科学想像的作用

第四节　科学想像的作用

科学想像对物理学的发展起着重要的作用。可以说，在整个物理科学理论研究的过程中，每一项成就的取得，都是与想像分不开的。

科学发现的过程，一般说来，要经历三个阶段，这三个阶段中都离不开科学的想像。

第一阶段，提出科学研究的问题或科学假说，需要想像。在探索未知事物及其发展规律的过程中，首先要发现问题和提出科学假说。没有这一步，就不知道观察什么、实验什么和研究什么。因此，发现问题和提出科学假说，就成了人们探索自然奥秘的第一步。巴甫洛夫把这一步称为“科学的先遣的侦察兵”。而想像在发现问题、创立科学假说和形成新思想的过程中起着重要作用。缺乏想像力的科学工作者，可以积累事实材料，但是，跳不出事实材料的圈子，发现不了客观事物的规律性，不能创新。在科学研究中，硕果累累的科学家们都是富有想像力的。

第二阶段，科学研究实际进行的阶段，离不开想像。这一阶段中，包括实际进行实验、观察和验证科学假说的过程，步步都要发挥想像力的作用。在验证过程中，如果原来的科学假说与实际情况不符合，则又需要发挥想像力，创立新的科学假说和设计新的实验条件等，去验证新的科学假说。这往往需要通过多次反复，才能取得预想的结果。

第三阶段，进行科学抽象，揭示研究对象的性质和规律性更需要想像。这是科学研究的最后阶段，是最惊人的阶段，是出成果的关键一步。只有依常想像力，并通过科学抽象，才能揭示出自然书物的本质。

科学想像与物理发展

当代著名学者邦奇曾论及科学想像与现实的关系：“创造性想像富于形象。它能够创造概念和概念体系，这些概念在感觉上没有与之相应的东西，但在现实中是有某种东四与之对应的，因而它孕育新奇的思想。”例如，物理学家把自己以往感觉过的形象在想像中进行加工组合，由此形成自己未曾直接经验过的新形象，然后，再根据这些新形象构造出新概念及其体系。如果新概念能够直接或经过批判改造后反映了现实，那便是新科学思想的诞生。所以，科学想像以孕育出的新思想成为物理学理论的设计师。

200年前，“电”以陌生的面目出现在人类面前，人们看不见电的运动形态。美国物理学家富兰克林在思考中想起哗哗流淌的小河——电是否像流水那样发生位移运动？于足，他把电想像成一种流体，这种充塞于一切物体的流体有时稳定，有时流动；稳定时物体不带电，流体过多时带正电、过少时带负电；流体有趋于稳定的倾向，这种倾向表现为吸引力，引力太强就发生电火。尽管这其中难免有些错误的想像，在当时还不可能形成科学的物理理论，但至少已为电荷、电流、带电体等概念以及物体的起电、中和等规律勾画了粗略的框架，为现代电磁学理沦的建立开辟了道路。又如，1755年，德国哲学家康德提出了太阳系起源的星云说。他认为，基本微粒构成的星云物质在引力作用下结合成团块，团块又吸引周围的微粒而逐渐增大，最后最大的团块演变成太阳，其他团块则形成行星；微粒被吸向中心团块时，有一种斥力使下落运动发生偏转而变成绕团块的旋转运动，这就使中心冈块形成巨大的旋涡；在旋涡里，微粒在相互冲撞中达到平衡，并造成了行星彼此同向的运动；而在形成中的行星绕太阳运动时，跟在它们后面的微粒受吸引而从外侧加速落到它们上面，所产生的推力使行星自转且自转方向与公转相同。约有50亿年历史的太阳系的起源是不可能直接观测的，只能通过想像建立假说。但尽管如此，康德的假说列于太阳系起源理论的研究，仍有不可低估的科学价值。

科学想像对物理学理论的设计、创造功能，还突出地表现在它对创造主体的作用上。具有丰富想像力的物理学家能以活跃的思路打破思维定势的僵局，冲破传统观念的束缚，形成“柳暗花明又一村”的理论飞跃。

1934年，伊林娜·居里与其丈夫约里奥·居里发现一些轻元素在高速α粒子的轰击下具有放射性，但。粒子对重元素不起作用。按传统的思考方式，许多人认为是能皱不够，但是当用速度更高的α粒子流进行轰击时，还是达不到目的。这是因为多数人只是想到“炮弹”的能量，而未想到更换“炮弹”本身。富有想像力的意大利物理学家费米首先改变了思路，用中子代替α粒子，获得了一系列重大实验成果，尤其是发现慢中子对发生核反应的独特效果，为核能的人工利用奠定了基础，促成了核物理理论的重大突破。

