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      從美國教材的一道習題看對亞里士多德的介紹

      2012-03-20 08:43:29吳景亮
      物理教師 2012年5期
      關(guān)鍵詞:伽利略虛空亞里士多德

      吳景亮

      (浙江省安吉縣昌碩高級中學,浙江 湖州 313300)

      《亞里士多德》(西方百科全書),是10卷本的亞里士多德全集.其《物理卷》討論了物理學的眾多基本概念,例如時間與空間,有限與無限,運動和靜止,可以說此后的力學發(fā)展都是以其為藍圖展開的.但是,由于年代久遠,對于其物理思想的介紹,也見爭議不斷,更有斷章取義者,混淆視聽.本文介紹亞里士多德關(guān)于輕重物體下落快慢的一些認識,并結(jié)合美國教材的一道習題來看如何介紹這位偉大的哲學家.

      關(guān)于落體運動的分析在《物理卷》第4章第7、8、9節(jié).本章主要討論空間和虛空的問題,其中第7節(jié)為虛空的含義,第8節(jié)為沒有和物體分離的虛空,第9節(jié)為沒有物體里的虛空,關(guān)于落體運動的原文摘抄如下:

      運動的快慢有兩個原因:(1)運動通過的介質(zhì)不同,(2)運動物體自身輕重程度不同,如果運動的其他條件相同的話.

      (1)介質(zhì)造成運動速度的差異是因為它對運動物體的妨礙作用,如果它作相反方向的運動妨礙作用最大,靜止時的妨礙作用次之;另外,不易分開的介質(zhì),即比較致密的事物,阻礙作用也較大.……因此,假設速度比等于空氣和水的密度比,即水的密度是空氣的兩倍,那么時間的比也是兩倍.介質(zhì)的可見程度越差,阻力越小,運動的速度越快.但沒有一個比例可以表示虛空被物體超越的程度,……總的說來,運動對運動都是有比例的,但空對實是沒有比例的.(注:由此亞里士多德推出它將以超過所有比例的速度通過虛空,這是不可能的)

      (2)運動速度受到運動物體本身差異的影響.我們看到有較大動勢——重的向下,輕的向上——的物體(假設結(jié)構(gòu)上的其他方面相同)通過同一距離的速度也較大,并且速度的比等于這些物體量的比.因此他們也將以同樣的速度比通過虛空.但這是不行的.因為,為什么一物體要比另一物體運動得快些呢?在實的空間里情況必然如此,因為力較大的物體分開介質(zhì)的速度也較快.因為物體破開介質(zhì)前進的速度若非取決于形狀,就是取決于自然運動物體或被拋扔物體所具有的動勢.因此在沒有介質(zhì)的虛空里一切物體就會以同樣的速度運動了.但這是不可能的.

      此段即為亞里士多德的結(jié)論,定量結(jié)論是錯誤的,但定性分析是正確的.

      關(guān)于推翻亞里士多德重的物體下落快,輕的物體下落慢的論述有兩個:

      第一個是比薩斜塔的實驗,但此實驗歷史上根本沒有記錄,應為他人杜撰,所以比較嚴謹?shù)慕滩囊呀?jīng)不再介紹.

      第二個是伽利略的理想實驗,將輕重不同的兩個球連在一起,會得出悖論.但如此簡單的邏輯悖論,作為邏輯學的開山鼻祖怎會不知!亞里士多德的結(jié)論是大小相同的兩個球,重的比輕的先落地,現(xiàn)在將兩個球綁后作為一個整體,但這個整體的形狀已經(jīng)改變,如何比較?又如何能推翻亞里士多德的論述呢?顯然伽利略的批評是錯誤的.

      其實細細分析,兩位大師的推理都是正確的,前提不同罷了.亞里士多德的論述前提是物體在空氣中或其他介質(zhì)中,現(xiàn)代理論已經(jīng)證明,有空氣阻力情況下,形狀相同的兩個物體重的先落地.而伽利略的推理前提是物體在真空中,當然輕重兩球同時落地.所以問題的關(guān)鍵在于對真空的認可上.這一點從其書中所處的位置也能明顯看出來,亞里士多德將此段論述作為證明虛空不存在的理由放在第8章,其思想前提已經(jīng)非常清楚了.亞里士多德的年代,由于技術(shù)粗糙,人們還無法得到真空,所以他做出了“自然界厭惡真空”的論斷,實在是怪不得他.而到了伽利略的時代,人們的技術(shù)水平已經(jīng)大大提高,人們已經(jīng)有足夠的經(jīng)驗了解真空是可以存在的,從而順利地幫助伽利略排除了空氣阻力的干擾.

      下面來看美國高中教材《科學發(fā)現(xiàn)者》第1章測評第61題對亞里士多德思想的介紹:

      亞里士多德說過,自由落體的速度與其下降時通過的介質(zhì)的密度成反比.

      (a)按照亞里士多德的說法,一塊巖石在水中的下落速度快,還是在空氣中的下落速度快?

      (b)一塊巖石在真空中下落的速度為多快?從這點出發(fā),說明亞里士多德認為根本不存在真空的原因.

      此題首先給出了亞里士多德的觀點,此觀點由于科技所限,定量結(jié)果錯誤,但是定性分析是正確的.作為一位兩千年前的學者,能認識到這一點已經(jīng)是很不容易的事情了.接下來通過兩個問題,讓學生體會亞里士多德的研究思路,從而讓學生體會到對真空的認識是亞里士多德和伽利略的根本區(qū)別,同時也告訴學生,由于科技條件所限,亞里士多德的認識也是可以理解的.

      此題對亞里士多德的介紹可謂是用心很深,既介紹了亞里士多德的研究結(jié)果,又讓學生體會他所處的時代特點,做到了尊重歷史,以科學的眼光去看待前人的成果.我們再來看人教版物理必修1教材第2章第6節(jié)“伽利略對自由落體的研究”,其對亞里士多德的介紹就明顯沒有尊重歷史和科學的發(fā)展,希望編者在以后再版時可以借鑒上面的介紹方法.

      1 梁紹榮,管靖.基礎(chǔ)物理學.北京:高等教育出版社,2004.

      2 [古希臘]亞里士多德著,張竹明譯.亞里士多德全集物理卷.北京:商務印書館,1982.

      3 [美]保羅·齊澤維茨等著,錢振華等譯.科學發(fā)現(xiàn)者,杭州:浙江教育出版社,2008.

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