史上最著名的物理實驗，為啥伽利略根本不用做

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各位好，今天回家了，在外漂泊的這些時間，一直沒有陪家人，所以這幾天想多抽出時間補償一下。我之前有些文章，寫作花了很大心血，但效果不好，最近休假這幾天，正好改改重發一下，愿對您有所啟發。

其實你并不理解什么是真正的科學。

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騰訊的劇版《三體》這兩天完結了，回家后這幾天一直在補這部劇。看著看著我發現，劇版《三體》到后期，對大劉的原著改動還是挺大的。

比如原著中有一個設定，說三體人為了嚇阻主角汪淼進行研究，在他眼睛上投射了一個倒計時。可是這個倒計時原著中后期給“寫沒了”，感覺三體人恐嚇了個寂寞。

但劇版《三體》卻把這個梗一直用了下去，還安排了這樣一場戲——倒計時重新開始后，汪淼受邀去女兒的小學講課，他給孩子們做了那個傳說中著名的“兩個鐵球同時落地”的實驗，強調了物理學一切要“以實驗為準繩”的原則，還表示“不管是布魯諾，還是伽利略，他們在追求真理的路上，都永不放棄。”

我很能理解導演為什么要安排這種原創劇情——《三體》原著小說中成批的科學家被三體人制造的實驗假象逼自殺的情節實在有點太喪了，里面的科學家不像是科學家，反倒更像是一根筋、只會直線思維的“科學教徒”——其實你看大劉的大部分作品，他筆下的科學家都多少犯點這種“科學教徒”的病，特偏激，動不動就尋死覓活。我想，這也是為什么我身邊很多真研究科學的朋友對他意見很大的原因。

導演顯然對這個設定也有意見，想改改，表示還是有科學家會不懼三體人設置的迷霧，勇于探索科學真相的么。

但是不好意思，其實劇版這樣改，依然有問題。

首先，歷史上的布魯諾他就不是一個科學家，而是一個崇拜太陽的密特拉教徒，他支持日心說并甘愿被燒死的主要原因，是為了他的宗教信仰——當然為自己的信仰殉道，這算一種“堅持真理”（為自己的信仰殉道么），但畢竟離著“堅持科學真理”還是有一定距離的。

至于伽利略，就更有意思了——從小學起，我們就知道他曾經在比薩斜塔上用那個著名的“兩個鐵球同時落地”的實驗，“勇敢的砸碎了亞里士多德的錯誤理論”。

但這個故事其實跟牛頓的蘋果一樣，是一個后世穿鑿附會的想當然。真實歷史上的伽利略其實壓根沒做過這個實驗。而從這個故事講起，我們就能理解為什么說無論小說還是劇版《三體》，其實都沒有理解什么是真正的科學家，以及他們的科學精神。

這篇文章可能會比較長，里面涉及大量思辨的東西，請耐心一點點聽我講完。

2

有關伽利略“兩個鐵球同時落地”這個實驗，最早只是他晚年一位學生維維安在講述其老師思想時所用的一個比喻的以訛傳訛。其實不用多深入的思考，就能發現這個故事的荒謬：如果簡單的做一次“兩個鐵球同時落地 ”的實驗，就能“砸碎”亞里士多德的謬論，那么在伽利略之前的漫長歲月中，為什么沒有人這樣做過呢？

現實中的伽利略，恰恰沒做過這個誰都能做的現實實驗，而是做了一番非常獨到的理性推理：

在伽利略早年著作的《星際信使》一書當中，他談到了亞里士多德的這個學說，并論證說：

假如把一重一輕兩個物體拴在一起，那么按照亞里士多德的理論，勢必是重的（快的）物體要被輕的（慢的）物體拖慢，而輕的要被重的拖快，也就是會得到某種折中的速度；

可是，兩個物體拴在一起，又可視為一個新的物體，而這個物體的總重量比原來兩個都重，那么下落的速度應該比之前的兩個物體都更快才對。

伽利略認為，這個兩個結果是自相矛盾的，唯一能夠協調二者的辦法，就是修改理論，認定自由落體下落的速度與物體本身的重量沒有關系，無論輕重其“理想速度”應該一樣（之后的牛頓會告訴人們，其瞬時速度由重力加速度和時間決定），這樣理論才能夠重新完美。

于是伽利略完成了“對現象的拯救”。

所以你看，現實中的伽利略是動了動他那顆智慧的腦袋，用理性推演而不是“兩個鐵球”，擊碎了亞里士多德的理論，他壓根沒去爬塔。

其實，即便他真爬塔做了那個實驗，與他同時代的那些“亞里士多德主義者”們也不會承認實驗的權威性——那個時代學者對亞里士多德思想的信仰，是不會被這種實驗動搖的。“兩個鐵球”的實驗做一千次，也不如伽利略這短短幾行字論證有用。

