牛頓「發現」還是「發明」了萬有引力定律?
我認為物理學的本質不是揭露世界的真實面貌,而是尋找與這個宇宙同構性最好的數學模型是什麼。
萬有引力定律是一個發明。事實上,整個物理學都是發明。
【空間】這個概念其實也是人類的發明。在人類看來,宇宙是一堆物質在一個【空間】里運動。但在其他智慧形式眼中未必如此。舉個例子:一個it盲可能認為把一個圖片從桌面的A文件夾移動到桌面的B文件夾,是一種【移動】,就像一個人從A小區搬遷到B小區一樣。
物理學一直在發明各種各樣的數學模型,然後努力找到和我們宇宙同構的模型(應該是最接近同構的模型)。你給物理學家一塊磁鐵,物理人並不是告訴你它在周圍的空間形成一個磁場,而是告訴你說,假如你用磁場這個模型的話,你做出的計算結論和真實世界的現象是一一對應的(接近一樣的)。
磁場是什麼?波函數是什麼?這些都是物理人在用數學理解宇宙時搞的概念,大自然自己不懂這些概念。就像光子不懂費馬原理,周星馳不懂後現代主義一樣。
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想起一個例子。
A:我不知道qq程序的源代碼是什麼,但我知道,如何寫一個做一個即時通訊程序,讓它的功能和qq一模一樣,我還可以讓它的圖形界面,聲音,XX,XXX……等等全都一模一樣,讓一個qq老用戶判斷不出來這個是不是真的qq。
B:嗯,你做的這個程序,和qq就是同構的,雖然源代碼肯定不一樣。
B:等等,我試了一下你的程序,你的程序裡面沒有「QQ寵物」這個功能啊?
A:qq寵物是什麼東西?我打開qq看看……我靠,我從來不知道有這個!
B:你看,你的程序和qq還不能做到同構啊。
A:這和我的編程沒有關係,這是我對qq的認識不夠造成的,我只用qq做交流工具,沒用過這方面,真的不知道,我靠還有「qq速遞」,騰訊什麼都做啊……
B:重新寫吧……
這次要寫加長版答案了。
這個問題我蠻多年前就想過。我覺得說牛頓「發現」了「定律」是不合適的,這涉及到我們對科學理論、定律的看法。
什麼叫「發現」?
我認為比較標準的用法有這些:我發現了一個很好玩的地方;發現新大陸;我發現他們兩個人好像有過節……總結來說,我認為「發現」這個詞有兩個很關鍵的意思,第一是「某個東西、某個事件本來就在那裡、本來就存在」,第二個是「被我知道了」。那個很好玩的地方、新大陸都是本來就在那兒的,只不過有一天被我知道了;那兩個人有過節是原本就有的,跟我知不知道並沒有關係。
再回頭來看牛頓定律(無論是三大運動定律還是萬有引力定律)。當我們說牛頓發現了這些定律的時候意味著什麼?意味著這些定律原本就存在著。我想很多學生都有這樣的印象,這些定律原本就存在,是所謂的「客觀自然規律」,只不過被牛頓發現了。
但真的是這樣嗎?什麼是「定律」?就拿萬有引力定律來說,是 (1) 那個含有物理量的數學公式,還是 (2) 這個表述「兩個質點之間的引力與質點質量成正比,與距離的平方成反比」,還是 (3) 泛泛地說物體和物體之間都是相互吸引這個現象?
