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    第10期 總第484期

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  • 走過“科學”,走向“科學”

    時間:2016-09-23    來源:經理世界網    作者:張軼群 我要評論() 字號:T | T

  • ——讀《給世界的答案》

    “科學”一詞并不陌生,但“科學”的演化是神秘而復雜的。

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    亞里士多德撰寫《形而上學》,奠定西方思想理論;哥白尼提出日心說,改變人類對自然看法,否定教會權威;牛頓描述了萬有引力和三大運動定律,奠定現代工程學基礎。斯蒂芬·溫伯格所寫得《給世界的答案》卻沒有如此描述物理和天文的發展?!督o世界的答案》主要論述了我們如何尋求探索世界的方法,在講述偉人做出貢獻外,也清晰指出其理論下存在的問題與矛盾。在破解太陽系一章中,哥白尼理論闡述了地球有公轉和自轉,對行星軌道的大小給出更加明確的界定,解釋了托勒密理論中的許多怪現象。同時哥白尼在圍繞太陽公轉和圍繞地軸自轉外,為地球加入第三種運動是一種思想局限與誤解。以這種開放、批判性思維,本書從希臘物理學講起,不僅敘述了希臘物理學的興起,更表達了物理、物質、詩歌、音樂、數學、運動和哲學的延續性,同一性。物理的發展首先是從理解世界開始的。物質是水?空氣?泥土?眾多的詩歌都給出自己的答案,“水是萬物本源”“萬物源自泥土,萬物歸于泥土。”物理正是從這種自然現象的探討中誕生;通過調整弦的長短比例,樂聲和諧動聽,由此引發了人類對數學的思考,數學的發明與自然現象無關,但常常在物理理論中發揮作用;事物是絕對運動和相對靜止的統一,在運動中,希臘物理學認為運動著的東西由其他東西推動,一運動物體推動另一個,序列不能無限延伸,必須存在第一推動者……

    在古代世界,最富成果的科學分支是天文學。天文學在古代具有一定的實用性,人類通過觀察天文,為生活和社會提供實際的指導意義,水手們在夜間航行借助北極星確定方位,斗柄北指天下皆冬,斗柄東指天下皆春。古希臘天文學沒有射電望遠鏡,也沒有火箭,更無法進入太空,但是憑借著觀測思考,測算了地球、太陽和月球的大小、以及日地距離和地月距離。那時的阿那克西曼德認為地球是圓柱體,亞里士多德通過月食時候,地球在月球上的投影推測出地球是球形,但亞里士多德同時也認為地球未運動,并給出趨向宇宙中心的自然運動理論。托勒密引入本輪、對位點和偏心輪機制解釋了行星的逆行,但其理論機制復雜。站在現代科學理論角度看,古希臘天文學發展有很大局限性,但對于當時歷史條件來說,天文學取得非凡的進步。從羅馬帝國開始衰亡,在中世紀早期的西歐,幾乎沒有人懂希臘文,從此刻到科學革命的爆發期間,天文學不是停滯不前,在歐洲的大學和伊斯蘭機構中得以保存和發展的。最典型的就是海塞姆提出光在折射中發生彎折的真正原因是光從一種介質進入另一種介質時速度產生變化。但伊斯蘭國的天文觀測主要服務于歷法與宗教,不用于科學目的。所以當科學革命到來時,伊斯蘭國毫無動靜,只有歐洲見證了這場巨變。

    對于科學革命的認識,有兩種認識,一種認為在一定程度的科學發展基礎上的自然延續;另一種認為是科學革命是學術史上的分水嶺。本書作者支持分水嶺說法,并給出了他認為的理論支撐點,“在科學革命之前,科學中充滿了宗教元素以及今人所稱的哲學元素,且并未理清與數學的關系。而17世紀以后的物理學和天文學其中有些地方與現代科學極為相似。”科學革命主要從四方面體現出來,對太陽系的研究、牛頓定律、開始嘗試實驗,研究方法進行了轉變。太陽系的研究從哥白尼《天體運行論》開始,到開普勒的《天文學中的光學》《宇宙的奧秘》,到伽利略的《星空信使》《試金者》《對話》,人類對太陽系有了正確的描述,而這些行星為何遵循開普勒三定律,牛頓等另一代人給出了答案。牛頓出版了《自然哲學的數學原理》是自然哲學史上的巨作?!对怼返谝痪碇嘘愂雠nD三定律后,對其進行演繹推論。第二卷用過大量篇幅研究物體在流體中的運動。第三卷介紹了對以測量事物的分析計算以及對尚未測量事物的新預測?!对怼反_立了運動定律和萬有引力原理。之后的愛因斯坦提出的廣義相對論否定了牛頓的絕對時空概念。這些理論的發展都伴隨著實驗的進行。例如伽利略對沿斜面滾下的球進行研究,考慮了落體的加速度?;莞箿y量給定擺長的擺鐘周期成功推斷出伽利略未能精確測定的地球表面自由落體的加速度數值。

    《給世界的答案》不僅僅客觀自然的講述“科學”的發展,而且在書后附加了技術札記,涉及到泰勒斯定理、和聲、圓的面積、重力加速度、測定光速等。在此例舉阿基米德證明圓的面積。阿基米德設想一個有許多條邊的多邊形外切一個圓。簡單其間,讓我們考慮一個正多邊形,它所有邊和角均彼此相等。多邊形的面積是從中心到多邊形頂點的連線,和從中心到多邊形各邊中點的連線所構成的所有直角三角形面積的總和。直角三角形的面積為兩直角邊乘積的一半。這意味著每個三角形的面積是中心到邊的重點的距離r與邊的重點到最靠近多邊形頂點的距離r的乘積的1/2。把所有這些面積加總求和,我們發現整個多邊形面積等于r的一半乘以多邊形的總周長。如果我們讓多邊形的邊數趨于無窮,其面積將趨于圓的面積,周長將趨于圓的周長。所以圓的面積等于圓周的一半乘以半徑。

    《給世界的答案》是一部科學文化史,在其中可以領略到科學論證,可以領略到科學歷史的發展,也可以洞察到整個社會歷史的發展對科學發展的影響,以及科學發展如何循序漸進到現在,破除了我們對科學發展的點狀思維,從而在頭腦中形成一條清晰而動態的科學線。正如著名物理學家、弦理論領軍人物布賴恩·格林對本書的評價“杰出的世界級物理學家斯蒂芬·溫伯格,以其清新坦率的風格和詩意抒情的筆調,在《給世界的答案》中游刃有余地記述了人類科學時代來臨的始末。人們不懈追求著理解世界,本書真是對這一追求的可喜歌頌。”

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