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历史方法在物理学中的重要性

时间:2022-02-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:我们没有面对在儿童时代对物理学理论一无所知、在成年时期获得这些理论赖以立足的所有假设的充分知识的学生吗?准备使学生接受物理学假设的合理的、可靠的和富有成效的方法是历史方法。给出物理学原理的历史同时就是对它做逻辑分析。每当物理学家的心智就要走向某个极端之时,历史学习借助合适的矫正来纠正他。[142] 历史于是使他维持在完美的平衡状态,他在这样的状态中才能健全地判断物理学理论的目的和结构。

对陈述物理学负有责任的教师将如何预先警告他的学生预防这样的方法和危险呢?他将如何使他们扫视把由常识定律支配的日常经验领域与由明晰原理安排的理论领域分隔开的庞大范围的领地呢?心智通过双向运动在这两个领域之间,即在经验知识和数学理论之间建立连续的和相互的交流,被剥夺理论的经验知识会把物理学还原为无形式的内容,而与观察隔离并与感觉证据分开的数学理论只能给科学提供缺乏内容的形式,他将如何能够同时使他们遵循这种双向运动呢?

但是,我们为什么必须合而为一地力图描述这种方法呢?我们没有面对在儿童时代对物理学理论一无所知、在成年时期获得这些理论赖以立足的所有假设的充分知识的学生吗?这种学生是人类,对他的教育继续进行了数千年。在每一个人的智力发展中,我们为什么不应模仿借以形成人的科学知识的进步呢?我们为什么在教学中不应借助概要,而不是借助忠实地讲解科学采纳假设之先的变迁而准备引入每一个假设呢?

准备使学生接受物理学假设的合理的、可靠的和富有成效的方法是历史方法。追溯在理论形式首次被勾勒出来时经验内容自然增长经由的转化;描述常识和演绎逻辑借以分析这一内容和模仿这一形式直到一个适应另一个的长期合作:为了给予学习物理学的人以这门科学的十分复杂的和活生生的组织的正确而明晰的观点,这是最佳的途径,甚至必定是唯一的途径。

毫无疑问,不可能再次一步一步地采取缓慢的、踌躇的、摸索的步伐了,而人类精神却曾经以此得到每一个物理学原理的清晰观点的;那样会需要过多的时间。为了开始进行教育,必须缩短和浓缩每一个假设的进化;必须按照人的受教育的时距与科学发展的时距之比率减少。借助于这样的缩略,博物学家说,生物从胚胎到成熟态所经由的变态,重演使这种生物依附于现存生物的原始主干所经由的真实的或理想路线

而且,这种缩略几乎总是容易的,倘若我们实际上决定忽略所有纯粹偶然的事实的话,例如作者的名字、发现的日期、插曲或轶事,以便仅仅驻留在物理学家看来似乎是基本的历史事实上,以及在其中新原理使理论丰富或看到模糊的或错误的观念消失的环境上。

用以做出发现的方法的历史在物理学学习中获得的这一重要性,是物理学和几何学之间巨大差异的附带标志。

在几何学中,在演绎方法的明晰性直接与常识的自明性融合在一起的地方,能够以完备的逻辑方式提供教育。对于所陈述的公设而言,学生足以立即把握这样一个判断浓缩的常识知识的资料;他不需要了解这个公设渗透到科学的途径。当然,数学史是好奇心的合情合理的对象,但是它对于理解数学来说并不是必不可少的。

就物理学而言,情况便不同了。我们在这里看到,是纯粹的和完备的逻辑的东西在教学中被禁止。因此,把理论的形式判断与必须描述这些判断的事实内容联系起来的唯一道路,尤其是避免虚假观念偷偷摸摸进入的唯一道路,是通过它的历史为每一个基本的假设辩护。

给出物理学原理的历史同时就是对它做逻辑分析。对物理学运转的智力过程的批判稳定持久地与逐渐进化的讲解联系在一起,演绎通过这样的进化完成理论,并用它构成观察所揭示的定律的更精确、更有序的描述。

