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現代科學之父

(2018-03-05 13:58:32) 下一個

(對外在世界的認知之六)

 

十六世紀四十年代,年近古稀的波蘭天文學家哥白尼自知來日無多,最終同意把自己畢生的研究心得《天體運行論》發表出版。哥白尼死後,第一批通過天文觀測和幾何計算驗證支持了他的日心學說的有兩個人,一個是意大利比薩大學的數學教授伽利略;另一個是在五百六十公裏之外,伽利略的書信朋友德國數學家開普勒。

 

伽利略出生在意大利西北部小鎮比薩的一個富裕家庭。本來,他的父親是想把自己的這個兒子培養成為一名醫生,當他聽到家庭教師說小伽利略迷上了歐幾裏得的幾何原理時,不禁心底暗自叫苦。伽利略的父親自己是個音樂家,能作曲並擅長演奏一種長得像曼陀鈴一樣的彈撥樂器。在那個年代研究音樂,就很難不與畢達哥拉斯的思路扯上關係,很難不對數字和幾何學有所了解,所以他知道歐幾裏得的書能讓人上癮,如果腦力跟不上,幾何那東西會讓人難以自拔。於是他趕忙告訴老師說,不要再指導伽利略學習歐幾裏得了。但是父親的警醒已是晚了一步,當時伽利略學得的知識已足以使他能將餘下的幾何原理自學慣通了。

 

在伽利略求學成長的時代,算術隻是供俗人們在街頭巷尾討價經商的雕蟲小計,而幾何才是讓整個社會敬仰崇拜的頂尖的學問,那才叫數學。這是因為,當時的知識精英們認為,幾何是上帝的語言,上帝所創造的宇宙萬物,其實是由各種各樣精密美妙的幾何圖形拚接而成的,甚至在亞當的身上,也體現著精準的幾何之美(這也是為什麽此前一百年的達芬奇,總是想把男人的理想體型用圓規和直尺標準化出來的原因)。在通讀了亞裏士多德和歐幾裏得傳下來的經典著作之後,像伽利略和開普勒這樣的頂尖學者都對此種說法堅信不疑推崇備至。伽利略曾經把自己對世界的深層思考做過這樣簡明的概括:宇宙這部宏大之書是由數學寫成的。當然,像是有伽利略開普勒那樣腦力的學者,對於說辭對於教條都是不會輕信盲從的,他們要去思辨推理,他們要去尋找證據,如果理論和證據不相符時,他們還會力求創新。然而,命運不會對每個人都是公平的,推理創新的結果真是令人感歎,開普勒後來算是鑽了牛角尖走了一些偏路,而伽利略則成就了亞裏士多德之後的另一座豐碑。

 

所以,伽利略變成了一個我們在中學就都熟悉了的名字。愛因斯坦在他寫的一篇文章中,尊稱伽利略為現代物理和現代科學(modern science)之父。另一位當代物理學大師霍金也曾由衷讚歎說,對於現代科學的誕生,伽利略比任何其他的個人貢獻都大。這個生長在文藝複興後期年代的意大利人,之所以能被後人如此尊重仰望,可能是有如下幾個主要的原因:首先是他對哥白尼日心說提供的理論支持,實際上是推動了古典科學的複興進而導致了近代科學的革命;其次,在這一理論探索的過程中,伽利略對延續了兩千年的亞裏士多德教義進行了必要的修正和更新;當然還有,他確定和完善了通過實驗提供論點的證據這一現代科學論證模式。

 

伽利略親曆實證檢驗科學道理的傳說很多,最為著名的是他爬上比薩斜塔,扔下兩個不同重量的物體以檢測落地時間的故事。但對這個傳說的真實性表示懷疑的人很多,因為在他自己出版的著作中從來沒有提及過這樣一件事情。不過,他確實有著述記載了諸如,從斜板上滾下來的球所經曆的時間和距離,並以此來推斷物體的運動規律和力的變化,這類的事情。在對這樣的實驗中運動著的物體進行觀察的時候,伽利略發現,古典亞裏士多德學派的理論在分析動靜之間的關係時,有很多矛盾的地方。比如說,在一艘勻速行駛的船上,如果有船員爬上高高的桅杆往下落球,按照亞裏士多德古典理論,這球應該是掉到桅杆後麵的地方,因為船在球下落的這一時刻,是向前走了一段距離。可是,通過多次的實驗,伽利略發現,球總是會掉到桅杆的腳下,並沒有落到後麵,就好像是這球知道應該跟著這船的速度一起前行是的。這樣看來,自打和艾菲斯學派較上勁,亞裏士多德就一直中意的理念——把一個物體置於絕對靜止的自然狀態,是不可能的;勻速的狀態就是相對的靜止,動與靜其實是針對參照物而言的相對概念。伽利略對動態物體速度變化與受力變化之間關係的觀察和推論,不單為接踵而至的牛頓力學打下了基礎,也為四百年後愛因斯坦相對論的誕生埋下了伏筆。

 

伽利略不唯書本不唯教條,隻相信實踐得來的真實和符合邏輯的推理,這樣的思想作風肯定是和教會的要求格格不入。在伽利略使用自製的望遠鏡,觀測到金星的起伏變化規律後,就確信了天體的運轉規律和聖經裏麵講的不是一回事。但他還是一個虔誠的基督徒,他相信上帝的存在,相信上帝法則的嚴謹美妙。他認為,聖經裏麵的差錯是前人愚鈍,沒能理解上帝的智慧。所以,要理解真理,必須觀察上帝親手的創作,而不是經卷上的教條。這樣的觀點當然還是觸動了教會的威嚴。後來,教會法庭對伽利略實施了“雙規”,不許他在國外發表著作,不許他再表態支持哥白尼的日心學說。幸虧伽利略的家族在佛羅倫薩地區人脈廣博,他本人和美第奇家族以及一些紅衣主教甚至個把教皇頗有私交,這才沒落得像是布魯諾那樣的下場,但他此後一直被軟禁在家,過著極其悲慘的晚年生活。1642年 伽利略在托斯卡納的家中逝世。