如果說定律就是數學公式。那這個數學公式難道是「本來就在那兒的」?如果這樣想的話,大概就要說世界的運動規律是上帝用數學設計的了。這的確是一種哲學上的觀點,但是這能得到證明嗎?拿大陸教科書上的哲學來說,當然不承認神,那就只有說物質的運動規律從根本上說就是某種數學關係,但這隻能是一種「獨斷」,沒有確證。
再說第二種,其實跟前一點是一樣的,只不過在這裡我們可以更清楚地問「質點」是什麼?質點是一個數理上的設定,只存在於我們的頭腦中,只存在於我們計算的時候,還是說質點是本來就在那兒的東西?同樣的問題可以問質量和距離,只不過質點更明顯一些。它們都只是一些設定和觀測量,不應賦予更多的實在。
第三種,如果你說牛頓發現的是萬物相互吸引這個現象,發現某個現象(相當於第一次觀察到某個現象)我覺得倒是沒有什麼問題,但這是牛頓發現的嗎?扔個東西會掉到地上這個現象需要牛頓去發現嗎?牛頓發現的到底是什麼?顯然不是這個泛泛而談的萬物吸引的現象。並且前人已經對這些現象做出過解釋:亞里士多德的物理學也解釋了為什麼很多東西會往地上掉,而火苗和空氣會趨向天空,還解釋了月亮為什麼不掉下來,天體是怎麼運行的這些現象。比如說亞里士多德的四元素說,認為火與氣的「天然趨向」是向上的,水與土的「天然趨向」是向下的,這顯然就是在解釋這些現象。而牛頓力學要解釋的也包括了這些內容(我們觀察到的自然現象),你不能說這些現象是牛頓發現的。
以我的理解,牛頓其實並沒有直接發現萬物吸引這個現象,他所研究的只是地球與蘋果(這些地面上的物體)的關係、地球與月球的關係、天體之間的關係,這些關係都可以用同一個理論來解釋。牛頓恐怕並沒有研究(那時候應該也沒有條件研究)兩個人之間的引力關係,只是按照他的公式可以得知這個力很小,換句話說,在牛頓的時代,萬有引力其實並沒有真的「萬有」,主要還是針對與地球、與天體有關的問題,只是說在小物體之間並不會出現反例。
至此,我想我已經說明了說「發現定律」是不合適的,因為無論你把定律理解成數學形式還是某個關於物理量關係的敘述,它都不是單純地發現,也不是本來就在那兒的東西,而是人們創造出來的、設定出來的。至於說「發現了(觀測到了)某某現象」則並不是牛頓的功勞,這些現象是大家本來都知道的。
那麼牛頓到底幹了什麼?「發明」了定律?這就要再來看什麼叫「發明」?
發明電燈泡叫發明,發明了某種技術叫發明,這兩個應該沒有爭議。也就是說發明的對象是「從前沒有的」某個東西或者某種技術、方法。還有一點很關鍵,這是一個語感的問題,就是說到「發明」的時候我們似乎一般是說「技術」而不是「理論」。這是我認為說「發明定律」不合適的地方,因為似乎我們並不會說發明了某個理論。
但是說發明定律、發明理論表達了一個正確的意思:這個定律、這個理論從前並不存在,它是個人造的新東西。你可以說提出一個定律、提出一個科學理論和發明電燈泡不一樣,因為這個定律和理論必須符合我們的觀察,還能夠做很好的預測。但是發明電燈泡其實也不是憑空想像就能弄出來的,事實上還是符合了、利用了那些自然原有的機制才弄出來的,而並不因為它符合了、利用了自然原有的機制我們就不說這是個「發明」了。(並且,我們從來不說作家「發明」了一個故事,也不說我在夢裡「發明」了某個虛構的事物。似乎只有與現實相聯繫的東西我們才會認為是「發明」。)
這之中的微妙差異可能還可以細究,但總結說來我只是認為從語感上說「發明定律」很奇怪,要真去深究做出一個科學理論和做出一個電燈泡有什麼根本區別我覺得至少不像人們之前想的那麼簡單。
最後我想說的就是對科學理論、對物理定律的理解,這是這個問題的關鍵。否則就像這裡有的回答者說的那樣,糾結髮明還是發現沒有意義。
我認為我們的基礎教育給學生們的印象就是:自然規律是本來就在那兒的東西,科學家會一步一步發現它們。