此外,唯有科学史才能使物理学家免于教条主义的狂热奢望以及皮浪怀疑主义的悲观绝望。

对他来说通过回顾在每一个原理发现之前的漫长系列的错误和踌躇,它使他警惕虚假的证据;对他来说通过回忆宇宙论学派的盛衰,通过从它们处于忘却状态中发掘一度获胜的学说,它提醒他,最吸引人的体系也只是暂定的描述,而不是决定性的说明。

另一方面,通过在他面前展现连续的传统——通过这种传统过去世纪的体系养育每一时代的科学,而每一时代的科学也孕育未来的科学;通过向他提及理论阐明的和实验实现的预言:它通过这一切在他身上造成并增强了,物理学不仅仅是一个今天合适明天无用的人为体系,而且它也是一个越来越自然的分类,日益更清楚地反映实验方法不能直接沉思的实在。

每当物理学家的心智就要走向某个极端之时,历史学习借助合适的矫正来纠正他。为了确定历史对于物理学家所起的作用,我们可以从历史中借用帕斯卡的下述言论:“当他吹嘘他自己时,我贬低他;当他低估他时,我赞扬他。” [142] 历史于是使他维持在完美的平衡状态,他在这样的状态中才能健全地判断物理学理论的目的和结构。

[1] Julii Caesaris Scaligeri,“Exotericarum exercitationum liber XV;De subtilitate adversus Cardanum”(Paris,1557),Problem IV.

[2] J.Baptistae Benedetti,“Diversarum speculationum liber.Disputationes de quibusdam placitis Aristotelis”(Turin,1585),Ch.XXXV,p.191.

[3] Le Opere di Galileo Galilei,Vol.I:De Motu(由national edition忠实地重印;Florence,1890),p.252. 伽利略在大约1590年撰写了这部著作,它只是在我们时代才由Antonio Favaro出版。

[4] 这个学说的详细历史将在我的著作Les Origines de la Statique,Ch.XV:“Les propriétésm-caniques du centre de gravité.D'Albert de Saxe à Torricelli”被找到。

[5] Cf.P.Duhem,“Albert de Saxe et Léonard de Vinci”,Bulletin italien,V(1905),pp.1,113.

[6] Guidi Ubaldi e Marchionibus Montis,“In duos Archimedis aequiponderantium libros paraphrasis scholiis illustrata”(Pisa,1588),p.10.

[7] Cf.P.Dubem,Les Drigines de la Statique,Ch,XVI,“La Doctrine d'Albert de Saxe et les Geostaticiens”.

[8] Pierre de Fermat,Deuvres,由于P.Tannery和C.Henry的编辑工作而出版,Vol.II:Correspondance,p.31。

[9] Epistola Petri Peregrini Maricurtensis Sygerum de Foucaucourt militem,de magnete(Paris,August 8,1269); G.Casser在Augsburg印刷,1558. 重印在Neudrucke von Schriften und Karten über Meteorologie und Erdmagnetismus,ed.G.Hellman,No.10;Rara Magnetica(Berlin:Asher,1896).

[10] Ibid.,First Part,Ch,IX.

[11] Les Manuscrits de Léonard de Vinci,ed.C.Ravaisson-Mollien,MS.F of the Bibliothéque de l'Institut,Fol.41,verso. 这个笔记簿包含注释:“1508年9月12日在米兰开始。”

[12] Nicolai Copernici,“De revolutionibus orbium coelestium”libri sex(Nuremberg,1543),Book I,Chs.I,II,III.

[13] Ibid.,Book I,Ch.IX.

[14] Marin Merssenne,Synopsis mathematica(Paris:Rob.Stephan:,1626),Mechanicorum libri,p.7.

[15] Ibid.,p.8.

[16] Hieronymi Fracasitorii,“De sympathia et antipathia rerum”,liber unus.重印在Hieronymi Fracasitorii,“Opera omia”(Venice,1555).

[17] Gulielmi Gilberti ColcestrensisMedic Londinensis,“De magnete niagneticis corporibus,et de magno magnete Tellure,Physiologia nova”(London,1600),p.225.

