类比在科学发展中的作用

刘雷

摘要：文章阐述了在自然科学发展史上，无论古代、近代，还是现代，类比都在科学发展中普遍运用并在其中扮演重要角色。文章中依次举了在古代、近代以及在科学发展的前沿类比在其中的作用。随着自然科学的发展，类比还常常被用于解释新的理论和定义。类比与模拟实验也有密切关系。因此，我们可以看出类比在科学实验中的作用。

关键词：类比；科学发展；作用；实验

中图分类号：G632.0文献标识码：A文章编号：1992-7711（2020）04-0167

一、类比的概念及其阐述

所谓类比是这样的一种推理，它把不同的两个（两类）对象进行比较，根据两个（两类）对象在一系列属性上的相似，而且已知其中一个对象还具有其他的属性，由此推出另一个对象也具有相似的其他属性的结论。

类比推理的基本原理可以用下列模式来表示：A对象具有属性a、b、c，另有属性d，B对象具有属性a、b、c，所以，B对象也具有属性d。

上述的“A”“B”是指不同的对象或是指不同的个体对象，比如地球与太阳；或是指不同的两类对象，比如植物类与动物类；或是指不同的领域，比如宏观世界与微观世界。类比推理的应用场合是多种多样的，有时也可以把某类的个体对象与另一类对象进行类比。例如，为了弄清某种新药物在人类身上的效用和反应如何，往往是用某类动物个体来做试验，然后通过类比求得答案。

类比的结论是或然的。类比的结论之所以具有或然性主要是由于以下两方面的原因。一方面是因为对象之间不仅具有相同性，而且具有差异性。就是说，A，B两个对象尽管在一系列属性（a、b、c）上是相似的，但由于它们是不同的两个对象，总还有某些属性是不同的。如果d属性恰好是A对象异于B对象的特殊性，那么我们作出B对象也具有d属性的结论，便是错误的。例如，地球与火星尽管它们在一系列属性上是相似的（太阳系的行星，存在着大气层，适于生命存在的温度等），但是地球上有生物，能不能说火星上也有生物呢？不能，因为火星还有不同于地球的特殊性。近年来航天的科学考察表明，火星上并未发现什么生物。另一方面，对象中并存的许多属性，有些是对象的固有属性，有些是对象的偶有属性。比如，血液循环是人体的固有属性，而吃了鸡蛋产生过敏反应，这是个别人身上的偶有属性。如果作出类推的d属性是某一对象的偶有属性，那么另一对象很可能就不具有d属性。

二、在科学发展中的作用及其应用

近代的科学发展使人们认识到，单靠某一事物与已知事物之间的简单的静态的性质类比，那是很不充分的，还需要从事物性质的量上进行研究，这就需要把定性类比和定量类比结合起来。

同样在科学发展的前沿阵地，由于探索性强，资料奇缺，類比的应用尤其重要。例如1963年盖尔曼和茨威格分别独立地引入夸克作为组成基本粒子的单元。他们指出，基本粒子的运动规律可以用三种不同的夸克的简单运动和相互作用来说明。由于夸克假说能对新的观察事实作出正确的预言，并能用一个简单统一的概念体系来描述丰富多彩的基本粒子，因而夸克学说具有很强的解释力，夸克却始终未被单独探测到，究竟能否观察到单独的夸克呢？对于这样一个基本问题，基本粒子物理学应该怎样研究呢？根据夸克理论模型，夸克的组合方式有两种：一种是由三个夸克和三个反夸克一起组成重子，另一种是由一个夸克和一个反夸克组成介子。如果这些重子或介子族粒中有一个在一次核碰撞中被击碎，就会形成新的粒子，但每个新粒子也仍然只能采取原有的多种夸克组成方式，即含有或者三个夸克和三个反夺克，或一个夸克和一个反夸克，而不会出现一个单个的夸克或反夸克碎片。高能物理学家注意到夸克的这种性质类似于磁性物质，因为磁铁总是具有一个N极和S极，当我们把一个条形磁铁分为两截时，也不会出现孤立的N极或S极，而成为各自有N和S极的两块磁铁，这正和介子碎片分裂时的情形完全类似。这些物理学家就将夸克与磁极进行类比，把夸克理论引向了一个新的起点。因为磁体两极的不可分性的根本原因在于磁铁的磁性是原子内部电子的圆周运动产生的，磁铁的S、N极并不是组成磁铁的“基本单元”，还有更深刻的“基本结构”——原子电流的外在形态。既然夸克和磁铁类似，那么是否夸克也有一个未知的“基本结构”？夸克具有内在的类似于“原子电流的基本结构，这是通过类比得到的一个预测，就是这个预测开辟了一条建立夸克基本理论的新途径。

三、类比在解释新的理论和定义以及科学实验中的应用及其作用

类比还常常被用于解释新的理论和定义，它具有助发现作用，当一新理论刚提出之时，必须通过类比用人们已熟悉的理论去说明新提出的理论和定义，这就是类比助发现作用的表现。

类比与模拟实验也有密切关系。所谓模拟实验就是在客观条件受限制而不能直接考察被研究对象时，就依据类比而采用间接的模拟实验进行研究。例如，地球上的生命是怎样起源的，这一直是科学家们不解的一个谜，因为生命起源的原始状态已是时过境迁，无法直接考察了。1950年代初，米勒通过类比设计了一个生命起源的模拟实验。他在一个密封的容器里，加上了氢、氧、碳、氮等元素和甲烷、水，又模拟了风、雨、雷、电等原始大气环境。这样过了一个星期后，在容器里发现已形成了苷氨酸、甲氨酸等氨基酸。以后，别人用紫外线作能源，也得到了氨基酸。

综上所述，我们可以知道，类比法是人们所熟知几种逻辑推理中最富有创造性的。科学史上很多重大发现、发明，往往发端于类比，类比被誉为科学活动中的“伟大的引路人”。尽管类比不能代替论证，但可以为理解新知识、概念和规律提供依托。纵观科学发展史，有许多规律与定律的发展与建立都与类比推理方法分不开，类比推理方法在科学发展和科学研究中都起到了至关重要的作用。

（作者单位：中国核工业集团二0二厂中学014035）