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仰望星空与物理学之一

January 4, 2018 • Read: 193 • 杂谈

当你仰望星空时,你看到了什么?

墨蓝色的天幕,白色的星星。如果你在大城市,天空会被花哨的霓虹灯渲染得五颜六色。

当第一个智人看向这个神秘的空间时,他无法解释那些闪亮的白点、那个发光的圆球、那些划破天幕的线是什么,于是他给它们起了名字:星、月、闪电。但他依然无法想出他们是怎么来得,为什么星星和月亮会慢慢降落到地平线以下,取而代之的是太阳慢慢从地平线的另一边升起、为什么闪电总是伴随着雷雨。于是他想:一定是有“神”在操控它们。

这就是我们第一次对自然的探索所得出的结论。并且还得出了宇宙的结构:天在上,地在下。
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直到有一天,一位哲学家想弄明白为什么太阳、月亮、星辰都围着我们转,于是他的宇宙是这样的:
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这位哲学家就是阿那克西曼德,在他的宇宙里,天空把地球包围了起来,而地球像是一个漂浮在空中、不会坠落的大石头,很快就有人意识到,对于一块飞在空中的土地而言,最合理的形状是球形,因为球体在各个方向上都是相等的。
然后另一位伟大的哲学家亚里士多德在他的著作《论天》里用很多具有说服力的科学论证证明了地球是圆的,并且他的宇宙是这样的:星辰日月都围着地球转。
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看起来人们对宇宙的认知在当时已有很大的突破,比起“在一个巨大的乌龟背上”实在靠谱太多。这张图也代表了从地中海文明时期到中世纪结束之前人们对宇宙的认知。然后亚里士多德提出了一个问题:为什么物体向着地球转?

遗憾的是,那个时代的人终究没有摆脱迷信,又或是亚里士多德自己在唯物和唯心两边摇摆不定的缘故,他给出的答案是这样的:这是因为物体有一种渴望,渴望和地球结合。

他还提出了一个问题:当你使物体运动时,为什么它到最后会慢下来?回答是:运动中的物体慢下来是因为它累了。所以他得出的结论是:要维持物体作匀速直线运动,就需要有恒定的推动力。

这就是我们第二次对自然的探索所得出的结论,有进步,也有荒谬。这种说法支配了人们将近2000年。后来哥白尼用生命推翻了亚里士多德的宇宙,在他的宇宙中,太阳是行星运动的中心。这是我们第三次对那神秘空间的探索所得出的结论。我们虽然清楚了地球与日月星辰的大致关系,却不知道为什么是这样的关系,或者自以为是亚里士多德的那套理论。直到伽利略和牛顿代表的近代经典物理的出现。

我们可以说,物理学发展史就是现代文明的发展史,没有物理学,就没有工业革命,就没有现在这个丰富的世界。当代物理为我们带来了激光束、发明了晶体管,在物理的帮助下第一台电脑被制造出来,进而推进了互联网的建立,还为万维网(World wide web)写代码。此外,还发明了电视、无线广播、雷达、微波以及现代医院里的所有大型设备。往大的方面讲还有氢弹、核弹、核电站等等。而这一切的源头,就是有一个人抬起头,望着那美丽的星空,在欣赏之余多问了一个为什么。

未完待续...

参考书目:
《七堂极简物理课》 【意】卡洛·罗韦利(所有图源)
《上帝掷骰子吗?》 【中】曹天元
《极简科学史》 【美】苏珊·怀斯

作者 红壳荔枝(并不是专门研究物理,如有错误欢迎指正_(:з」∠)_)

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