科学中的“替代”法

替代法是科学研究中经常用到的换位思维方法之一，我们也可以将其称为“等效替代法”。这种方法的原理是:在能够保证特性和关系相同的前提下，将实际的、复杂的问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的问题和过程，更为简单地来进行研究和处理。

一、曹冲称象

如今，曹冲称象的故事可谓家喻户晓。这个故事讲的是曹操的小儿子曹冲用替代法称量大象的重量。吴国的孙权送给了曹操一头大象，曹操非常高兴。大象被运到许昌之后，曹操率领着文武大臣们前来观看，他的小儿子曹冲也一同前往。前来的所有人都没有见过大象，看着这又高又大的怪物，人们都惊奇不已。这时，曹操对大臣们说:“这头大象太大了，要是想知道它究竟有多重，该用什么办法称一下呢?你们谁能把它的重量称出来?”听了曹操的话，大家便纷纷议论起来。有的人说:“造一根非常大的秤来称。”还有人说:“大象这么大，要是造一杆秤的话，得造多大呢?只有把它杀了，切成一块一块的再称。”大家听完都摇头说，这种办法是可以称出大象的重量，可是不能为了称它的重量，就把它杀了啊。大臣们你看看我，我看看你，一筹莫展。这时，曹冲走了出来，对曹操说:“父亲，我有办法可以称量。”曹操一看是自己最喜爱的小儿子，便笑着说:“你小小年纪，能有什么办法?你说出来我听听。”曹冲便对曹操说了自己的办法。曹操听了连忙叫好，对大臣们说:“走，跟我到河边称象去!”

于是，大臣们便跟着曹操到了河边——这里停着一艘大船。曹冲让人把象牵到船上，待船身稳定之后，他让人在船舷上齐水面的地方刻了一道痕迹，然后把大象牵了出来。在此之后，他让人把大小不等的石头放进船里。船身随着石头的增多渐渐开始下沉，等到船身沉到那条刻好的痕迹上时，他便命人停止投放石头。起初，大臣们不知道这小家伙要干什么，看到这里，所有人都恍然大悟了，不禁连声夸道:“好主意!好主意!”接下来的步骤就是把船里的石头称一下，就可以知道大象的重量了。

二、怀丙捞铁牛

替代法的另外一次妙用，就是宋朝时怀丙捞铁牛的故事。

当时，有八头大铁牛陷在了河里的淤泥中。所有的人都认为，应该找个大力士下水将它们一只一只捞上来。可是有个叫怀丙的和尚听了之后，却连连摇头，他的想法和人们完全相反:他叫人把两只装满泥沙的船并排拴紧，在船上用最结实的木料搭成架子，然后让人潜到水里把铁牛和架子拴在一起。这些都完成之后，怀丙便让水手们将船里的泥沙一点点往水里铲，随着船里泥沙的减少，船身渐渐往上浮了起来，而连在船上的铁牛便一点点从淤泥中被拔了出来。怀丙捞铁牛运用的是水的浮力，他所想的办法和设计的方案都非常科学，所以有事半功倍的效果。

替代法是物理学中常见的一种方法。在物理学中，某一个物理过程可能会难以表达和计算，此时如果可以估计它产生的效果和另一个比较容易的物理过程一样，那么就可以用后者替代掉前者。曹冲称象和怀丙捞铁牛的故事都是替代法在现实中的妙用，体现了古人卓越的智慧。