《世界观》笔记二:从亚里士多德到牛顿,生命如是之观,何等壮丽恢宏

一、亚里士多德世界观

在西方社会,亚里士多德的世界观从公园前300年到公园1600年统治了近2000年的西方人的世界观。那时中国经历了从秦朝到明朝几十个朝代的更迭,中国人的思想还被神怪论统治着。

那么亚里士多德世界观的观点是什么?

1)首次提出地心说,地球是宇宙的中心,地球是球形的。

2)地月关系:月球离地球最近,月球和地球之间的区域成为月下区,月下区由水火土气四种元素组成,月球以外的区域成为月上区,月上区由以太组成,月上区是完美的。

3)星星和太阳的顺序:水星,金星,太阳,火星,木星,土星,恒星球面

4)宇宙:宇宙是有界限的。宇宙的边缘是以地球为球心的球面,所有恒星都镶嵌在这个球面上,球面以自身轴线为中心转动,转动一周大约24小时。

5)目的论和本质论:宇宙是有目的的,而且有本质存在。宇宙所有存在的元素都是有目的而天然存在的,所有元素都有存在的天然意义。天然存在的组织都有本质属性,正是因为这些本质属性,它才表现出来它的行为模式。例如土元素存在的天然目的就是成为宇宙中心,正好与地心说相符。

二、托勒密体系

托勒密体系根据亚里士多德世界观发展而来,同样支持地心说。

托勒密针对火星运动提出周转圆,均轮和偏心圆的概念。

托勒密体系大概延续了1400年。

托勒密对火星运动的研究

三、哥白尼体系

尼古拉·哥白尼首次突破地心说,开辟了日心说。哥白尼体系认为太阳是宇宙的中心,恒星都是围绕太阳运转的,恒星运行轨道是正圆形,并且恒星都是迅速运行的,用周转圆解释恒星运转运动。同时,也支持恒星球面理论。

据说哥白尼是新柏拉图主义者,新柏拉图主义流派认为太阳是至善的,太阳是上帝的代表,所以太阳理应成为宇宙的中心。

四、第谷体系

第谷·布拉赫又认为地球才是宇宙中心,但是第谷得地心说不同的是,地球是静止的,月球和太阳围绕地球运转。行星围绕太阳运转。恒星球面仍是宇宙的边界。

五、开普勒体系

第谷去世后,他的得意弟子开普勒获得了第谷大量的研究数据,在第谷得研究成果上,开普勒经过自己的钻研终于突破性地提出了两大关键性创新观点。

1)椭圆轨道

开普勒提出,行星围绕太阳运转的轨道并不是正圆形,而是椭圆形轨道。椭圆形有两个焦点,太阳位于这两个焦点之一的位置。这就是著名的开普勒第一定律。

2)匀速运动

开普勒提出,行星沿椭圆轨道运行的速度是变化的。在这个椭圆内,以行星为起点,画一条直线,和太阳连起来,这条直线在相等时间内扫过的面积相等。这个对行星运动规律的描述称为开普勒第二定律。开普勒第二定律成为了经典天文学的基石。

图片来自百度百科

至此,关于正圆轨道和匀速运动的哲学性“事实”的观点终结了。

六、伽利略体系

伽利略是第一批将望远镜运用于天文学观察的人之一。由于有了强大的工具——望远镜,伽利略通过观察又获得了更有意义的发现。

1)月球表面不是平的,月球上有山峰。

2)太阳黑子

太阳黑子是太阳表面本身就有的区域。这一观点颠覆了亚里士多德的“月上区由以太构成,月上区是完美的”这一观点。

3)土星的耳朵

伽利略是第一个观测到土星边缘有时会有凸起现象的人。这个凸起的边缘就像是把手或是耳朵。这就说明行星并不是正球体,月亮和太阳也不是。

4)木星的卫星

伽利略还观测到木星周围有四个小点围绕着木星运转,他正确地推断着四个小点就是木星的卫星。这一观点颠覆了亚里士多德认为的地球是宇宙中所有圆周运动的唯一中心。

5)金星相位

金星不仅会经历周期性的相位变化,它的大小也会因为所处的相位不同而不同。

6)宇宙中除了可肉眼了观测到的恒星,还有无数恒星,宇宙可能是无限大的。

1632年,伽利略出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书,这本书内容丰富,对支持和反对地心说体系和日心说体系的论据都分别进行了讨论。这本书并没有得到教会的接受,因为在当时,仅对日心说体系进行讨论并没有被教会禁止,被禁止的只是支持这个观点就是现实的做法。伽利略恰恰触犯了教会的禁忌。

最后伽利略被裁定为有持异教思想的嫌疑,被判终身监禁,同时还被要求正式宣布“日心说”的观点是假的。最后,伽利略在家中度过了余生,于1642年逝世。

七、牛顿世界观

伽利略逝世的第一年牛顿出生。牛顿世界观的出现,彻底取代了亚里士多德世界观。牛顿世界观认为,太阳只是太阳系的中心,行星围绕太阳运转,宇宙中有无数太阳系这样的星系,宇宙是无限大的。所有物体的运行并不是因为它天然内在的本质属性引起的,而是因为有外力的作用。

