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现代科学之父

(2018-03-05 13:58:32) 下一个

(对外在世界的认知之六)

 

十六世纪四十年代,年近古稀的波兰天文学家哥白尼自知来日无多,最终同意把自己毕生的研究心得《天体运行论》发表出版。哥白尼死后,第一批通过天文观测和几何计算验证支持了他的日心学说的有两个人,一个是意大利比萨大学的数学教授伽利略;另一个是在五百六十公里之外,伽利略的书信朋友德国数学家开普勒。

 

伽利略出生在意大利西北部小镇比萨的一个富裕家庭。本来,他的父亲是想把自己的这个儿子培养成为一名医生,当他听到家庭教师说小伽利略迷上了欧几里得的几何原理时,不禁心底暗自叫苦。伽利略的父亲自己是个音乐家,能作曲并擅长演奏一种长得像曼陀铃一样的弹拨乐器。在那个年代研究音乐,就很难不与毕达哥拉斯的思路扯上关系,很难不对数字和几何学有所了解,所以他知道欧几里得的书能让人上瘾,如果脑力跟不上,几何那东西会让人难以自拔。于是他赶忙告诉老师说,不要再指导伽利略学习欧几里得了。但是父亲的警醒已是晚了一步,当时伽利略学得的知识已足以使他能将余下的几何原理自学惯通了。

 

在伽利略求学成长的时代,算术只是供俗人们在街头巷尾讨价经商的雕虫小计,而几何才是让整个社会敬仰崇拜的顶尖的学问,那才叫数学。这是因为,当时的知识精英们认为,几何是上帝的语言,上帝所创造的宇宙万物,其实是由各种各样精密美妙的几何图形拼接而成的,甚至在亚当的身上,也体现着精准的几何之美(这也是为什么此前一百年的达芬奇,总是想把男人的理想体型用圆规和直尺标准化出来的原因)。在通读了亚里士多德和欧几里得传下来的经典著作之后,像伽利略和开普勒这样的顶尖学者都对此种说法坚信不疑推崇备至。伽利略曾经把自己对世界的深层思考做过这样简明的概括:宇宙这部宏大之书是由数学写成的。当然,像是有伽利略开普勒那样脑力的学者,对于说辞对于教条都是不会轻信盲从的,他们要去思辨推理,他们要去寻找证据,如果理论和证据不相符时,他们还会力求创新。然而,命运不会对每个人都是公平的,推理创新的结果真是令人感叹,开普勒后来算是钻了牛角尖走了一些偏路,而伽利略则成就了亚里士多德之后的另一座丰碑。

 

所以,伽利略变成了一个我们在中学就都熟悉了的名字。爱因斯坦在他写的一篇文章中,尊称伽利略为现代物理和现代科学(modern science)之父。另一位当代物理学大师霍金也曾由衷赞叹说,对于现代科学的诞生,伽利略比任何其他的个人贡献都大。这个生长在文艺复兴后期年代的意大利人,之所以能被后人如此尊重仰望,可能是有如下几个主要的原因:首先是他对哥白尼日心说提供的理论支持,实际上是推动了古典科学的复兴进而导致了近代科学的革命;其次,在这一理论探索的过程中,伽利略对延续了两千年的亚里士多德教义进行了必要的修正和更新;当然还有,他确定和完善了通过实验提供论点的证据这一现代科学论证模式。

 

伽利略亲历实证检验科学道理的传说很多,最为著名的是他爬上比萨斜塔,扔下两个不同重量的物体以检测落地时间的故事。但对这个传说的真实性表示怀疑的人很多,因为在他自己出版的著作中从来没有提及过这样一件事情。不过,他确实有著述记载了诸如,从斜板上滚下来的球所经历的时间和距离,并以此来推断物体的运动规律和力的变化,这类的事情。在对这样的实验中运动着的物体进行观察的时候,伽利略发现,古典亚里士多德学派的理论在分析动静之间的关系时,有很多矛盾的地方。比如说,在一艘匀速行驶的船上,如果有船员爬上高高的桅杆往下落球,按照亚里士多德古典理论,这球应该是掉到桅杆后面的地方,因为船在球下落的这一时刻,是向前走了一段距离。可是,通过多次的实验,伽利略发现,球总是会掉到桅杆的脚下,并没有落到后面,就好像是这球知道应该跟着这船的速度一起前行是的。这样看来,自打和艾菲斯学派较上劲,亚里士多德就一直中意的理念——把一个物体置于绝对静止的自然状态,是不可能的;匀速的状态就是相对的静止,动与静其实是针对参照物而言的相对概念。伽利略对动态物体速度变化与受力变化之间关系的观察和推论,不单为接踵而至的牛顿力学打下了基础,也为四百年后爱因斯坦相对论的诞生埋下了伏笔。

 

伽利略不唯书本不唯教条,只相信实践得来的真实和符合逻辑的推理,这样的思想作风肯定是和教会的要求格格不入。在伽利略使用自制的望远镜,观测到金星的起伏变化规律后,就确信了天体的运转规律和圣经里面讲的不是一回事。但他还是一个虔诚的基督徒,他相信上帝的存在,相信上帝法则的严谨美妙。他认为,圣经里面的差错是前人愚钝,没能理解上帝的智慧。所以,要理解真理,必须观察上帝亲手的创作,而不是经卷上的教条。这样的观点当然还是触动了教会的威严。后来,教会法庭对伽利略实施了“双规”,不许他在国外发表著作,不许他再表态支持哥白尼的日心学说。幸亏伽利略的家族在佛罗伦萨地区人脉广博,他本人和美第奇家族以及一些红衣主教甚至个把教皇颇有私交,这才没落得像是布鲁诺那样的下场,但他此后一直被软禁在家,过着极其悲惨的晚年生活。1642年 伽利略在托斯卡纳的家中逝世。

