烧脑科普:从亚里士多德到牛顿,7位大佬都被这个问题搞懵了

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导读:“世界那么大,我想去看看”,你看到的世界,是什么样子的?你又是如何认识世界的?从古至今,一代又一代最杰出的哲学家和科学家都在试图回答这些问题。但由于时代的局限性,他们给出的答案,你一定不会满意。


那么你又会怎样回答这些问题?你的答案在若干年后,会让习惯于使用AI、VR、无人驾驶、3D打印的后人满意吗?


作者:方军


作为一个科技爱好者,同时也是一个互联网行业的从业者,我以为对科技史有足够的了解。近年来更是看了不少的科技大历史的书,略专业的如《技术的本质》,通俗的如《科技想要什么》《人类简史》。


这次读理查德·德威特的《世界观》,开始只是以为复习一下中学学过的科技知识,是一次享受认知之旅。但越读越慢、越仔细,原因是,我发现,它似乎在更新我对于科技世界的基础知识。


所谓世界观,简单说就是我们对于世界的认识。《世界观》这本书讨论了三个部分:


  1. 讨论我们怎么看地球、太阳等的,太阳为什么升起、为什么落下是人类感知的并试图解释的最重要的现实。

  2. 讨论我们怎么看微观世界的,主要是量子理论的那个部分。

  3. 讨论我们普通人所知的以达尔文为代表的演化论。


看完全书之后我觉得不满的是,它没有继续讨论,当我们进入到信息空间/数字空间后,背后的基本变化是什么。当然这是勉强作者了,如果掌握了方法,我大可以自己去收集资料与分析这个阶段的世界观演变史。


接下来,就是我的《世界观》学习笔记,我会先看看作者的基本思路,然后看他如何是用这样的思路去分析我们关于外部世界的科学理论的演变的。


选择从亚里士多德世界观到牛顿世界观的这个部分,是因为我从中得到很多感悟,也是因为我对于量子理论和演化论的理解尚浅,没有足够的知识拼图完成自己的理解。



01 你必须知道的基础命题


《世界观》是从一系列基础命题开始的,我从中抽取三个在后续的阅读中不断地反复参照的三个基础命题。


基础命题之一:世界观


一本名为《世界观》的书,「世界观」自然是其中最重要的关键词。而作者理查德·德威特的确给出了别具一格又形象的界定。


我理解,世界观(Worldviews)就是我们对外部世界的看法。这对人类非常重要,当人类的先辈能够解释太阳为什么升起,当我们能够理解月亮形状的变化时,我们就开始有了一定程度的安全感——我们知道外部世界是如何运转的?很大程度上,理解可以观察到的天文现象(外部世界),就是理解我们自身。


这本书对于我们认知外部世界的重要观点之一是,我们的世界观其实是一个拼图,这些拼图组成一个体系,有的拼图处于核心地带,有的拼图处于边缘(如图所示,图片为《世界观》图1-2亚里士多德世界观的拼图)。


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在我们的世界观演进的过程中,处在边缘的拼图会被替换,这种世界观继续往前发展。但是,当处在核心的拼图被发现有问题,那么新的世界观就需要诞生出来,以取代旧的世界观了。


人类对于外部世界的世界观的大变化,就是历时一千多年的「亚里士多德世界观」到「牛顿世界观」的变革。


在亚里士多德的世界观中,地球位于宇宙中心。现在我们都知道,这是错的。当有人意识到,地球不是宇宙中心,地球是绕着太阳转的时候,世界观的革新就开始了。


在今天,恐怕幼儿园的小朋友都知道,地球围着太阳转。但是,这不是一个直观的、简单明了的事实。当我们坐在太阳下一整天,看着太阳从东方升起,中午到了头顶上方,再慢慢地落下,我们感觉到的似乎是,太阳绕着我们所在的地球转了半圈。


这就引出了两个基础命题,它们分别都是一组对比:


  • 经验事实 vs 哲学性/概念性事实;

  • 工具主义 vs 现实主义。


所谓的工具主义与现实主义,是「理论」与「事实」的两种关系。这两组对比帮我理解了科学的演变历史。


基础命题之二:经验事实 vs 哲学性/概念性事实


作者用一个很简单的例子说明了所谓的「经验事实」与「哲学性/概念性事实」。


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经验事实:如上图所示,一个铅笔放在抽屉里,这是我们可以看到的事实,这是一个经验事实。


