亚里士多德——物理学序

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物理,顾名思义,物的原理。现代人自初中起学习物理,至高中或大学,掌握的物理知识非常多,对物理的一些解释性结论和应用方法远胜古人。在这样的情况下,亚里士多德的《物理学》是否已经完全过时了呢?傲慢的我确实这么想——逻辑我没仔细研究过,算是亚里士多德《工具论》更胜一筹;物理,我总归更胜一筹,可以指点指点古人了吧?抱着这样的心态,我粗读了《物理学》,结果依然被教做人了。

亚里士多德毕竟是科学的祖师爷,就连《物理》这门科学学科中“学科”和“科学”的定义,也都是亚里士多德《后分析篇》的产物。而他的《物理学》,是从根上思考物的原理,而非将许多问题想当然的当作公理,然后用简单的数学公式的描述。譬如:牛顿第一定律说:任何无外力的物体都要保持匀速直线运动或静止状态。我们觉得很牛逼,但是这是实验结论。既然是实验,就非必然成立,最直接的,爱因斯坦就教他做人了。

亚里士多德就牛逼的多了:物体自然运动的本原是形式,质料加对立。亚里士多德所研究的运动(motion)不是简单的位移(locomotion),而是万事万物的变化。质料,就是变化中守恒的量,即使量子力学发生了能级跃迁,依然是质能守恒,依然逃不过他的系统,因为他从哲学上完备的证明了这点——若不存在守恒,则无论如何无法说明变化的起点和终点存在关联。运动必然包含对立——变化就是从一种状态变化为另一种状态,两种状态必然不相同,否则就是静止而非运动。描述状态的不同必然是某方面的相异,而相异的本质是性质的对立。物由质料和形式组成,因此作为物的本原的形式也是运动的本原。自然的运动的目的便是其终点的形式,而质料是其实现。譬如:热力学第二定律说宇宙的熵不断增加,熵便是宇宙形式抑或说宇宙的形式的一部分。

一个轻蔑哲学的人会说:这特么有什么了不起,老子说一句话亦能hold住全场——心生万物。是的,谁也无法反驳你,但是亚里士多德的牛逼之处在我看来并非其含义在时间长河中仍然逻辑自洽,甚至我认为,他并非只是为了追求正确:他所追求的,是通过整理前人、经验、人类思维的天赋,形成了一套形式化的思维供后人进一步发展。后人的所有理论都以他的思想为前提,他的思想如何能被后续的结论证伪呢?

如果他对于运动的本原的划分,促使后人在守恒、在形式、在势与动中去发展物理。那更可怕的一点,在于亚里士多德从根源上定义了自然界的存在,物,地点和时间的含义,而这些问题,显然很容易陷入形而上学和神秘主义,而亚里士多德能够很好的分离出不证自明的本原,以及从本原出发后坚实的逻辑推论。譬如,我在知乎上看到有“物理大神”夸夸其谈相对论,数学公式一箩筐。我不懂相对论,变问他——若尺缩现象成立的本质在于人在同时观测了尺子的两端,而与其对应的是时延现象。那怎么定义同时以及时间的长短呢?从客观的角度,是通过石英半衰期来判定吗?石英半衰期在不同参考系的时间又怎么评判?结果这位大神嘲笑了我一顿,说我钻牛角尖,他说同时是经验意义上的同时。亚里士多德则给出了准确的时间的定义——只有运动,才有时间,因为若静止,则无论如何无法判断区别,也没有时间。因此,时间是运动的计数,而非剥离于运动的某种客观存在。在经典物理下,石英半衰期是固定的,可以以其为尺度。而相对立中,时空构成四维空间,便不应当以静止参考系来单独定义时间,而实质上运动本身便是在这四维空间中的变换,时间和空间的尺度只能进行联合的定义。因此,相对论,依然没有脱离亚里士多德的体系。

然而这些依然并没有完全包含《物理学》的全部宗旨。亚里士多德在书中深刻的剖析了无限、空虚、地点,并将自然的实体和形而向上进行了有效的区分。例如他提出了潜能(potential)和实现(actual)的概念,我们直觉上理解无限,因此他是一种存在。但他现实中又无法找到。因此他提出了这类意义的存在是区分于实现存在的潜能的存在——无限是一种趋势,是没有界限的,而实在的物体有界限。而近代的数学,包括极限、微积分、黎曼几何等等,都无法超脱于他的《物理学》体系。

亚里士多德讨论了地点,作为静止的虚拟容器,而他的概念区分于质料的点。我们现在运用的流体模拟的数值方法,便有两者,Eulerian method分别建立于绝对的静止的容器之上,而Lagrangian method跟踪质料的点进行分析。再例如三维重建,也无非是volume fusion (eulerian) 或surfel fusion (Lagrangian),都不能跳脱出他的体系。

最终,《物理学》甚至同时也思考了宇宙的形成,上帝的存在等终极命题,虽然并不一定在这方面也可以取得完善的结论。《物理学》赋予了自然的运动一种“伦理学”的意义,并将自然的运动推向伦理的善,毕竟,若这世界全部都是自发自然的机械运动,人类的意义又在何处?希望在未来的日子,详细剖析这本书,能够使自己的认知体系更为丰富和成熟。