為什么？為什么思維的論證有時比實驗的論證更有力量？

這就涉及到一個更深的問題了：亞里士多德的思想到底魅力何在？伽利略之前，歐洲人為什么將之奉為圭臬？

3

我們今天讀科學史，很容易會對亞里士多德這個人產生一種偏見，覺得這家伙就是一個科學界的“錯題本”，他在物理學、化學、生物學上的很多說法都是錯誤的，其存在的意義就是為了被伽利略這樣的后浪所推翻、打臉。

可匪夷所思的是，一些真正的科學家，像愛因斯坦、霍金等人，又非常推崇這個人。愛因斯坦甚至說亞里士多德是人類歷史上“第一位科學家”，霍金則認為后來所有科學家都是亞里士多德精神的繼承者，甚至所有現代人的思維方式也是在沿著他的路徑前行。

那么，想錯了一堆事兒的亞里士多德，到底想對了什么，能當此殊榮呢？

這就要從古希臘哲學的起源開始談起了。

你在中學歷史課上可能學過一些古希臘具有“樸素唯物主義”哲學觀的哲學家，比如赫拉克利特。

這個人就很了不起，他提出了原子說，并認為萬物都處于不斷的變化之中，列寧就對推崇備至，稱其為辯證法的奠基人。

看上去，堅持唯物論的赫拉克利特似乎更適合贏得那頂“第一科學家”的桂冠。

但赫拉克利特的思想中有一個致命的問題，就是他過于“唯物”了，他不相信自然界中有“偶然性”的存在，他認為自然界發生的一切都是必然，是一團“過去、現在、未來永遠是永恒的活火”，會“在一定分寸上燃燒,在一定分寸上熄滅”，所以一切都是必然的。如果赫拉克利特見過鐘表，他會像后世的“機械唯物論”者費爾巴哈一樣，認為世界的一切都像鐘表一樣在運行。

但這樣認識世界，會出現一個問題，那就是人容易沉醉在復雜的表象世界中，無法透過現象把握規律。

舉個例子，如果“守株待兔”這個故事發生在古希臘，赫拉克利特會認為“兔子撞在樹樁上”這個偶然事件一定也是他所認為“世界秩序的活火”中的一部分，然后就事論事的說出個所以然來。

可以想見，人類的科學研究如果沿著赫拉克利特的這個思路演進下去，那么我們就將陷入偶然性的迷霧當中“守株待兔”，永遠無法透過現象把握自然界的真實規律。

認識到“樸素唯物主義”存在這種思維漏洞的，恰恰是被我們中學課本批判為“唯心主義”的鼻祖、亞里士多德的老師柏拉圖。

柏拉圖認識到一個問題，這個世界上眼見與耳聽也許并不為實。我們所見識到的這個“現實世界”與真正存在的“真實世界”之間，很可能是存在距離的。

為此柏拉圖舉了一些例子，比如“圓”這種東西，我們現實當中其實并沒有真正看到過，你用再精密的工具畫一個圓，它依然會有一些地方在偶然的干擾下是不圓的。

可是，為什么所有人都會認定有“圓”這樣一種概念存在呢？以至于當我們看到接近這個概念的東西的時候，我們會說這個東西“很圓”。

仔細想想，其實你從來沒有見過一個完美的圓吧？

柏拉圖認為，這是理念世界使然，他認為理念世界是比現實世界更真實的存在，現實世界不過是理念世界的一個拙劣的模仿和投影。

因此他提出了“洞穴假設”。帕拉圖說，我們所生活的現實世界，就好比一個洞穴，外面的光影子投射到墻壁上。而我們則被繩索禁錮起來，只能看到墻上的投影，然后我們就以為墻上的投影是世界的本原，因此無法洞悉世界的真相。（這話明顯是奔著揶揄“樸素唯物論”去的）但其實我們不知道那只是外在世界在里面的投影而已，在洞穴之外，應該有一個更真實、更完美的世界存在，人類的“靈魂”可以通過“回憶”去除遮蔽，完成對知識的認知。

柏拉圖管那個世界叫“理念世界”，而這種知識叫“真理”（a-letheia）——真理在希臘語中，就是否定性前綴“不”加一個動詞詞根“被遮蔽”。去除表象的遮蔽，你才能認識真理。

