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一只苹果落向地面,砸中了苹果树下思考的牛顿,让他悟出了万有引力。如果没有这只苹果,牛顿还能悟出万有引力吗?
引力世界不直观
根据传说,苹果落地启发了牛顿,这个传说据考证只是牛顿的一句玩笑话。牛顿和许多人一样,也用好奇的眼睛
观察在天空中划过的太阳、月亮和行星,想破解它们的运行秘密。最终他想到,是引力让地球上的各种物体比如苹果有落向地心的趋势,也同样是这种引力,让月球停留在绕地球公转的轨道上。
牛顿敏锐地抓住了月球和苹果之间的共同性质,比如它们都是固体,都在空间中以一定速度穿行而过。但是除此之外,月球和苹果的差别实在太大了,从直观上看,月球根本不会落到地面上,而是奇迹般地一直悬挂在天空中。如果我们从直觉上考虑,认为月球在一条透明的轨道上运动,或者天空中有一个巨大的漩涡,而月球就在漩涡的边缘盘旋,甚至认为月球只是天庭上的一个不太明亮的火球,这些解释也都还说得通。
所以我们不得不佩服牛顿深邃的洞察力,能够看到操纵这两个截然不同的物体运动的引力。他打破了直觉给思考问题带来的障碍,从数学的角度描述了苹果和月球的运动,并引入引力的概念来表示各种运动。他在人类历史上首次提出,在天空上适用的物理学规律和在地面上适用的物理学规律是相同的。这个思维的确很伟大,毕竟引力是一种看不见、摸不着的东西,多少有点违反人类的直觉。虽然自爱因斯坦以来,人们已经用时空弯曲替代万有引力来解释许多物体的运动,但时空弯曲一样不直观,而牛顿让人们对直觉产生了怀疑,开托了后来科学家的思路。
没有苹果的地外星球
我们居住的星球上到处都是坚硬的东西,连我们自身也可以看成是固体,我们还能够看到巨大的固体岩石型物体,比如月球和在天空中穿行的金星、火星等等。所以地球上的科学家会认为,世界是由微小的坚硬粒子组成的,粒子之间靠引力相互作用。
但是,外星人居住的星球上,很可能没有苹果这样的东西。因此外星牛顿不太可能从苹果落地想到万有引力。实际上,外星人的周围环境也许和地球环境差距很大。想一想太阳系中的海王星和天王星,它们的表面被液态的物质所包围。外星人的星球也许并不是岩石质的,而是液态的。到处都是流体,像苹果这样坚硬的固体几乎看不到。
再进一步设想,外星人的星球周围也没有自己的卫星,所以除了遥远的一团火焰般的本星系的恒星,外星人的天空中再无明显的运动天体。于是,外星牛顿不仅失去了苹果,还失去了月亮甚至土壤,他还能从自然界中悟出万有引力吗?
液态星球上的外星人当然不能纯粹是一团液体,它们也会有自己的身体表面,类似我们的皮肤一样的东西。它们的模样也许和地球上的水母很相似,它们依靠捕捉汪洋大海中的营养物质或其他低等生物为生,而那些生物也都是软躯体的。这种软躯体的生物一旦进化出智慧生命,恐怕难以很快从自然界中发现引力的奥秘。外星牛顿会把充斥在周围的海洋想象成一颗颗微小的坚硬小球,彼此之间依靠引力联系在一起吗?对于成长于液态环境的外星牛顿来说,这绝对不可能,太荒诞了!宇宙应该是被液体充满的,大海中没有空隙可言。
外星牛顿无法发现万有引力,至少在它们的科学还不很发达的时候,一时还无法发现万有引力。但这并不妨碍它用另外一种理论来解释世界。
外星人的万有磁力
我们地球人对牛顿提出的引力世界实在太熟悉了,甚至把引力推而广之,试图用它来解释一切。我们在望远镜中发现,各种天体都遵循着牛顿的万有引力定律运转着。当我们研究微观的原子时,我们发现了“微小的太阳系”:电子绕着原子核运动,就像行星绕着太阳运动一样。我们很自然地会以为,电子和原子核也在遵循万有引力定律。
但是,在电子和原子核之间起作用的并不是引力,而是电磁力。当我们说原子围绕原子核运动时,这种想法其实只是对真实情况的十分粗糙的近似而已。电子的分布并没有什么直观的轨道,电子的位置飘忽不定,时而出现在这里,时而出现在那里。
由于环境的影响,液态星球上的外星牛顿可能更关注微观的东西,而非宏观的天体。于是,它们的科学界很可能先发明出探索微观世界的显微镜,而不是观察太空的望远镜。在微观世界中,电磁力起着至关重要的作用,而引力反而退居二线。这样,外星牛顿会首先发现,电磁力真是一种奇妙的东西,它控制了大海中的巨浪和潜流,也控制了原子中的电子运动。电磁力控制了万物,因此可以把其称为“万有磁力”。
外星牛顿建立的原子模型绝对不是由坚硬的电子小球和原子核小球构成的,他更愿意把原子想象成液滴,把里面的电子想象成在液滴中游走的潜流,把原子核想象成位置相对固定的漩涡。外星牛顿的这种原子模型是不是很可笑?
