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牛顿力学对思维的影响:生活中的科学与科学化生活

时间:2023-08-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:牛顿力学体系的建立,给人们认识世界的方式带来了诸多深刻变化。概括说来,牛顿力学给人类思维带来的影响主要在于以下三个方面。牛顿力学彻底摧毁了过往的哲学成见,提出天体与地球上的物体遵循完全相同的力学运动规律。在那个时代,唯物主义哲学,更准确地说,是机械唯物主义哲学搭乘牛顿力学的顺风车成为世界主流,并直接确定了决定论在科学界的统治地位。牛顿力学是最典型的决定论。

牛顿力学对思维的影响:生活中的科学与科学化生活

牛顿力学体系的建立,给人们认识世界的方式带来了诸多深刻变化。一个例子可以充分说明这一点。以往,当出现日食的时候,人们会惊恐地跪在地上,祈求上帝或上天尽快消除这一恐怖现象,以免给人类带来灾害。而今天,当日食出现时,人们会将其视为一种罕见的自然奇观并欣赏。一些科学爱好者或许还会借助于某些技术手段验证某种科学结论。

概括说来,牛顿力学给人类思维带来的影响主要在于以下三个方面。

第一,促成了科学相对于哲学的进一步独立

自亚里士多德以来,尤其是经过经院哲学的不断强化,人们赋予天体某种特殊的、神圣的秉性。即使伽利略使用望远镜观测到的许多事实已经对这一观点构成巨大冲击,然而,一千多年来人们所形成的认知依然根深蒂固。比如,笛卡尔就试图为天文学建立一套独特的、与地球上物体不同的力学体系。

牛顿力学彻底摧毁了过往的哲学成见,提出天体与地球上的物体遵循完全相同的力学运动规律。按照《原理》第二版序言的作者科茨的说法,以亚里士多德为代表的老一代哲学家,往往呈现的是一种所谓的“智慧的洞见”。他们主观地将物体按等级划分,并赋予某些物体神秘的属性,再臆想由这种神秘属性来推导这个世界的运动。至于这种神秘属性到底是什么,他们根本不能回答。或者,更准确地说,是他们不愿意回答。他们满足于基于某种主观臆断而想当然,而事实究竟如何,一概不论。

举一个典型例子:亚里士多德认为女人的牙齿要比男人少,他却从来没有想过让其夫人张开嘴数一数她口腔里的牙齿数目。原因在于这种老式的哲学性思维方式是错误的、不科学的。然而,真正给这种思维方式以致命一击的,就是牛顿的《原理》。

古希腊及其后相当长时间里,哲学与科学是不分而论的,当时许多哲学家同时也被认为是科学家。牛顿以一种完全不同的叙事方式,即以一种基于观测事实的准确描述,不仅把科学研究和哲学研究区分开来,而且给予科学一个崇高的地位。自此,各种学说,无论是宗教、政治、经济、文学等,都千方百计地和科学“攀关系”,而其中尤以哲学为甚。各个学派的哲学家,无不争相援引科学的最新成果来解释自己的哲学观点。

第二,牢固地树立了一种决定论世界观

所谓决定论,就是认为自然界和人类社会都存在着确定的客观规律和因果联系,而人们一定能通过科学和其他研究,掌握这种客观规律和因果联系,从而了解这个世界和社会的理论。

牛顿的科学成就给形形色色的唯物主义哲学以巨大的支持。在那个时代,唯物主义哲学,更准确地说,是机械唯物主义哲学搭乘牛顿力学的顺风车成为世界主流,并直接确定了决定论在科学界的统治地位。

启蒙思想家霍布斯认为:“宇宙,即所有存在事物的整体,是物质的,也就是说是物体具有量的大小,即长、宽、高;而且物质的宇宙,其每一部分都是物质,并且具有类似的量的大小,因此世界的每一部分都是物质,不是物质的东西都不在世界之中;因为世界是一个整体,不属于它的东西就是无,因此是不存在的。”