我覺得這是個很糟糕的想法,並且似乎造成了不是我們主動去探索自然,主動去做科學研究,而是被動地接受和學習前人、科學家已經「發現」的所謂「科學真理」。說這些科學理論、定律是被「發現」的最大的壞處就是認為他們就是所謂的「客觀事實」「客觀規律」也即是將它們直接視為「真理本身」。這就僵化了人們的頭腦,我們就只會背公式、背真理而不會想到自己去創造新的東西,打開新的思路。
對科學理論和物理定律的理解必須是開放的,只有在這種開放的理解下才不會扼殺創造力和獨立思考。所有的科學理論都是我們頭腦中的模型、手頭的工具,它們存在的意義在於可以解釋我們觀察到的各種現象,還可以用來預測怎樣的條件下會發生怎樣的現象,也就是預測未來會觀察到什麼。但我們並沒有理由說理論本身、公式本身就是宇宙的終極真理、終極奧秘,我們現在接受的理論只是至此我們認為比較好用的模型。如果有另一個模型也可以解釋我們觀察到的現象,也能預測同樣多的東西,那麼這兩個沒有好壞之別的模型就是沒有對錯之分的,至少現階段沒有。牛頓的物理體系取代了亞里士多德的物理學倒不是因為亞里士多德的構造是錯的,而是因為牛頓的構造更簡單,並且能夠更精確、更定量地解釋各種現象,預測未來的事件。
說到這些又是很複雜的問題了,就不細寫了。暫時寫到這裡吧。
寫得比較快,可能細節上有些錯誤。
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2014 年 3 月 13 日補充一下:
最近這個答案又被翻出來點了好些贊,我重讀之後覺得沒什麼需要修改的。但是發現有知友誤解了我的意思,所以先在這裡把我的主要觀點總結一下:
- 我認為說發現萬有引力定律是不對的,理由是這個定律本來並不存在,而使用發現這個詞意味著發現的對象是原來就在那兒的。
- 發明電燈泡和提出萬有引力定律和有一個相同之處,都做出了一個之前並不存在的東西,區別只在於是實物還是理論模型。
- 我並不提倡使用「發明萬有引力定律」這種說法,原因是讀起來彆扭,說「提出萬有引力定律」更通順自然。
然後我補充說一下英語下的情況供參考。萬有引力定律的英文是 the law of universal gravitation 或者 the universal law of gravitation,而 law 的一個義項是
a scientific rule that somebody has stated to explain a natural process.
(Oxford Advanced Learner"s Dictionary:law - Definition and pronunciation)
柯林斯詞典甚至直接解釋為
a scientific rule that someone has invented to explain a particular natural process.
(http://www.iciba.com/law)
當然,這些解釋不影響我之前的三個結論,我還是不會提倡說「發明」,但是我會說「發明」表達了一個正確的意思,我不用發明只是因為不符合說話的習慣同時也有更好的詞可以選擇。
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然後我忍不住要吐槽 @李搏揚 的回答:
首先你所說的「科學界往往不這樣理解」其實只是用科學哲學家卡爾·波普在 1930 年代提出的證偽原則來講述了 17 世紀牛頓力學的故事。
你說「很多哲學問題往往起源於我們對語言的不正確的使用」,那麼請問在你的答案中「正確的使用」是什麼?你指出的「不正確的使用」又是什麼?你最後的結論是這個問題根本不需要糾結,那麼是不是你應該直接批評很多哲學問題只不過是無意義的語言遊戲?我認為這才是你的觀點,其實你並不怎麼介意「不正確地使用語言」。
你認為不管怎樣表述都無法改變牛頓提出這個理論的事實,但實際上根本就沒有人這樣質疑過是不是牛頓提出了這個理論。你說出於「實用的角度」,我不明白選擇用哪個辭彙跟實用有什麼關係,你是想說隨心情我愛用哪個詞就用哪個詞這種「實用的角度」嗎?