 

1992年,天主教皇保羅二世,發表了一份聲明,承認了四百多年前羅馬教廷對伽利略的錯誤判決。但是直到現在,他們對布魯諾的事情還是隻字不提。

 

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閱讀 ()評論 (19)
評論
silverbug 回複 悄悄話 哈哈,我哪有指點迷津的本事? 自己還迷迷糊糊呢! 我沒背景,就是隨便看看,也敢瞎說,反正這裏不是“科學城”。 但了解些之後是覺得受益,對世界的認識多少深入了一點。 可能你也會發現很多事情並不是你原來想象的那樣。
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 'silverbug' 的評論 : 哪敢呐,就是想知道一點,明白一下事理。我是讀過許多種力學的,但都是經典的為主,雖說差不多都忘了,可基礎的sense還在,到時候唔到什麽程度,就要看自身的造化了,we'll see:)
看來銀蟲這方麵很有背景,等我遇到困惑的時候,還請指點一下迷津哈。
silverbug 回複 悄悄話 山人正在讀量子力學? 走出經典物理的mindset進入到量子是挺繞的,但知道一點的確有助於對這個世界的理解。
土豆-禾苗 回複 悄悄話 回複 '越吃越蒙山人' 的評論 : 抱歉,估計我說的這個哥本哈根會晤與你們所提到的不是一回事,是我搞錯了。:((
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 '土豆-禾苗' 的評論 : 我順著鏈接看了看,好像這電影是講那幾個量子物理學家的,不知道這電影好看不好看。
坦白說,我的腦力理解量子挺吃力的,不過既然上了這個係列,最後也得硬著頭皮有個交代。估計到時候磚頭橫飛也有可能。
土豆-禾苗 回複 悄悄話 期待博主寫“哥本哈根”。看過電影“Copenhagen (2002)”,(不知道博主說的是不是這個會晤), http://www.imdb.com/title/tt0340057/
很迷迷糊糊,但覺得好玩,可以各種猜測。

越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 'jw2009' 的評論 : 謝謝補充的留言。不過我的文章中所舉的事例就是講的在“勻速”中。
對於哥本哈根那幫人和愛因斯坦的討論,我可能會在此係列的最後有所涉及。也容我再思考一下,再找多點參考信息研究研究。到時候請過來指正。
jw2009 回複 悄悄話 回複‘越吃越蒙山人 ‘的評論
謝謝
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。。我覺得獨立於“觀察”可能有兩層意思,一個是我們知道有,但我們沒有能力看到。。
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這裏沒有結論,隻是討論而已。。
糾正一下,伽利略相對性原理中講的是勻速運動(不包括加速運動)
回到獨立於“觀察”。。

愛因斯坦和量子物理學派間有個著名對話:愛因斯坦認為當他不看月亮的時候,他相信月亮是存在的。。
量子物理學派認為他沒有權力這麽說。。
這是對什麽是實在的觀點的很大分歧。。

量子物理學派更認為是觀察決定了實在,什麽樣的觀察決定了什麽樣的實在。。不存在一個可以脫離觀察的實在。。正象伽利略相信的:不存在一個脫離觀察(參照物)的運動。。因為沒有參照物人們是無法建立起運動的這個概念的。。


越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 '閻立華' 的評論 : 多謝鼓勵。
閻立華 回複 悄悄話 寫得真好
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 'jw2009' 的評論 :
沒太明白你的意思。
不過,科學和哲學挺忌諱用“絕對”的。因為那樣容易出現悖論或反例。比如說,絕對的靜止是像伽利略說的,沒有。絕對的運動,如果是以big bang的理論看,宇宙就是在膨脹中,所以是在運動,不過好像人們不管這個叫絕對運動。至於說獨立觀察的實在,柏拉圖說有,就是理想態。後來的人就說不好了,比如笛卡爾就不以為然,但是到了黎曼說出多維空間的理論後,我們就知道有我們人類看不到想不到的空間,所以,我覺得獨立於“觀察”可能有兩層意思,一個是我們知道有,但我們沒有能力看到,還有一層是我們根本不知道有,更妄談能看到了。
一點愚見,歡迎指正。
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 'Luumia' 的評論 : 嗯,像伽利略這樣的天才,都是百年偶遇的,肯定是會有常人想不到的智慧的。謝謝留言鼓勵。
jw2009 回複 悄悄話 是否存在一個獨立於觀察的實在(即人們講的客觀實在),現代科學越來越傾向認為是不存在的。。
jw2009 回複 悄悄話 伽利略把對實在的描述界定在觀察上。。

運動隻能發生在被觀察物體和觀察者之間,不存在沒有參照物的運動。。即不存在絕對運動。。
Luumia 回複 悄悄話 “他認為,聖經裏麵的差錯是前人愚鈍,沒能理解上帝的智慧。所以,要理解真理,必須觀察上帝親手的創作,而不是經卷上的教條。”伽利略堅守中的變通,閃著智慧之光。
山人的文章都是高品質!非常受益。
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 '風水縱橫' 的評論 : 謝謝光臨!
風水縱橫 回複 悄悄話 謝謝,學習了。
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 謝謝你的光臨和鼓勵。
東裕德 回複 悄悄話 坐上沙發細細品讀。
登錄後才可評論.