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亞里士多德,物理學史上被打臉最多的人。高山科學經典導讀《物理學》

2023年9月23日晚八點,科學傳播公益項目“高山科學經典”邀請到了科普作家、《上帝擲骰子嗎》作者曹天元,高山書院校董會主席、清華大學科學史系系主任吳國盛,清華大學哲學系水木學者博士后劉任翔,一起導讀亞里士多德的著作《物理學》。

這是自然科學的第一部經典,曾入選“西方世界的偉大著作” (Great Books ofthe Western World)。全書看不見一個公式、圖表或數字,卻構造了一個處處充滿意義、龐大而融貫的物理學世界。

作為古希臘哲學文化的集大成者,作者亞里士多德更是一部“行走的百科全書”。他的傳世之作包括《物理學》《天論》《生滅論》《氣象學》《動物志》《論動物結構》等,論述自然問題,涉及多個學科。

然而,隨著近代實驗自然科學的出現,他的很多結論似乎都過時了;在伽利略、哥白尼、笛卡爾、牛頓以及其他科學家的探索發現中,他所創造的思想體系和“物理世界”也一點點土崩瓦解。

亞里士多德說,物體下落速度與物體重力成正比。伽利略:兩個鐵球同時落地。

亞里士多德說,地球是宇宙的中心。哥白尼:太陽才是宇宙的中心。

亞里士多德說,太陽光是一種純凈的、單色的白光。牛頓:白光是七色光,紅橙黃綠藍靛紫。

亞里士多德說,力是物體運動的原因。牛頓:我來解釋下什么是慣性定律。

但不可否認的是,在這之前,他的世界觀統治了西方近2000年。亞里士多德究竟有何魅力?他的物理學體系有什么神奇之處?他屢遭“打臉”卻為何又屢屢被許多科學家們尊崇和提及?

曹天元老師在高山科學經典節目中

導讀中,曹天元老師分享說,“亞里士多德的世界觀,不是一個孤立的觀點,它是一整套網絡,每一個觀點都是緊密相連的,所以想要推翻亞里士多德體系,并不是一個很簡單的事情,不僅僅是推翻其中的某個結論,除非能同時提出一整套的理論體系,而且這個理論體系要比亞里士多德做得更好,更具有說服力。”

那么,既然亞里士多德的理論體系如此難以被推翻,它又是如何被推翻的呢?曹天元提到了伽利略在比薩斜塔所做的“兩個鐵球同時著地”實驗。亞里士多德曾說了一句很容易被證偽的話,他認為重的東西要比輕的東西下落快。2000 多年這個說法沒有被任何人提出過疑問,一直到伽利略的出現,而他的比薩斜塔實驗也證明了亞里士多德的錯誤。

但實際上,伽利略的這個實驗就能判定亞里士多德體系的錯誤嗎?很遺憾,不能。

“如果你仔細考察的話,就會發現伽利略其實是非常具有誤導性的,首先我們需要去考察亞里士多德是在什么樣的前提下說的越重的物體下落就越快(《物理學》這本書的第四章就可以看到),亞里士多德其實考慮了介質的存在以及介質的阻礙。翻譯成我們今天物理學里的語言,可以認為,亞里士多德其實說的是兩個不同密度或者不同比重的概念,而不是重量。

之所以伽利略的鐵球實驗能夠推翻亞里士多德的說法,一個巧合的事情是:在我們的宇宙里面,所謂的慣性質量碰巧等于引力質量,或者說引力場碰巧等效于加速度。而這個其實是廣義相對論的前提假設。”曹天元老師分析說。

劉任翔博士在高山科學經典節目中

圓桌論壇環節,劉任翔博士補充說:“亞里士多德不承認虛空,而牛頓力學是認為是有虛空的,因為絕對空間它是不依賴于物質在哪里的。但到了這個相對論,尤其是到量子場論之中,它在某種意義上又不承認有虛空了,因為沒有任何物質的地方,它還是有場的存在的。很多人會傾向于認為其實相對論和量子力學某種程度上是復興了亞里士多德物理學。”

吳國盛教授在高山科學經典節目中

吳國盛教授的觀點更是一針見血:“亞里士多德和牛頓和物理學之間最根本的分歧是什么?其實分歧不是理性那部分。牛頓也好,亞里士多德也好,都承認世界還是有理性的。但是亞里士多德認為這種理性是可以通過概念的推演把它全部推出來,而牛頓則認為有些東西是推不出來的。

所以現代科學家并不單純地相信理性,在理性之外,他們還相信實驗的結果。為什么會有這樣的現象呢?按照現在的物理學世界觀,直接相信理性不就夠了嗎。

比如,你相信沒有結婚男人是單身漢,這就非常必然,只要不停地去闡釋單身漢就是沒有結婚這個理論就可以了,那為什么還一定要去看看這個是不是真的有沒有結婚呢?其實原因就在于,基督教提供了一種嶄新的思維邏輯,而這個邏輯斬斷了希臘時代純粹的理性推演的范疇,而這又對現代科學產生了非常深刻的影響。”

這其實就是現代物理學家們所面臨的共同困境。

也許科學未到盡頭,我們無法評判哪一個體系才是終極的真理。正如曹天元老師在導讀中提到的:“科學到底是如何進步的?我們一直簡單理解為科學就是正確取代了錯誤,但是真的是這樣的嗎?今天我們去考察亞里士多德的物理學就非常有意思,它讓我們去思考到底什么才是科學發展的動力和邏輯,究竟是什么阻礙了科學的發展?”

與科學家一起讀好書,“高山科學經典”是一個由高山書院發起的公益科學傳播項目。邀請百位知名科學家每周導讀一本科學經典書籍,引領公眾參與閱讀的大型科學傳播公益項目,旨在提升全民科學素養、培育科學精神、傳播科學思想。期望在全民學科學的時。背景下,高山科學經典能在科學傳播領域盡一份綿薄之力。

高山科學經典項目書單

高山科學經典的目標是,讓科學精神通過書籍,跨越地域、階層、年齡、民族的界限,傳播到每個角落、每個人心中。希望科學成為一種生活方式。與科學家們跨界對談,讓科學更有趣。

高山科學經典世界讀書日發布會現場

未來,“高山科學經典”項目將打造三大重點產品:出版《高山科學經典》系列叢書;開展線上導讀直播;沉淀專業級科學導讀視頻節目。達到出版、傳播、教育多重效應。開展全民科學閱讀,共同推動“科學復興”,提升全民族科學文化素質,實現“公心大用”。

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