類比在科學發展中的作用

劉雷

摘要：文章闡述了在自然科學發展史上，無論古代、近代，還是現代，類比都在科學發展中普遍運用并在其中扮演重要角色。文章中依次舉了在古代、近代以及在科學發展的前沿類比在其中的作用。隨著自然科學的發展，類比還常常被用于解釋新的理論和定義。類比與模擬實驗也有密切關系。因此，我們可以看出類比在科學實驗中的作用。

關鍵詞：類比；科學發展；作用；實驗

中圖分類號：G632.0文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2020）04-0167

一、類比的概念及其闡述

所謂類比是這樣的一種推理，它把不同的兩個（兩類）對象進行比較，根據兩個（兩類）對象在一系列屬性上的相似，而且已知其中一個對象還具有其他的屬性，由此推出另一個對象也具有相似的其他屬性的結論。

類比推理的基本原理可以用下列模式來表示：A對象具有屬性a、b、c，另有屬性d，B對象具有屬性a、b、c，所以，B對象也具有屬性d。

上述的“A”“B”是指不同的對象或是指不同的個體對象，比如地球與太陽；或是指不同的兩類對象，比如植物類與動物類；或是指不同的領域，比如宏觀世界與微觀世界。類比推理的應用場合是多種多樣的，有時也可以把某類的個體對象與另一類對象進行類比。例如，為了弄清某種新藥物在人類身上的效用和反應如何，往往是用某類動物個體來做試驗，然后通過類比求得答案。

類比的結論是或然的。類比的結論之所以具有或然性主要是由于以下兩方面的原因。一方面是因為對象之間不僅具有相同性，而且具有差異性。就是說，A，B兩個對象盡管在一系列屬性（a、b、c）上是相似的，但由于它們是不同的兩個對象，總還有某些屬性是不同的。如果d屬性恰好是A對象異于B對象的特殊性，那么我們作出B對象也具有d屬性的結論，便是錯誤的。例如，地球與火星盡管它們在一系列屬性上是相似的（太陽系的行星，存在著大氣層，適于生命存在的溫度等），但是地球上有生物，能不能說火星上也有生物呢？不能，因為火星還有不同于地球的特殊性。近年來航天的科學考察表明，火星上并未發現什么生物。另一方面，對象中并存的許多屬性，有些是對象的固有屬性，有些是對象的偶有屬性。比如，血液循環是人體的固有屬性，而吃了雞蛋產生過敏反應，這是個別人身上的偶有屬性。如果作出類推的d屬性是某一對象的偶有屬性，那么另一對象很可能就不具有d屬性。

二、在科學發展中的作用及其應用

近代的科學發展使人們認識到，單靠某一事物與已知事物之間的簡單的靜態的性質類比，那是很不充分的，還需要從事物性質的量上進行研究，這就需要把定性類比和定量類比結合起來。

同樣在科學發展的前沿陣地，由于探索性強，資料奇缺，類比的應用尤其重要。例如1963年蓋爾曼和茨威格分別獨立地引入夸克作為組成基本粒子的單元。他們指出，基本粒子的運動規律可以用三種不同的夸克的簡單運動和相互作用來說明。由于夸克假說能對新的觀察事實作出正確的預言，并能用一個簡單統一的概念體系來描述豐富多彩的基本粒子，因而夸克學說具有很強的解釋力，夸克卻始終未被單獨探測到，究竟能否觀察到單獨的夸克呢？對于這樣一個基本問題，基本粒子物理學應該怎樣研究呢？根據夸克理論模型，夸克的組合方式有兩種：一種是由三個夸克和三個反夸克一起組成重子，另一種是由一個夸克和一個反夸克組成介子。如果這些重子或介子族粒中有一個在一次核碰撞中被擊碎，就會形成新的粒子，但每個新粒子也仍然只能采取原有的多種夸克組成方式，即含有或者三個夸克和三個反奪克，或一個夸克和一個反夸克，而不會出現一個單個的夸克或反夸克碎片。高能物理學家注意到夸克的這種性質類似于磁性物質，因為磁鐵總是具有一個N極和S極，當我們把一個條形磁鐵分為兩截時，也不會出現孤立的N極或S極，而成為各自有N和S極的兩塊磁鐵，這正和介子碎片分裂時的情形完全類似。這些物理學家就將夸克與磁極進行類比，把夸克理論引向了一個新的起點。因為磁體兩極的不可分性的根本原因在于磁鐵的磁性是原子內部電子的圓周運動產生的，磁鐵的S、N極并不是組成磁鐵的“基本單元”，還有更深刻的“基本結構”——原子電流的外在形態。既然夸克和磁鐵類似，那么是否夸克也有一個未知的“基本結構”？夸克具有內在的類似于“原子電流的基本結構，這是通過類比得到的一個預測，就是這個預測開辟了一條建立夸克基本理論的新途徑。

三、類比在解釋新的理論和定義以及科學實驗中的應用及其作用

類比還常常被用于解釋新的理論和定義，它具有助發現作用，當一新理論剛提出之時，必須通過類比用人們已熟悉的理論去說明新提出的理論和定義，這就是類比助發現作用的表現。

類比與模擬實驗也有密切關系。所謂模擬實驗就是在客觀條件受限制而不能直接考察被研究對象時，就依據類比而采用間接的模擬實驗進行研究。例如，地球上的生命是怎樣起源的，這一直是科學家們不解的一個謎，因為生命起源的原始狀態已是時過境遷，無法直接考察了。1950年代初，米勒通過類比設計了一個生命起源的模擬實驗。他在一個密封的容器里，加上了氫、氧、碳、氮等元素和甲烷、水，又模擬了風、雨、雷、電等原始大氣環境。這樣過了一個星期后，在容器里發現已形成了苷氨酸、甲氨酸等氨基酸。以后，別人用紫外線作能源，也得到了氨基酸。

綜上所述，我們可以知道，類比法是人們所熟知幾種邏輯推理中最富有創造性的。科學史上很多重大發現、發明，往往發端于類比，類比被譽為科學活動中的“偉大的引路人”。盡管類比不能代替論證，但可以為理解新知識、概念和規律提供依托。縱觀科學發展史，有許多規律與定律的發展與建立都與類比推理方法分不開，類比推理方法在科學發展和科學研究中都起到了至關重要的作用。

（作者單位：中國核工業集團二0二廠中學014035）