科学的背后，思维形象化方法最为隐蔽

武汉理工大学：刘永红

思维形象化方法是打开科学宝库的金钥匙，也是探索事物本质的真正旗手。但，他隐蔽得很深很好，又往往被人忽视。这篇小文章想揭开他的“庐山真面目”，并举鲜活的例子！

思维，是指人的思考活动，它是一种过程。因此，它既可以抽象地进行，又可以形象化地进行。所谓思维形象化方法：在思维过程中，联想或虚构某一图景，使思维清晰、概念明朗化；用直观形象（比如图示）展现客观事物（对象）的特征、结构和关系，达到揭示事物（对象）的本质和规律的目的。

思维形象化方法的作用，实际上与它自身的特点分不开，思维过程形象化可启迪探索者的思想，比如提出假说、提炼模型、设计实验或试验等等。因此，人们应该加以重视。

我举一个简单的数学例子来说明。下面是离散几何（discrete geometry）中的一个定义：

定义：假设X是Eⁿ的一个子集，如果对其中的任意两点x和y以及任意满足0＜λ＜1的实数λ都有

λx＋(1－λ)y∈X,

那么称其为一个凸集。

现在我们看这个定义的几何性质，凸意味着，如果两点属于该集合，那么连接这两点的整条线段都属于该集合，如图1，（a）和（b）是凸的，（c）就不是凸的。

图1.凸集示意图. 图片来源于刘永红绘图

显然，这个几何思维过程是形象化了。我再举物理、化学方面的例子。

电磁学的奠基人法拉第用直观、形象的磁力线表示磁场强度的大小（如图2），但法拉第不擅长用数学公式描述，这一重任落在了麦克斯韦的肩上，人们看到以他名字命名的方程，即麦克斯韦方程组，神奇乎！！

图2.磁力线示意图. 图片来源于网络

又例如，原子是切实存在的。毫无疑问，原子结构理论的建立（如图3），就是运用思维形象化方法，成为重大成果之一。

图3.原子结构示意图. 图片来源于网络

现在轮到举工程科学例子了。我国著名科学家钱学森认为：方位控制和调节的对象是比较庞大的飞船（至少有好几吨重）（图4），但是，确又是十分精细的系统。进行地面实验时，须要在一个专门的密闭房间里，实验时不得有任何空气流动。他用思维形象化方法，构建这样的房间，他说“有一个滚珠轴承支承着的完全平衡的试验台，控制调节设备就放在这个台上。房间的内壁必须不反光，像黑暗的太空一样；而在房顶及四壁又安上大小不同的光源，模拟太阳和星光。飞船的定向系统就在这种特殊条件下进行试验，测定其性能。”（《星际航行概论》钱学森巨著，2008年，图5）

图4.“天舟二号”货运飞船（据央视新闻发布消息（2023/4/30 13:04:47）：“太空快递”即将发货！天舟六号的货物清单上新了）图片来源于网络

图5.钱学森巨著《星际航行概论》（2008年）图片来源于网络

总之，诸如此类的实例，不胜枚举，他们的创新成果，都极大地推动了科技的发展。