發(fā)現(xiàn)法拉弟的思考線索與泊松、韋伯等人繪出的電磁定律的數(shù)學(xué)公式本身并不矛盾，于是他決心尋求共同的閃光點(diǎn)。麥克斯威始終堅(jiān)持著一個(gè)信念_自然界在本質(zhì)上是統(tǒng)一而和諧的，因此他決心用統(tǒng)一的自然觀，用一切從物理實(shí)質(zhì)和現(xiàn)象本質(zhì)出發(fā)來研究問題，并作為他探索自然規(guī)律最基本的出發(fā)點(diǎn)，這正是麥克斯韋創(chuàng)造性思維新奇性的集中表現(xiàn)。 思維的獨(dú)特性 麥克斯威是法拉第事業(yè)的繼承者和開拓者。但是他們?cè)谛愿瘛赓|(zhì)和思維方式、研究方法等方面都截然不同，在物理學(xué)史上產(chǎn)生了一起非凡的“互補(bǔ)效應(yīng)”。 法拉第活潑和藹，麥克斯威嚴(yán)肅辛辣；法拉第善于演講，麥克斯威講演不受歡迎；法拉第專于實(shí)驗(yàn)研究，麥克斯威精于理論概括。尤其在數(shù)學(xué)上，這兩位科學(xué)“巨匠”更成了非凡的一對(duì)。法拉第出身貧寒，一直沒有受過專門的教育，但他長(zhǎng)于實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)數(shù)學(xué)十分陌生，在他的巨著《電的實(shí)驗(yàn)研究》中，通篇找不到一個(gè)數(shù)學(xué)公式?？墒牵溈怂?/span>威精于數(shù)學(xué)研究，從小便有“少年數(shù)學(xué)家”的稱號(hào)，在劍橋大學(xué)讀書時(shí)得到最有名望的數(shù)學(xué)家翟波全斯、威廉·得姆生、斯托克的指教，很快成為一位有名的青年數(shù)學(xué)家，特別是成為一位數(shù)學(xué)物理學(xué)家而不是抽象的數(shù)學(xué)家。他最獨(dú)特的之處在于每當(dāng)他用數(shù)學(xué)這個(gè)“人類第二語言”作為研究工具的時(shí)候，他總是注意把握物理的概念，最善于從物理到數(shù)學(xué)、從數(shù)學(xué)到物理，綜合運(yùn)用，有機(jī)結(jié)合，由于麥克斯威比其他科學(xué)家更善于運(yùn)用這種“物理—數(shù)學(xué)—物理”的數(shù)學(xué)模型的方法，便很快地從“兩軍對(duì)戰(zhàn)”之中找到定量化的閃光點(diǎn)，找到把法拉第思想數(shù)學(xué)化的科研題目，這就是麥克斯威創(chuàng)造出性思維的獨(dú)特性的表現(xiàn)，也是他成功地筑起電磁理論大廈的秘訣 1854年，他談到法拉第的《電的實(shí)驗(yàn)研究》一書，由于他有非凡的洞察力和獨(dú)特的數(shù)理思維方法，一眼就看出了的“力線”和“場(chǎng)”思想的真實(shí)意義，并選定“力線”思想作為自己使用數(shù)學(xué)方法研究電磁現(xiàn)象的起點(diǎn)，彌補(bǔ)法拉弟的不足。首先，他仿效W·湯姆生的力學(xué)類比方法，提出了一系列的比喻；把電、磁傳播比喻成水源，把“力線”看成導(dǎo)管（力管），把水源的速度看作是電量、磁量，把開始和結(jié)尾的水壓差當(dāng)成電壓，……就這樣循著流體力學(xué)的思想定性地設(shè)計(jì)出一個(gè)“力線”的流體動(dòng)力模型。然后，用數(shù)學(xué)的方法完成法拉第“力線”概念數(shù)學(xué)“翻譯”的工作。在這方面對(duì)他影響和啟發(fā)最大的是愛爾蘭數(shù)學(xué)家哈密頓創(chuàng)立的矢量和運(yùn)算計(jì)算法。哈密頓是英國(guó)僅次于牛頓的最偉大的數(shù)學(xué)家，在研究復(fù)數(shù)概念時(shí)，他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的數(shù)_四元素，當(dāng)微分算子
※ 這個(gè)四元素的實(shí)數(shù)部分（除去負(fù)號(hào)﹚即為 思維的疑問性 麥克斯威創(chuàng)造性思維的另一特點(diǎn)是善于提出問題，具有發(fā)現(xiàn)和提出一般人難以想到的問題的能力，這與那些漫不經(jīng)心，對(duì)奇妙現(xiàn)象不驚奇，不感奮_真理常常從他們眼皮底下溜走的人，是一個(gè)鮮明的對(duì)照。 1860年，麥克斯威在與法拉第于倫敦見面以后，決定在用數(shù)學(xué)解釋法拉笫學(xué)說的基礎(chǔ)上，繼續(xù)利用數(shù)學(xué)去突破和超越前人的成就。首先，他用力學(xué)的觀點(diǎn)來檢驗(yàn)磁學(xué)現(xiàn)象，在“力線”的流體動(dòng)力學(xué)模型中，他曾把電、磁傳播比成水流，但當(dāng)他懷著問題進(jìn)一步思考時(shí)，發(fā)現(xiàn)用水的流動(dòng)不能完全比喻電和磁的現(xiàn)象。