主题 7 — 科学史

前苏格拉底学派 → 亚里士多德 → 伽利略 vs 经院学派 → 哥白尼革命 → 牛顿、拉普拉斯、爱因斯坦

章节

Selfcheck / 自测

「物理」一词从何而来？它何时、由谁确立为科学？
泰勒斯提出哪两个问题？为什么他的方法如此重要？
巴门尼德如何预示了能量守恒？什么是佯谬（芝诺）？
实验与观察有何区别？说出三个标准。
解释自由落体的矛盾证明（物体 A、B、C）。
描述半管思想实验——它是什么的雏形？
为什么静止与匀速运动没有区别？解释塔的论证。
托勒密的难题是什么？本轮理论如何「解决」它？
谁首次断然主张日心说？哪三项望远镜观察支持它？
什么是拉普拉斯妖？它如今被什么推翻？
温度的 SI 单位是什么、为什么？解释热与温度的区别。
哥白尼模型起初并不比托勒密更精确——为什么它仍是进步？
什么是特设假说（Ad-hoc-Hypothese）？托勒密模型为何能维持约 1400 年？
心理宇宙学为「相信地心说」给出哪三个动机？
布鲁诺与伽利略在教会面前的下场各是什么？为何不同？
描述伽利略船舱实验。它阐明了什么原理？
用伽利略的叠加原理解释平抛运动。轨迹是什么形状？
为什么哈雷彗星被视为牛顿力学的胜利？
为什么 1755 里斯本大地震是一个思想史转折点？
拉普拉斯在哪部著作中提出他的妖？为什么它与概率这一主题相称？

§§ANTWORTEN

源自希腊语 physis = 自然（「世界最内在的本质」）。它根植于哲学，约于 1600 年由伽利略确立为独立科学。(§7.1)
「万物从何而来？」与「万物由什么构成？」（答案：水）。重要的是方法：首次给出不靠神的自然科学解释。(§7.2)
巴门尼德：「无中不能生有，万物也不被毁灭」——能量守恒定律的雏形。佯谬是指前提正确、却导出错误结论。(§7.2)
观察结果不受控制；实验由研究者设计并可改变。三个标准：可重复性、可客观化、可量化。(§7.3)
物体 A（重）、B（轻）、C = A+B。按亚里士多德，B 拖慢 A → C 比 A 慢；同时 C 更重 → C 比 A 快。矛盾→ 所有物体等速下落（ $m_{惯性} = m_{引力}$ ）。(§7.4)
真空、无摩擦的半管中，球总是回升到同样高度；轨道越平，它直行得越远（无限远）。这是牛顿第一定律（惯性定律）的雏形。(§7.4)
因为不存在绝对的运动状态——任何实验都无法区分静止与匀速运动。塔的论证： 塔、石头、地球一起运动，所以从地球看石头垂直落下（不会落在塔后）。(§7.4)
难题： 火星在天上画圈（逆行）。本轮理论「解决」之法：行星在小圆（本轮）上运行，小圆圆心又沿大圆（均轮）移动——不够时再本轮叠本轮。(§7.5)
伽利略首次断然主张。三项望远镜观察：木星四颗卫星、太阳黑子、月面环形山与山脉（天空并非完美，并非万物都绕地球）。(§7.5)
一个假想存在，它知道每个粒子的位置、速度、加速度与能量，从而能算出整个未来（决定论，没有自由意志）。今天被海森堡不确定性和量子随机性推翻。(§7.5)
开尔文，因为它在物理上更合理（从绝对零度起算）。热（内能）＝粒子总能量的量度；温度＝无序粒子运动平均动能的量度。(§7.7)
他仍用圆轨道，预测精度并不更高（仍需小本轮）。进步在于：火星逆行首次得到自然解释（地球内圈超车火星）、模型更简单统一、且可改进——开普勒把圆换成椭圆后即告精确。(§7.5)
一个无独立依据、只为挽救受威胁理论而引入的附加假设——本轮即是典型：不解释任何东西，只把计算凑对。模型久存是因为实用上运转完美：教会定节日（复活节）、航海导航、计时都靠它。(§7.5)
(1) 自恋动机——「一切绕着我们转」（空间与寓意双关）；(2) 经验动机——我们感觉不到地球运动，只有加速可感，地静最合日常经验；(3) 母腹动机——被包裹的安稳，同时也是囚禁。(§7.5)
布鲁诺不肯撤回（无限宇宙、无数有人世界），1600 年被烧死；伽利略 1633 年受审后撤回日心说，被软禁终身（1992 年获教会平反）。区别在于是否撤回（widerrufen）。(§7.5)
在船的无窗船舱里，一切现象（水珠下落、蝴蝶飞舞、抛球）都完全一样，无论船静止还是匀速航行——从内部无法区分二者。它阐明了相对性原理（运动的相对性）。(§7.4)
平抛运动叠加了一个匀速水平运动（ $x = v_{0} t$ ）和一个自由落体（ $y = \frac{1}{2} g t^{2}$ ）；按叠加原理两者互不干扰地并行。消去 $t$ 得 $y \propto x^{2}$ ——一条抛物线。(§7.4)
哈雷用牛顿引力定律预言某彗星将于 1758 年回归——预言（在哈雷身后）应验。一项提前数十年应验的预言，使牛顿力学成为无可争议的胜利。(§7.5)
1755 年的地震在最隆重的节日摧毁里斯本、把信徒压死在教堂中 → 动摇了对仁慈神圣秩序的信念（神义论之争），并推动了对自然成因而非宗教成因的探求（科学地震学之始）。(§7.5)
在 《概率的哲学随笔》（«Essai philosophique sur les probabilités», 1814）——一本关于概率的书：这个妖是决定论的理想，从它的视角看，概率不过是人类无知的量度。(§7.5)