如果科学家要拜祖师爷,他们应该拜谁?

2017-03-21作者:[美]丽莎·兰道尔编辑:湛庐文化


中国有句老话叫“三百六十行,无祖不立”。说的是各行各业都得有个祖师爷,不然出去跟人吹牛逼都不好意。在中国古代,这个祖师爷有时是传说中的人物,比如黄帝是裁缝的祖师爷,炎帝是农民的祖师爷,哪怕就是做贼这行当都要以盗跖之流做祖师爷。有时,祖师爷的名分则给了从事过这个行业的名人,比如刘备被尊为鞋匠祖师爷,关羽是剃头匠祖师爷,而张飞则是屠夫的祖师爷。总之,这祖师爷的名气得足够大,能得到大多数人的认可才行。那么,当我们谈到科学家时,这个行业的祖师爷又该是谁呢?


科学家的祖师爷究竟是谁?

 

这似乎是个很难的问题,因为现代科学领域分支太多,仅自然科学就可以分为物理学、化学、生物学、天文学等诸多大类。如果追随科学的源头,可以追溯到古希腊时期,从泰勒斯到亚里士多德都是古希腊非常具有科学精神的哲学家。当然,那时候是并不存在“科学”一说的,而且他们的“科学”研究也非常粗糙,比如我们都知道亚里士多德就重力加速问题,得到过完全错误的答案——物体下落的速度与物体的质量成正比。

 

亚里士多德(右)和他的老师柏拉图


那么,我们只能探讨被认为现代意义上“科学”的近代科学了,因为这个时期的科学强调通过数学推理和严谨实验来验证理论。那么,我们可以梳理下近代科学上有众大贡献的学者:

 

13世纪最早提倡实验科学的罗吉尔·培根,和跟他名字差不多但名气更大的弗朗西斯·培根,就是提出“科学就是力量,法国就是培根”的那位。还有文艺复兴时期博学多才的达·芬奇,提出日心说的哥白尼、提出血液循环理论的哈维、史上第一牛逼的牛逼顿,以及跟牛顿势同水火的胡克等等。

 

这些人的科学研究对后来科学的发展都有着举足轻重的影响力。不过,他们有些人研究上稍微早了那么一点,在实验科学道路的探索上,刚创立了一个雏形,比如弗朗西斯·培根,他对科学最大的贡献是制定了系统的归纳逻辑,但在实验科学上并无突出贡献。还有些稍微晚了那么点,纵使如众多科学流派的开创人牛顿,也无缘科学家祖师爷这一殊荣。


自带台词的艾萨克·牛顿:我不是针对谁,我是说楼上的各位,都是垃圾


还是揭晓答案吧,这位祖师爷就是被后人认为,提供肩膀给牛顿站立的巨人——伽利略·伽利雷。如果你跟湛庐君年龄相仿的话,或许还学过一篇课文《两个铁球同时着地》,记述了他最有名的比萨斜塔实验。


不过遗憾的是,这一记载仅出现在伽利略某个喜欢信口开河的学生的书中。现在科学史观点认为,伽利略并没有在比萨斜塔上做过这个双球实验,以证明物体下落的速度与物体质量无关。但伽利略最大的科学贡献之一,却与此相关,是通过斜面滚球实验间接提出了惯性定律。今天,我们就来聊聊他的斜面惯性实验对动力学的影响,以及他天文学和生物学上的贡献。


实验观测与思想实验


在伽利略之前,科学依赖于未经仔细考量的测量结果与纯粹的思辨。亚里士多德所发展的“科学”是人们试图理解世界的一种典型方式。数学可以进行逻辑推导,然而那些隐含其中的公理要么被人们无条件地相信,要么由直接的观测得来。伽利略明确地摒弃了把研究建立在“论文的世界”里的想法,他希望研读并学习“自然之书”。

 

为了研究物体的自由落体速度,伽利略在实验使用了斜面,这种方法延长了物体运动的水平距离,所以伽利略可以精细地测量它们是如何“下落”的。他使用水时计来计量时间,还聪明地在一些特殊时间点加入小铃铛,这使他得以利用自己的音乐天赋来判断球从斜面上滚下来时的速度。

 

 

伽利略还发明了思想实验,即为了能预测当时还没有人可以进行的实验,所做的基于所见之物的抽象理解:当物体在无阻力的情形里下落时,它们在相同时间内具有相同的速度。一个好的科学理论应该能够正确理解所有因素。思想实验与实验观测共同帮助伽利略更好地理解了引力的本质。


将望远镜对向太空

 

通过实验,我们可以超越纯粹的推理与思辨。在此之外,伽利略另外一个最终改变了科学发展命运的巨大贡献,即通过使用和改进仪器,让我们对实验结果去芜存菁。他最大的贡献是应用望远镜观测恒星。在科学发展早期,人们依靠感官观察结果。他们凭感觉与触觉目测事物,而不是使用间接的中间仪器,以获得那些与直觉不同的客观事实。而伽利略使用这种仪器,改变了我们见科学、见宇宙、见自我的方式。

 

望远镜是1608年由荷兰的汉斯·利伯希发明。不过这位荷兰人发明它是为了偷窥,因此这个发明在当时又被称作“偷窥镜”。而伽利略则最早把它变成了一台科学仪器,他发明了第一台40倍的望远镜用于天文观测。

 

 

他观测到了月球表面的山谷与沟壑,原来月球并非一个完美的光滑球体,实际上它与地球的形状十分相似,这超乎人们的想象。让人们意识到,地球不再具有独一无二的地位,它只是一个与其他天体没什么两样的普通天体。还有普照大地的太阳,也不只是充满光明,在其上还分布有太阳黑子。此外,他还观测到了更多从前肉眼不可见的木星卫星、昴星团等等。大量的天文观测更让他坚定的相信哥白尼的日心说才是正确的宇宙模型。


探秘微观世界


伽利略对宇宙在大尺度上的观测与推理的贡献人所共知,而这还不足以描绘他的全部,他也彻底提升了我们对小尺度上事物的认知能力。他最早将显微镜用于观测微小尺度上的事物。有了它,我们自此可以在以前所不能达到的精度上观察昆虫。

 

科学家根据记录还原的伽利略的显微镜

 

此外,伽利略研究过骨骼,探究了在尺度发生变化的情况下,它们的结构特性会发生什么改变。显然,在他的各种其他洞见之外,伽利略还明确地知道了尺度的重要性。

 

总之,伽利略对科学方法与目标的理解—定量研究、可预测性、试图描述确定事物的概念性框架,这些都以精确的规律为指导原则。当这些规则可以提供经过充分验证的对世界的预测时,它们就可以用来预测未知现象。科学家们试图找到能解释所有观测现象的最合理理论。


内容来源:书问

作者[美]丽莎·兰道尔
出版浙江人民出版社
定价89.9元
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