牛顿|因牛顿力学已经能代劳,人们不需要腾空一个位置予上帝
晨光初露,在叶尖处的露水慢慢落下;在兵荒马乱的战场上,一颗炮弹沿著一条弧型的飞行路线,精准地落在敌方司令部。宇宙间的行星之间,仿佛有一条无型的纽带,把它们全都固定下来。自古以来,人类在面对世界上纷繁复杂的现象时,总会设想和找到隐藏在众多现象背后那个统一的本质,人类的努力在十七世纪终于得到回报。
牛顿(Isaac Newton)出生于1643年的今天,他建立了一套在人类可感知的范围中,能够解释世界上许多的物理现象的万有引力理论。之所以说牛顿的理论只能够解释人类的可感知范围内的现象,是由于现代科学指出,牛顿力学面对两个极端世界,即宏观和微观世界时,就会失去解释力。有趣的是,在牛顿理论失效的地方,正正是广义相对论与量子力学这两门堪称现代物理学支柱的学科,能够发挥所长的地方。
不过对于一般人而言,如果你希望解释苹果为何从树上掉下,或者想精准计算你的炮弹能否准确掷中敌人的位置,牛顿的万有引力理论已经足够用了;或者对于需要学习中学程度的科学而言,牛顿物理学已经够你头痛了。正因为牛顿理论具有优秀的普遍解释力和应用性,足以令他在历史上留下崇高的席位。
事实上,牛顿是英国第一位被封爵的科学家,能够做科学做到被封爵,实在了不起。牛顿对于科学的贡献是多方面的,他在数学方面和莱布尼兹(Gottfried Wilhelm Leibniz)差不多同时发明了微积分方法;在光学方面,他利用分光镜,把太阳照射的白光分解成七彩的颜色,证明了太阳的白光正是由七色光混合而成。牛顿为人类贡献良多,他把自己的发现和证明记录成书,为后世留下了《自然哲学的数学原理》和《光学》两本科学巨著。
牛顿的万有引力定律
牛顿的万有引力定律,的确可以有效地解释人类在可感知范围内的所有物理现象,牛顿将这个隐藏在众多现象背后,并支配这些现象之间的规律称作万有引力(law of universal gravitation),可以简述如下︰所有物体彼此通过引力相互吸引,并且引力的大小与物体之间的距离的平方成反比,与两物体的质量之乘积成正比。现实杂多的现象各有不同,但它们都是同一个万有引力的不同表现。
以炮弹为例子,如果人们能够计算好炮弹飞行的速度,再把地球的引力考虑在内,我们就可以预计炮弹在何时会被引力向下拉,而开始弯曲掉到某个位置。在军事应用之外,人们在运动和赏月的时候都应该要感谢万有引力:如果没有地球的引力,运动员掷的铁饼、恋人们观赏的月亮,会像脱了缰的野马一样,将会飞离地球,直至消失在人们的视线之中。
牛顿的理论横空出世后,可以说打救了另一位科学家开普勒(Johannes Kepler)。开普勒发现了三个关于行星运动的定律后,陷入了惘然不知所措,因为他只能给出如此描述,但不知所以然。牛顿利用万有引力,指出行星离太阳愈近时,受到的引力就愈大,速度就会加快,一旦行星离太阳渐行渐远时,行星的速度就会减慢下来。在解释现象之余,牛顿能够为其他科学家的理论打下基础,统一其他科学理论,可见他的贡献极其伟大。由此,不单普通人,就连其他后来的科学家也服膺反比定律,后来以研究电学著名的法国科学家库仑(Charles-Augustin de Coulomb),就依照牛顿的反比定律制订出著名的库仑定律,说明力量的大小直接与两个点电荷的电量成正比,又与两个点电荷之间距离的平方成反比。
牛顿力学与形而上学
其实不单科学家,就连近代的哲学家也深受牛顿力学的影响,而且牛顿力学含蕴了一些关于宇宙规律的描述,动摇了人们的宇宙观。自十八世纪开始,有些启蒙思想家如法国的百科全书派(Encyclopédistes),便以牛顿物理学取代宗教神学,解释宇宙的规律和现象间的交互作用。对于宇宙的运行,人们不需要假设存上帝的意志,就可以完满作出解释。
据说,拿破仑曾问法国科学家拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace),为甚么在其著作中不给上帝留下一个位置,拉普拉斯神气地回答︰不需要。因为牛顿力学已经能代劳,因此人们不需要腾空一个位置予上帝。拉普拉斯甚至提出后世名为“拉普拉斯之妖”(Laplace's demon)的思想实验:如果有一只超自然生物,能够知道世上每个东西的位置和动量,它就可以计算到每个东西在过去及未来的准确位置。出于牛顿的影响,拉普拉斯与一个时代的科学家,都抱有强烈的因果决定论。
在莱茵河对岸,著名的德国哲学家康德、谢林和黑格尔在各自的著作中,先后探讨了“力”(force)这个物理学概念。不过他们不满意以上这种强烈的因果决定论,认为这会危害到道德实践:我的行为若是被严格决定,从根本上来说,我是身不由己的,既然如此,我就不可能为自己的行为负责任,因为我的行动不是出于我的自由意志。至此,我们看到一个尴尬的局面,为了知识的确切性,我们需要宇宙是服从严格的因果关系,但如此一来,我们势必牺牲了道德和自由,反之亦然,到底不能两全其美。
_________________
下载《香港01》App ,按“+”号加入《哲学》抢先看文章:https://hk01.onelink.me/FraY/hk01app