法拉第也是一位想像力丰富的创造奇才，廷德尔评价说：“对于法拉第来说，他在实验之前和实验之中，想像力都不断作用和指导着他的全部实验工作。”安培在发现了磁场力的数学形式后就止步不前了，而法拉第则在科学想像的指引下把思维触角伸向厂磁场力的作用机制。他在实验与观察中发现，放置于形状各异的磁铁附近的铁屑均为线状分布；同时，他发现置于小磁体周围的小磁针的走向具有类似的规律性。法拉第凭借着他那丰富的、惊人的想像力，对电磁相互作用的物理图景作出了生动而又直观的描述。他想像，即便不存在铁屑，磁铁周围的空间也存在着某种线。他又在发现电磁感应的基础上，从他坚信电磁现象统一性及物理图像统一性的观点出发，依据电与磁的本质联系，想像出电荷周围的空间也分布有某种线的物理图像。

借助于想像的补充，他建立了看不见、摸不着的“磁力线”和“电力线”的物理模型，用这两种力线形象地描述了电荷与磁铁周围空间中电磁力的大小、方向及变化趋势，并进一步想像出“电力”、“磁力”在其“力场”中作用的情景，最终提出了电场和磁场的概念。他把电磁场与流体场作类比，用“力线”、“力管”构成电磁场，并赋予电力线和磁力线一定的机械性质，解释了同性相斥、异性相吸等基本电磁现象。他还利用磁力线和电力线的几何图形形象地表示了电场和磁场的状况。在此基础上，他断言：电磁相互作用不是牛顿的“超距作用”，而是本质上存在的电磁场的空间属性的表现。从此，“超距作用”的观点逐渐衰败，近距作用得到确认。

法拉第的力线和场的概念的建立，对电磁学理论的发展以及整个物理学理论的发展都有着巨大的影响（虽然法拉第力线概念并不完全反映场的本质）。场的概念的提出和力线模型的建立，的确足人们对电磁场本质认识上的飞跃，是人们对电磁作用本质、对物质存在形式认识上的补充，对当时的传统观念是一个重大突破。场是一抽象概念，它是看不见、摸不着的，只能通过想像去把握，以补充人们感知方式的局限。爱因斯坦曾说，“场”的行为必须用大胆的科学想像力才能完全领会。建立场的概念的思维过程充分说明，场的概念的建立是创造性想像的结果。

在物理学研究中，模型集中了创造性思维的精华，在新概念、新理论的建立中越起重要作用，而思维是物理学家建立模型的：只要思维方式，其结果也是对人们队识的补充。20世纪60年代，我国物理学工作者提出物质结构的层子模型的过程有力地证明了这一点。当时，一系列的实验事实表明：“基本粒子”并不基本，其内部存在着某种结构，这就激励着物理学工作者去研究探索，从而能在理论上解释实验中碰到的各种问题和矛盾，实现认识上的飞跃，求得知识上的扩充和理沦上的最大突破。于是，人们尝试着引入对基本粒子内部结构的某种具体的描述。但是，在当时实验证据相当不足的条件下，对基本粒子的内部结构想像得很具体、描述得很细致，似乎缺乏必要的基础，是不切实际的。然而，如果只是停留在对现象的观察上而不能透过现象看本质，那将永远也得不出关于基本粒子内部结构的任何构想，也就无法解释实验中的问题和矛盾，物理学也就无法向前发展。在这种情况下，要求得问题的解决，要使人们的认识突破感知方式的局限，想像就成为必不可少的甚至是惟一有效的方法和手段。所以，必须通过丰富的想像，大胆引进关于基本粒子内部结构的描述。在这种思想指导下，通过建立在实验基础上的合理想像提出了层子模型，把原有的认识范围扩展到基本粒子内部。

