《物理是什么》

六 26

《物理是什么》

拾慧|〖寻章摘句〗 qiusir 2018

朝永振一郎 1906年生于日本东京，中学、大学期间与汤川秀树就读同一所学校。1965年与费曼等同获诺贝尔物理学奖。晚年积极开展自然科学的启蒙普及活动。
物理学是这样一门学问：

以观察事实为依据，探求我们身处的自然界中所发生的各种现象---但主要限于非生物的现象---背后的规律。

@qiusir:关于什么是物理，北师大读书时，大四物理系教授总结为“见物讲理”。
占星术之于物理学，炼金术之于化学，它们之间都有着剪不断的联系。
自然现象的背后必然存在一定的规律，而人们最早注意到这一点，正是通过观察天体运动。
当我们仰望夜空中那些严格按照规律运行的繁星时，都会被这种深邃的神秘感所触动，亲身体会到在自然的最深处，一定有什么巨大的力量让这些星星准确无误地运行着。
如果从纯粹的数学角度来看，哥白尼的学说相当于将观察天体的视点从地球转移到太阳，这样一来行星的运动就从复合圆周运动变成了简单圆周运动，仅此而已。
哥白尼发表该学说的著作序文中就有这样一段，大意是说地心说和日心说在本质上没有区别。
日心说提出了一个比地心说更加简洁的世界观，同时将人类观察自然的视点从地球这一狭隘的世界中解放出来。这一点堪称是革命性的，称日心说是标志着近代天文学的开端也正是因为这一点。
伽利略的“实验”与开普勒的“观察”相结合，奠定了“一观察事实为依据探求自然规律”这一物理学的特质。

@qiusir:哥白尼提出日心说是在1543年，那时火炮刚刚传入日本，而明初的万户飞天是在1390年。开普勒通过数据分析出行星椭圆轨道和伽利略通过实验研究惯性对应的年代大概是明末清初，集大成者的牛顿的年代对应清顺治到康熙……要说封建社会太教条，而正是那时宗教狂热分子全球密度最大、容忍度全球最低的欧洲孕育了科学的革命...
第谷是一位优秀的观察家，但他的数学功底似乎不是很好...要论数学才能，开普勒在当时算是首屈一指。即便是不再相信占星术的我们，也不禁要感叹第谷与开普勒的相遇真乃“天作之合”。
无论是托勒密还是哥白尼，大部分古希腊学派的天文学家都特别拘泥于圆形曲线上均匀旋转。圆是一个没有起点和终点的曲线，而且曲线上所有部分都是均匀的。
开普勒《以因果为基础的新天文学，或天体的物理学》
“大家可能很难相信我在太阳的动力这个问题上付出了多少心血，但之所以历经如此磨难，是因为我被古老的思想所束缚，将太阳的动力牢牢拴在一台台圆形的水车上。”
太阳是行星运动的源泉，是它的力量让行星围绕自己转动，但之前的天文学家从来没有注意过这一点，只是用几何学和运动学的方式去描述行星的运动。
开普勒第三定律的提出距离第一定律和第二定律相隔十年之久。（时间上，第二定律在前）
“18个月前看到最初的曙光，3个月前迎来朝阳，尽管我只得见区区数日的阳光，然而现在无论任何人都无法再压迫我...我掷出骰子，并决定为现在以及后世留下一部著作。对我来说，现在也好，后世也好，并无不同。这部著作也许将在今后的百年间一直静静等待它的读者，但我对此并不在意......”
事实上，开普勒三定律一直默默无闻，直到牛顿在其知名著作《自然哲学之数学原理》中提及之后，才进入人们的视野，这一等（没有到百年）差不多70年。
伽利略发现摆的等时性，当时他19岁。
在伽利略之前，人们与“以观察事实为依据探求自然规律”这一实证精神是无缘的，这对今天的我们来说真是难以置信。
伽利略是拒绝直线运动的，因为直线运动要么有起点和终点，要么要求长度是无限的。
重圆周轻直线的思想，也正是亚里士多德的遗风，因此从这一点上来说，伽利略仍然没有完全摆脱旧哲学的枷锁。但从另一方面来看，伽利略能从“没有力的补充，物体运动就会停止”这一陈旧思想中迈出一步，这是他的一个重要功绩。
《新科学对话》“严谨的数学证明在这个问题上发挥了巨大威力，我感到既惊讶又高兴。我以前也听一个炮兵朋友说起，以45°仰角开炮时射程最远的，但比起单纯的反复试验，理解其中的原理要重要得多。”
自然之书是用数学语言写成的。
伽利略如此钟爱数学证明，但在潮汐理论上居然完全没有发挥数学的作用。伽利略所犯下的错误，充分说明了不使用数学手段进行推理是多么不可靠，他自己成了最好的“反面教材”，告诉后来人数学有多么重要。

