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第5章 “两面神”引出新理论

赵玉祥——山西省一个“不起眼”的中学生。

可就是这个中学生,在1986年竟使制造保险锁的工程师们大吃一惊。

赵玉祥的巧妙发明是:他去上学的时候,在外面用普通门锁把门锁上,屋里的人照样可以开门出去;屋里的人插上插销,外面的人也可以开门进去。当然,这只有拿钥匙的自家人才能做到。

这项发明说来也很简单:用一长一短两片门锁搭扣,重叠起来,都钉在门框上,短的在里面固定,长的在外面,可以活动,而且朝屋里的一端做成钩状,以便钩住插销。

这样,外面的人虽然用锁锁上,但屋里的人拉开插销照样可以开门出去;屋里的人插上插销,外面的人只要把那片活动门锁搭扣往下按动,钩子离开插销,也可以把门打开。

赵玉祥用了两面神思维和逆向思维方法,巧妙的解决了保险锁才能解决的问题,从而获得了第三届全国青少年科学创造发明一等奖。

那什么是两面神思维,这种方法的要点又是什么呢?

原来,古罗马神话中的门神,有两副表情截然不同的面孔,能同时转向两个相反的方向,从两个相反的方向去观察事物。人们称它为“两面神”。近代精神病学家卢森堡曾把具有创造性的人物的思维归结为“两面神思维”。所谓两面神思维,是指同时积极地构想出两个或更多并存的,或同样起作用的,或同样正确的相反的或对立的概念、思想或印象。

假如能把这些事物合并成一个事物,这样就容易产生创造性的发现或者发明来。最常见的例子是一枚硬币同时有两个面:一个字面,一个画面。还有一种正反面都可以穿着的两用风衣或两用茄克衫。

在科学史上,许多有创造才能的科学家、发明家,都经常用两面神思维去思考问题,从而引出惊人的发现和创造。

400多年前,意大利科学家伽利略(1564~1642)正是运用了两面神思维方法,推翻了大科学家亚里士多德(公元前384~前322)的一个被世人深信了近2000年的理论——重物体比轻物体落得快。伽利略这样设想:如果亚里士多德的理论正确的话,那么把一个重物和轻物捆绑在一起,落下去情况将怎样?

无非有两种可能:一种是比原来的一个重物落得更快,因为两个物体比原来的一个更重;另一种可能是下降速度介于两者之间。因为重物要加速,轻物要减速。然而这两种情况互不相容。这就证明了亚里士多德的错误。

1672年,牛顿(1643~1727)向英国皇家学会递交了一篇《关于光和色的新理论》的论文,提出了光的微粒说——光由许多机械微粒组成。虽然他的同胞胡克(1635~1703)认为微粒说不具有惟一性和必然性,荷兰科学家惠更斯(1629~1695)等主张光的波动说——光是一种在媒质中传播的机械波,但在当时微粒说更符合人们的直觉,加上牛顿的威望等因素,微粒说占了上风。

1801年,英国物理学家托马斯·扬(1773~1829)在皇家学会宣读了《关于薄片颜色》的论文,提出了干涉、波长等概念,用著名的双缝干涉实验支持了波动说,使沉寂了近百年的波动说又复活起来。同时,法国科学家菲涅耳(1788~1827)给光的偏振现象建立了经过实验检验的数学模型,英国科学家麦克斯韦(1831~1879)提出了光的电磁场理论,赫兹用实验证实了电磁波的速率等于光速,光作为一种电磁波得到了举世公认。这样,在19世纪下半叶,光的波动说就占了统治地位。

为了解释黑体辐射,德国科学家普朗克(1858~1947)在1900年提出了一个大胆的能量子假说——黑体辐射的能量变化不是连续的。然而,他只是将能量量子化作为一种方便的计算手段,并没有赋予它真实的物理意义;更没有意识到把能量量子化,根本背离了经典力学和经典电动力学。

就在普朗克犹豫徘徊,大多数物理学家对他的能量子假说不以为然的时候,爱因斯坦的论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》发表了。论文不但提出了著名的光量子假说,并运用它成功地解释了光电效应现象,以及一系列与光的产生和转化有关的问题;而且明确地认识到量子概念的重要性,又强调了光的粒子性。这就解决了微粒说和波动说的矛盾。

光量子的出现,必然要求人们把微粒说和波动说这两种对立的学说一起融入到光的波粒二象性理论之中。但是,波粒二象性理论却使经典物理学面临着“光的波粒二象性悖论”的挑战。因为在经典物理学中,波和粒子是对立的、互不相容的——一种物质不可能既是粒子又是波。光有时是波,有时又必须是粒子——在经典物理学中这种矛盾无法调和。

显然,在经典物理学中这个悖论无法解决。对此,爱因斯坦曾经这样说:“我们面对的重大问题无法在我们制造出这些问题的思考层次上解决。”

当人们不容纳光量子的时候,爱因斯坦已经远远超越当时的认识水平——把光看成既是粒子又是波。这种新观点认为波动和粒子图像在辐射理论中可以彼此相容——实际上解决了上述悖论。

光电效应和1923年美国物理学家康普顿(1892~1962)、中国物理学家吴有训(1897~1977)发现的“康普顿效应”,无可辩驳地证明光具有波粒二象性。

当然,爱因斯坦不止一次使用两面神思维。

1913年夏,居里夫人和爱因斯坦结伴,带着他们各自的子女到瑞士东部的一个风光秀丽的山地旅游。当他们攀登到一个山顶的时候,爱因斯坦突然抓住居里夫人的手臂喊到:“夫人,你想,我需要知道的,就是当一个升降机掉进空中时,那里的乘客会出现什么情况?”这突如其来的“滑稽忧虑”,使在场的孩子们哄然大笑。

其实,孩子们哪里会想到爱因斯坦正以激动人心的两面神思维方法,发现了一个惊人的秘密,那就是升降机里的重力感觉,恰恰是加速度上升的惯性所引起的,由此揭开了震惊科学界的一个重要原理。这个原理正是爱因斯坦在两年以后提出的广义相对论的重要理论基础。

从这两个故事可以看出,爱因斯坦显示出超人的智慧、令人惊叹的远见卓识和大胆的创新精神——典型地运用了两面神思维。

“创新是一个民族进步的灵魂。”

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