《物理世界》

[美]列昂·庫(kù)珀 著 楊基方 汲長(zhǎng)松 譯

高等教育出版社/2023.1/159.00元

[美]列昂·庫(kù)珀

布朗大學(xué)教授，物理學(xué)家。創(chuàng)立了超導(dǎo)微觀理論，于1972年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

本書(shū)作者以精心選擇的例子、簡(jiǎn)潔而生動(dòng)的語(yǔ)言，向讀者講述了物理學(xué)的主要內(nèi)容。同時(shí)，在介紹一些重要的物理概念和原理時(shí)，巧妙地插入了歷史上有關(guān)物理大師們的一些有趣的（也是很有意義的）資料和逸事，把物理學(xué)發(fā)展史上一些重大的變革像一幕幕戲劇般展現(xiàn)在讀者面前，不僅使閱讀變得興味盎然，而且能使讀者更好地了解新物理概念是在什么背景下提出和發(fā)展起來(lái)的，了解到物理學(xué)發(fā)展的一般規(guī)律和特點(diǎn)，從而把讀者逐步引進(jìn)物理學(xué)寶庫(kù)，去領(lǐng)略千余年來(lái)人類(lèi)智慧的結(jié)晶——物理原理和物理定律——的無(wú)窮奧妙。

對(duì)亞里士多德思想的批判

當(dāng)亞里士多德的物理學(xué)在歐洲取得了盛名之后，它的詳細(xì)內(nèi)容便成了許多經(jīng)院哲學(xué)家的研究對(duì)象。十四世紀(jì)時(shí)，巴黎學(xué)派的成員尼科拉·奧列斯姆駁斥了亞里士多德認(rèn)為地球具有特殊地位這一觀點(diǎn)，他提出了一種看法，那就是不能根據(jù)從地球上看到的星球的位移來(lái)確定星球的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樾乔蚝偷厍虻倪\(yùn)動(dòng)是相對(duì)的：可能星球是不動(dòng)的，而地球是運(yùn)動(dòng)的，或者相反。在這兩種情形下，看到的效果是相同的。他說(shuō)：“這種情況正如坐在一條行駛著的船上的人覺(jué)得河岸上的樹(shù)木在移動(dòng)一樣?！眮喞锸慷嗟绿岢龅年P(guān)于槍彈運(yùn)動(dòng)的理論也一直受到批判，難以理解的是為什么當(dāng)作用于槍彈的力終止之后，槍彈還繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)（對(duì)它來(lái)說(shuō)，這是非自然運(yùn)動(dòng)）。對(duì)亞里士多德進(jìn)行批判的人提出了新的理論，根據(jù)這種理論，物體在力的作用下得到了一種推動(dòng)（現(xiàn)在我們稱(chēng)之為動(dòng)量），是這種推動(dòng)使物體繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

對(duì)亞里士多德觀點(diǎn)的批判逐漸使批判者與大多數(shù)學(xué)者之間產(chǎn)生了沖突，大多數(shù)學(xué)者都把亞里士多德的著作看作是科學(xué)上最終的甚至是唯一的結(jié)論。盡管幾百年來(lái)人們已經(jīng)熟知亞里士多德物理學(xué)中的一些矛盾，甚至有些學(xué)者（如皮埃爾·拉麥）認(rèn)為亞里士多德物理學(xué)是不科學(xué)的，然而對(duì)于那些經(jīng)院哲學(xué)家來(lái)說(shuō)，亞里士多德的原理始終是人類(lèi)知識(shí)的頂峰。而掌握這些知識(shí)的渠道就在于研究亞里士多德和使他們感興趣的注釋家的著作（摘錄的內(nèi)容越是意義含混，注釋的數(shù)量顯然也就越多），任何問(wèn)題，包括涉及實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題在內(nèi)，似乎都可以在亞里士多德的著作中找到答案。那真是一個(gè)舒適的世界：沒(méi)有什么意外的發(fā)現(xiàn)，也沒(méi)有什么事物面臨抉擇。即便是碰到一些未曾被亞里士多德闡述過(guò)的問(wèn)題，那么這些問(wèn)題多半也不值得他們?nèi)パ芯俊?/p>

現(xiàn)在我們無(wú)從得知亞里士多德本人是否贊同這些學(xué)者們的治學(xué)態(tài)度，但是我們知道，他對(duì)待他自己的那些先輩們從來(lái)不采取這樣的崇敬方式。人們猜測(cè)，“柏拉圖是我的朋友，但是真理更可貴”這句格言就是亞里士多德講的。對(duì)于自己的導(dǎo)師和所有其他先輩們的觀點(diǎn)，他都給予了公正的批評(píng)。我們通過(guò)亞里士多德可以熟悉許多希臘早期的作家，他介紹這些作家的觀點(diǎn)的目的就在于駁斥他們。柏拉圖在評(píng)價(jià)自己的這個(gè)最杰出的學(xué)生時(shí)說(shuō)，他就像一匹連自己的媽媽都要踢上幾腳的小馬駒。

