亚里斯多德的单机版维基百科:科学何须计算?--《科学大历史》

  • 【科科爱读书】人类花了数百万年学习和思考,才从那个连「科学」怎么写都还没一撇的古早时代,到今天能够运用科技超越肉身的限制,探索小粒子的无穷和大宇宙的广袤。但是人类的璀璨成就绝非是一蹴可几,而是建立在无数先人的跌跌撞撞之上,这过程其中也不乏许多学校没教、却相当有趣的故事。就让《科学大历史》带你坐上时光机重回科学史萌芽的年代,来一趟精彩的发现之旅吧!

亚里斯多德像。图/WikimediaCommons

亚里斯多德的研究方法,和后来的科学还有一个重要的冲突:他是做定性研究(qualitative),而不是做定量研究(quantitative)。如今的物理学,即使是简单的高中物理,都是计量的科学。

修基础物理学的学生会学到,时速六十英里的汽车每秒移动八十八英尺;苹果每掉落一秒钟,加速度是每平方秒三十二英尺;他们会以数学计算你一屁股坐进椅子时,椅子对你的脊椎所产生的瞬间反作用力可能大于一千磅。亚里斯多德的物理学完全不是那样,而且他还大声抨击有些哲学家试图把哲学「变成数学」。

图/cea +@Flickr

比起计算,更重视目的

当然,在亚里斯多德那个年代,想把自然哲学转变成计量学术,会因为古希腊的知识有限而受到阻碍。亚里斯多德没有码表,没有秒针,他甚至没想过用精确的时间间隔来思考事件。此外,那个年代的代数和算术,跟泰勒斯的年代相比,也没有进步多少。那时连加号、减号、等号都还没发明出来,也没有数字系统或「时速几英里」的概念。

不过,十三世纪以及后来的学者在计量物理学上的进步,也没有用到多么先进的工具和数学,可见工具和数学不是方程式、衡量、数字预测等科学的唯一阻碍。更重要的因素在于,亚里斯多德跟其他人一样,对计量描述不感兴趣。

即便是在研究运动时,亚里斯多德的分析也只限于定性分析。例如,他对速度只有模糊的概念,比如「同样的时间内,有些东西跑得比较远」,这种说法读起来好像幸运饼干里的签文,但是在亚里斯多德那个年代,大家觉得那样的描述已经够精确了。既然他对速度只有定性分析,就更不可能知道我们在中学里学到的「加速度」了。尤其古今差异那么大,如果有人有时光机可以回到古代,把牛顿的物理学文件拿给亚里斯多德看,那对他来说也只是天书罢了。他不仅无法了解牛顿所谓的「力」或「加速度」是什么意思,而且也没有兴趣。

亚里斯多德对速度只有模糊的概念,比如「同样的时间内,有些东西跑得比较远」,就像「在同样的时间内,兔子就是比乌龟跑得比较远」。图/Pixabay

里斯多德进行深入的观察时,真正让他感兴趣的是:运动和其他的改变似乎都会朝着某个目的发生。例如,他所了解的动作不是一种应该衡量的东西,而是一种现象,其目的是可以辨识的,比如马拉动车子以便在路上行进,羊四处走动以寻找食物,老鼠奔跑以免遭到捕食,公兔与母兔交配以繁衍更多的兔子。

亚里斯多德认为宇宙是一个和谐运作又庞大的生态系统,各种目的随处可见。例如,降雨是因为植物需要水分才会成长,植物成长才能供动物食用。葡萄籽长出葡萄藤,鸡蛋孵出小鸡,都是让种子和鸡蛋里的潜力展现出来。打从远古时代开始,人类就根据个人经验来了解世界。所以,在古希腊时代,分析实体世界中各种事件的目的,远比用毕达哥拉斯及其追随者所发明的数学定律去解释那些事件还要自然。

亚里斯多德所了解的动作,不是一种应该衡量的东西,而是一种现象,他认为宇宙是一个和谐运作又庞大的生态系统,各种目的随处可见。图/Pixabay

科学进展停滞两千年

这里我们再次看到,在科学中,你「问对问题」很重要。即使亚里斯多德接受毕达哥拉斯的概念,即使他相信自然是依循计量定律,但他依然不会注意到那个概念,因为他对定律的计量细节不感兴趣。他比较在乎的问题是,为什么物体会依循那些定律。什么原因迫使琴弦或掉落的石头以某种数字规律地运作?这才是让亚里斯多德感兴趣的问题。而这就是他的理念和现今的科学研究最大的差异-—他注意的是自然界里的「目的」,现今的科学不是注意那些东西。

亚里斯多德分析的特质—-寻找目的-—对后来的人类思维有极大的影响。这让他深受古往今来许多基督教哲学家的喜爱,但是那也阻碍了科学进步长达两千年,因为和指引现代研究的科学原则完全不符。两颗撞球相碰时,牛顿率先提出的定律(那背后没什么宏大的目的)可用来判断接下来会发生的状况。

科学的兴起,最初是源自于人类想要了解世界及寻求意义的根本欲望,所以当初亚里斯多德为了寻找目的而研究的动机, 如今依然引起许多人的共鸣。对想要了解天灾或其他悲剧的人来说, 「事出并有因」的概念也许可以带给他们一些慰藉。相较之下,科学家坚持宇宙不受任何「目的」的指引,可能会让那些人觉得科学似乎很冷酷无情。