[18] Ibid.,p.227.

[19] Ibid.,p. 65.

[20] Gulielmi Gilberti Colcestrensis,medici Regii,“De mundo nostro sublunari philosophia nova”(Amsterdam,1651),吉尔伯特死于一六○三年。

[21] Ibid.,p.115.

[22] Bacon,Novum Organum,Book II,Ch.XLVIII,Arts.7,8,9.

[23] Joannis Kepleri“Littera ad Herwartum”,一六○五年三月二十八日。重印在Joannis Kepleri astronomiOpera Omnia”,ed.C.Frisch,II,87.

[24] Joannis Kepleri,“De motibus stellae Martis commentarii”(Prague,1609). 重印在J.Kepleri,“Opera omnia”,III,151.

[25] Pierre de Fermat,Oeuvres,ed.P.Tannery and C.Henry,II,35.

[26] Cf.Roberto Almagia,“Sulla dotrina della marea nell'antichita classica e nel medio evo”,Atti del Congresso internazionale di Scienze historiche Rome,April 1-9,1903,XII,151.

[27] Joannis Pici Mirandulae,“Adversus astroloyos”(Bologna,1495).

[28] Lucii Bellantii Senensis,“Liber de astrologia veritati et in disputationes Joannis Pici adversus astrologos responsiones”(Bologna,1495;Florence,1498;Venice,1502;Basel,1504).

[29] Les livres d'Hiérom Cardanus,médecin milanois,intitulés de la subtilité et subtiles inventions,由Richard le Blanc由拉丁文译为法文(Paris,1556),p.35.

[30] Julii Caesaris Scaligeri,“Exercitationes...”,Problem,LII.

[31] Claude Duret,Discours de la vérité des causes et e f fets de divers cours,mouvemens,flux,et reflux de la mer océane,mer meditérannée et autres mers de la Terre(Paris,1600),p.204.

[32] Gulielmi Gilberti...“De mundo nostro...”,p.307.

[33] Hieronymi Cardani,“De rerum varietate”libri XVII(Basel,1557),Book II,Ch.XIII.

[34] Joannis Kepleri,“De fundamentis Astrologiae”(Prague,1602),Thesis XV,重印在J.Kepleri,“Opera omnia”,I,422.

[35] J.Kepleri,“Notae in librum plutarchi de facie in orbe Lunae”(Frankfurt,1634),重印在J.Kepleri,“Opera omnia”,VIII,118.

[36] Joannis Kepleri,“De motibus stellae Martis”(1609)重印在J. Kepleri,“Opera omnia”,III,151.

[37] Jean Rey,Essays de...,Docteur en medecine,sur la recherche de la cause pour laquelle l'estain et le plomb augmentent de poids quand on les calcine(增添了梅森和让·雷伊通信的新版本,1777),p.109.

[38] Ibid.,p.122.

[39] R.Descartes,Correspondence,ed.P.Tannery and C.Adam,Letter CXXIX(1638年7月13日),Vol.II,p.225.

[40] F.Baconis,“Novum Organum”(London,1620),Borok II,Ch.XXVIII,Art.9.

[41] Caelio Calcagnini Ferrarensis,“Opera aliquot”(Basel,1544).

[42] 这篇学术报告是向Bonaventura Pistophilius讲的,未署日期;在卡尔卡尼尼的Opera中紧随它的是另一篇学术报告,它是向同一人讲的,所署日期为一五二五年一月。第一篇学术报告很可能写于那个日期之前。

[43] Caelio Calcagnini,...,p.392.

[44] Gasparis Contarini,“De elementis eorumque miitionibus”libri II(paris,1548).

[45] Claude Duret,在引用的著作中,p.236.

[46] Gulielmi Gilberti...“De mundo nostro...”,pp.309,313.

[47] Alberti Magni,“De causis proprietatum elementorumliber unus,Tract,II,Ch.VI.重印在B.Alberti Magni,“Opera omnia”(London,1651),V,306.

[48] “Quaestiones super quatuor libros meteorum”,compilatae per doctissimum philosophum professorem Thimonem(Paris,1516 and 1518),Book II,question ii.