所以你看，很有意思，今天我們認為“唯物”的科學家追求的那個“真理”，恰恰是柏拉圖這個“唯心論”者為了反對“樸素唯物論”所造出的一個概念。

我們所有現代人在思考問題時不自覺的認定，世界在我們所看到的現象之上，還有更高一層的“真實”時，其實都是在用柏拉圖的方式去思考問題。

但是，柏拉圖的這套創新理論體系受到了他學生亞里士多德的有條件反對。

亞里士多德認為，他老師所主張的“理念世界”與現實世界的關系太疏離了，甚至認為感官認知無法成為知識的來源。但真理其實沒有必要完全脫離現實世界，去找一個理念世界單獨存放，它可以回歸現實世界，就在此界當中——當然，它也不像赫拉克利特所認為的那樣，就是事物本身。

于是，亞里士多德完成了一次在唯物主義與唯心主義之間的“偉大的調和”。亞里士多德認為：真理既不存在于客觀事物中，也不存在于我們的思想中，而只在人類對事物的認識與判斷之中。

在此基礎上，亞里士多德對“真理與偶然”這對概念進行了辨析。

在他的論述當中，“偶然”這種概念與發生的次數是無關的，所以不與“必然”相對立，但卻與“真實”相對立 ——

比如夏天是炎熱的。這是一種“真實”，或者說炎熱是夏天的“本性”。即便有些夏天不那么熱，甚至下雪，也不會動搖人們“夏天很熱”的觀念，因為人們會認為不熱的夏天是“偶然”。

再比如，善于奔跑是馬的“本性”，但如果有些馬體弱或衰老、傷病或殘疾，那么這就是個“偶然”，這種“偶然”即便能長期存在，將某匹馬善于奔跑的本性徹底遮蔽了，也并不應影響我們擁有“馬善于奔跑”這個認知。

亞里士多德進一步指出，只有真實的、必然性的對象才是值得被科學（他所謂的“物理學”）所研究的，而偶然事物是不可被研究的。人類理性思辨的目的，就是為了在現象與經驗當中去蕪取精，摒除偶然因素干擾，“提純”出真正的科學（物理學）。

聊到這里你有沒有發現，亞里士多德的這套思想，其實已經非常接近現代科學對自然的研究方式了。

如果你做過科學實驗，就會有這種經驗，在實驗當中，誤差這種“偶然”幾乎是無法被摒除的，很多實驗統計真正列到坐標系當中去之后，都只是一堆散點而已。

那么科學家怎樣承認并“忽視”誤差，在雜亂的散點中劃出一條曲線，從而總結和把握其中的規律呢？

這其實就歸功于亞里士多德的偉大調和。是他啟示了后人——人類需要尊重經驗，但又不能完全匍匐于經驗腳下，把偶然也當成了真知。因為真理并不存在于客觀事物中，也不存在于純粹的理念中，而存在于人類對事物的認識與判斷之中。

這也間接解釋了“李約瑟難題”——為什么包括中國在內的很多古文明，曾有非常先進的技術，但卻沒有爆發“科學革命”？

原因可能就在于，其他文明都少了這樣一次對唯心與唯物的思辨與調和。

在近代以前，大多數文明，要么因樸素的唯物，而沉迷在了經驗的森林中，無法摒除“偶然”去總結和把握規律。

要么則如柏拉圖一樣，因過度推崇彼岸的“理念世界”而陷入了宗教的迷思當中。

而歷史證明，徹底的唯心主義和樸素的未經改造的唯物主義，都是不能孕育科學的。

而歐洲文藝復興時代科學精神的初曙，恰恰來自于中世紀晚期“新亞里士多德主義”的流行。歐洲人是從學習并揚棄亞里士多德的思維方式當中，逐漸摸進現代科學的門庭的。

寬泛的說，近代以來所有科學家（包括伽利略本人），其實都是“新亞里士多德主義者”，因為科學思維本身，就是這樣一種既不完全唯心、也不徹底唯物的亞里士多德主義精神的延伸。

所以亞里士多德被稱為“第一位科學家”當之無愧，他是研究科學所需的那種認知論的締造者。

4

繞了這么一大圈，我們再來解釋之前的那個問題：為什么伽利略其實無法用“兩個鐵球同時落地”這樣一場實驗去打破亞里士多德的相關論斷？

因為伽利略和他的科學同行們都是亞里士多德主義者，而亞里士多德主義者是認定經驗與真知之間隔著一層“偶然”的面紗的。想象一下，如果伽利略真的拿“兩個鐵球”的實驗為依據試圖推翻亞里士多德，那么他的反駁者就會抬杠：“你怎么知道你的實驗不是一種偶然（特殊情況 ）呢？為什么不拿一顆鐵球和一根羽毛試一下呢？什么？你說鐵球和羽毛才是受不可控因素干擾產生的偶然？你憑什么這么認定？憑什么“偶然”的亞里士多德討論的石塊與羽毛，而不是你討論的兩個鐵球呢？”