哲学性/概念性事实:当我们关上抽屉,我们会认为,这个铅笔仍然在抽屉里。放在抽屉里的铅笔不会突然消失,因此我们还可以认为,铅笔在(关闭的)抽屉里。


但是,这是一个我们的感官无法直接观察与体验的事实,这就是所谓的「哲学性/概念性事实」。


基础命题之三:工具主义 vs 现实主义


工具主义和现实主义,是看待科学理论的两种常见态度。我们了解到一些事实,然后试图用科学理论来说明这些事实。作者告诉我们,对于事实与理论,我们其实有两种态度:


  • 工具主义(实用主义)指的是,只要理论能够解释得通,我们不在乎它是不是就是现实。

  • 现实主义则是,它追求的是,理论必须是现实的情况。


作者做了很多的案例讨论,我们这里就不一一介绍了,而简单地引用他的对比:


对工具主义者来说,一个适当的理论可以给出预言和解释,至于这个理论是否反映或模拟现实世界,并不是一个重要的考量。


对现实主义者来说,事情恰恰相反,一个合理的理论必须不仅可以给出预言和解释,而且要反映现实事物的真实情况。


(引自《世界观》第8章工具主义和现实主义)


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作者还讨论了一些其他非常重要的基础命题,比如可证伪性等等等,不过我觉得简化起见,带着世界观拼图、两种事实、对理论与事实的两种立场,我们就有了足够的工具去理解世界观的演变历史了。要注意的是,这里的世界观不是我们对世界的看法,而更多指的是科学。


如果说读书收获,其实在看完基础命题后,我应该就已经获得了。但只有在看了从亚里士多德到牛顿的演变历程后(重温我们自以为理解的中学科技史),有了很多具体案例的参照后,我才反过来意识到在基础命题部分所学到的,并看到中学科学史并未告诉我们世界观背后的深层结构(也可能是我当时忙着学习硬知识去了)。



02 从亚里士多德世界观到牛顿世界观


从亚里士多德世界观到牛顿世界观的转变,经历了近2000年,从大约公元前300年到公元1700年,亚里士多德的拼图经过多轮的修订,而到了最终,拼图中位于最中心的那个拼图也必须要被修正了。此后,牛顿世界观就成为主导性的世界观了。


这里插题外话一句,虽然人们认为,量子理论是是牛顿之后的主流世界观,或许如此。但是,我们现在的主流世界观其实既不是牛顿的,也不是量子理论的,而是信息的、网络的、数字的,很多人会把它的起源点设在香农的信息论。


近年来,大数据、虚拟现实/增强现实、人工智能、区块链等技术备受关注,技术上不断有突破,这些让人感到信息世界观在登顶的前兆。


1. 亚里士多德的宇宙


当我们讨论从亚里士多德到牛顿的世界观时,「世界观」所讨论的还可以变得更加明确,它指的就是:宇宙的结构是什么样的?


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在亚里士多德那个时代,他创造一种解释宇宙的结构的理论,有很多我们现在已经不再说的东西,比如他把月球之下称为月下区域,把月球之上称为月上区域,我们所知的各种行星恒星都是在月上区域。


但正如所有人都知道,他的观点简化到极简是:“地球是宇宙的中心”。


作者提醒我们要澄清一个常见错误:古人认为地球是平的。其实,即便追溯到亚里士多德的年代,人类已经认识到“地球是圆的”,地球是一个球形。


2. 托勒密体系 


将亚里士多德等的科学理论变成一个完整体系的人是托勒密,他在公元前150年出版了科学巨著《至大论》。在这本书中,他详细论证了为什么地球是圆的:


如果它【地球】……是平的,对所有人来说,星星将在同一时间升起和落下……但这似乎并没有发生。


可进一步明确的是,地球也不是圆柱体……【因为】我们越靠近北极,南方天空的星星就越少,而北方天空的星星则开始出现。


再举个例子,当我们向高山或任何地势高的地方航行时,不管是在什么时候,从什么方向出发,以什么角度前进,我们所能看到的目的地都会一点一点地增加,好像它们是从海里升起来的。


(转引自《世界观》)


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托勒密形成一整套能解释那个时代的人观察到的现象的宇宙理论与数学模型。


但是,托勒密体系有一个今天我们看到的明显错误。这个错误是关于这个问题的:地球是运动的?或地球是静止的?