 

1992年,天主教皇保罗二世,发表了一份声明,承认了四百多年前罗马教廷对伽利略的错误判决。但是直到现在,他们对布鲁诺的事情还是只字不提。

 

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阅读 ()评论 (19)
评论
silverbug 回复 悄悄话 哈哈,我哪有指点迷津的本事? 自己还迷迷糊糊呢! 我没背景,就是随便看看,也敢瞎说,反正这里不是“科学城”。 但了解些之后是觉得受益,对世界的认识多少深入了一点。 可能你也会发现很多事情并不是你原来想象的那样。
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 'silverbug' 的评论 : 哪敢呐,就是想知道一点,明白一下事理。我是读过许多种力学的,但都是经典的为主,虽说差不多都忘了,可基础的sense还在,到时候唔到什么程度,就要看自身的造化了,we'll see:)
看来银虫这方面很有背景,等我遇到困惑的时候,还请指点一下迷津哈。
silverbug 回复 悄悄话 山人正在读量子力学? 走出经典物理的mindset进入到量子是挺绕的,但知道一点的确有助于对这个世界的理解。
土豆-禾苗 回复 悄悄话 回复 '越吃越蒙山人' 的评论 : 抱歉,估计我说的这个哥本哈根会晤与你们所提到的不是一回事,是我搞错了。:((
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 '土豆-禾苗' 的评论 : 我顺着链接看了看,好像这电影是讲那几个量子物理学家的,不知道这电影好看不好看。
坦白说,我的脑力理解量子挺吃力的,不过既然上了这个系列,最后也得硬着头皮有个交代。估计到时候砖头横飞也有可能。
土豆-禾苗 回复 悄悄话 期待博主写“哥本哈根”。看过电影“Copenhagen (2002)”,(不知道博主说的是不是这个会晤), http://www.imdb.com/title/tt0340057/
很迷迷糊糊,但觉得好玩,可以各种猜测。

越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 'jw2009' 的评论 : 谢谢补充的留言。不过我的文章中所举的事例就是讲的在“匀速”中。
对于哥本哈根那帮人和爱因斯坦的讨论,我可能会在此系列的最后有所涉及。也容我再思考一下,再找多点参考信息研究研究。到时候请过来指正。
jw2009 回复 悄悄话 回复‘越吃越蒙山人 ‘的评论
谢谢
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。。我觉得独立于“观察”可能有两层意思,一个是我们知道有,但我们没有能力看到。。
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这里没有结论,只是讨论而已。。
纠正一下,伽利略相对性原理中讲的是匀速运动(不包括加速运动)
回到独立于“观察”。。

爱因斯坦和量子物理学派间有个著名对话:爱因斯坦认为当他不看月亮的时候,他相信月亮是存在的。。
量子物理学派认为他没有权力这么说。。
这是对什么是实在的观点的很大分歧。。

量子物理学派更认为是观察决定了实在,什么样的观察决定了什么样的实在。。不存在一个可以脱离观察的实在。。正象伽利略相信的:不存在一个脱离观察(参照物)的运动。。因为没有参照物人们是无法建立起运动的这个概念的。。


越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 '阎立华' 的评论 : 多谢鼓励。
阎立华 回复 悄悄话 写得真好
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 'jw2009' 的评论 :
没太明白你的意思。
不过,科学和哲学挺忌讳用“绝对”的。因为那样容易出现悖论或反例。比如说,绝对的静止是像伽利略说的,没有。绝对的运动,如果是以big bang的理论看,宇宙就是在膨胀中,所以是在运动,不过好像人们不管这个叫绝对运动。至于说独立观察的实在,柏拉图说有,就是理想态。后来的人就说不好了,比如笛卡尔就不以为然,但是到了黎曼说出多维空间的理论后,我们就知道有我们人类看不到想不到的空间,所以,我觉得独立于“观察”可能有两层意思,一个是我们知道有,但我们没有能力看到,还有一层是我们根本不知道有,更妄谈能看到了。
一点愚见,欢迎指正。
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 'Luumia' 的评论 : 嗯,像伽利略这样的天才,都是百年偶遇的,肯定是会有常人想不到的智慧的。谢谢留言鼓励。
jw2009 回复 悄悄话 是否存在一个独立于观察的实在(即人们讲的客观实在),现代科学越来越倾向认为是不存在的。。
jw2009 回复 悄悄话 伽利略把对实在的描述界定在观察上。。

运动只能发生在被观察物体和观察者之间,不存在没有参照物的运动。。即不存在绝对运动。。
Luumia 回复 悄悄话 “他认为,圣经里面的差错是前人愚钝,没能理解上帝的智慧。所以,要理解真理,必须观察上帝亲手的创作,而不是经卷上的教条。”伽利略坚守中的变通,闪着智慧之光。
山人的文章都是高品质!非常受益。
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 '风水纵横' 的评论 : 谢谢光临!
风水纵横 回复 悄悄话 谢谢,学习了。
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 谢谢你的光临和鼓励。
东裕德 回复 悄悄话 坐上沙发细细品读。
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