不以成敗論英雄-科學人雜誌
形上集

不以成敗論英雄

2008-09-01 高涌泉
- 亞里斯多德的學說儘管有眾多錯誤,但那無損他是頂尖物理學家的事實。


在物理入門教科書中,伽利略往往是學生遇上的第一個科學英雄,而亞里斯多德則是襯托出伽利略偉大的人物,因為幾乎所有的課本在一開始都會有類似這樣的陳述:「到了17世紀,義大利人伽利略仔細分析了物體的運動,提出慣性原理,推翻了古希臘大哲學家亞里斯多德的錯誤觀念,開啟了力學革命,所以人們尊稱伽利略為近代物理學之父。」


慣性原理是力學第一課,它的意思是物體如果沒有受到外力的作用,則原本靜止的物體就會維持靜止,而原本在運動的物體就會以原有的速度,持續運動下去,也就是物體有維持原本運動狀態的傾向,這就是所謂的慣性。在伽利略之前的2000年間,人們所信仰的是亞里斯多德的講法:宇宙間物體的運動可分成兩大類:「自然運動」與「激烈運動」。「自然」的運動包括天體以圓形軌道繞地球運行、地表附近有重量的物體會朝地心掉下(而且越重的物體掉下的速度越快)、煙會往上升。「激烈」的運動指的是自然運動之外,需要借助於推力或拉力才能前進的運動,例如馬車在路上前進、重物被舉起。在自然運動之外,物體如果沒有受到推力,就不會持續運動,而會靜止下來。儘管亞里斯多德的學說沒有太違背日常觀測,但終究還是被更精準的運動新規律淘汰了。


 物理課本在意的是把慣性原理講清楚,不會去詳究只有歷史意義的亞里斯多德學說,至多是簡要說明亞里斯多德理論;所以學生透過物理課本所知曉的亞里斯多德僅是個過氣人物,一點也沒有伽利略的機巧與智慧,全然不會引人好奇。我也曾有如此的偏見。


可是如果我們翻開亞里斯多德的《物理學》,一句一句靜下心來讀,我們會發現,雖然書中不少敘述實在不易了解,或者是錯的,但是仍會碰到非常精采的地方,足以令人領會亞里斯多德的威名。亞里斯多德認為物體(天體除外)的運動有如下的規律:物體前進的速度和其所受的外加推(拉)力成正比,但是和所受的阻(摩擦)力成反比。這樣的說法的確適用於某些狀況,例如物體的終端速度,所以不算太離譜。真正有意思之處在於他進而推論真空狀態是不可能存在的,理由是在真空中,物體不會受到阻力,所以物體的速度是無窮大,而且「物體一旦開始運動,就沒有理由停下來,因為物體應該停在這裡呢?或是那裡呢?所以物體只能靜止或不停地運動下去。」亞里斯多德相信物體不可能不停運動下去,所以只能靜止不動,但是物體能夠運動又是必然的事,所以真空不可能存在。


這個被後人表述成「自然厭惡真空」的結論當然是錯的,可是請注意亞里斯多德以真空的平移不變性(該停在這裡呢?或是那裡呢?)來推論「物體只能靜止或不停地運動下去」是正確、聰明又有現代感的論證;如果他能排除偏見,反過來接受物體的確可能不停地運動下去,那麼他早在2000多年前就可提出慣性原理,而不會掉進「自然厭惡真空」的陷阱裡。


嚴格講,「物體不停地等速運動下去」是一種在真實世界裡不可能的理想狀態,所以狹義而言,亞里斯多德的邏輯是正確的。但是自伽利略以來,我們學到了物理定律都只是近似,而且須以實驗為準,不能純以邏輯來看待──這當然是亞里斯多德在2000多年前所不了解的。


科學史與哲學家孔恩在《科學革命的結構》中,以不可共量的典範說來闡明科學理論間的關係,這是20世紀後半最受重視的科哲觀點,在人文學界極有影響力。孔恩說他的點子是這麼來的:他攻讀物理博士時,為了帶領一門科學通識課而研讀亞里斯多德的《物理學》;他很驚訝這麼絕頂聰明的人怎會犯那麼多錯誤,不願相信亞里斯多德有那麼糟糕,所以不停思索《物理學》中的敘述,有一天他忽然領悟了──亞里斯多德的確是講道理的,而且還是一級棒的物理學家,只要你學會用他的觀點去看世界。


# 關鍵字:名家專欄物理形上集
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