科学想像与物理学概念和逻辑思维

物理学的研究只有形成厂科学概念，才能把握事物的本质和规律。而科学概念是在实践的基础上进行的一系列创造性思维活动的结果，想像在其中起了相当重要的作用。这是因为通过实验、观察所积累的许多经验材料只有靠富有创造力的想像去理解、联贯和概括，才能把握其中的本质属性并进而建立起相应的概念。所以，无论直接概括建立的概念还是间接概括建立的概念，都需要想像。例如，爱因斯坦统一场论的确立，就是以充分发挥想像力为前提的。因为绝对时间和惯性坐标系已被相对论抛弃了，一切事件的背景不再是一维的时间和三维的空间连续区，而是具有新变换性质的四维时空连续区了。这种脱离日常生活经验的抽象概念，没有大胆的想像是不可能建立的。不只是建立概念需要想像，理解和掌握新概念也同样需要想像力。例如，“波粒二象性”、“物质波”、“能量子”、“耗散结构”、“黑洞”等不寻常的物理学概念，其建立、理解和掌握就不能没有想像。

科学想像能使研究人员的大脑不至于枯槁和僵死，而大脑细胞的活跃是逻辑思维的重要条件。只有活跃的思维才能打开思路，逻辑思维才能向前发展。而且，由于想像和幻想略去了中间的推理论证，直接显示出成果，所以，它会帮助人们越过思维障碍而产生某种突变和飞跃。M·纽曼认为想像力具有作为创造性活动开端的“起爆”功能。制表匠瓦特改进了蒸汽机，装订工法拉第作出电磁学贡献……要不是科学想像力，怎么会使他们从一些平常的事情中作出重大发现呢？

日本物理学家汤川秀树强调，科学家在运用逻辑思维形成概念和进行推理时，总要借助想像中的形象。例如，要证明两个三角形全等，总要像马赫那样，先想像两者移动到一起而重合。同时，逻辑思维所形成的概念及其体系也总是在想像中同形象结合在一起，作为认识成果保存起来，并成为进一步思考的“原料”。控制论的创始人维纳曾就亲身体验描绘了这种情形：“我发觉对我特别有用的好条件是广泛和持久的记忆力，是一系列奔放流畅、万花筒似的想像力；这种想像力的本身，使我或多或少在遇到相当复杂而费脑子的情况下，能看出其中一系列的各种可能的组合关系……如果我能把我过去真正涉及到的问题的所有想法归纳到一个单独的可以举一反三的印象中去，问题的大部分就能解决了。”可见，想像和逻辑思维的紧密结合，会在科学创造中产生多大的力量。

科学想像与物理学家的新发现

我国生物物理学家张颖清提出的生物全息律，是他运用信息和系统的方法研究生物体的结构法则时发现的，这一发现很快引起了国内外科学界的重视。生物物理学家郭爱克指出，这是运用丰富想像力的探索成果，从大系统和全息的观点出发来研究问题是极富开拓性的。美国《理论生物学杂志》也认为，这个发现对于生物学具有很高的理论和实践价值。

科学想像的上述作用，使它日益受到人们的重视。经典物理时代，牛顿对待想像的态度如同他竭力反对假说而又常常应用假说一样，他一方面极端倚重归纳演绎的逻辑功能，另一方面又大量运用类比作出发现，而类比在很大程度上是把想像作为基础和前提的。到了现代，想像的方法论地位变得更加重要了。

物理学家马赫以“以诗的想像加经济的思维”方法模式认为，想像和理性是科学研究的两大支柱，而“在新知识的发现中，担负主要工作的是抽象和幻想活动”。以重视想像而著称的爱因斯坦指出：“对于整理和理解事件，重要的也许不是物体的行为，而是物体之间某种东西的行为，即场的行为，要充分领会这件事，那是需要一种大胆的科学的想像力的。”

科学想像与物理学理论的发展

物理学研究是一项艰苦复杂的脑力劳动，在物理学理论的建立和发展过程中，想像力作为激励物理学工作者战胜困难、取得成功的重要心理源泉，打开了人们在奇妙无穷的物理世界中遨游的通道。想像振奋情绪，使人们对研究对象产生浓厚的兴趣，形成一种心理激励力量，激发起强烈的求知欲望和创造力，成为探索求知的动力，从而也就成为物理学理沦发展的动力。贝弗里奇说：“想像力之所以重要，不仅在于引导我们发现新的事实，而且激发我们作出新的努力，因为这使我们看到可能产生的后果。”想像力激发人们智力水平的充分发挥，使人们的智力活动打破时间与空间的限制，开阔视野，展示出前所未有的新的物理图景。

英国化学家普利斯特列曾对想像力的作用作过评价，他说：“最有发明才干的……是这样的人，他们充分发挥自己奔放的想像，在风马牛不相及的概念之间寻找联系。即使这些对疏远的概念进行的比较是约略的、不现实的，它们也还是会给别人作出重大发现提供幸运的机会，而审慎、迟钝且又胆怯的智者对这种发现甚至都不敢去想。”这是对想像激励作用的高度概括。

