《物理世界》

《物理世界》

[美]列昂·庫珀 著 楊基方 汲長松 譯

高等教育出版社/2023.1/159.00元

[美]列昂·庫珀

布朗大學教授，物理學家。創立了超導微觀理論，于1972年獲得諾貝爾物理學獎。

本書作者以精心選擇的例子、簡潔而生動的語言，向讀者講述了物理學的主要內容。同時，在介紹一些重要的物理概念和原理時，巧妙地插入了歷史上有關物理大師們的一些有趣的（也是很有意義的）資料和逸事，把物理學發展史上一些重大的變革像一幕幕戲劇般展現在讀者面前，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展起來的，了解到物理學發展的一般規律和特點，從而把讀者逐步引進物理學寶庫，去領略千余年來人類智慧的結晶——物理原理和物理定律——的無窮奧妙。

對亞里士多德思想的批判

當亞里士多德的物理學在歐洲取得了盛名之后，它的詳細內容便成了許多經院哲學家的研究對象。十四世紀時，巴黎學派的成員尼科拉·奧列斯姆駁斥了亞里士多德認為地球具有特殊地位這一觀點，他提出了一種看法，那就是不能根據從地球上看到的星球的位移來確定星球的運動，因為星球和地球的運動是相對的：可能星球是不動的，而地球是運動的，或者相反。在這兩種情形下，看到的效果是相同的。他說：“這種情況正如坐在一條行駛著的船上的人覺得河岸上的樹木在移動一樣。”亞里士多德提出的關于槍彈運動的理論也一直受到批判，難以理解的是為什么當作用于槍彈的力終止之后，槍彈還繼續向上運動（對它來說，這是非自然運動）。對亞里士多德進行批判的人提出了新的理論，根據這種理論，物體在力的作用下得到了一種推動（現在我們稱之為動量），是這種推動使物體繼續運動。

對亞里士多德觀點的批判逐漸使批判者與大多數學者之間產生了沖突，大多數學者都把亞里士多德的著作看作是科學上最終的甚至是唯一的結論。盡管幾百年來人們已經熟知亞里士多德物理學中的一些矛盾，甚至有些學者（如皮埃爾·拉麥）認為亞里士多德物理學是不科學的，然而對于那些經院哲學家來說，亞里士多德的原理始終是人類知識的頂峰。而掌握這些知識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（摘錄的內容越是意義含混，注釋的數量顯然也就越多），任何問題，包括涉及實驗的問題在內，似乎都可以在亞里士多德的著作中找到答案。那真是一個舒適的世界：沒有什么意外的發現，也沒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的問題，那么這些問題多半也不值得他們去研究。

現在我們無從得知亞里士多德本人是否贊同這些學者們的治學態度，但是我們知道，他對待他自己的那些先輩們從來不采取這樣的崇敬方式。人們猜測，“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。對于自己的導師和所有其他先輩們的觀點，他都給予了公正的批評。我們通過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的目的就在于駁斥他們。柏拉圖在評價自己的這個最杰出的學生時說，他就像一匹連自己的媽媽都要踢上幾腳的小馬駒。

但是對于那些像亞里士多德那樣認真地試圖理解和解釋世界的人們來說，有一點是很清楚的，那就是亞里士多德與所有已故的學者們一樣，犯了許多錯誤，也重復了許多錯誤的觀點，寫得過于天馬行空而無說服力；而更重要的是，他根本就沒有觸及許多值得注意的問題。很難說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代的其他學者們那樣去讀亞里士多德的書，去理解亞里士多德，但是不管怎么說，為了讓人們能聽到自己的意見，他們需要戰勝傳統勢力和信仰勢力。

在試圖解釋“真空”為什么不可能存在時（“真空——這是任何人都未曾到過的地方”），亞里士多德提出了他的關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量越大，通過同樣距離時就越快，快的程度正比于動量的大小。由此看來，物體在真空中運動時它們的速度之比也應保持不變。但這又是不可能的：其實為什么一個物體應當比另一個物體運動得快呢？（在通過介質運動時這是可能的，因為動量較大的物體以較大的力沖開介質，運動物體或者以自己的形狀或者以其動量來沖開介質，該動量是當物體被擲出或被推動時被賦予物體的。）因此，所有物體都應具有同樣的速度，而這也是不可能的?！?/p>

亞里士多德認為，由于介質的阻力，下落物體的速度應當變小。但是，由此應當得出這樣的論斷：在沒有物質也就是沒有任何阻力的真空中，所有的物體將以同樣的速度下落（不排除速度為無限大的可能性）。然而亞里士多德否定了這一點，因為他試圖把各種各樣的自然運動與一定的宇宙元素——輕的火，重的土——聯系在一起。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，古羅馬詩人，唯物主義哲學家）曾以另一種形式簡短地敘述過這個證明：

“所有物體在水中或稀疏空氣中下落時，都應當與其重量成比例地加速自己的下落，因為致密的水和稀疏的空氣對不同物體的阻滯是不一樣的，它們只能對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動的速度肯定不會相同。”

很難說到底亞里士多德認為什么東西不可能：是由于他認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？他在隨后的物理書中解釋運動時，沒有任何地方再提到他的論據。但是這些論述，特別是如果從最不利的角度來看，它們似乎是亞里士多德及其注釋者們所鍛造出來的物理學這個龐大的“鎖鏈”中最薄弱的一環，也正是這一環遭到了無情的抨擊。隨著時間的推移，批評越來越尖銳。例如伽利略以如下的方式轉述了亞里士多德的這個論點：“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地面?！睘榱耸谷藗儽M快地擺脫這種錯誤觀點，這種尖銳性是極為必要的，因為幾百年來，這種錯誤觀點一直控制著亞里士多德著作的注釋者們。其實，伽利略和西蒙·斯捷文揭穿的不只是亞里士多德，同時也揭穿了與伽利略他們同時代的學者以及他們的先輩們，五百年來這些人一直使自己的思維、觀察和知識緊緊束縛在亞里士多德所寫下的那些東西上。