牛顿生于17世纪中叶，在他出生那年，伽利略刚好去世。45岁时出版了《自然哲学之数学原理》，这一年距离开普勒的《新天文学》已经过了将近80年，距离伽利略的《世界对话》也过了将近50年。从这本书中我们可以看出，无论是开普勒身上的神秘性，还是伽利略身上的自然哲学残渣，经过这几十年的岁月，几乎已经被完全洗刷了......
让开普勒和伽利略来完成牛顿的工作毕竟是不现实的。首先是，他们年事已高，无法完成这也的工作。其次，他们所处的时代中，完成这一工作的实际尚未成熟。在那个时代，不仅日心说被视为异端，而且还有一位有名的神父公然宣称哥白尼体系是有害的，甚至数学以及所有的数学家都是有害的，并点名对伽利略进行批判。开普勒也遭受了不少的磨难，他的学说无人认同，连同他所尊敬的前辈伽利略也完全忽略他的著作...

对于椭圆和抛物线，在与欧几里得的《几何原本》并驾齐驱的阿波罗尼奥斯的《圆锥曲线论》中也得到了充分的阐述。正如开普勒感叹，当时到底有几个数学家真的通读过阿波罗尼奥斯的著作呢。
伽利略“在人们所公认的原理的基础上进行展开，是论证科学最值得欣赏和称赞的一大特征。”
面积速度：
当物体朝中心方向（或相反反向）运动时，该物体的面积速度为0，在其他情况下则不为0，这个命题的逆命题同样成立。如果物体的面积速度一开始就是0，那么它将永远为0，也就是会朝中心直线撞上去；相反地，如果物体的面积速度一开始就不为0，那么它将永远不为0，于是这个物体也就永远不会撞上中心，而是会一直围绕中心旋转。
“在已知性质的力的作用下，物体的运动可通过初始状态唯一地确定；相反，要确定运动泽必须给定初始状态。”
当时发不了人造地球卫星，可绝对不能怪到牛顿身上。
开普勒发现的天界的规律、伽利略发现的地表的规律，也在这里通过严谨的数学方法形成了一个统一体系。亚里士多德自然哲学所信奉的“天界与地界由完全不同的自然规律所支配”的旧思想遭到了彻底的否定。
伽利略与开普勒之间的确通过信。

望远镜在教廷丧失权威的过程中扮演了重要的角色，到了牛顿的时代，使用望远镜已经成为天文学的常识，天体观测的精度也比第谷的时代有了显著的提高，教廷公认的旧学说在天文学面前变得更加黯然无光了。
除了伽利略，开普勒和牛顿也分别研制了各自的望远镜。
早在16世纪时，水泵技工就已经知道使用水泵无法将水抽到十米以上的高度。伽利略在《新科技对话》中也提到了这一现象。
据说瓦特是为格拉斯哥大学提供机器装置的商人，也是一个具有科技思维和技术直觉的人。
以往的发明家大多是靠灵感和试错，而瓦特则是一板一眼地去研究。
在瓦特的发明趋于完善的过程中，科学对于明确问题的原因并解决问题起了指导性的作用。随着瓦特蒸汽机的出现，英国的煤炭开采量翻了十倍。

