亚里士多德的二阶实问题
在西方社会,从公园前300年到1600年,亚里士多德的世界观主导了西方人的世界观近2000年。当时的中国经历了从秦到明几十个朝代的更迭,中国人的思想仍然被超自然理论所统治。
那么亚里士多德的世界观是什么?
1)首次提出地心说,说地球是宇宙的中心,地球是球形的。
2)地月关系:月球离地球最近,月球与地球之间的区域成为亚月区,由火、水、土、气四种元素构成,月球以外的区域成为上月区,由以太构成,上月区最完美。
3)恒星和太阳的顺序:水星、金星、太阳、火星、木星、土星、恒星球。
4)宇宙:宇宙有边界。宇宙的边缘是一个以地球为中心的球体。所有的星星都嵌在这个球体里。球体绕着自己的轴旋转大约24小时。
5)目的论和本质主义:宇宙有目的,有本质。宇宙中所有的元素都是有目的地自然存在的,所有的元素都有存在的自然意义。自然存在的组织都有本质属性,也正是因为这些本质属性,才表现出它的行为模式。比如土元素存在的自然目的是成为宇宙的中心,这与地心说不谋而合。
第二,托勒密体系
托勒密体系从亚里士多德的世界观发展而来,也支持地心说。
托勒密对火星的运动提出了周转圆、平均轮和偏心圆的概念。
托勒密体系持续了大约1400年。
第三,哥白尼体系
Mikolaj kopernik第一次突破了地心说,开启了日心说。哥白尼体系认为太阳是宇宙的中心,恒星都围绕着太阳转,恒星的轨道是圆形的,恒星都在快速运动。周转圆被用来解释恒星的运动。同时也支持了恒星球理论。
据说哥白尼是新柏拉图主义者,新柏拉图学派认为太阳是最好的,太阳是上帝的代表,所以太阳应该是宇宙的中心。
第四,第谷系统
第谷·布拉赫认为地球是宇宙的中心,但第谷的地心说不同。地球是静止的,月亮和太阳绕着它转。行星围绕太阳旋转。星球仍然是宇宙的边界。
动词 (verb的缩写)开普勒系统
第谷死后,他的得意弟子开普勒从第谷那里得到了大量的研究资料。在第谷的研究成果上,开普勒通过自己的研究最终取得突破,提出了两个关键的创新思想。
1)椭圆轨道
开普勒提出,行星围绕太阳的轨道不是正圆,而是椭圆轨道。椭圆有两个焦点,太阳位于这两个焦点之一。这就是著名的开普勒第一定律。
2)匀速运动
开普勒提出,行星沿椭圆轨道运行的速度是可变的。在这个椭圆里,从行星上画一条直线,连接太阳。这条直线在相同的时间内扫过相同的区域。这种对行星运动规律的描述被称为开普勒第二定律。开普勒第二定律成为经典天文学的基石。
至此,圆轨道和匀速运动的哲学“事实”观告一段落。
六、伽利略系统
伽利略是最早将望远镜用于天文观测的人之一。多亏了一个强大的工具——望远镜,伽利略通过观察获得了更多有意义的发现。
1)月球表面不平坦,月球上有山峰。
2)太阳黑子
太阳黑子是太阳表面的区域。这种观点颠覆了亚里士多德认为月球区域由以太和完美组成的观点。
3)土星的耳朵
伽利略是第一个观察到土星边缘有时会凸出的人。这个凸起的边缘就像一个把手或者一个耳朵。这说明行星不是正球体,月球和太阳也不是。
4)木星的卫星
伽利略还观察到木星周围有四个点,他正确地推断出这四个点是木星的卫星。这个观点颠覆了亚里士多德认为地球是宇宙所有圆周运动的唯一中心的观点。
5)金星阶段
金星不仅会经历周期性的相位变化,而且它的大小也会根据所处的相位而变化。
6)宇宙中除了肉眼可以观测到的恒星,还有无数的恒星,宇宙可能是无限的。
1632年,伽利略出版了《托勒密与哥白尼的对话》一书,内容丰富,分别论述了支持和反对地心说体系和日心说体系的论点。这本书没有被教会接受,因为在当时,只讨论日心说体系并没有被教会禁止,被禁止的只是支持这种观点,这是一种现实的做法。伽利略只是触犯了教会的禁忌。
最后,伽利略被认定涉嫌持有异教思想,被判终身监禁,还被要求正式宣布日心说的观点是错误的。最后,伽利略在家中度过余生,于1642年去世。
七、牛顿的世界观
牛顿出生在伽利略去世后的一年。牛顿世界观的出现完全取代了亚里士多德的世界观。牛顿的世界观认为,太阳只是太阳系的中心,行星围绕太阳转。宇宙中有无数个类似太阳系的星系,宇宙是无限的。一切物体的运行都不是由它的自然内在本性引起的,而是由外力的作用引起的。