但是對(duì)于那些像亞里士多德那樣認(rèn)真地試圖理解和解釋世界的人們來(lái)說(shuō)，有一點(diǎn)是很清楚的，那就是亞里士多德與所有已故的學(xué)者們一樣，犯了許多錯(cuò)誤，也重復(fù)了許多錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，寫(xiě)得過(guò)于天馬行空而無(wú)說(shuō)服力；而更重要的是，他根本就沒(méi)有觸及許多值得注意的問(wèn)題。很難說(shuō)他們比亞里士多德的信徒們更明智些呢，還是耐性更差一些，也許他們未能像與他們同時(shí)代的其他學(xué)者們那樣去讀亞里士多德的書(shū)，去理解亞里士多德，但是不管怎么說(shuō)，為了讓人們能聽(tīng)到自己的意見(jiàn)，他們需要戰(zhàn)勝傳統(tǒng)勢(shì)力和信仰勢(shì)力。

在試圖解釋“真空”為什么不可能存在時(shí)（“真空——這是任何人都未曾到過(guò)的地方”），亞里士多德提出了他的關(guān)于物體下落的不太高明的著名論斷：

“我們看到，在其他條件相同的情況下，物體向上或向下的動(dòng)量越大，通過(guò)同樣距離時(shí)就越快，快的程度正比于動(dòng)量的大小。由此看來(lái)，物體在真空中運(yùn)動(dòng)時(shí)它們的速度之比也應(yīng)保持不變。但這又是不可能的：其實(shí)為什么一個(gè)物體應(yīng)當(dāng)比另一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)得快呢？（在通過(guò)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)這是可能的，因?yàn)閯?dòng)量較大的物體以較大的力沖開(kāi)介質(zhì)，運(yùn)動(dòng)物體或者以自己的形狀或者以其動(dòng)量來(lái)沖開(kāi)介質(zhì)，該動(dòng)量是當(dāng)物體被擲出或被推動(dòng)時(shí)被賦予物體的。）因此，所有物體都應(yīng)具有同樣的速度，而這也是不可能的?！?/p>

亞里士多德認(rèn)為，由于介質(zhì)的阻力，下落物體的速度應(yīng)當(dāng)變小。但是，由此應(yīng)當(dāng)?shù)贸鲞@樣的論斷：在沒(méi)有物質(zhì)也就是沒(méi)有任何阻力的真空中，所有的物體將以同樣的速度下落（不排除速度為無(wú)限大的可能性）。然而亞里士多德否定了這一點(diǎn)，因?yàn)樗噲D把各種各樣的自然運(yùn)動(dòng)與一定的宇宙元素——輕的火，重的土——聯(lián)系在一起。因此，他斷定真空是不可能存在的。

盧克萊修（譯者注：盧克萊修，古羅馬詩(shī)人，唯物主義哲學(xué)家）曾以另一種形式簡(jiǎn)短地?cái)⑹鲞^(guò)這個(gè)證明：

“所有物體在水中或稀疏空氣中下落時(shí)，都應(yīng)當(dāng)與其重量成比例地加速自己的下落，因?yàn)橹旅艿乃拖∈璧目諝鈱?duì)不同物體的阻滯是不一樣的，它們只能對(duì)較重的物體比較快地騰出空間。但是，另一方面，真空不能支持住任何東西，因此重量不同的所有物體在真空中運(yùn)動(dòng)的速度肯定不會(huì)相同?！?/p>

很難說(shuō)到底亞里士多德認(rèn)為什么東西不可能：是由于他認(rèn)為物體下落速度與重量成比例，所以真空的存在是不可能的呢？還是所有物體不可能在真空中以同樣速度下落？他在隨后的物理書(shū)中解釋運(yùn)動(dòng)時(shí)，沒(méi)有任何地方再提到他的論據(jù)。但是這些論述，特別是如果從最不利的角度來(lái)看，它們似乎是亞里士多德及其注釋者們所鍛造出來(lái)的物理學(xué)這個(gè)龐大的“鎖鏈”中最薄弱的一環(huán)，也正是這一環(huán)遭到了無(wú)情的抨擊。隨著時(shí)間的推移，批評(píng)越來(lái)越尖銳。例如伽利略以如下的方式轉(zhuǎn)述了亞里士多德的這個(gè)論點(diǎn)：“從100肘高處下落的100磅重的鐵球，比從1肘高處下落的1磅重的鐵球要先到達(dá)地面?！睘榱耸谷藗儽M快地?cái)[脫這種錯(cuò)誤觀點(diǎn)，這種尖銳性是極為必要的，因?yàn)閹装倌陙?lái)，這種錯(cuò)誤觀點(diǎn)一直控制著亞里士多德著作的注釋者們。其實(shí)，伽利略和西蒙·斯捷文揭穿的不只是亞里士多德，同時(shí)也揭穿了與伽利略他們同時(shí)代的學(xué)者以及他們的先輩們，五百年來(lái)這些人一直使自己的思維、觀察和知識(shí)緊緊束縛在亞里士多德所寫(xiě)下的那些東西上。