前人可以明显地看到,站在地球上,太阳在运动。那么,是地球在运动,还是太阳在运动呢?托勒密根据事实得出的理论是:地球是静止的。


我们今天都已经知道了,地球自转,地球还绕着太阳运动。但在当时,在托勒密的分析中,我们看到,它的理论是能解释事实的,同时他们也相信这个理论就是现实。


到这个阶段,人类相信的世界观是:地球是圆形的、静止的,它是宇宙的中心。


3. 天空中的事实 


有着这样的理论,但人们并未停止探索。


太阳每天升起,每一年太阳的不同季节太阳的升起时刻会有变化。在地球上,我们也能直观地感受到月亮的运动,人们一直在观察这些事实。


观察到这些经验事实,人们在思考的问题就是,它们是如何运动的(是圆形,还是椭圆形)?它们因为什么而可以一直运动?


随着人们掌握的事实越来越多,一些理论需要进行修订了。但请注意,在一千年里,托勒密体系的数学方法最能有效地解释与预测天文数据。


前面我们说起过经验事实和哲学性/概念性事实的差别,在这个时代,人们观察星球的运动时,其实就有两个哲学性/概念性事实。但可惜的是,这两个事实后来逐步被证明是错误的。


这两个事实放在一起说是,星球是沿着正圆形轨道匀速运动。它们分别是:


  • 1)正圆形轨道,所谓“正圆事实”;

  • 2)星球匀速运动,所谓“匀速运动事实”。


在这个时代,天文数据还是主要由肉眼观察到的。人们掌握的数据还不足以调整这两个概念性事实,等到人们有了望远镜和更精确的记录后,这两个事实就开始被发现是错的了。


4. 哥白尼体系 


在掌握了越来越多天文数据后,精密的托勒密体系开始被打破了,突破点是16世纪哥白尼提出的新宇宙体系。 


从大的角度看,哥白尼提出的理论已经接近于我们当代人的认知,除了一点:他认为太阳是宇宙中心,而我们知道宇宙要大得多。


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在这个时代,有很多我们现在事后看很有趣的事情:


托勒密体系在理论上比哥白尼严密得多。哥白尼被称为“托勒密第二”,二者在解释事实方面近乎是等价的。但是,由于某个天文学家使用了哥白尼体系在设计一个天文学表格(他用托勒密体系也会得到相似的表格),而这个表格广为流转,哥白尼体系就开始扩散了。


这两个体系里面,都有很多工具主义的设计(比如周转圆),它们可以用来帮助计算和解释现实,但并非真正的现实。如果从理论是不是现实的角度看(从现实主义的角度看),托勒密体系似乎更好。在这个时刻,托勒密体系可以更好地解释经验事实——我们观察到的是太阳绕着地球转。


天文学家同时接受两种观点,哥白尼体系被从工具主义角度看,它带来了一些新的解释;托勒密体系则被从现实主义的角度看,即人们相信地球是宇宙中心。


那么,虽然绝大多数经验事实都不支持的情况下,哥白尼为什么会提出地球绕着太阳转的理论呢?《世界观》这本书提及了一个解释是,哥白尼的科学理论受到了一种名为“新柏拉图主义”哲学的影响,摘一句话解释这一哲学:


太阳是“上帝”在宇宙中的实体代表,那么“上帝”的实体代表最合适的位置将是宇宙的中心。 


我们都知道,在这个阶段的后半部分,教会介入了科学,阻止哥白尼体系的传播。哲学会引导科学家去寻求科学的真相,但有时候,人们所相信的东西(比如这里的基督教)又会阻碍人们看到事实。


5. 第谷体系


在此刻,天文学家们一方面在进行更多的天文观察,一方面又纠结于所体验、所观察的现实与哥白尼体系的差别。


这时,融合「日心说」与「地心说」的第谷体系就出现了。第谷·布拉赫是承上启下的人物,被认为是近代天文学的奠基人。很可惜,以现代的观点看,他的理论和我们所知的事实是有偏差的:它试图保留哥白尼体系的优点,但又说地球是宇宙中心。