正如我之前所說,這個問題值得討論的原因是涉及到我們對科學理論的看法,這其實也是你背後的波普先生做過的工作。我認為我很好地說明了「發現」用在這裡是不合適的,如果說萬有引力定律是「發現」的,就或明或暗地表示科學理論是事先就在那兒的絕對真理。如果你認為發明和發現之間只是「細微的語言差別」,除非你覺得「愛迪生髮現了燈泡」這種表述是可以接受的。
我所做的事情正是在糾正語言不正確的使用,卻被你認為「很多哲學問題往往起源於我們對語言的不正確的使用」……如果你說的「之所以能寫出那麼長的答案,扯了那麼多誰也看不懂的東西」指的是我的話。
這……
他在客觀事實的基礎上發明了一個數學模型
同時他發現自己的這個模型與客觀事實相符
(真糾結……)
這個問題本身非常簡單。之所以能寫出那麼長的答案,扯了那麼多誰也看不懂的東西,只說明一件事,就是很多哲學問題往往起源於我們對語言的不正確的使用。這裡的問題是「定律」兩個字存在歧義。
地球繞太陽轉,蘋果落地,這些是我們直接(或者加上一點簡單推理)可以觀測到的現象。這些現象顯然不是牛頓發現的。
這些現象怎麼解釋呢?這就可以發揮想像了。你也可以說是太陽是阿波羅的馬車,或者是天使推著地球運動,等等。
牛頓提出一種理論,就是任意兩個物體之間存在一種吸引力,這種力產生了上述現象。更進一步,牛頓提出一個數學公式來描述這種吸引力。這種力和物體的質量成正比,和距離的平方成反比。經過實驗測量,發現這個理論不僅能夠描述大量已知的現象,還能預言尚未發生的現象。大家一商量,覺得這個理論比什麼阿波羅的馬車之類的理論好多了,以後就用它了。所以說牛頓創造了,或者說發明了,這麼一種理論。
經過無數次的實驗驗證之後,大家認為牛頓這理論實在是太他奶奶的正確了,所以給它起個名字叫「萬有引力定律」。「定律」兩個字,聽上去是一種不可改變的規律。既然這種規律不可改變,它必然存在於牛頓出生之前。那麼牛頓只能是發現它而不能發明它。如果你要這樣理解定律兩個字,那就只能認為牛頓發現了該定律。
科學界往往不這樣理解。他們一般認為,嚴格而論,沒有任何東西可以保證牛頓的理論永遠正確。說不定哪一天我們就會觀測到一些和這個理論矛盾的東西。因此,所謂定律,只是一種尚未被證偽的理論。從這種理解出發,我們就只能說牛頓發明了這個理論。
從實用的角度出發,你叫他發現也好,發明也好,是總結並提出,還是抽象具體化,還是第一第二第三自然都行。不管怎麼叫,都不能改變牛頓提出這一理論的事實。過分糾結在這種細微的語言差別上,甚至以這種語言遊戲為樂,對我們認識世界並沒有太大的幫助。
從專利法的角度來說,揭示自然規律是發現而不是發明。
牛頓用萬有引力定律描述了一種自然現象(規律)。。。萬有引力定律是他建立的一個對於自然現象的模型,所以萬有引力定律(模型)本身是牛頓發明的,但是這個模型所描述的現象是自然存在的,只能發現,不能發明。不能說萬有引力定律定律是本身就存在的,這只是基於人對宇宙認識的基礎上建立的一個很有局限性的模型(受限於人的認知水平)。現在的萬有引力定律就像是當年的日心說一樣,很有可能在將來的某一天隨著人類認識的進步和發展而被推翻或者說泛化,到那時萬有引力定律就不正確了(就像我們現在看待日心說一樣)。所以,牛頓發明(建立)了一個描述自然現象的模型即萬有引力定律。。。
發現了萬有引力現象,發明了萬有引力公式。
但事實上萬有引力現象也不是牛頓第一個發現的,就像貓貓狗狗都知道蘋果會掉地上一樣,哥白尼知道地球繞著太陽轉而開普勒知道行星都繞著太陽轉還算出了速度公式。牛頓發明了一個公式可以簡潔的解釋這一大堆現象,這是發明。這與這個公式是否與客觀事實完全相符沒有什麼關係。愛因斯坦只是發明了另一個公式可以簡潔的解釋更大一堆現象而已。
如果哪一天你像黑客帝國的尼奧一樣被人拔了管子,然後用MBA侵入了母體的程序,發現萬有引力程序原來是這麼寫的,這叫發現。。。。看了 @唐逍 的答案,我覺得似乎有道理但是又沒有說到點子上。關於那個答案的討論似乎認為關鍵在於考慮「萬有引力定律「到底原來存在不存在,我覺得這麼考慮不全面。