[49] Federici Chrisogoni nobilis Jadertini “De artificioso modo collegiandi,pronosticandi et curandi febres et de prognosticis aegritudinum per dies criticos necnon de humana,ac denique de fluxu et refuxu maris”(Venice:printed by Joan.A.de Sabio,1528).

[50] Hieronymi Cardani,“De rerum varietatelibri Ⅹ Ⅶ (Basel,1557),Book Ⅱ cap. Ⅹ Ⅲ.

[51] Federici Delphini,“De fluxu et refluxu aquae maris”(Venice,1559;2nd,ed.,Basel,1577).

[52] Pauli Gallucii,“Theatrum mundi et temporis”(1588),p.70.

[53] Annibale Raimondo,Trattato del flusso e reflusso del mare(Venice,1589).

[54] Claude Duret,在引用的著作中。

[55] Gassendi,“Epstolae tres de motu impresso a motore translato”(Paris,1643),Letter Ⅲ,Art,XVI,重印在Opuscula philosophica(London,1658),Ⅲ,534.

[56] Aristarchi Samii,“De Mundi systemate,partibus et motibus cujusdem”。liber singularis, ed. P.de Roberval(Paris,1644),这部著作是梅森于一六四七年在他的《物理数学思索》的第三卷中重印的。

我认为,如果我们必须精密地诠释罗贝瓦尔思想的话,那么我们不应在他的体系中留神万有引力理论:行星际间的流体的部分只能吸引同一流体的部分;地球的部分只能吸引地球的部分;金星体系的部分只能吸引同一体系的部分;如此等等。不管怎样,在地球体系和月球体系之间,在木星体系和这个天体的卫星之间能够存在相互吸引。罗贝瓦尔把阿基米德原理应用于行星体系在行星际间流体中的平衡,这在当时也许是错误的;但是,类似的错误屡屡发生在十六世纪的数学论著中,甚至出现在伽利略的早期著作中。无论如何,笛卡儿在其对罗贝瓦尔体系的批判中理解他所假定的万有引力。(参见笛卡儿一六四六年四月二十日给梅森的信,在R.Descartes,Correspondance,ed.P.Tannery and C.Adam,IV,399之中。)

[57] Julii Caesaris Scaligeri,“Exercitationes...”Problem LXXXV.

[58] Rogerii Bacconnis Angli,“Specula mathematica in qua de specierum multiplicatione,earumdemque in inferioribus virtute agitur”(Frankfurt,1614).

[59] Ibid.,Dist.Ⅱ,Chs.Ⅰ,Ⅱ,Ⅳ.

[60] Ibid.,Dist.Ⅲ,Ch.Ⅱ.

[61] Joannis Kepleri,“De motibus...”,Ch,XXXIV(重印在J.Kepleri,“Opera omnia”,Ⅲ,302);“Epitom Astronomiae Corpernicanae”,Book IV,Part Ⅱ,Art3(重印在J.Kepleri,“Opera omnia”,VI,374).

[62] Joannis Kepleri,“Ad vitellium paralipomena quibus Astronomiae Pars optica traditur”(Frankfurt,1604),Ch.I,Prop,IX,重印在J.Kepleri,“Opera omnia”,Ⅱ,133.

[63] Joannis Kepleri,“De motibus...”,Ch.XXXVI(重印在J,Kepleri,“Opera omnia”,Ⅲ,302,309); “Epitome Astronomiae Copernicanae”,Book IV,part Ⅱ,Art.3(重印在J.Kepleri,“Opera omnia”,VI,349).

[64] Ismaelis Bullialdi,“De nature lucis”(Paris,1638),Prop. ⅩⅩⅩⅦ,p.41.

[65] Ismaelis Bullialdi,“Astronomia Philolaica”(Paris,1645),p.23.