回顾人们对电子波粒二象性本质的认识过程，对说明物理学理论发展中想像的激励作用将提供一个很好的例证。在物理学理论的发展过程中，人们的认识常常要受到经典理论的束缚和影响。对电子波粒二象性本质的认识当然也不例外。

在物质波的概念提出以后，关于电子究竟是粒子还是波动，以及粒子性和波动性的实际含义等一系列问题，就不可避免地摆到了物理学工作者的面前。受经典概念的影响，人们最先用物质波包来描述电子的行为，它对问题的某些方面的解释是成功的，但却无法解释由于波包扩散带来的矛盾。而且若把电子想像成物质波包，那将与电子衍射实验的结果相抵触。显然，把电子想像成物质波包引出了与实验事实相违背的结论，它夸大了波动性，而实际上抹杀了粒子性。所以，用物质波包来描述电子是片面的。想像虽然得到了负结果，但在心理上已经形成了一种激励。富于想像又善于想像且勇于创新的物理学工作者不会满足于上述结果，而必定要追根寻源：既然用物质波包描述电子是片面的，那么，若将电子的粒子性结合到波动性解释中来是否就能全面看问题呢？于是，人们把电子的波动性想像成大量电子分布于空间而形成的疏密波。这似乎应该是全面的认识，因为它既反映了波动性，又考虑了粒子性。然而，实验证实：单个电子也具有波动性。稍加分析便可发现，这种看法夸大了粒子性而实际上抹杀了波动性。显然，希望寻求矛盾症结的心理又产生了激励，并引导人们辩证地进行思考。

从经典理论角度看，电子的波动性与粒子性是尖锐对立的，如果不发挥大胆的想像力，挣脱经典理论的束缚，把这两种特性有机地联系起来，正确的概念是不可能建立的。事实上，在经典理论的范围内，无论是以波动的观点还是以粒子的观点描述电子的行为，都只能是部分地与事实一致，而不可能完全自治。这就给我们启示，不能为表面现象所迷惑而机械地拼凑概念，要善于透过现象看本质，抓住主要矛盾。严密的分析论证告诉我们：电子所呈现的波动性是指波的相下叠加的性质，而电子的粒子性是指电子的“原子性”，它既不是经典的波也不是经典的粒子，但它既有波动性又具有粒子性，这就是电子的波粒二象性的本质。问题的解决再次产生激励，想像进入了理想境界。于是，“忽有所悟，茅塞顿开”。在此基础上，人们进一步创造性地提出了几率波的概念，并用“电子云”、“几率分布”等概念描述电子的行为，建立了合理的、自治的物理图像。显而易见，人们对电子波粒二象性本质的正确认识的形成是与想像及其激励作用分不开的。而在认识过程中，想像的激励作用得到了生动的体现；同时，想像的激励也使想像本身得到完善，从而使人们对物理学基本问题的认识产生飞跃，推动了物理学理论的发展。

这里，还应该指出，科学幻想对未来的美妙描绘，也能激励和启迪物理学家为之奋斗。列宁指出：“否认幻想也在最精确的科学中起作用，那是荒谬的。”

像文学家“精骛八极，心游万仞”一样，科学幻想家也在思接千载、视通万里，展开想像的翅膀在科学创造的思维空间自由翱翔。他们的科学幻想对人类未来作了美妙的描绘，激励着许多青少年走上把幻想变成现实的科学研究之路。100年前，著名的法国科幻作家儒勒·凡尔纳在《一个美国记者在公元2890年的日记》中对未来作了这样的描绘：环球城公路宽一百码，两边都是摩天大楼，气候由人工控制，庄稼在北极生长，广告在云端播放……这么美妙的图景怎能不对人们起着激励和启迪作用呢？

飞机、潜水艇、火箭、导弹、坦克和无线电的发明者都曾表示对凡尔纳的深深感激，他们把凡尔纳尊为自己的“领航人”和“总导演”，从他的科学幻想中得到了许多科技发明的思想启迪。我国古代劳动人民也曾有过许多科学幻想，“嫦娥奔月”、“千里眼”、“顺风耳”等现在也都在物理学工作者的努力下变成了现实。英国文学家肖伯纳说：“没有幻想，人类的许多成就根本不会发生。”儒勒·凡尔纳自己也说：“一个人能够设想的事，就有另一个人能够做出来。”这是因为科学幻想能使人们思想开阔奔放、思路活跃，给人以启发。

