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History and Philosophy of Science  
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现代科学的起源 - 2 2022-05-16 08:39:16

2. 实验是现代科学的基石

爱因斯坦给出的现代科学的另一个基础是实验。

在现代人看来,系统的实验是科学研究的不可缺少的部分。然而,在科学革命之前,人们习惯于依靠思辨和引用权威来确立真理。另外,值得一提的是,在 Galileo/伽利略时代,天主教不情愿地在某种程度上适应科学,允许对圣经的不同解释,但不允许公开你的解释。例如,可以假设地球绕太阳运行以帮助进行天文计算,但不能说地球绕太阳运行是真的。

有几位哲学家/自然哲学家批判传统的研究方法,或在实际研究中给出了以实验为基础的研究方法,朝着科学方法迈出的重要一步。

比 Galileo 稍早的英国医生,兼职科学家 Gilbert/吉尔伯特成功地应用实验方法研究物理现象。1600 年,Gilbert 出版了 De Magnete, 完整英文标题是 On the Magnet and Magnetic Bodies, and on the Great Magnet the Earth. 和 Galileo 的著作一样,De Magnete 被认为是实验科学的伟大著作。De Magnete 的内容几乎完全基于实际观察和实验。作为印刷书籍,De Magnete 比培根的 The Advancement of Learning (1605) 早了五年。Galileo 比 Gilbert 小 20 岁,读过 De Magnete, 极为欣赏 Gilbert 的工作。Galileo 说过,“我非常赞扬、钦佩和羡慕[Gilbert]。” 我们知道,Galileo 是一个暴躁而挖苦的人,能说出这样的话可不是那么容易。顺便强调一下,根据与 Gilbert 共事的爱德华赖特的说法,Gilbert 等了 18 年才出版 De Magnete, 表明 Gilbert 至少在 1580 年代初期就进行了他的实验。好不夸张地说,Gilbert 的工作是开创性的。

以下是 Gilbert 的学术成就:

1. 他发现我们的星球有两个磁极。他正确地定义了这些极点,并确定地球的行为就像一个巨大的磁铁。

2. 他推断,磁铁的磁性是由制成磁铁的材料的有组织形式引起的。这符合现代观点。

3. 他制造了世界上第一个验电器 (检测静电荷的仪器),他称之为 versorium。验电器是第一个电测量仪器。

4. 他用铁皮包裹球形磁石的磁极,从而发明了磁铁的衔铁。

5. 他区分了电和磁。

今天我们用的英语单词 electricity 是由 Sir Thomas Browne 创造的,是从拉丁词 electricus 发展而来的,而 electricus 是由 Gilbert 创造的。

下面是 Gilbert 关于科学方法的一些论述。

在 De Magnete 的第一段,Gilbert 宣称:

“…in the investigation of hidden causes, stronger reasons are obtained from sure experiments and demonstrations than from probable conjectures and the opinions of common philosophers.”

“... 在调查隐藏的原因时,更有力的原因是从确定的实验和论证获得的,而不是从可能的猜想和普通哲学家的意见获得的。”

Gilbert 是这样攻击传统哲学家的:

“……哲学家本身很少是研究员/investigators,或者对事物有任何第一手的了解; 他们中的大多数是懒惰的,没有受过训练的,他们的著作没有增加知识,对可能照亮他们推理的事物视而不见。”

当然,受时代限制,Gilbert 的研究混杂了经院哲学和万物有灵论的元素。Gilbert 告诉我们行星有灵魂,我们星球的灵魂是有磁性的。在那个年代,Gilbert 并不是唯一一个将科学与神秘主义相结合的人。Kepler 也对太阳系持有令人惊讶的神秘观点,而且,近一个世纪后,牛顿在炼金术上花费的时间比在公认的科学上花费的时间更多。

在谈及科学方法时无法回避的两个历史人物是 Francis Bacon (1561–1626) 和 Galileo (1564–1642)。这两个人的年龄只差 3 岁。现在公认的是,Galileo 是科学史上最重要的人物之一。他是一位伟大的实验者和发明家。Galileo 的成就列举如下:

1. Galileo 是第一个用望远镜研究天空的人。他发现我们的月球有山。他发现了已知的第一颗围绕地球以外的行星运行的卫星。他是第一个看到海王星的人。他发现了土星环。他发现金星有像月亮一样的相位。他发现银河系是由恒星组成的。

2. Galileo 是一名熟练的望远镜制造商,并将它们卖给威尼斯的商人,他们渴望看到哪些船只尽快到达,以便在“期货”市场上赚钱。

3. Galileo 确定,如果没有空气阻力,无论重量如何,所有东西都会以相同的速度落到地上。重力对所有物体的加速都是平等的,无论它们的质量如何。

4. Galileo 确定,当重力加速任何物体时,物体以恒定速率加速,因此下降的距离与时间的平方成正比。在他对重力和加速度的大部分研究中,他使用滚下木制坡道的球。

5. Galileo 发现在地球上抛掷或发射的任何东西,例如岩石或炮弹,都会沿着弯曲的路径飞行,并且曲线的形状是抛物线。

6. Galileo 阐述了惯性原理。

7. Galileo 建立了一个后来被称为伽利略相对论的原理。

8. Galileo 试图测量光速,但发现它太快了,他无法测量。

9. Galileo 使用思想/理想实验。

我以后还要讨论,Galileo 的相对性原理和惯性原理对经院哲学有巨大冲击,从而间接地冲击了宗教。


Bacon 是一位政治家,哲学家和律师。与 Galileo 不同,Bacon 对科学的直接贡献很少。在学术界,学者对 Bacon 的争议较多。从 19 世纪开始,培根的名声逐渐下降,直到最近几年才重新开始对他的作品产生兴趣。


培根的新科学方法包括:

通过仔细、系统的观察来收集数据。

使用归纳法,即从一组事实概括为一个或多个公理。

收集额外的数据,或者使用现有数据和新公理来建立额外的公理。

整个过程以逐步的方式重复,以建立一个日益复杂的知识基础。


Bacon 相信,当以这种方式研究自然时,科学可以成为改善人类的工具。


Galileo 和 Bacon 的共同点是他们都质疑古希腊哲学权威 (特别是亚里士多德)。然而,伽利略的敌人是亚里士多德的物理学,而培根的敌人是亚里士多德的三段论。在培根看来,三段论仅仅是诡辩主义的一个例子;他认为亚里士多德用逻辑败坏了自然哲学。他认为三段论与他所说的“真正的归纳法”相比是完全不充分的。

如果仅仅从字面上看,很难看出 Bacon 和 Galileo 的区别。如果我们仔细了解 Galileo 的工作(还有 Bacon 关于heat 的工作),我们会发现:

1. Galileo 能够找到哪些问题是理解世界的关键。

2. Galileo 能够非常深入地研究这些关键问题。

3. Galileo 并没有满足于简单地描述他的观察,他使用测量。

4. 在测量的基础上,Galileo 使用数学。

5. Galileo 使用思想/理想实验。

而 Bacon 正相反。 Bacon 的观察都是广泛而肤浅的,Bacon 的描述都是定性的,并且,他的研究方法没有给数学留有任何位置。这并不是在贬低 Bacon,  我到觉得,Bacon 的方法可能更适合那时的生物学,医学之类的实验科学。

除了以上提到的历史人物外,我在这里省略了与 Galileo 同时代的另一位伟大的科学家 William Harvey (1578—1657). 还有,如果有时间,可能要比较一下Galileo 和笛卡尔。


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文章评论
作者:风潇潇 回复 高鹏 留言时间:2023-01-02 14:42:27

您科学中毒太深了,

回复 | 0
作者:高鹏 留言时间:2022-05-16 09:52:28

现代科学的起源 - 1:

https://blog.creaders.net/u/11174/202205/434171.html


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