不过,这还有另一种看法,也是我很常从父亲那边听来的一种见解。每次谈到「目的」时,我父亲通常不会提起发生在他身上的事,而是提起他和我母亲相识之前,我母亲经历过的某件事。那时她才十七岁, 纳粹占领了她的家乡。其中一个纳粹不知道是基于什么原因,下令几十个犹太人(包括我妈)排成整齐的队伍,跪在雪地上。接着,那个人从每一排的排头走到排尾,每走几步就往其中一个俘虏的头部开枪。如果这是上帝或自然的宏大计画,我父亲一点都不想跟那种上帝扯上关系。对我父亲这样的人来说,相信我们的人生无论有多悲惨或多成功,其实和恒星爆炸都是受制于同一套定律,而且这些事情无论是好是坏,最终都是一种恩赐、一种奇迹,都是源自于那些支配世界的枯燥方程式。这样想的话,对他们来说反而是一种解脱。

尽管亚里斯多德的理论主宰了自然界的相关思维、一直到牛顿那个年代,但是那段期间还是有许多的观察家质疑他的理论。

一颗炮弹的飞行,是因为空气的推进?

以「物体不做自然运动下,唯有对它施加外力才会移动」这个概念为例,亚里斯多德自己也发现,这个说法让人不禁想问:用力射箭、掷标枪,或是扔出抛射体之后,是什么力量继续推动它们。他的解释是,由于自然「厌恶」真空的状态,抛射体射出去以后,空气粒子会冲到抛射体的后方,继续推进那个抛射体。日本似乎把这个概念成功套用在把乘客塞进东京地铁内。不过,连亚里斯多德本人对这个理论也没有多大的热情。该理论的缺陷到了十四世纪变得更加明显,因为那时大炮大量地出现,空气粒子在沉重的炮弹后面推着炮弹前进,这种说法似乎很荒谬。

同样重要的是,发射大炮的士兵其实也不太在乎究竟是空气粒子、还是无形的小精灵推着炮弹前进。他们真正想知道的是,炮弹会循着怎样的轨迹飞行,尤其是那个轨迹最后是否会抵达敌人的头上。这种理论和实务的脱节,显现出亚里斯多德和后代科学家之间的实质鸿沟:对亚里斯多德来说,抛射体轨迹(不同瞬间的位置和速度)之类的议题根本无关紧要。但是如果有人想运用物理学定律来做预测,这些议题就很重要了。所以,后来取代亚里斯多德物理学的科学(亦即可以计算炮弹轨迹的科学)和流程的计量细节有关,它们会衡量力道、速度、加速度,而不管那些流程的目的或哲理。

十四世纪大炮大量地出现,使得空气粒子在沉重的炮弹后面推着炮弹前进,这种说法似乎很荒谬。图/wikipedia

亚里斯多德知道他的物理学并不完美。他写道:

「我的是第一步,只是一小步,不过我也花了很多心思和劳力。这应该以第一步来看待,并宽容对待。诸位读者或听讲者,如果你认为我在这个起步已经尽力而为了······就会肯定我所做的,并容我把它留给其他人去完成。」

这里,亚里斯多德说出了他和后来许多物理学天才都有的一种感觉。我们认为牛顿、爱因斯坦等人无所不知,对其知识充满了自信,甚至有些自大。但后面我们会看到,他们就像亚里斯多德一样,对很多事情感到不解,而他们自己也都有自知之明。

「研究亚里斯多德的学说,就是研究自然」

公元前三二二年,亚里斯多德过世,享年六十二岁,死因似乎是胃病。一年前,他以前的学生亚历山大死后,那个亲马其顿的政府遭到推翻,他逃离了雅典。虽然亚里斯多德在柏拉图的学苑里待了二十年,他在雅典始终感觉像外人一样。关于雅典,他写道:「同样的事情,对外地人和本地人来说并非一样恰当,让人无所适从。」不过,亚历山大过世后,要不要继续留下来变得很重要,因为任何和马其顿有关的人都可能遭到攻击,他很清楚苏格拉底遭到政治处决已经有了先例,一杯毒芹汁就足以彻底反驳任何哲学论点。亚里斯多德始终是一个深谋远虑的思想家,他想要逃离雅典,不想冒着牺牲成仁的风险。他为自己的决定提出了一个崇高的理由--避免雅典人再次犯下「反哲学」的罪过。不过,那个决定就像亚里斯多德的人生态度一样,其实非常务实。

亚里斯多德过世以后,莱西姆学苑的学生以及评论其著作的人把他的思想代代相传。中世纪初期,他的理论连同所有的相关知识逐渐没落,但是在中世纪盛期又受到阿拉伯哲学家的重视,西方学者就是从阿拉伯哲学家那里得知亚里斯多德的学说。他的思想经过一些修改后,最后变成罗马天主教会的官方哲学。所以,接下来的十九个世纪,研究自然就是指研究亚里斯多德的学说。

希腊萨摩斯二世,计算太阳,月球和地球的相对尺寸。图/wikimedia commons

我们已经看到人类如何发展出发问及充满求知欲的大脑,以及发明那些用来解题的工具(书写、数学和定律的概念)。希腊人学习运用理性来分析宇宙以后,人类因此抵达「科学」这个辉煌新世界的岸边。不过,那只是展开更大探险的起点。

本文摘自《科学大历史:人类从走出丛林到探索宇宙,从学会问「为什么」到破解自然定律的心智大跃进》,漫游者文化出版。

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