沒錯,「萬有引力定律「這幾個字再發明漢字之前確實不存在,在發明英文之前」Gravity「這個單詞也不存在。但是你我都知道我們在說什麼東西,那個東西是存在著的。這就好像一個不會說話的小孩指著一個蘋果,他不知道蘋果的任何語言的說法,但是他知道那個圓圓的可以吃的水果是確確實實存在著的,他發現了那個蘋果在桌子上。從這個意義上講,引力和質量成正比距離平方成反比這個事情是一直存在著的,就像地球繞著太陽轉這件事情在人類出現以前就一直存在著的。
說到這裡,可能有人覺得我支持」牛頓發現了萬有引力定律「這個說法?其實不是,請繼續往下看。
如果萬有引力定律真的和蘋果在桌上一樣,那麼我認為確實應該說」牛頓發現了萬有引力定律「 。然而其實並不是,萬有引力定律和」蘋果在桌子上「完全不同。「蘋果在桌子」是一個現象,而萬有引力定律是一個理論,其實更加準確地說,是一個「假設」。這個假設隨時都可能被推翻,雖然它可能倖存了很久,但是誰也不能保證明天早上起來做了一個實驗推翻了萬有引力定律。然而描述桌子上有一個蘋果這樣的事情是無所謂什麼推翻不推翻的,因為那根本不是一個理論,而是現象描述。
說到這裡,可能有人覺得我支持」牛頓發明了萬有引力定律「這個說法?其實也不是,請繼續往下看。
綜上,我認為 @唐逍 的結論是正確的,應該用「提出」這樣的詞語,只是那個答案沒有說到問題的關鍵。最後總結一下:
物理定律永遠不可能跟「發明」搭配,因為物理定律必須具有可證偽性,而所有的發明根本不涉及到證偽的問題!
因為物理定律永遠不可能被證實,所以也不能跟「發現」搭配。
如果非要選一個,那麼「發現」可能更稍微接近妥當一些,前提是用「發現」這個詞的時候意味著我們徹徹底底認為某個物理定律是完全被證實的了(這也是非科研人士很喜歡用「發現」這個詞的原因)。
不過,「發現」這個詞可以在數學這樣的不涉及到是非判斷只涉及到邏輯判斷的學科上嚴格地應用,比如:某某發現了等差數列求和公式;小明發現了1+1=2。
牛頓發現了這個規律,但是他發明了「萬有引力」這套話語體系來表徵這個重要發現。
發現了一個事實
發明了一個理論
他是把抽象的現象具體化了,現象本身是存在的,但是他具體化了是別人可以加以利用
規律是客觀存在的,可以發現規律的。
但定律,是對這發現的規律各種不準確描述,不是客觀存在的,所以是明不是發現。
首先,其實問題在於,自然界有沒有萬有引力定律的存在。
以一種嚴格的說法,應該是沒有。當然按此推論下去,所有先有的物理定律都是不存在的。因為我們無法證明這些理論存在於普適情況下。
其實終極問題是:自然定律真的存在么…
我們揭開了一層又一層的表象,發現問題越來越複雜,我們給自己發明了一個又一個魚缸的數學模型,問題在於
人類真的能知道魚缸外面的宇宙是什麼樣的么。
回到問題本身,牛頓確實是發明了一套數學模型,並且發現這個數學模型和當時實驗條件下的相符,於是是一個不錯的物理圖像。
當然,從經典的角度,在一個不是特別大的尺度下,萬有引力定律是存在的。
這要看我們怎麼定義存在了,比如看起來無限精確的庫侖定律,我們也只能知道他存在於人類儀器所及的範圍內。至於我們測量不到的東西,還是不要下結論。同樣,牛頓定律也存在於古人的時空中……
定律是客觀規律,萬有引力定律是一種客觀規律,是客觀存在的,牛頓之前就存在了,所以應該用發現,而不能用發明。
牛頓發明了經典力學的框架(就是解決問題的流程)。
但是萬有引力定律是牛頓發現的,然後把他發現的這個定理,放到他發明的那個框架裡面,可以正確的解決行星運動的問題。
於是,牛頓同學就成為神了,繼歐幾里得之後的第二個神。
任何理論都是被發明出來的,用來簡化對事實的描述。
發現了萬有引力,發明了萬有引力定律
牛頓[發現]還是[發明]了萬有引力定律?