你看，如果試圖以單純的實驗去推翻亞里士多德，就會陷入這種對“到底誰是偶然”的爭吵中。所以這條路在亞里士多德親自構建的認知體系當中是走不通的，想在亞里士多德的體系里打敗亞里士多德，就必須像真實的伽利略所做的那樣，進行一番理念上的推演，揭示舊理論體系的自相矛盾之處，并通過理性思索，得出唯一合理的解釋。

而請注意，這個過程其實是不以實驗為準，是完全“唯心”的——或者更確切的說，是完全“唯理”的。

一個學者，即便一個實驗不做，完全不依靠經驗，他也可以通過伽利略討論方法，得出不同重量的物體在理想狀態下應該同時落地的結論。

所以劇版《三體》當中，汪淼對著孩子上課，拿兩個鐵球落地說明物理學是“不能靠想象，不能靠推測，而是要通過踏踏實實的實驗”。這一段雖然很燃，但屬于典型的胡扯，事實上物理學史上幾乎所有重大的突破，都是想象和推測先行，而實驗的驗證總是姍姍來遲——無論是伽利略對自由落體問題的討論，牛頓對萬有引力，愛因斯坦的相對論，還是霍金的黑洞假說，在他們把理論提出來的時候，都還什么驗證實驗都沒做，真正的驗證實驗，都在幾十甚至上百年之后。

所以物理學乃至一切科學，恰恰不是“唯實驗”的，實驗對科學存在的目的僅僅在于對理論的驗證與修正，如果沒有先驗的認知和理念存在，那么即便你作一百次實驗，得到的也僅僅是一百個數據而已，屁的科學規律你也總結不出來。

談到這里，我們就不得不說《三體》（無論是原著小說還是劇版）在科學觀一直存在的一個硬傷——大劉雖然寫科幻，但可能并不理解真正的科學精神和科學家是怎樣的。他想當然的把科學家塑造了一幫樸素唯物的、唯實驗論的科學教徒。于是一旦高能粒子對撞實驗被智子干擾。他們立刻就要喊什么：“物理學不存在！物理學從來沒存在過！”然后鬧著要自殺……

這非常荒誕，現實中不會有一個真正具有科學精神的人會這樣幼稚而偏執的去思考問題，為一個實驗的驗證失效而否定整個物理學。

我們不妨說個愛因斯坦的例子——1919年，為了驗證愛因斯坦的廣義相對，愛丁頓遠征非洲，去通過日食觀察太陽引力對星光的彎曲效果。實驗結果公布前，有人就問愛因斯坦，說如果這次實驗結果不能驗證您的理論，您打算這么辦？愛因斯坦哈哈一笑，說：那我倒是真的好奇，這個理論如此優美，那顆星星就應該在那里！

類似的例子還有牛頓，在總結了萬有引力之后，英國海軍曾經找上他，希望他能依據自己的理論搞一份精密的月相表，這就需要精確測算月球的軌道了。

可是牛頓搞了半天，發現他無論如何都算不準——原因我們現在知道了，因為地日月三星的關系，是一個三體問題，很難準確測算。但失敗的牛頓作何反應了呢？他把自己的萬有引力定律撕成紙片，說什么“物理學不存在”了么？

沒有，牛頓只是淡淡的說了一句“反正我的理論一定是正確的”，然后就拋下這份工作忙別的去了。

類似的故事，還有達爾文在遭遇“孔雀的尾巴”的問題時，卡文迪許面對惰性氣體問題時……幾乎所有學科的正經科學家，在面對與自己理論相矛盾、想破頭也解釋不了的實驗數據時，都比《三體》里表現的那幫人格障礙患者們皮實太多了。

這就是因為自亞里士多德之后所有科學家的思維方式——科學家的確重視實驗，但并不唯實驗論，因為他們知道真理并不存在于客觀事物中，而存在于人類對事物的認識與判斷之中。

我的理論是美的，如果實驗效果不如預期，那應該實驗出了問題，也就是亞里士多德所謂的“偶然”，如果實驗總出問題，“偶然”升格為了一種“實在”，那我要思考的也是這種“實在”究竟為何會發生。而不是急吼吼的一哭二鬧三上吊，喊什么“xx學不存在了！”——這也太不科學了。

