从泰勒斯到亚里士多德,世界上第一个物理体系的建立
泰勒斯(约公元前624年-公元前547或546年)是哲学史上第一个留下名字的思想家,被后人称为“科学和哲学之祖”。他在数学方面引入了命题证明的思想,证明了泰勒斯定理。
若A、B、C是圆形上的三点,且AC是直径,∠ABC必然为直角。————泰勒斯定理
从泰勒斯开始,古希腊哲学家们引入了理性思维,用事实而不是用神话来解释世界。他们开始讨论一些看起来没有实际用处的哲学大问题,比如万物的本源,宇宙的结构,人类知识和伦理道德……
万物的本源
泰勒斯认为“水是万物之源”。
他的学生阿那克西曼德和阿那克西美尼延续了他的一元论思想。
阿那克西曼德(约前610年-约前546年)提出了阿派朗的概念,来解释世界的本源问题。
阿那克西美尼(约前585年-前525年)认为世界的本源是气体,气体是万物之源,不同形式的物质是通过气体聚和散的过程产生的,并认为火是最精纯的空气。
赫拉克利特(约前544-前483年)认为火是万物的本源。他认为一切事物都处于不断的变化之中,一切都存在,同时又不存在。
人不能两次踏入同一条河流。————赫拉克利特
恩培多克勒(前490年-前430年)提出了四根说,一切事物都由土、气、火、水这四种物质的不同组合和排列构成。他认为日食是因日月位置关系而发生。
德谟克利特(前460年—前370年或前356年)创立了原子论,认为万物都是由原子所组成的,整个世界的本质只是原子和虚空。
地球是球形的
根据某些资料来源,泰勒斯和阿那克西曼德可能最早猜想到地球是一颗球状的星球。
毕达哥拉斯(前570年-前495年,比孔子年长19岁),据说他是第一个提出地球是球形的人,他还认为地球同其它天体一样绕中心火转动。这也被一些人认为他提出了“日心说”。
巴门尼德(约前515年-前445年)向人教授过地球是球形的理念。他深入讨论了“存在”的问题。他反对赫拉克利特的万物流变的观点。他认为一切事物的多样性和变幻只是一个幻觉,整个宇宙只有一个东西,并且永恒不变、不可分割,他称之为“一”。
虽然没有明确的证据证明谁是第一个提出“地球是球形”的观点。但是当时的古希腊学者们大都相信地球是个球。他们还认为天体是以匀速圆周方式运动的。他们认为圆形是完美的图形,天体的形状应该是完美的球形,天体的运动方式应该是完美的正圆。
这和柏拉图(公元前427年—公元前347年)的共相论是一致的。柏拉图将地圆说写入了自己的著作。
由于行星的运动速度是时快时慢的,而且存在逆行现象,这和匀速圆周运动的说法是冲突的。
柏拉图解释说,太阳、月亮和五颗行星除了绕地球匀速圆周运动外,它们同时还在另一平面内做独立的圆周运动,这两种运动的合成,就使行星在空间的运动路线变成我们看到的样子了。
在柏拉图学院学习过的欧多克索斯(公元前408年-前355年)发展了柏拉图的观点,提出了同心球理论。他认为所有恒星共处于半径最大的一个球面上,此球每日环绕地球旋转一周。其他天体的运动,则由多个同心球的匀速转动结合而成。太阳、月亮各三个,五颗行星各四个,连同恒星的一个,共计27个同心球。这27个球经过适当组合以后,就可解释人们观测到的天象。这是学者们首次引入几何体系解释天文现象。
亚里士多德总结出三个证据来证明大地是球形:
- 越往北走,北极星越高;越往南走,北极星越低,且可以看到一些在北方看不到的新的星星。
- 远航的船只,先露出桅杆顶,慢慢露出船身,最后才看得到整艘船。
- 在月食的时候,地球投到月球上的形状为圆形。
亚里士多德的物理体系
欧多克索斯的模型依然存在不少问题,比如不能解释季节长短和行星亮度的变化。
亚里士多德改进了欧多克索斯的模型,借鉴了前期学者的成果,最后形成了一套完整的物理体系。
亚里士多德物理学的主要理论如下:
- 地球位于宇宙的中心,它是静止的球体。有多层的天体环绕它运行,从内到外依次是月球,太阳,五个行星,其他固定的星星。
- 月球下面的所有物体是火、气、水、土四种元素以不同的比例组成的,而其中的主要元素决定了物体运动特性。土有自然向宇宙中心移动的本性;火的本性是远离宇宙的中心移动。气和水的本性则介乎两者之间,气与火相近而水则较接近土。
- 由于元素的特性差异,月球和地球之间,组成了不同的区域。最接近月球的区域以火元素为主,其中有闪电、流星、彗星等物体。下面区域是主要是气元素,就是大气层。接着是水元素的区域,就是海洋湖泊。最后是土元素的区域,就是土地。
- 月球下面的物体,不论是生物还是非生物,都不断变化,组成万物的四种元素也不断互相转化和转换位置,在每一个元素区域都不断有别的元素产生,它们出现后便立刻按着它们的本性向上或向下移动。
- 月球以上的区域是由第五种元素称为以太组成的,以太的本性是永恒不变地进行均速圆周运动的。
- 太阳、月球、行星都是正球体,并且不会改变。运行轨道是由多个匀速圆周运动合成的。
- 物体的运动需要外力推动,没有外力推动时,就会停下来。
这是世界上第一套完整的解释人们看到的日常现象的物理体系,它不是某个天才灵光一闪的突然创造,是300年左右的学者们知识累积的成果。
虽然它是基于当时的经验,通过理性分析总结出来的。以现在我们掌握的科学知识看,这套理论的观点几乎全部都是错误的。
对于现在的我们来说,讨论它的对错其实意义不大,更有意义的问题是:
- 为什么这套错误的理论,权威性能延续近两千年?
- 这套系统性的物理体系建立对现代科学的诞生有多大的影响?