互动科普

不以成败论英雄

撰文 高涌泉

在物理学入门教科书中，伽利略往往是学生遇上的第一个科学英雄，而亚里士多德则是衬托伽利略伟大的人，因为几乎所有课本在一开始都会有类似这样的陈述：“到了17世纪，意大利人伽利略仔细分析了物体的运动，提出惯性原理，推翻了古希腊哲学家亚里士多德的错误观念，开启了力学革命，所以人们尊称伽利略为近代物理学之父。”

惯性原理是力学第一课，它的意思是物体如果没有受到外力作用，则原本静止的物体就会维持静止，而原本在运动的物体就会以原有的速度，持续运动下去，也就是物体有维持原本运动状态的倾向，这就是所谓的惯性。在伽利略之前的两千年间，人们信仰的是亚里士多德的讲法：宇宙间物体的运动可分成两大类，一类是“自然运动”，另一类是“激烈运动”。“自然”的运动包括天体以圆形轨道绕地球运行、地表附近有重量的物体会朝地心下坠（而且越重的物体下坠的速度越快）、烟会往上升等。“激烈”的运动指的是自然运动之外，需要借助于推力或拉力才能前进的运动，例如马车在路上前进、重物被举起。在自然运动之外，物体如果没有受到推力，就不会持续运动，而会静止下来。尽管亚里士多德的学说没有太违背日常观测，但终究还是被更精准的运动新规律淘汰了。

物理课本在意的是把惯性原理讲清楚，不会去详究只有历史意义的亚里士多德学说，至多是简要说明亚里士多德理论，所以学生透过物理课本所知晓的亚里士多德仅是个过气人物，一点也没有伽利略的机巧与智慧，全然不会引人好奇。我也曾有如此的偏见。

可是，如果翻开亚里士多德的《物理学》，一句一句静下心来读，我们会发现，虽然书中不少叙述实在不易明白，或者是错的，但是仍会碰到非常精彩的地方，足以令人领会亚里士多德的威名。

亚里士多德认为，物体（天体除外）的运动有如下的规律：物体前进的速度与其所受的外加推（拉）力成正比，但与所受的阻（摩擦）力成反比。这样的说法的确适用于某些状况，例如物体的终端速度，所以不算太离谱。真正有意思之处在于，他进而推论真空状态是不可能存在的，理由是在真空中，物体不会受到阻力，所以物体的速度是无穷大，而且“物体一旦开始运动，就没人有理由说它应该停下来，因为物体应该停在这里，还是那里？所以物体只能静止或不停地运动下去。”（见亚里士多德《物理学》第四卷第八节。）亚里士多德相信，物体不可能不停地运动下去，所以只能静止不动，但物体能够运动又是必然的事，所以真空不可能存在。

这个被后人表述成“自然厌恶真空”（Nature abhors a vacuum）的结论当然是错的，可是请注意，亚里士多德以真空的平移不变性（该停在这里呢？或是那里呢？）来推论“物体只能静止或不停地运动下去”是正确、聪明而且又有现代感的论证；如果他能排除偏见，反过来接受物体的确可能不停地运动下去，那么他早在两千多年前就可提出惯性原理，而不会掉进“自然厌恶真空”的陷阱里。

严格讲，“物体不停地等速运动下去”是一种在真实世界里不可能达到的理想状态，所以狭义而言，亚里士多德的逻辑是正确的。但自伽利略以来，我们学到了物理定律都只是近似，而且须以实验为准，不能纯以逻辑来看待——这当然是亚里士多德在两千多年前所不了解的。

科学哲学家托马斯·库恩在《科学革命的结构》一书中，以不可通约的范式说来阐明科学理论间的关系，这是20世纪下半叶最受重视的科哲观点，在人文学界极有影响力。库恩说，他的点子是这么来的：他在哈佛大学攻读物理学博士时，为了给本科生上一门科学通识课而研读亚里士多德的《物理学》，他很惊讶这么绝顶聪明的人怎么会犯那么多错误，不愿相信亚里士多德有那么糟糕，所以不停思索《物理学》中的叙述，有一天他忽然领悟了──亚里士多德的确是讲道理的，而且还是一级棒的物理学家，只要你学会用他的观点去看世界。