1945年，英国科幻作家克拉克就指出，人造卫星可用来作为中继站，使无线电讯号跨越大陆和海洋；只要把三颗卫星放在关键位置上，卫星转播的范围就可以遍及全世界。这在当时被看做荒唐的幻想，今天已成现实。谁敢说卫星转播的设计中就没有受到克拉克幻想的启迪呢？

针对科学幻想的上述作用，我国物理学家、科幻作家郑文光指出：“我们尝试着给科幻小说在科学发现的历程中以一定的位置，大体上可以形成如下的线性序列：科学幻想潜科学科学假说——科学发现。”这里的“潜科学”指科学思想的胚芽，处于孕育阶段的科学，它代表着宝贵的科学思想火花，能给在黑暗的科学迷宫中摸索前进的科学家带来一线光明和启迪。而潜科学正是由科学幻想引起的。

科学幻想给人以启迪，促其思想茅塞顿开，推动人们去发现和创造新事物。资料介绍，由于受凡尔纳科学幻想小说的启迪而获得成功的技术发明家对此深有体会。无线电通信技术发明者之一的意大利C·马可尼说：“凡尔纳使人有预见，他希望人们能创造新事物，而鼓励人们去实现伟大的幻想。”被人们誉为“潜艇之父”的西蒙·莱克在他的回忆录中，一开头就写道：“凡尔纳是我一生的总导演。”苏联宇航事业的奠基人齐奥尔科夫斯基说他是受了凡尔纳的《月界旅行》的启发，才去从事宇航事业的。可见，科学幻想对于科学发现和技术发明确有先导作用。

科学想像在物理学理论发展中的预见作用

人类认识世界的一个重要特点就是具有预见性，或者说人能实现对现实的超前反映，而这种超前反映在很大程度上依赖于想像力的作用。关于这一点，近代物理学发展的史实提供了强有力的证据。

预言是想像的表达形式，是想像的产物。物理学研究常常通过观察实验，获得数据和事实，这时，人们的认识还处于感性认识阶段。由于研究对象的复杂性和实验手段、以识水平的限制，人们认识的发展要经历由表及里、由此及彼的逐步深化的过程。在由感性认识向理性认识飞跃的过程中，预言成为实现飞跃的阶梯，借助想像，预言就能冲破有限的物理事实的局限，而导致物理学的新发现。没有想像的预见作用，没有想像超越事实的功能，就产生不了物理学预言。正如牛顿所说：“没有大胆的猜测，就作不出伟大的发现。“物理学工作者正是借助想像的预见作用，借助想像超越事实才建立起物理学理论。赫胥黎指出：“人们普遍有种错觉，以为科学研究者作结论和概括不应当超出观察到的事实……但是，大凡实际接触过科学研究的人都知道，不肯超越事实的人很少会有成就。”

近代物理学研究的重要特色是先由现有理论预言某些事件，提出崭新的见解，提出物质世界暂时不存在的物理学概念，然后再由实验来验证，形成超过当时智力水平的划时代的发现。而在作出预言的努力中，想像起着重要作用，想像力是提出科学预言、推动物理学发展的心理源泉。借助于丰富的想像，可以把头脑中捕捉到的模糊想法转化为清晰的、具体的、形象的、超越时代的命题和概念，这也就是想像的预见作用。

爱因斯坦在创立相对论的过程中，理想实验起了关键作用，而理想实验只有依靠想像，才能得以预见。他通过对经验事实的分析，运用创造性思维的方法，达到了高度的科学抽象，取得了具有划时代意义的重大突破。这正是想像能起预见作用的生动体现。

爱因斯坦在创立了狭义相对论以后，又以更丰富的想像和更严密的逻辑推理，创立了广义相对论，并大胆运用想像的方法，在提出理想实验的基础上，作出了两个预言。第一，引力场对原子的振动有减慢作用。他指出，这一预言可从光谱线向长波区的移动（即爱因斯坦红移）得到证实。后来，人们在对白矮星光谱的观察中发现了光谱线的移动，预言得到了证实。第二，在引力场的作用下，光线将会弯曲。他还推算出了一束正好掠过太阳表面的光线在引力场的作用下偏离直线路径的程度，并进一步设想，若能在日食时观测一。颗恰好处于太阳边缘后面的恒星，并且把所观测到的恒星位置与没有太阳影响时这颗恒星在星空背景上的位置相比较，那就可以看出光线偏离直线路径的程度了。这一预言为1919年美国科学家的观测结果所证实。事实又一次使想像成为现实，建立在想像基础之上的理想实验极其生动地得到了实现。同时，想像的预见作用也得到充分发挥。