答:牛頓[發明]而不是[發現]了萬有引力定律。
這個問題我思考了很多年,下面談談我的看法。
可以把這個問題推廣一下:物理學家[發現]還是[發明]了物理理論?
對於這個問題的深入思考,直接觸及到了物理學的本質,是對物理學在哲學層面上的探討。
我們先從物理學的根本目的、研究方法、建立過程和物理學家的心智模式四方面來剖析一下物理學的本質,然後在此基礎上給出最終的結論。
物理學的根本目的
物理學的根本目的是,人類意識通過科學的方法去認識世界。
這裡涉及到一些哲學層面上的問題(我不是哲學系出身,在這裡只是談談我對這些問題的看法)。我認為哲學的根本目的在於認識自我和認識世界。唯物主義認為物質先於意識,世界是物質的,是客觀的,人類意識是客觀世界的產物。唯物主義哲學的根本目的可以理解為,認識客觀世界,而認識自我只是作為認識客觀世界的一部分來進行的。唯心主義則認為意識先於物質,世界是意識的,是主觀的,世界是人類意識的產物。唯心主義哲學的根本目的可以理解為,人類意識去認識自我,而認識世界其實就是認識自我。
然而,物理學的根本目的——人類意識通過科學的方法去認識世界——是獨立於唯物主義或者唯心主義的(物理學的世界觀從來都不是唯物主義的,關於這一點的錯誤理解,也許是中國物理學教學中最大的誤導)。
物理學與哲學有著相同的根本目的,即認識自我和認識世界,只不過唯物主義認為認識自我只是認識世界的一部分,而唯心主義認為認識自我和認識世界是統一的。「人類意識通過科學的方法去認識世界」中「世界」的含義,既可以認為是唯物主義認為的客觀世界,從而人類意識只是世界的一部分,也可以認為是唯心主義認為的主觀世界,從而人類意識就是世界本身。從唯物主義的角度出發,物理學的根本目的可以闡釋為,作為客觀世界產物的人類意識通過科學的方法去認識客觀世界。如果認為客觀世界是「大」概念,那麼人類意識就是一個包含其中的「小」概念,「小」概念去認識「大」概念。而從唯心主義的角度出發,物理學的根本目的則闡釋為,人類意識通過科學的方法去認識作為其產物的世界,其實就是認識自我。在這裡沒有「大」概念和「小」概念這一說,兩者是統一的。
這裡特別需要注意「認識」的含義。世界是不能被完全認識的,但是可以被部分認識。這裡「認識」的含義即是部分認識。
物理學的研究方法
雖然物理學與哲學有著相同的根本目的,即認識世界(這裡的「世界」即是上面所解釋的含義),但是物理學所採用的認識世界的方法是科學的方法,而哲學則沒有這個限制。
所謂科學的方法即是,首先通過大量的對世界某些行為的考察,總結出某些規律,然後再利用該規律預言世界的某些行為,並通過實際考察這些行為是否符合該規律的預言,從而改進該規律或者拋棄該規律並建立新的更準確的規律。然後再檢驗再改進,重複下去,從而得到越來越準確的規律。科學的方法,用一句話來說就是理論結合實踐。
在近現代,科學的方法已經被認為是無可置疑的正確的方法了。但是哲學並沒有限制認識世界的方法必需是科學的方法。科學的方法之所以被廣泛接受(從而被認為是「正確」的),是因為該方法極大地促進了社會的進步,給人類帶來了美好的生活。所以科學的方法被認為是當下認識世界最好的方法,但是在未來科學的方法則不一定是認識世界最好的方法。新的更好的方法的出現,是人類思想的解放,是人類思想的革命。科學的方法已經根深蒂固地植根在人類的思想里,一個人從出生起就被無意識地灌輸著科學的方法,這無關乎他的教育背景如何。正是因為如此,才極大地限制了我們對更高級的認識世界的方法的探索,這其實是一種對人類思想的束縛,就像古代宗教對人類思想的束縛一樣。
在物理學中,科學的方法有了進一步的限制。在前面對科學的方法的闡釋中,並沒有對「規律」施以任何限制,即該規律可以以任意形式出現。但是在物理學中,科學的方法中的「規律」是以數學的形式出現的。物理學對科學的方法的踐行是相當完美的,甚至可以說物理學是科學的方法的代言人。