如果把一個(gè)圈移近或移開另一個(gè)有電流流動(dòng)的線圈，那么在這個(gè)線圈中就會(huì)發(fā)生電流。這種現(xiàn)象，用導(dǎo)管中流動(dòng)的水就不能說明。電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的變化產(chǎn)生電流的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，用水的流動(dòng)也是說明不了的。因此，為了說明這種現(xiàn)象，他又進(jìn)行了新的比喻，提出了新的假設(shè)。他設(shè)想磁場(chǎng)是一些小的“旋渦分子”的集合，渦旋充滿了磁場(chǎng)所占據(jù)的空間。這時(shí)，如果把所謂“磁力管筒_很細(xì)的回轉(zhuǎn)圓筒的切口比喻成齒輪，當(dāng)諸齒輪向相同方面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在兩個(gè)齒輪之間加一個(gè)“惰輪”（即沒有固定軸的“微粒子”），那么這些“惰輪”就會(huì)像蒸汽機(jī)調(diào)節(jié)器中的滾動(dòng)軸承一樣流動(dòng)，這時(shí)就可以把這些“微粒子”的流動(dòng)當(dāng)作電流的流動(dòng)，當(dāng)微粒子流動(dòng)時(shí)，齒輪就轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生磁。這就是麥克斯韋提出的齒輪模型，定性地說明了電磁感應(yīng)。1861年他在此基礎(chǔ)上提出了一個(gè)重要的假設(shè)，即假設(shè)變化的磁場(chǎng)在其周圍發(fā)出一種感應(yīng)電流，或者叫渦旋電流。顯然這比法拉弟的“磁體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流”又進(jìn)了一步，麥克斯威把磁體運(yùn)動(dòng)推廣到了變化的磁場(chǎng)，把產(chǎn)生電流推廣到了產(chǎn)生電場(chǎng)”。 麥克斯威這一延伸推廣的工作并未結(jié)束。因?yàn)樵缭?/span>1862年以前，即發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)后的40年，一個(gè)傳統(tǒng)觀念一直禁錮著人們的頭腦，認(rèn)為只有流過導(dǎo)線（或?qū)w）的傳導(dǎo)電流才能產(chǎn)生磁場(chǎng)，或者說當(dāng)離開了金屬導(dǎo)線或?qū)w就不可能出現(xiàn)由電流引起的磁場(chǎng)。但是麥克斯威遇事總善于問個(gè)為什么？他懷著疑問重新審定了齒輪模型。他認(rèn)為，齒輪模型中的電微粒還有新的效用。電在絕緣體中之所以不能流動(dòng)，是因?yàn)檫@個(gè)微粒子不能自由流動(dòng)_那怕它仍受到電的影響，但是如果一旦改變了絕緣體的種類，則電容器中積存的電容量就不同，這樣自由流動(dòng)的微粒子將以規(guī)定的位置為中心而發(fā)生振動(dòng)，產(chǎn)生位移（變動(dòng)了位置）。麥克斯威把電微粒子的這種因位置的變動(dòng)而產(chǎn)生的電流稱為絕緣體的位移電流。于是，麥克斯韋又大膽地提出了第二個(gè)假設(shè)：變化的電場(chǎng)除了傳導(dǎo)電流外，還存在著“位移電流”。位移電流在它周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，這種磁場(chǎng)的值和等值的傳導(dǎo)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)完全相同。后來，麥克斯韋又從安培環(huán)流定律是否適用迅變磁場(chǎng)（高頻迅變電流的磁場(chǎng)）以及討論安培定律與電流連續(xù)性定律之間的矛盾找到
其中，D為電位移矢量，J為位移電流密度。 這兩個(gè)假設(shè)的提出，是麥克斯威創(chuàng)立電磁理論的關(guān)鍵，也是他具有強(qiáng)烈的好奇心，敏銳的觀察力和善于提出問題的結(jié)果。 思維的現(xiàn)實(shí)性 想象的新奇、獨(dú)特的思考中的疑問，不一定都是創(chuàng)造力的表現(xiàn)。因?yàn)檫@種想象和疑問也可能是違背客觀規(guī)律和社會(huì)文化需要的胡思亂想。所以科學(xué)的創(chuàng)造性活動(dòng)既需要大膽的想象和疑問，又需要現(xiàn)實(shí)定向。即是說，創(chuàng)造性思維具有現(xiàn)實(shí)性，它要求創(chuàng)造者在想象、疑問和現(xiàn)實(shí)之間進(jìn)行有效的自由“反饋”調(diào)節(jié)，既能憑感情奔放，又能不喪失理智；既能浮想聯(lián)翩，又能適時(shí)返回現(xiàn)實(shí)。麥克斯威創(chuàng)造性的活動(dòng)正是思維現(xiàn)實(shí)性最好的寫照。 