其實在劇版《三體》中，導演應該也看出了原著這個情節的不合理，原創了不少劇情給大劉找補——劇中曾讓丁儀在楊冬的實驗被干擾的時候勸她：這樣的事兒很常見么，實驗不如預期你就多做幾次么……

我看到這一段的時候都笑噴了，因為我身邊從事科研工作的那些朋友真的經常這樣聊以自慰。很少有人真因為實驗做不出來而推翻自己的理論，更遑論跑去自殺了。

但無奈的是，雖然導演編了很多原創情節找補，因為原著底子在那里，所以劇版《三體》依然是一部把科學家和科學精神黑出翔了的電視劇，里面的學者與其說像科學家，不如說更像一群披著科學家白大褂的宗教徒，輕而易舉的就能被實驗結果打擊，宛如教徒會為一個神跡的呈現就把自己或他人獻祭一樣。

而如前所述，早兩千年前，從亞里士多德時代起，真正的科學家、以及真正具有科學精神的人，早就不這樣認知世界、思考問題了。

想起上篇《》一位朋友的妙評：《三體》就是一幫原始人用他們的原始理念在搞科研、搞社會、搞宇宙，最后搞砸了的故事。

只能說，無論文科還是理科，無論社會學還是物理學，《三體》對世界的理解都過于低幼了。

5

100年前的新文化運動中，中國進步知識分子們打出了“德先生”（民主）與“賽先生”（科學）這兩面大旗。

然而，就如同時至今日大多數受眾對民主的理解仍然充滿扭曲與謬誤一般。從《三體》對科學精神的誤解之深和它的走紅之火中，我們不難看出，我們的社會對到底什么是“科學精神”這個問題，也是存在著極深刻的誤解的。

大多數人簡單的把“科學”等同于“唯物主義”，于是就像劇中的汪淼說的那樣，以為科學就是“做實驗”，所謂“物理學不靠想象，不靠推測，要通過踏踏實實的實驗”。

這就倒向了經典的“唯實驗論”，進而像《三體》小說里那樣，一旦實驗做不成、或者受到了遮蔽了，學者們立刻失了主心骨，喊“物理學不存在了！”

而這種偏激在被極化之后又常常走向自身的反面，把科學家都想成一群“唯心”的科學教徒，似乎什么行為，只要套上了“為了科學”這幾個字，就立刻可以變得光輝、神圣無比，有了天然的正確性，大膽去做就對了。

這兩種謬誤在大劉的小說中經常交替出現，我們不否認它來源于生活，它也許就是現實生活中很多人對科學精神錯誤理解的文學體現。

但事實上，就像“民主并不神秘，它只是一種生活方式”一樣，科學也并不神圣，它只是一種認知方式。

這種認知方式并不完全是“唯物”的（至少不是“樸素唯物主義”或“機械唯物主義”），因為它要求人們不能迷惑于紛繁復雜的現象，而要時刻意識到現象之上存在著更本質的真知。

這種認知方式也不完全是“唯心”的，人類通過理性推得的真理，不能完全在理念世界中放飛自我，而需要回到實踐中進行驗證與修正。

這種既不完全唯物，也不完全唯心的思維方式，就是亞里士多德當年的那種認識論的升級版。它經過伽利略、牛頓等人的升級、修正，時至今日，依然是科學的軸心骨。

所以我覺得，一個人無論學文還是學理，讀一點哲學、尤其是亞里士多德的哲學書還是必要的。這總好過你看上三四遍《三體》然后被里面魔怔的科學家們帶歪。

真正的科學精神，不是大劉所說的那種一遇到遠高于自己的超科學技術，馬上失了方寸、下跪或者上吊的慫包。

那叫慕強，不叫科學 。

真正的科學精神，是同時翱翔在理念與現實之間，既不唯物也不唯心、但卻比兩者都更堅定的認知論。

就像思想不懼子彈，這種認知論不怕忽悠。真碰上了智子這種開掛神器遮蔽了一種實驗，人類也能通過思辨或者其他實驗拼上兩下子，因為類似的故事，在科學史上一再發生過。你看伽利略，就從沒真到比薩斜塔上丟過鐵球。

人類的現代文明大廈，就建立在這種偉大的認知論之上。所以我們說德先生與賽先生一起撐起了人類的現代文明，這所言非虛。

最后說一句，如果你真以為科學家會是《三體》里說的那個樣子，那只說明你并不理解什么是真正的科學——就像你如果真認同《三體》的民主無能論 ，也只能說明你不理解什么是真正的民主一樣。

全文完

來源：海邊的西塞羅

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