亞里士多德與伽利略給我們的啟示
——備課札記
縱觀物理學發(fā)展的歷史長河，我們感喟人類認識自然規(guī)律之曲折、艱辛、漫長；驚嘆那些在黑夜中摸索的物理學巨匠們的頑強、睿智、杰出.從古代的亞里士多德、阿基m德到物理學新時代的伽利略、牛頓到近代物理學的奠基者愛因斯坦、玻爾……，一代代的物理學家所代表的人類智力的自由創(chuàng)造，使我們關(guān)于物理實在的圖景的描繪愈來愈接近客觀真理，使物理學大廈逐步地趨向完美.回顧物理學的發(fā)展歷史，重溫物理學家曾經(jīng)經(jīng)歷的種種挫折與成功，猶如實施一種智力移植；通過挖掘革命性、科學性理論的創(chuàng)造性思路或者偉大科學家從事科學創(chuàng)造的思路，使我們對物理世界的認識更科學、合理，更富于創(chuàng)見，更機智敏捷.如借鑒歷史的明鏡.依據(jù)古人曾經(jīng)產(chǎn)生過的錯誤，預料今天初學者腦子里會出現(xiàn)的影像，未雨綢繆、少走彎路.讓我們以亞里士多德與伽利略為例去尋求啟迪吧.
我們從教科書上曾經(jīng)結(jié)識過這兩位偉大學者.在落體運動法則問題上.在力與運動的關(guān)系問題上，這兩位時隔兩千年的學者的觀點的確是相去甚遠.在十六世紀以前，亞里士多德在物理學界享有至高無上的威望，致使人們的思維、觀察和知識都緊緊束縛在亞氏所寫下的那些東西上.它使人們相信地球是宇宙的中心；輕物體的自然運動是向上的；重物體的自然運動是向下的，越重的物體下落越快；天體物質(zhì)的自然運動則是圍繞宇宙中心旋轉(zhuǎn)的.這些自然運動無須外力作用.非自然運動的那些物體都是由于有外力迫使.力是維持物體非自然運動的原因；馬車沿著馬路行駛當然得由馬來拉動；推一個物體的力不再去推它，原本運動著的物體自然便停下來……，亞里士多德的觀點與最簡單的經(jīng)驗事實那么吻合、與人們對事物的理解程度那么相符，所以曾一代一代地被奉若神明，視作人類知識的顛峰而保持了千百年，大自然的真諦隱匿在黑夜中，謬誤使人們困惑、迷茫.人類在混沌中摸索…….伽利略偉大的工作，從根本上改變了人們關(guān)于運動問題的概念，使物理學進入了新時期.伽利略運用科學的研究方法，在幾十年時間里研究落體運動，研究力與運動的關(guān)系，得出了與亞里士多德截然不同的結(jié)論，現(xiàn)在我們知道，任何物體總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)不變，直至有外力迫使物體改變這種狀態(tài)為止，勻速直線運動或靜止才是物體的自然運動狀態(tài)，力則是導致物體改變自然運動狀態(tài)的原因；自由下落的物體“下落速度與下落時間成正比”.伽利略是劃時代的物理學家，正如愛因斯坦所言.伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應用的科學的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端.
物理教科書上，亞里士多德給同學們的形象不妙、他老是出鍺，老是作出一些輕率的結(jié)論.同學們覺得亞氏實在太不高明而伽利略則比他偉大于百倍.事實上，亞里士多德是古代一位偉大的學者，一位百科全書式的大學問家，他有著成就事業(yè)的理性方法，又有幾乎無所不及的思想成果，他在哲學、邏輯學方面的成就至今還被應用著，不過他在物理學中卻的確是錯誤百出并且謬種流傳，整整貽誤物理學二十個世紀.亞里士多德的悲哀不在于頭腦也不全在于時代，而在于研究方法不當.亞里士多德的物理研究方法有什么特點呢？或許可以用“觀察加直覺”來概括，亞里士多德觀察了眾多的自然現(xiàn)象：火焰向上竄，石頭往下落、馬車要馬拉著跑、尖利的聲音傳得遠……，于是便依賴于直覺推理得出一系列直覺結(jié)論.固然，觀察與直覺對物理研究是至關(guān)重要的.詳實的觀察與良好的直覺往往導致偉大的發(fā)現(xiàn)，觀察使人腦累積事物的形象，形成一種潛知，直覺的想象、鑒別與啟發(fā)便是這種潛知的信息外傳.阿基m德巧解王冠之謎發(fā)現(xiàn)浮力規(guī)律、牛頓由落地蘋果而及月亮乃至天地萬物間的引力，就是亞里士多德本人也曾從觀察月食現(xiàn)象而正確判斷地球是圓球形的.然而，物理學更是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學，所以根據(jù)直接觀察所得出的直覺的結(jié)論不是常常可靠的，它們有時會將人們引入歧途，將“觀察加直覺”作為物理研究的基本方法.正是亞里士多德物理學的失敗之所在.
伽利略是第一位創(chuàng)造通過實驗檢驗理論推導的科學研究方法的科學家.他崇尚“實驗加推理”，他拒絕聽信任何未經(jīng)實驗的科學思想，哪怕那是來自于教堂或權(quán)威.伽利略用盡畢生的精力探索落體運動的規(guī)律，他首先通過落體佯謬的思想實驗.否定亞里士多德的重物下落快的結(jié)論.通過觀察棉花、羽毛等在空氣中落下，伽利略曾經(jīng)提出過落體速度與密度成正比例的法則，然而通過科學的推理.使伽利略認識了不易察覺的空氣阻力，從而發(fā)現(xiàn)了自已最初的法則的錯誤，并猜想到在沒有空氣阻力的情況下，一切物體都在同樣地增加著速度，為了建立真正的落體法則，伽利略仔細地實驗研究了擺的運動和小球在斜面上的運動，嚴格地定義了勻變速運動；設(shè)計出精密的時間測量方法；盡量地消除各種阻力的影響；運用數(shù)學工具；……最終找到了物體下落速度與下落時間成正比的正確法則.伽利略的貢獻不只是建立了一個新的法則，而且將物理學研究推向正確的軌道.從此開始了物理學的突飛猛進.
亞里士多德與伽利略的故事告訴我們，知識就是力量，而能力與方法比知識更有力量.我們每個人都同樣地擁有一個健全的大腦，我們每個人都應該可以象伽利略那樣去思索.重要的是學會認識世界的方法和具備進行科學研究的能力.如若我們能從亞里士多德和伽利略以及其它各位偉大學者的失敗與成功中尋求啟發(fā)和借鑒.我們也將會擁有一顆杰出的閃爍出智慧之光的大腦，去容納經(jīng)典的與現(xiàn)代的物理知識.去面對已知的與未知的物理世界