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爱因斯坦传_菲利普·弗兰克/李梦蕾,吴碧宇译(第二章 爱因斯坦之前的物理学观念) 第(2/10)页

根据对象本质的不同,不同有机体的行为可以用不同的动机来解释,“有机科学”也同样被用于解释非生命体的运动之中。以下落的石头和升起的火焰为例,类比于善于挖洞的老鼠和在悬崖边筑巢的老鹰,石头本就应该在地球上,而火焰的位置在天空中某个绕地球旋转的球体上。每个物体都有它最自然的状态,当这一状态被改变时,它的本能将会驱使其以最快的方式回到原来的状态中。因此,当石头被抛向空中时,它将会尽快回到离地心最近的位置,如同被天敌追赶的老鼠在逃脱威胁后会立即回到自己的洞里。当然,有时候石头并不会下落,这是由于一个“无法抗拒的力”在对它起作用。根据古代的哲学家的说法:“医生的天职是治疗,但是障碍可能使他无法实现这个目标。”这是有机论中的一个最粗糙的推论。

当然,也有些运动显然没有任何目的性。例如,天体的运动没有明确的目标,而是单纯重复同样的路径。那么,人们认为天体被某个更高等的自然精神力量控制了,而维持永恒不变的运动正是这种精神力量的本能,就如同趋利避害是低等有机体的本能一样。

这种有机的观念以古希腊哲学家亚里士多德的思想为基础。尽管这一观念本质上相当愚昧,但在中世纪时期这种类似的哲学观基础出现在很多哲学家的教义中。这些哲学家包括被基督教教会奉为圣人并有“神学界之王”之称的中世纪经院哲学的哲学家和神学家托马斯·阿奎纳(1225—1274)、犹太思想家和哲学家摩西·迈蒙尼德(1135—1204)以及伊斯兰的阿威洛依(1126—1198)。

物理和哲学

毫无疑问,伽利略是推进物理学由有机论转向机械论的关键人物。他认为,哥白尼的日心说理论不仅仅是一时为了解释天文现象而做的假设,而是事实真相,揭示了真正的规律。他胆敢质疑权威的中世纪物理体系根基。

伽利略首先从物体的匀速直线运动这一最简单的形式出发,接着考虑了具有恒定加速度的直线运动,即物体的速度在相等的时间内增加量相同。接下来,基于这些简单运动形式的研究,他试图解释更复杂的运动。伽利略发现所有的自由落体运动和抛物运动都具有一个共同点,即它们向下的加速度都是恒定的。这类运动的速度可拆为两部分:保持大小和方向都不改变的初始速度(惯性运动),和垂直向下的加速度(重力作用)。

几十年后,艾萨克·牛顿爵士将伽利略发现的运动规律推广到复杂的天体运动中,并将其发展为描述一切运动的普适规律。以地球绕太阳的公转为例,牛顿将行星的圆周运动也拆分为两部分:(1)惯性运动,初始速度的大小和方向保持不变;(2)由于地球和太阳之间的引力作用,地球具有恒定的加速度,其方向沿着地日之间的连线指向太阳,其大小与地日距离的平方成反比。根据这些规律,牛顿提出了大名鼎鼎的牛顿运动定律(Lawsofmotion)和万有引力定律(TheUniversalLawofGravitation):

牛顿第一运动定律:任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。(惯性定律,LawofInertia)

牛顿第二运动定律:物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,且与物体质量的倒数成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。(力的定律,LawofForce)

牛顿第三运动定律:相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。

万有引力定律:任意两个质点之间有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比,与它们距离的平方成反比,与两物体的化学组成和其间介质种类无关。

这些定律的成功之处无须赘述,其构成了物理学、天文学和力学的理论基础。


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