唯物主义不仅用物质来组成世界,也用物质来解释世界。拉美特利所著《人是机器》以力学解释身心关系。哈维把人看成一个抽水站,心脏就是抽水站里面的水泵系统,只是它抽取和促使运转的不是清水而是血液。莱布尼兹甚至试图创造一种普遍适用的技术性语言,以使人类所有问题都能得到解决。

一些非物质的东西如灵魂,在唯物主义的世界里根本没有存在的土壤,理所当然地予以抛弃。人的意识是人的大脑这个物体的附属物,一旦人死亡,人的意识就不复存在。人的精神也成了物质所引发的人的一种特殊的运动形态。

我们今天普遍接受的唯物主义哲学,能够在历史上占据显赫地位,很大程度上得益于牛顿力学体系的支持。

在哲学上系统阐述决定论的是拉普拉斯,他正是通过《原理》中的理论,才坚信可以准确预知所有天体的运行轨迹。这是可以理解的:从浩渺的天体到身边的一只苍蝇,其运动轨迹都能够严格地按照数学公式推算出来,这不是决定论,是什么呢?

拉普拉斯是法国造诣颇深的科学家,在数学和物理学领域都作出了重大的贡献。科学研究本就是一种以果求因或以因求果的活动,所以,只有肯定事物间的因果联系,科学研究才有意义。而决定论在某种意义上是科学研究的前提。不断得到的科学成果,更进一步确认了这个世界是可以被认识的。《原理》则对人们的这一观念提供了坚定的信心,由此才产生了决定论这一理论。

拉普拉斯对决定论有一个非常清楚的表述:“我们可以把世界的现状作为过去的结果和未来的原因。一个有才智的人在任何时候都能明了使自然及其中的构成部分之一——人类充满生机的力量,并且具有对其现象进行分析的能力。如果能够这样,那么他就可以把世界上最大的物体、最小的分子运动的情况写为一个简单的方程式,一个公式。对于这样的人来说,世界上没有什么不确定的事情,未来就像过去一样历历在目。”

所以,人们有时候也把决定论称为“拉普拉斯信条”。牛顿力学是最典型的决定论。假设你扔一块石头,根据牛顿力学,只要清楚了你石头的重量、你使用的力量大小、空气阻力和其他摩擦力的大小、风力的影响等全部因素,一定能够事先计算出这块石头会到达的准确地点,并且石头最终一定会到达那个地点。

当然,这只是理论上的“一定”。事实上,我们很难把握其中的“全部因素”,在许多情况下也没有这个必要。所以,实际上是不是如此“决定”不重要,重要的是,只要人有这个意愿,就一定能够做到“决定”。甚至人们获取知识和求得真理的途径也是被“决定”了的,只要遵循下列程序。

第一步:感知。人对外部世界的某种现象产生了感知,这种感知也在人的头脑中留下了印记。

第二步:表象。感知的印记在头脑中形成表象并储存于头脑之中。当某一种新的感知进入头脑,会自动引发头脑中储存的各种表象与其进行比对和联系。如果这种新的感知是陌生的,那么便再次储存进大脑;如果这种感知是已有的,那么就会形成某种联系,如看见苹果就会让你有清甜爽口的联想

第三步:综合。这是最重要,也最关键的一步。人的头脑所具备的综合功能能够将进入头脑中的简单概念加以比较分析,形成一系列复杂的概念。这些简单或复杂的概念就在头脑中形成人的知识系统。

正是有了这个知识系统,人才能进行理性思维。所谓理性思维,就是人将各种新的感知与头脑中的知识系统再次进行比对分析,从而形成判断和得出结论。如果是头脑中的知识系统接洽了新感知,新的感知就会成为自己知识的一部分。相反,如果头脑拒绝接受新感知,那么头脑就会将其抛弃,不会留下印记。

这里的知识与正确与否无关。许多自认为错误的东西,头脑也会给它留下一席之地,放在一个类似于“警戒区”的位置。待下一次再遇到同样或类似的情况时,头脑就会发出警告,提示这是错的。

