如果有一天,一個(gè)質(zhì)量巨大的天體闖入這個(gè)太陽系,速度也相當(dāng)快,是從一個(gè)遙遠(yuǎn)的星團(tuán)而來。然后,軌道秩序都被打亂,一切陷入混亂。但天文學(xué)家對此感到并不奇怪,他們會認(rèn)為那個(gè)飛來橫禍的行星就是這次災(zāi)難的元兇。“但是,”他們也說道,“那顆大行星一走,所以有序又會恢復(fù),軌道又會是圓的!
但是軌道盡管變圓后,因?yàn)槟穷w行星的影響,也只會是橢圓。這時(shí),天文學(xué)家就會認(rèn)識到他們的之前的就是錯(cuò)的,需要重新計(jì)算力的關(guān)系。
因?yàn)槲腋杏X這些猜想會讓人準(zhǔn)確地理解總結(jié)慣性法則只是與相反的假想比起來很鮮明。
所以,現(xiàn)在那個(gè)慣性法則可以被實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)吧,如何檢驗(yàn)的?牛頓在寫《法則》這本書時(shí),他就認(rèn)為這都是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果展現(xiàn)出來的。這些并不是他為了擬人化,這個(gè)我之后也會說到的,而是通過對伽利略實(shí)驗(yàn)的觀察分析,更是開普勒的定律本身。其實(shí),這些法則認(rèn)為,行星軌跡完全是受初速度和最初位置影響,這就是我們所說的慣性法則的總結(jié)。
這原理表明上看似正確,因此,一個(gè)人要是擔(dān)心會被我剛才說到的相似理論所取代,所以我們有必要跟上面所說的一樣,需要那樣一個(gè)偶然的混亂,使得那些天文學(xué)家得出錯(cuò)誤結(jié)論。
這猜想發(fā)生的可能性非常小,我們根本就不用回避。因此,沒人會相信這種巧合會發(fā)生,也不會懷疑兩個(gè)完全陌生的事物會一起發(fā)生在同一個(gè)地方,因?yàn)檫@種情況的發(fā)生概率只為0.1,就算有觀測上的誤差,也只會是0.2。計(jì)算簡單事件的發(fā)生概率其實(shí)并不比復(fù)雜事件容易。但是第一種情況如果發(fā)生,我們就要將它認(rèn)為是一種偶然性,并相信自然界看起來不是在欺騙我們。不要這種錯(cuò)誤的假設(shè),我們根據(jù)現(xiàn)有的天文知識,也覺得定理都是通過實(shí)驗(yàn)得來,并驗(yàn)證。
然而,物理不只是包含天文。
那我們也許就會擔(dān)心有一天一種新實(shí)驗(yàn)將我們現(xiàn)有的物理理論全部推翻?因?yàn)閷?shí)驗(yàn)得出的結(jié)論總是要不停地修改,而我們又總想看到更精確的結(jié)論。
但是對此,沒有誰很嚴(yán)肅地考慮過。為什么?正是因?yàn)槲覀冇X得正確結(jié)論是不受一些可調(diào)整的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所偏離。
首先,為了進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn),為了其完整性,我們必須要把宇宙中的物體全部還原到最初的狀態(tài)、最初的速度。然后,我們再觀察它們是否會回到現(xiàn)在的這種狀態(tài)。
但這種實(shí)驗(yàn)沒有任何可行性,或者不能完整地進(jìn)行一遍。因?yàn),無論我們做的有多完美,總是會有一些物體不會回到原位置。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn),我們很容易知道每一條結(jié)論就有其相關(guān)的依據(jù)。
但這也不是絕對的。在天文里,我們也看到過一些物體的運(yùn)動(dòng),假設(shè)它們不受周邊物體的影響。這樣,我們要么就進(jìn)行驗(yàn)證,要不就不繼續(xù)做下去。
不過我們不能說物理中的情況就和這一樣。如果說一切物理現(xiàn)象都是起源于運(yùn)動(dòng),那就是我們?nèi)庋蹮o法看見的分子在運(yùn)動(dòng)。同理,如果物體的加速度不是受物體位置,速度,或者是我們之前就承認(rèn)其存在的分子,我們就可以假設(shè)它是受其他我們未知的分子位置或者其運(yùn)動(dòng)影響。這樣,我們說的理論同樣有理。
另外,我再用數(shù)學(xué)語言表述這理論,以另一種形式。假設(shè)我們觀察到N個(gè)分子,并確定三維坐標(biāo)系來滿足三組不同的方程,位于第四級(不是我們慣性法則需要的第二級)。如果我們假設(shè)這三組變量,代表我們?nèi)庋鄄豢赡芸吹降腘個(gè)分子,其結(jié)果就是和慣性法則相吻合。
我們最后得出的結(jié)論就是這法則在實(shí)驗(yàn)里一些特殊情況下,可以馬上追溯到更普遍的情況之中,因?yàn)閷τ谝话闱闆r,我們很難用實(shí)驗(yàn)證明它的對或錯(cuò)。
物體加速度等于施加在物體上的力除以它的質(zhì)量的商。這是不是也可以用實(shí)驗(yàn)證明?如果選擇實(shí)驗(yàn)證明,我們就要考慮三組實(shí)驗(yàn)中的變量:加速度、力還有質(zhì)量。
我假設(shè)加速度可以通過這些計(jì)算出來,因?yàn)槲覀兺耆珱]有任何問題測量時(shí)間。但力還有物體質(zhì)量如何測出?而且我們甚至對這些不了解。
什么是質(zhì)量?牛頓說過,就是物體體積乘以密度。湯姆森和泰特認(rèn)為更應(yīng)該說成密度是質(zhì)量除以體積的商。那什么是力?拉格朗日認(rèn)為它可以移動(dòng)或者使物體移動(dòng);鶢柣舴蚓驼J(rèn)為它是質(zhì)量乘以加速度的積。
這些問題其實(shí)都難以擺脫。
我們一般在談?wù)撌裁词沁\(yùn)動(dòng)的起因,我們就會說到形而上學(xué)。如果你滿足以上定義,那剛才說的就完全當(dāng)作沒聽見。為了是力的定義更加有實(shí)用性,我們必須要知道如何測量力的大小,這其實(shí)也就足夠了,而不必告訴我們力的本身是什么,或者是不是運(yùn)動(dòng)的結(jié)果或起因。
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