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6. 开普勒体系


开普勒的成就是建立在第谷的数据基础上的。《世界观》这样赞美第谷:他很有可能是人类历史上仅靠肉眼进行观察的人中最为优秀的一位了。在20年的时间里,第谷收集了关于太阳、月球和行星运动非常准确的数据。


开普勒的探索历程是,出发的时候,他相信星球是沿着正圆形轨道、匀速运转的这两个概念性事实。但在研究火星的过程中,随着天文数据越来越多,他开始认识到,这两个事实是错的。


对这个关键时刻,《世界观》没有吝啬赞美,作者写道:


开普勒得到了正确的结果。在构建一个完全准确的天文学体系的问题上,经过了2000多年的研究后,开普勒成为第一个发现正确体系的人,这个体系也就是沿椭圆轨道进行变速运动的体系。


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7. 伽利略的贡献


下面这张图是伽利略利用望远镜得到的数据(证据),伽利略基本上终结了托勒密地心说和哥白尼日心说的争论。


在这个时代,哥白尼体系已经在学校里被教了70年,但人们是以「工具主义」的看它的:它可以作为工具准确解释一些现象,但仅此而已,它不是现实。也就是,人们不是以「现实主义」的态度看待日心说的。


伽利略试图告诉人们,日心说是现实。这个我们都很了解,都不多讨论了。


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按照《世界观》这本书提出的世界观是拼图的观点,随着科学发展一千多年,亚里士多德世界观的最核心的拼图,开始被真正地证明是错误的了,小修小补解决不了问题了。


同样重要的是,关于物体为什么运动,亚里士多德的观点也被证明是错误的了(以今天眼光看,那真是一个荒谬的哲学性思考,它是类似于什么东西必然会回到应该在的位置那样思考)。 伽利略对此做出了贡献,他提出了「惯性」。沿着这条路,牛顿世界观马上就要登场了。


8. 牛顿世界观


牛顿在1687年出版了《自然哲学的数学原理》,他是新科学的代表。关于牛顿的成就我们就不必多说,他的理论我们在中学教科书都学过了。


要注意的是,牛顿世界观的最核心的那个拼图,不是什么是宇宙的中心,而是什么让物体运动。新的拼图和旧的拼图,在结构上是不一样的。(如果回去看亚里士多德世界观的拼图,你会发现,物体会趋向于静止是处于核心地带、但略外围的那块拼图。)


现在,我们可能觉得,惯性定律很容易理解,就是常识。但在牛顿那个时代,这其实是最难理解的理论:它与人们的直观体验是相矛盾的。


牛顿世界观的另一点则常被以形象的故事来解释,牛顿坐在苹果树下思考,苹果为什么会落下?这就是万有引力。


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终于,经过一千多年的探索,人们得到了一个更普遍的、能解释世界的理论,或者说就是「牛顿世界观」。正如人们常通俗地说的,这个世界观是「机械」的,它把宇宙看成是一个像机器一样的宇宙。



03 小结


以上就是我读《世界观》看到的从亚里士多德世界观到牛顿世界观演变,我的笔记相当的简略,这本科学史书值得一读再读。


牛顿世界观之后,是以爱因斯坦为标志的相对论和玻尔等人量子理论,我觉得可称之为量子世界观。量子理论更难以和我们的经验联系起来,但在宏观上如天文或更微观上,它都比牛顿世界观更能解释现象,我们都认为它更接近现实。


最后,我们还是可以回到开头说过的一个问题,如果我们进到了信息的时代、到了网络的时代,现在能解释现象、更接近现实的科学理论是什么呢?我们这个时代的世界观是什么样?


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关于作者:方军,资深互联网人,现任快知实验室合伙人、火币大学顾问合伙人,曾任创业邦执行总裁、现代传播集团CTO。拥有丰富的产业战略规划、技术产品研发、运营与投资经验,著有讨论互联网平台的《平台时代》、讨论互联网+知识的《付费》等书。


延伸阅读《世界观

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推荐语:“如果你每天都读你看得懂的书,你就只知道已知的世界观”,所谓成长,就是用《世界观》升级认知。广受美国大学欢迎的人文通识读本,科学哲学和科学史的必备入门书。


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