麥克斯威提出的兩個(gè)假設(shè)，深刻地提示了電場(chǎng)和磁場(chǎng)的內(nèi)在聯(lián)系_“變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)”，這兩種場(chǎng)的相互激發(fā)和轉(zhuǎn)化就形成了統(tǒng)一的電磁場(chǎng)，交變的電磁場(chǎng)向空間傳播，就形成了當(dāng)時(shí)人們不知道的電磁波。麥克斯韋不僅預(yù)言了電磁波的存在，而且計(jì)算出了它的傳播速度。1986年，麥克斯威根據(jù)電的位移和彈性位移之間的相似性，認(rèn)為以太不僅有密度，而且能傳播電波，并初步計(jì)算出了傳播的速度。 思維的協(xié)調(diào)性 在人的創(chuàng)造性活動(dòng)中，往往產(chǎn)生若干個(gè)聯(lián)想，提出多種假設(shè)或多種可能解決的辦法，但是最終又將從中選擇出一種最佳的方案或最合適的答案。即是說，分散式思維和輻合式思維兩種形式在創(chuàng)造性活動(dòng)中往往緊密地聯(lián)系著，它要求創(chuàng)造者具有靈活機(jī)動(dòng)地把兩者高度協(xié)調(diào)的能力，麥克斯威電磁理論大廈的筑成，正是他創(chuàng)造性思維高度協(xié)調(diào)的結(jié)果。 麥克斯威第三篇論文《電磁場(chǎng)的動(dòng)力理論》的誕生，是他從分散式思維到輻合式思維轉(zhuǎn)化的開始。自從麥克斯韋發(fā)表第二篇論文《論物理的力線》以來，他的頭腦總是浮想聯(lián)想，總覺得第二篇論文還沒有達(dá)到十分完善的理論高度，還沒有用十分完美而統(tǒng)一的數(shù)學(xué)方法來總結(jié)近百年來電磁學(xué)的成就。1865年，他為了實(shí)現(xiàn)這一愿望，力爭(zhēng)有一個(gè)專門的時(shí)間安靜的從事這方面的研究和寫作工作，他毅然辭去了英國(guó)皇 麥克斯威認(rèn)為，這篇論文訪問期間沒有達(dá)到他渴望多年的、概括近百年來電磁現(xiàn)象研究的最優(yōu)化的程度，于是從1867年至1868年，他離開了格倫萊莊園，到歐洲大陸與各國(guó)優(yōu)秀科學(xué)家們進(jìn)行廣泛的學(xué)術(shù)交流。1868年秋，他滿載著各國(guó)科學(xué)家的友誼和研發(fā)成果又回到了莊園，潛心于電磁理論專著的寫作。他在莊園里，用了整整六年的時(shí)間，用數(shù)學(xué)的眼光，集近代數(shù)學(xué)之大成，廣泛地引用和發(fā)展了泊松方程，拉普拉斯方程、格林函數(shù)以及哈密頓的向量代數(shù)、十九世紀(jì)著名的粘性介質(zhì)流體動(dòng)力學(xué)方程、彈性介質(zhì)方程等偏微分方程組的成就，終于完成了電磁理論的巨著《電磁學(xué)通論》，建立了電磁場(chǎng)的基本方程，即麥克斯威方程組。 再加上 通過麥克斯威電磁理論創(chuàng)立的全過程，可以得到很多精神財(cái)富和啟示： 1、創(chuàng)造性思維必須具有大膽而可貴的探索精神，敢于沖破傳統(tǒng)觀念的束縛?要敢于提出，善于提出問題?既能浮想聯(lián)翩，又能返回現(xiàn)實(shí)，把思維的新奇性、疑問性與思維的協(xié)調(diào)性、現(xiàn)實(shí)性結(jié)合起來； 2、數(shù)學(xué)是“人類的第二語言”，只有充分的應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，建立數(shù)學(xué)模型，揭示自然現(xiàn)象本質(zhì)、定量描述自然現(xiàn)象和規(guī)律，對(duì)于任何一個(gè)研究課題或者一門學(xué)科，才能達(dá)到成熟的地步； 3、科學(xué)研究必須與科學(xué)方法相結(jié)含，科學(xué)理論與科學(xué)思維相結(jié)合、定性研究與定量研究相結(jié)合，創(chuàng)造思維與主客觀統(tǒng)一相結(jié)合； 3、創(chuàng)造性思維在于不斷追求，正如愛因斯坦所說:“對(duì)真理的追求，比對(duì)真理的占有更為重要”，中國(guó)教育之所以難培養(yǎng)出諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者，可能與過分重現(xiàn)對(duì)“真理的占有”有關(guān)。按中國(guó)大陸傳統(tǒng)的教育理念和方法，科科都得100分的“神童”是得不到諾貝爾獎(jiǎng)的； 4、……. ………….. 原載《彩票大揭秘＿彩票的混沌與分形》(2016年1月知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社) |
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