第四步:求真。所谓真实,是人的头脑中存在的一种观念,那是一套关于什么是真实的评价标准。只有能够与头脑中的真实观念相吻合的,才会被头脑认为是真实的。当然,这种头脑中的真实不等于真理。所谓真理,一定要再次投入客观实际中并与客观实际一致。

决定论把世界当成一个运行良好的钟表,所有的一切似乎都是预先确定了的。人们甚至能够预测未来。决定论在一定程度上也没有让科学家失望,它甚至准确预测出了海王星冥王星的运行轨道。决定论在日常生活中也有广泛的用途,比如定向爆破就是决定论的一个奇妙的应用。但人们在使用“决定论”这个词时,往往还是在非自然科学领域,比如历史决定论等。遗憾的是,决定论在这些领域内,失效的机会远大于成功的机会。

拉普拉斯的决定论即使在哲学上也会引起争议。随着科学的发展,拉普拉斯的决定论过于简单、流于机械的缺点也逐渐暴露出来。相关科学发现证明,事物之间的因果联系远不是只有《原理》所描述的那样单一,而是有着非常复杂的形式,比如,概率确定的形式,甚至还有“测不准原理”等似乎明确表述的不可知情形。但从本质上说,这依然是人们对于事物关系的一种认识。(www.xing528.com)

第三,促进了人们时空观念的建立。

时间和空间是人们生活中最重要的依托。空间是人们生活的舞台,时间则是人们生活必要的量度。长期以来,人们对于时间和空间之间的联系有所认识,比如,中国古代的墨子就连续用“宇”和“宙”来指称时间和空间。

古希腊哲学家德谟克利特把空间看作物质运动的条件。亚里士多德习惯于用“地点”一词来表示空间,并提出了时间连续性的观点。近代以来,很多科学家也对时空问题表达了各自的看法,伽利略甚至提出了时间、空间是物质存在的绝对形式,以及时空无限的观念。

牛顿在《原理》中系统阐述了他的时空观。他写道:“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着,而且由于其本性而均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着。”

由此可知,牛顿的时间是绝对的。第一,时间是不依赖于任何其他物质而独立存在的;第二,时间是一种均匀的流逝,这种流逝不依赖于任何物质而独立地进行;第三,时间是永恒的,没有开始,也没有结束(不过,后来牛顿又把所谓上帝的第一次推动作为时间的开始)。

需要注意的是,我们平常所说的时间的不同,比如北京时间的早上8时,在东京只是早上7时。这只是人们根据不同的参照体系对时间作出的不同的量度,并不意味着不同地方的时间有所不同。仿照牛顿的话说,不管在北京是8时还是在东京是7时,在上帝的眼中,其实就是同一个时间。

牛顿在《原理》中同样对空间的绝对性作出了说明。牛顿眼里的空间也是一个与任何物质无关的绝对存在,也不依赖于任何物质(包括时间)而影响其测量结果。空间处于一种绝对的静止状态,是物质发生运动的场所。

后来爱因斯坦提出了新的时空观,由于牛顿强调了时空的绝对性,人们就把牛顿的时空观称为绝对时空观。牛顿的绝对时空观把时间和空间视为两个独立的概念,彼此之间没有任何联系,时间和空间的度量与惯性参照系的运动状态也无关。同一物体在不同惯性参照系中观察到的坐标、速度等运动参数,都可以通过伽利略变换建立起相互的联系。

总之,牛顿给我们呈现了一个和谐而有秩序的世界,并提供了一套有效的工具,让我们相信人类能够认识和了解这个世界。牛顿的成就引起了整个世界的欢腾。英国诗人约瑟夫·艾迪生的如下诗句,能够表达世人对牛顿科学成就的赞美,这也是对于人的理性的赞美。

高高苍天,

蓝蓝太空

群星灿然,

宣布它们本源所在。

……

就算全都围绕着黑暗的天球

静肃地旋转,

那又有何妨?

就算在它们的发光的天球之间,

既找不到真正的人语,也找不到声音,

那又有何妨?

……

在理性的耳中,

它们发出光荣的声音,

它们永久歌唱:

“我等乃造物所生。”

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