1)牛顿三定律
2)万有引力定律
任何两个物体之间都存在相互吸引,两个物体之间的吸引力与物体的质量成正比。
牛顿在他的《原理》一书的第三卷中也指出,万有引力普遍存在于一切物体中。
牛顿声称,他是以工具主义的态度看待自己提出的一系列观点的。换句话说,他不能保证无形的力量是否真的存在。
可见,作为神存在的牛顿认为,任何理论,无论有多少证据证明它是正确的,仍然有错的可能,尽管他有前所未有的成就。
牛顿观点体系的运用后来被化学、生物等多个领域证实,并被广泛应用。约翰·道尔顿的原子论,法拉第的电磁学,麦克斯韦的电磁感应,都得益于牛顿力学。
3)一些小的乌云
英国著名物理学家开尔文爵士在1900发表演讲。他指出,天空中只剩下几片现代科学中应该清晰的“小乌云”。其中两个是最重要的,即迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射。
①迈克尔逊-莫雷实验
迈克尔逊和莫雷从一个固定点发出两束光,夹角为直角。这两束光被离光源相同距离的两个镜子反射回来。如果牛顿体系中光传播的机械论观点是正确的,即光通过介质以太传播,那么光源和反射镜应该在以太中运动。
虽然两束光行进的距离等于光源行进的距离,但是因为光源和镜子同时在以太中移动,所以两束光行进的距离并不等于以太的距离,所以我们可以预期看到两束光回到光源时会有轻微的时间差。然而事与愿违,两束光总是同时回到光源。
因为牛顿的科学体系是非常成功的,科学家们认为因为这个实验结果而放弃牛顿的科学体系是非常不明智的,所以他们把它看作是一朵微不足道的小乌云。
②黑体辐射
黑体是指一个理想化的物体,可以吸收所有射向它的电磁辐射。举个例子,光是电磁辐射的一种形式,所以如果我们把光投射到一个黑体上,这个黑体就会吸收所有的光,从而表现出黑暗的本质,所以叫做黑体。
根据牛顿的科学体系,加热的黑体有望以某种模式辐射。然而,实际观测到的辐射模式与牛顿的科学体系预测的辐射模式有着显著的不同。
简单来说,当只观测到波长更长的辐射时,观测到的辐射模式与预测的非常接近。但在短波时,观测到的辐射图与预测的辐射图大不相同。这个问题有时被称为“紫外线灾难”。
和迈克尔逊-莫雷实验一样,黑体辐射的问题后来被证明不仅仅是一小片乌云。直到量子理论的出现,才成功地解释了黑体辐射的问题。
爱因斯坦的相对论和道尔顿的量子论
1)相对论
阿尔伯特·爱因斯坦于1905年发表了他的狭义相对论,于1916年发表了他的广义相对论。
爱因斯坦的相对论给了人们对空间和时间不同的解释。人们通常认为空间和时间是绝对的。爱因斯坦解释说时间和空间是相对的。
狭义相对论的基础是光速不变原理和相对性原理。对于运动的物体,时空会发生一些惊人的变化,比如时间膨胀,长度收缩,同时性的相对性等等。
广义相对论的基础是广义协变原理和等价原理。根据关系相对论,大质量物体的存在导致时空弯曲。不受任何力的物体也会沿着最短的直线运动等等。
2)量子理论
量子纯数学通常给出概率性的预测,而不是确定性的预测。量子论是一种“波动”数学,应该与“粒子”数学相区别。比如我们用量子纯数学来预测一个电子的位置,数学计算会告诉我们在不同位置探测到这个电子的可能性。
为了更好的理解量子理论,我们可以学习一下薛定谔的猫。薛定谔的猫是一个关于量子理论的思想实验。假设密封箱里有一只猫,同时有一个弱放射源。具体来说,这个放射源在一个小时内释放一个放射性粒子的概率是50%。如果放射源释放出一种放射性粒子,这种粒子会触发一个探测器,触发后探测器会打开一小瓶毒药。这种毒药能毒死盒子里的猫。
最后,借用樊登的话来结束。
不同的观点在一个时代被认为是完全正确的,但若干年后,另一个时代可能会被另一种观点完全取代。之前的观点已经完全变成了一个错误的命题。但是,很多事情没有对错之分,它对人类历史进步和发展的贡献是无与伦比的。我们只能用辩证的眼光看待这一切。
人生如此波澜壮阔,请继续做一个思考的芦苇。