物理學的建立過程
我們來考察一下牛頓的物理學體系的建立過程。伽利略通過大量的實驗觀測,總結了很多規律,但是這些規律不成體系(一般認為伽利略是物理學之父,但是我更傾向於認為伽利略是科學之父,科學的方法正是從伽利略的時代開始昌盛的,這樣的昌盛當然伴隨著宗教的方法的衰弱)。第谷進行了長期的對行星運動的觀測,然後開普勒根據第谷的觀測數據建立了開普勒三定律。如果我們把研究對象局限於天體的運動,那麼開普勒三定律就是一個物理學體系了。牛頓在這些人的基礎上,將他們的研究成果總結起來建立了牛頓的力學體系,並且發明了描述這一體系的數學——微積分。隨後,在相當長的一段時間內,實驗都證明了牛頓力學的準確性,並且牛頓力學極大地促進了社會的發展。於是人們普遍的接受了牛頓力學,漸漸地認為牛頓力學是「正確」的,世界是牛頓力學描述的那樣的。直到相對論和量子力學的出現,人們才認識到了牛頓力學的局限性,並且重蹈歷史的覆轍,開始認為世界是相對論和量子力學描述的那樣的。
物理學家的心智模式
物理學家具有怎樣的心智模式呢?這是一個很值得探究的問題。建立牛頓力學體系的過程是具有普遍性的,物理學體系的建立幾乎都遵循這樣的過程。這一過程使得物理學家逐漸建立起了一個信念——存在一組規則,世界是按照這組規則來運行的。並且物理學家認為這一組規則一定是一套物理學體系。這一信念支撐著整個物理學的研究,物理學的終極目的就是找到這一規則,也就是所謂的終極理論。但是是否確實存在這一統治世界的終極理論還是一個問題。即使確實存在一組統治世界的規則,這一組規則也沒有必要是一套物理學體系。物理學家之所以有這樣的信念,是因為物理學已經極大地促進了社會的發展,社會認可了物理學,也就認可了這一信念。但是正如我前面所說的,這也許是對人類思想的束縛。物理學作為科學的方法的代言人,也許已經極大地阻礙了人類對新的認識世界的方法的探索。
物理學體系從本質上來說,其實是一個人類意識構造出來的存在於人類意識中的精神世界(這只是我自己的說法,傳統的說法是物理圖像。我認為這個詞用在這裡不合適。如果討論一個具體的物理問題時,使用「物理圖像」這個詞更合適。但是在討論整個物理學體系時,這個詞容易使人產生誤解,認為物理學體系不過是一些簡單的思維圖像。實際上物理學體系是極其複雜的,「精神世界」中「世界」這個字眼或許能獲得更好的效果),而描述這一精神世界的語言就是數學。牛頓力學體系其實就是牛頓精心構造出來的一個精神世界,統治這一世界的規則就是牛頓力學體系——牛頓第一二三定律、萬有引力定律和微積分。這個世界中的一切都可以從牛頓第一二三定律和萬有引力定律出發通過微積分的方法推演出來。物理學的目的就是使這一精神世界逐漸逼近真實世界。但是物理學所使用的方法是否可以使這一精神世界收斂於真實世界,這還是一個很值得探究的問題。
數學是物理學家的語言。語言有兩個作用——思考和交流。一個人對任何對象的思考都是無法脫離語言的,而離開語言交流也就無從談起了。物理學家對物理學的思考和交流都是通過數學來進行的。數學是以邏輯為基礎的,而邏輯則是人類意識認知的基本規律。數學從本質上來說是研究人類思維結構的學科。數學可以使人類最大程度地認識自己的思維機構,從而更好的建立物理學體系。
結論