[66] Athanasii Kircherii,“Magnet,sive de arte magnetica”(Rome,1641),Book I,Props,XVII,XIX,XX.在命题XX中,基歇尔讲到以距离的反比减少;这仅仅是由下述事实引起的失误:基歇尔在就球面积推理时用圆弧表示它们。这位作者的思想无论如何是十分清楚的。

[67] Hieronymi Cardani,“Opus novum de proportionibus”(Basel,1570),Prop.CLXⅢ,p. 165.

[68] G.W.Leibniz,Letters to Molanus(?),in Leibniz,Philos.Schriften,ed.Gerhardt,IV,301.

[69] Alphonsi Borelli,“Theoriae Medicorum planetarum ex causis physicis deductae”(Florence,1665). Cf.Ernest Goldbeck,Die Gravitations-hypothese bei Galilei und Borelli(Berlin,1897).

[70] Alphonsi Borelli,...p.76.

[71] Ibid.,p.74.

[72] Aristotle,Πϵρτ,ούρανο,Β,αγ.(Book II,13.)

[73] Robert Hooke,An Attempt to Prove the Annual Motion of the Earth(London,1674).

[74] Christiani Hugenii,“De horologio oscillatorio”(Paris,1673).

[75] Leibnitii,“Tentamen de motuum caelestium causis”Acta Eruditorum(Leibzig,1689).

[76] 想要重构这段历史的读者将在法国物理学会出版的下述文献中找到所有必需的文件:Collection de Mémoires relatifs à la physique, Vols.Ⅱ和Ⅲ:Mémoires sur l'Electrodynamique(1885和1887)。

[77] Cf.F.Mentré,“La simultanéité des découvertes scientifiques”,Recue scienti fique,5th series,Ⅱ(1904),p.555.

[78] Augustin Fresnel,Oeuvres complètes,Ⅰ.782.

[79] Augustin Cauchy Comptes rendus,Ⅱ(1836),364.重印在Poggendorff's Annalen,Ⅸ(1836),39.

[80] George Green,Transactions of the Cambridge Mathematical Society,Ⅵ(1838),403,重印在Mathematical Papers, p.321.

[81] F.-E.Meumann,in Poggendorff's Annalen,Ⅹ(1837),510.

[82] J.MacCullagh,Proceedings of the Irish Rogal Academy, Vol. Ⅱ,Ⅲ. 重印在MacCullagh,collected Papers,pp.187,218,250.

[83] 回答是让·巴蒂斯特·毕奥在“牛顿”一文中引用的,该文是他为米肖(Michaud)的《世界传记》撰写的。

[84] energy一词既有常识意义上的“活力、精力”之意,又有物理学意义上的“能,能量”之意。——中译者注

[85] Leonhardi Euleri,“Mechanica sive motus scientia,analytic exposita”(Petropolus〔现在Leningrad〕,1736),第Ⅰ卷序言。

[86] power一词既有日常语言中的“能力、体力”之意,也有物理学上的“动力、功率”之意。——中译者注

[87] Cf.E.Wohlwill,“Die Entdeckung der Beharrungs gesetzes”,Zeitschrift für Völkerpsychologie und Sprachwissenschaft,Vol.XIV(1883)和Vol.XV(1884);以及P.Duhem,Del'eccélération produite par une force constante(congrès d'Histoire des sciences,Geneva,1904).

[88] Aristotle,Φυσικηs ακροασϵωs H,ϵ;Πϵρτ Ονραυου Γ,β.

[89] 读者也许将把我们刚才说过的话与恩斯特·马赫就丹尼尔·伯努利(Daniel Bernouilli提出的、为力的平行四边形定律辩护的证明所作的批评加以对照。E.Mach,La Mécanique,exposé historique et critique de son développement(Paris,1904),p.45.(Mach,The Science of Mechanics,a Critical and Historical Account of its Development,translated from the German by T.J.McCormack〔2d ed.;La Salle Court,1902〕,p.42.)

[90] Edouard Le Roy,“Sur quelques objections adressées à la nouvelle philosophie”,Revue de Métaphysique et de Morale(1901),p.319.

[91] E.Mach,La Mécanique...p.80.(The Science of Mechanics...p.82.)

[92] B.Pascal,Pensées,ed.Havet,Art.8.

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