科学想像对物理学方法的建设作用

科学想像对物理学方法的建设作用，首先体现在科学想像是构成其他方法的要素。现代物理学JE处于作出重大发现的革命时期，亟须建立科学发现的方法论，著名科学哲学家波普尔提出的猜想反驳模式，正是顺应这种需要而建立的方法论。他认为，科学发现包含猜想和反驳两大环节，其中对于科学发现来说具有建筑性意义的猜想，应是“科学家根据问题，大胆进行猜想，努力按照可证伪度高的要求提出假说”的过程。显然，猜想环节主要包含的正是想像因素，这就使猜想带上了积极合理的方法论色彩，也使猜想反驳成为符合现代科学发现实际的重要模式。波普尔所以能够如此，是因为他师法爱因斯坦的方法论思想，而爱因斯坦是极为推崇想像的。

其次，科学想像对物理学方法的建设作用，体现在它是其他方法的基础或前提。

类比作为一种创造思维，其重要前提是通过想像为原型找出适当的模型。汤川秀树指出，当古希腊哲学家“留基伯和德谟克利特在历史上第一次提出关于原子的设想时，他们必定会把原子想像成类似于固体球那样一种可见的物体的东西，虽然原子小得无法用肉眼看见”。科学家发现问题也得倚重想像。英国物理学家伯纳尔说：“发现问题比解决问题不知困难多少。前者需要想像，而后者只凭本领。”

理想模型的建立以及理想化方法的应用也要以想像为基础，因为模型是客观实际中并不存在的东西，它标志着人类想像力的创造品质。模型对想像的依赖主要体现在模型的设计和构思上，人们通过回忆以往的经验信息，进行广泛的联想、比较和选择，然后组成一种新的构思——理想模型，它能帮助人们从整体上把握事物的机理和本质，而舍去大量细节。

假说在本质上是新思想的体现。现代物理学的高度抽象性要求物理学家发挥超人的想像力，以提出新的思想和假说。前苏联物理学家朗道指出：“……我们想像的可能性已大大超前我们的意识，而物理学家的智慧现在更是在人们想像也已无能为力的地方自由驰骋。”

思想实验最明显地体现了对想像的依赖，它是把实验在理想情况下的对象、条件和步骤转化为观念形态在人脑中进行想像的过程。爱因斯坦在研究广义相对论时，就成功地运用了思想实验方法：他想像了一个自由漂浮于星际空间的封闭房子，那里因引力为零而成为理想的惯性系，静止物体继续保持静止状态，所有物体都无向任何方向运动的趋势。但当房子被加速时，所有物体都要被压向地板。如果有人站在房间地板，手中拿了一轻一重两球，其双脚就会牢牢地压在地板上，两球也会压迫他的手。如果他同时松开两球，它们将以松手瞬间所具有的速度继续运动，以保持并排位嚣，地板同时赶上两球而使它们与系统一起加速。以上是房外观察者的描述。但房内观察者却不承认他在运动，不承认所处坐标系是非惯性的。他认为手中的球压迫手掌，松手后同时碰到地板，都是由于引力作用，就像在地球上看到的那样。这两种描述都能自圆其说。于是，爱因斯坦由此得出了等效原理：“引力场同参照系的相当的加速度在物理上完全等价。”此思想实验在摆脱了地面上许多复杂现象的干扰情况下，使实验在理想环境中通过合理想像一步步进行，最终得以揭示物质运动的本质和规律。

观察和真实实验同样离不开想像。任何真实实验之前都要进行设计，即对实验的步骤、条件、可能发生的问题和结果进行事先设想。这种设想也就是研究人员的想像过程。发现氧元素的普利斯特列曾说：“最有发明才干、最精明的实验家（就最广意义说）是这样的人，他们充分发挥自己奔放的想像，在风马牛不相及的概念之间寻找联系。即使这些对疏远的概念进行的比较是约略的、不现实的，它们也还是会给别人作出重大的发现提供幸运的机会。”

此外，假说、分析综合、归纳演绎等方法中也都包含有想像因素。