現在,我們回到前面的問題——物理學家[發現]還是[發明]了物理理論?物理理論是物理學家通過科學的方法建立起來的,只存在於人類意識中的精神世界,且該精神世界可以用數學的語言準確地描述出來。物理學家以數學作為語言來思考和交流這一精神世界。該精神世界以相當高的精確度逼近真實世界,這也是其存在的意義所在。牛頓建立起了這樣的一個精神世界,在這個精神世界中所有的一切都是由有限個或者無限個質點組成的,質點和質點之間只存在萬有引力相互作用,質點的運動滿足牛頓第一二三定律。質點的運動可以從牛頓第一二三定律和萬有引力定律出發,通過數學的方法推演出來。由於在這個精神世界中,所有的一切都是由質點組成的,所以可以通過推演出每一個質點的運動來推演出這個世界中一切事物的運動。這個精神世界與真實世界取得了相當高的一致性,於是他對社會的發展起到了相當重要的作用。
物理學家從來都只是[發明]了物理理論。他們發明了一個精神世界,發明了統治這個精神世界的規則——物理學定律。甚至他們所用的語言——數學,都只是用來研究人類的思維結構的。只是這個精神世界與真實世界具有太高的一致性了,以致使人們誤以為這個精神世界與真實世界是完全一致的,統治這個精神世界的規則就是統治真實世界的規則。這樣的接近完全一致性的高度一致性使人們誤以為物理學家[發現]了本就存在於真實世界的規則,並把「物理學定律」這個名詞錯誤地戴給了這一真實世界的規則頭上。牛頓的萬有引力定律從來都不是統治真實世界的一條規則,因為人們發現愛因斯坦的廣義相對論這一引力理論在解釋水星近日點進動的問題上比牛頓的萬有引力定律高明得多。
牛頓[發明]而不是[發現]了萬有引力定律。
事實上,在提出或是回答究竟是「發現」還是「發明」萬有引力定律這個問題時,已經有一個前提或說預設的框架擺在提問人和回答者的腦子裡,這個設定是這樣的:
存在這麼一個客觀的世界,同時除了這個客觀世界還存在這麼一個我。這個我的感受、體驗和想像是主觀的,而在我之外的自然、世界是客觀的。
在這樣一種慣常的二元思維模式之下,那麼可以不假思索地回答牛頓發現了萬有引力定律。因為這個定律僅僅是藉助人的思維而呈現出來,其作用的發揮則並不倚賴這個「我」;它具有一種在「我之外」的絕對的、客觀的意味。
然而在此我們可以質疑一下最初的預設是否合理,即二元思維模式是真正人先天的、自然的思維方式嗎?還有所謂的絕對的客觀的世界真的存在嗎?
第一個問題的回答可以追溯到近代西方哲學的發端。近代認識論哲學爭論的焦點也就是認識何以可能的問題。笛卡爾將「我思」確立為獲得確然知識的起點,由此開啟了「思-在」二元思維模式。之後的近代哲學討論就無法避開」思想如何去符合外在事物從而確立知識的可靠性」這一符合論的基本思路。由此不難看出,這種二元思維模式是被構建的,而非人最為本己的、最為自然的意識本質。
第二個問題在科學主義的人看來是可笑的,但卻是值得每個人深思的。試問誰經歷過一個絕對客觀的世界?我們每天體驗到的、目之所及或是思之所至的世界無不帶有各自的立場與視域。這裡並非強調「以我眼觀物,萬物皆著我色」,而是極為誠懇地指出每一個人確實是處在某一個物理位置,某一個時間維度來體驗這個世界的。雖然我在此運用了時空這帶有客觀意味的概念,但這並不意味著我承認絕對的客觀的世界的存在,我想指明的是,每個向我們呈現的「客觀世界」都不能擺脫其的置身狀態從而被絕對中立化。世界從來不是非人性的。
因此基於上述問題的澄清,我們可以再去看最開始提出這個關於「發明」與「發現」的問題。究竟選擇哪個詞已經不太重要。如果非要我支持一個,那麼我的回答是「發明」更為恰當,它更能突出我想要借這個問題所傳遞的內涵。
我與世界或是人與世界本來就是共融的。我在世界中並成其一部分,而世界也由我們組成。我的所思所想所念本就是世界的一部分。「我」發明了語詞,「我」發明了數學,「我」發明了萬有引力定律,「我」發明了世界。
謝邀。從揭示定律的角度說,贊成樓上所有是「發現」的回答。如果今後被推翻,也只能說是這個「發現」,被推翻了。
發現了規律,發明了概念。
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