“以观察事实为依据探求自然规律”，但没有说“从观察事实出发”，这是因为我们并不需要从完全的一张白纸开始进行观察和实验，而是通常先提出一个想法，然后通过观察和实验为这一想法寻求依据。
特别是原子论，我们需要主张一种肉眼无法直接观察的东西的存在，这时无论如何都需要先建立这种东西存在的假说，然后以此为前提讨论通过怎样的事实...
阿佛加德罗将原子的结合物和原子本身进行了区分，将前者命名为分子。
玻尔兹曼写道：带有敌意的反对论调实在是过于强势，我认为这些反对论调对科学进步是有害的。
他坚信总有一天他的理论的正确性会得到承认，正如牛顿的权威性导致光的波动学说长期以来未能得到认可一样，马赫的权威也阻碍了别人认同自己的理论在方向上的正确性。
1906年玻尔兹曼因抑郁症自杀。而就在他去世前不久的1905年前后，关于布朗运动的分子轮的解释由爱因斯坦等人提出来，而正是这一解释为玻尔兹曼的理论提供了实验上的证据。
化学的前身是炼金术，物理学的前身是占星术。现在占星术还没有完全消失，但炼金术应该说已经消失了。

伽利略发现了著名的惯性定律。这是一个我们无法直接观察的规律。
摆的周期与绳子的长度有关，如果将这一关系定量描述出来，那么就可以推理出当绳子长度无限时会出现怎样的情形。长度无限的绳子在现实中是不存在的，但假设存在这样一条绳子，那么摆的周期就是无穷大，于是当这样的摆动起来之后，就永远不会停下，而是一直朝一个方向摆动，这就是伽利略的推理过程。（我们编教材的不去读书吗，竟然错过这么精彩的范例...）
十七世纪的很多人既是物理学家，同时又是数学家、哲学家或是神学家。笛卡尔是法国哲学家，也研究物理，又是一位数学家。莱布尼兹是德国的哲学家，也是数学家和物理学家。说“人是一株会思考的芦苇”的帕斯卡是物理学家，也是一个十分虔诚的基督教徒。
哲学philosophy本意是“热爱知识”，phi是热爱，Sophia是智慧、知识的意思。
科学在德语中叫Wissenschaft，wissen是“认知”的动词，德国人将了解、认知的过程称为科学。在17世纪，科学被认为是一种智力劳动。（朝永振一郎留学过德国）
人为地对原本的自然现象加以改变，使得隐藏在背后的自然规律暴露出来，这样的方法就是实验。
自然女神戴着面纱，不肯露真容，而科学则负责掀开面纱一睹真容。

铀核裂变现象是二战爆发前1939年德国的哈恩和斯特拉斯曼发现的，不过这两个人不是物理学家，而是化学家。
先是牛顿统一了天体和地表的规律，接下来物理又逐步统一了力学、声学、光学、电磁学等领域，然后又通过量子力学统一了化学的所有领域，现在连生物学的一部分，也就是和遗传相关的部分也被归并到物理学中。桑原武夫说过一个非常恰当的词---“物理学帝国主义”。因为罗马帝国、大英帝国也不是永存的，最终都逃不过分裂成若干小国的命运。

认为某种现象不可思议，这是科学之芽。仔细观察确认后不断思考，这是科学之茎。坚持到最后并解开谜题，这是科学之花。

从某种意义上说，物理学家是脑子最笨的，他们考试的时候是作弊的，背地里偷偷做个实验直接看结果，不然就答不出来。也就是说，物理学家只能解开自然女神的面纱才能看到她的容貌。

第三版的稿子已经誊写好了，复印件也已经交上去了，但我对第3节的内容又做了修改，在住院之前也交上去了。我对其中的一部分内容还有点吃不准，住院做完检查之后我又读了一些爱因斯坦等人的论文，发现从内容上，新版的稿子应该是没问题的，这才感到松了一口气，但是稿子还是又改了改。朝永振一郎1978年11月22日于病房中口述。他1979年7月8日过世。
（读到这部分，只能送上我的双膝...）

On this day..

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