亞里士多德與伽利略給我們的啟示
——備課札記
縱觀物理學(xué)發(fā)展的歷史長河，我們感喟人類認識自然規(guī)律之曲折、艱辛、漫長；驚嘆那些在黑夜中摸索的物理學(xué)巨匠們的頑強、睿智、杰出.從古代的亞里士多德、阿基m德到物理學(xué)新時代的伽利略、牛頓到近代物理學(xué)的奠基者愛因斯坦、玻爾……，一代代的物理學(xué)家所代表的人類智力的自由創(chuàng)造，使我們關(guān)于物理實在的圖景的描繪愈來愈接近客觀真理，使物理學(xué)大廈逐步地趨向完美.回顧物理學(xué)的發(fā)展歷史，重溫物理學(xué)家曾經(jīng)經(jīng)歷的種種挫折與成功，猶如實施一種智力移植；通過挖掘革命性、科學(xué)性理論的創(chuàng)造性思路或者偉大科學(xué)家從事科學(xué)創(chuàng)造的思路，使我們對物理世界的認識更科學(xué)、合理，更富于創(chuàng)見，更機智敏捷.如借鑒歷史的明鏡.依據(jù)古人曾經(jīng)產(chǎn)生過的錯誤，預(yù)料今天初學(xué)者腦子里會出現(xiàn)的影像，未雨綢繆、少走彎路.讓我們以亞里士多德與伽利略為例去尋求啟迪吧.
我們從教科書上曾經(jīng)結(jié)識過這兩位偉大學(xué)者.在落體運動法則問題上.在力與運動的關(guān)系問題上，這兩位時隔兩千年的學(xué)者的觀點的確是相去甚遠.在十六世紀以前，亞里士多德在物理學(xué)界享有至高無上的威望，致使人們的思維、觀察和知識都緊緊束縛在亞氏所寫下的那些東西上.它使人們相信地球是宇宙的中心；輕物體的自然運動是向上的；重物體的自然運動是向下的，越重的物體下落越快；天體物質(zhì)的自然運動則是圍繞宇宙中心旋轉(zhuǎn)的.這些自然運動無須外力作用.非自然運動的那些物體都是由于有外力迫使.力是維持物體非自然運動的原因；馬車沿著馬路行駛當然得由馬來拉動；推一個物體的力不再去推它，原本運動著的物體自然便停下來……，亞里士多德的觀點與最簡單的經(jīng)驗事實那么吻合、與人們對事物的理解程度那么相符，所以曾一代一代地被奉若神明，視作人類知識的顛峰而保持了千百年，大自然的真諦隱匿在黑夜中，謬誤使人們困惑、迷茫.人類在混沌中摸索…….伽利略偉大的工作，從根本上改變了人們關(guān)于運動問題的概念，使物理學(xué)進入了新時期.伽利略運用科學(xué)的研究方法，在幾十年時間里研究落體運動，研究力與運動的關(guān)系，得出了與亞里士多德截然不同的結(jié)論，現(xiàn)在我們知道，任何物體總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)不變，直至有外力迫使物體改變這種狀態(tài)為止，勻速直線運動或靜止才是物體的自然運動狀態(tài)，力則是導(dǎo)致物體改變自然運動狀態(tài)的原因；自由下落的物體“下落速度與下落時間成正比”.伽利略是劃時代的物理學(xué)家，正如愛因斯坦所言.伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學(xué)的真正開端.
物理教科書上，亞里士多德給同學(xué)們的形象不妙、他老是出鍺，老是作出一些輕率的結(jié)論.同學(xué)們覺得亞氏實在太不高明而伽利略則比他偉大于百倍.事實上，亞里士多德是古代一位偉大的學(xué)者，一位百科全書式的大學(xué)問家，他有著成就事業(yè)的理性方法，又有幾乎無所不及的思想成果，他在哲學(xué)、邏輯學(xué)方面的成就至今還被應(yīng)用著，不過他在物理學(xué)中卻的確是錯誤百出并且謬種流傳，整整貽誤物理學(xué)二十個世紀.亞里士多德的悲哀不在于頭腦也不全在于時代，而在于研究方法不當.亞里士多德的物理研究方法有什么特點呢？或許可以用“觀察加直覺”來概括，亞里士多德觀察了眾多的自然現(xiàn)象：火焰向上竄，石頭往下落、馬車要馬拉著跑、尖利的聲音傳得遠……，于是便依賴于直覺推理得出一系列直覺結(jié)論.固然，觀察與直覺對物理研究是至關(guān)重要的.詳實的觀察與良好的直覺往往導(dǎo)致偉大的發(fā)現(xiàn)，觀察使人腦累積事物的形象，形成一種潛知，直覺的想象、鑒別與啟發(fā)便是這種潛知的信息外傳.阿基m德巧解王冠之謎發(fā)現(xiàn)浮力規(guī)律、牛頓由落地蘋果而及月亮乃至天地萬物間的引力，就是亞里士多德本人也曾從觀察月食現(xiàn)象而正確判斷地球是圓球形的.然而，物理學(xué)更是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，所以根據(jù)直接觀察所得出的直覺的結(jié)論不是常?？煽康?，它們有時會將人們引入歧途，將“觀察加直覺”作為物理研究的基本方法.正是亞里士多德物理學(xué)的失敗之所在.
伽利略是第一位創(chuàng)造通過實驗檢驗理論推導(dǎo)的科學(xué)研究方法的科學(xué)家.他崇尚“實驗加推理”，他拒絕聽信任何未經(jīng)實驗的科學(xué)思想，哪怕那是來自于教堂或權(quán)威.伽利略用盡畢生的精力探索落體運動的規(guī)律，他首先通過落體佯謬的思想實驗.否定亞里士多德的重物下落快的結(jié)論.通過觀察棉花、羽毛等在空氣中落下，伽利略曾經(jīng)提出過落體速度與密度成正比例的法則，然而通過科學(xué)的推理.使伽利略認識了不易察覺的空氣阻力，從而發(fā)現(xiàn)了自已最初的法則的錯誤，并猜想到在沒有空氣阻力的情況下，一切物體都在同樣地增加著速度，為了建立真正的落體法則，伽利略仔細地實驗研究了擺的運動和小球在斜面上的運動，嚴格地定義了勻變速運動；設(shè)計出精密的時間測量方法；盡量地消除各種阻力的影響；運用數(shù)學(xué)工具；……最終找到了物體下落速度與下落時間成正比的正確法則.伽利略的貢獻不只是建立了一個新的法則，而且將物理學(xué)研究推向正確的軌道.從此開始了物理學(xué)的突飛猛進.
亞里士多德與伽利略的故事告訴我們，知識就是力量，而能力與方法比知識更有力量.我們每個人都同樣地擁有一個健全的大腦，我們每個人都應(yīng)該可以象伽利略那樣去思索.重要的是學(xué)會認識世界的方法和具備進行科學(xué)研究的能力.如若我們能從亞里士多德和伽利略以及其它各位偉大學(xué)者的失敗與成功中尋求啟發(fā)和借鑒.我們也將會擁有一顆杰出的閃爍出智慧之光的大腦，去容納經(jīng)典的與現(xiàn)代的物理知識.去面對已知的與未知的物理世界