1)牛顿三大定律

牛顿第一定律(惯性定律):任何物体在不受任何外力的作用下,总保持匀速直线状态或静止状态,直到外力迫使它改变这种状态。
牛顿第二定律:F=ma  物体运动的改变与所受的作用力成正比,而且与其所受作用力的方向成一条直线。
牛顿第三定律:对任何作用力总存在一个方向相反,大小相等的反作用力。

2)万有引力定律

任意两个物体之间都存在相互吸引力,并且两个物体之间的吸引力与物体的质量成正比。

牛顿还在自己所著的《原理》一书的第三卷提出,重力普遍存在于一切物体中。

牛顿声称自己是用工具主义的态度看待他所提出的一系列观点。也就是说他也不能保证看不见的作用力是否真的存在。

可见牛顿如神一般存在的人,虽然拥有前无古人的成就却也相信,任何理论,无论有多少证据证明它是正确的,这一理论仍存在错误的可能性。

利用牛顿的观点体系,后来被化学领域,生物领域等各个领域证实,并得以广泛运用。约翰·道尔顿的原子理论,电磁学的法拉第和麦克斯韦的电磁感应等原理都得益于牛顿力学。

3)几朵小乌云

英国著名物理学家开尔文爵士在1900年发表了一段谈话,他指出,在现代科学本应晴朗的天空里,现在只剩下几朵“小乌云”了。其中有两朵最为重要,分别是迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射。

①迈克尔逊-莫雷实验

迈克尔逊和莫雷从一个定点发射出两道光,发出时的夹角是直角,这两道光分别通过与光源距离相等的两面镜子反射回来。如果牛顿体系内关于光传播的机械论观点是正确的,也就是光通过介质以太来传播,那么光源和镜子应该在以太中运动。

尽管相对于光源,两道光传播的距离相等,但是由于光源和镜子同时在以太中运动,那么对于以太,两道光传播的距离是不相等的,因此我们预计可以看到两道光回到光源处会有微小的时间差。然而与预期的相反,两道光总是在相同的时间点回到光源处。

由于牛顿科学体系非常成功,因此科学家认为如果因为这个实验结果而放弃牛顿科学体系的观点,将是非常不明智的,所以把它当作了无足轻重的小乌云。

②黑体辐射

黑体指的是一个理想化的物体,可以吸收所有指向它的电磁辐射。举个例子,光是电磁辐射的一种形式,所以,如果我们向一个黑体投射光线,黑体将吸收所有的光线,因而表现出黑暗的性质,所以才叫作黑体。

根据牛顿科学体系,一个受热的黑体,预计将以某种特定模式对外进行辐射。然而实际观察到的辐射模式,与根据牛顿科学体系预言的辐射模式有显著差异。

简单地说,当仅观察波长较长的辐射时,所观察到的辐射模式与预言的模式十分相近。但是到了短波时,观察到的辐射模式则与预言模式大相径庭。这个问题有时被称为“紫外灾难”。

与迈克尔逊-莫雷实验一样,黑体辐射问题后来被证明并不只是一朵小乌云。直到量子理论的出现,黑体辐射问题才被成功解释。

八、爱因斯坦的相对论和道尔顿的量子理论

1)相对论

阿尔伯特·爱因斯坦于1905年发表了狭义相对论,于1916年发表了广义相对论。

爱因斯坦的相对论将人们对于空间和时间的理解给出了不同的解释。人们通常认为空间和时间都是绝对的,爱因斯坦的解释就是时间和空间都是相对的。

狭义相对论的基础是光速恒定性原则和相对性原则,对于运动中的物体,空间和时间会发生一些惊人的变化,如时间膨胀,长度收缩,同时性的相对性等等。

广义相对论的基础是广义协变性原理和等效原理,根据关系相对论,大质量物体的存在导致了时空曲率。不受任何力作用的物体也会沿最短直线运动等等。

2)量子理论

量子理论数学给出的通常是概率性的预言,而不是确定的预言。量子理论是一种“波”数学,应与“粒子”数学相区别。举个例子,如果我们用量子理论数学来预言一个电子的位置,数学计算将会告诉我们在不同位置探测到这个电子的可能性。

为了更好地理解量子理论,我们可以了解一下薛定谔的猫,薛定谔的猫是关于量子理论的一个思想实验。假设在一个密封的盒子里有一只猫,同时还有一个微弱的放射源。具体来说,这个放射源在一小时内,释放出一粒放射性粒子的概率是50%。如果放射源释放了一粒放射性粒子,这个粒子将会触发一个探测器,而这个探测器在触发之后会打开一小瓶毒药,这种毒药可以毒死盒子里的猫。


最后借用樊登的话结尾

过去秉持的观点,并不一定现在就是真的,现在的世界观也有可能会被未来的发现所颠覆。但是我们能够确定的是,我们生活在有趣的时代。

不同的观点在某一个时代被认为是完全正确地,但是经过数年的另一个时代有可能就被另一个观点完全取代。之前的观点彻底成了错误命题。然而很多事情不能论对错,它为人类历史的进步和发展做出的贡献是无法比拟的,我们只能用辩证的眼光来看待这一切。

生命如是之观,何等壮丽恢宏,请继续做一株会思考的芦苇。

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