收起我们的笑容吧!这种模型至少比我们试图用万有引力来解释原子结构要科学得多,甚至比起我们用电磁力解释的原子模型也毫不逊色,甚至还更优越一点。原因是,根据量子理论,电子属于量子之一,它的状态根本就是所谓的叠加态,它可能同时在左旋,也在右旋,只有当外界观察到它时,它的各种状态才坍塌了,展现给我们一个固定的状态、一个固定的位置。正因为如此,地球人用电子云来表示电子在空间中出现的概率。谁的电子更像电子云?是地球人经典的固体电子小球,还是外星人古怪的液态电子漕流?当然是后者。
外星牛顿们在踏入真正的科学殿堂时,可能首先用万有磁力来解释世界,而不是地球人的万有引力。从电磁力出发,外星牛顿们逐渐发现了一些奇怪的现象无法用磁力来解释,比如原子核里的质子和中子之间的作用与万有磁力不符合,当它们终于发明了望远镜后,对自己的星球与恒星之间的作用也感到莫名其妙。于是,弱力、强力和引力相继被它们发现了,它们和地球人在物理学上殊途同归了。但是,它们绝对不会把引力叫做“万有引力”,那个地位是属于电磁力的。
沿着万有磁力的科学道路向前走,外星科学家们甚至会更容易提出量子理论,因为量子的不确定性正好和汪洋大海中肆意流淌的水流有相似之处,而与坚硬的苹果相差甚远。在外星哲学家眼中,世界万物本来就不是由孤立的固体组成的,而是由各种各样的流体组成的,微观世界和宏观世界是统一的,都具有流动的性质。
在外星牛顿眼中,苹果可不是一个纯粹的固体,苹果释放的气味甚至反射的光也是苹果的一部分。我们可以把苹果看作一种特殊的流体,不是么?
(选自《科学之谜》)
引力世界不直观
根据传说,苹果落地启发了牛顿,这个传说据考证只是牛顿的一句玩笑话。牛顿和许多人一样,也用好奇的眼睛
观察在天空中划过的太阳、月亮和行星,想破解它们的运行秘密。最终他想到,是引力让地球上的各种物体比如苹果有落向地心的趋势,也同样是这种引力,让月球停留在绕地球公转的轨道上。
牛顿敏锐地抓住了月球和苹果之间的共同性质,比如它们都是固体,都在空间中以一定速度穿行而过。但是除此之外,月球和苹果的差别实在太大了,从直观上看,月球根本不会落到地面上,而是奇迹般地一直悬挂在天空中。如果我们从直觉上考虑,认为月球在一条透明的轨道上运动,或者天空中有一个巨大的漩涡,而月球就在漩涡的边缘盘旋,甚至认为月球只是天庭上的一个不太明亮的火球,这些解释也都还说得通。
所以我们不得不佩服牛顿深邃的洞察力,能够看到操纵这两个截然不同的物体运动的引力。他打破了直觉给思考问题带来的障碍,从数学的角度描述了苹果和月球的运动,并引入引力的概念来表示各种运动。他在人类历史上首次提出,在天空上适用的物理学规律和在地面上适用的物理学规律是相同的。这个思维的确很伟大,毕竟引力是一种看不见、摸不着的东西,多少有点违反人类的直觉。虽然自爱因斯坦以来,人们已经用时空弯曲替代万有引力来解释许多物体的运动,但时空弯曲一样不直观,而牛顿让人们对直觉产生了怀疑,开托了后来科学家的思路。
没有苹果的地外星球
我们居住的星球上到处都是坚硬的东西,连我们自身也可以看成是固体,我们还能够看到巨大的固体岩石型物体,比如月球和在天空中穿行的金星、火星等等。所以地球上的科学家会认为,世界是由微小的坚硬粒子组成的,粒子之间靠引力相互作用。
但是,外星人居住的星球上,很可能没有苹果这样的东西。因此外星牛顿不太可能从苹果落地想到万有引力。实际上,外星人的周围环境也许和地球环境差距很大。想一想太阳系中的海王星和天王星,它们的表面被液态的物质所包围。外星人的星球也许并不是岩石质的,而是液态的。到处都是流体,像苹果这样坚硬的固体几乎看不到。
再进一步设想,外星人的星球周围也没有自己的卫星,所以除了遥远的一团火焰般的本星系的恒星,外星人的天空中再无明显的运动天体。于是,外星牛顿不仅失去了苹果,还失去了月亮甚至土壤,他还能从自然界中悟出万有引力吗?
液态星球上的外星人当然不能纯粹是一团液体,它们也会有自己的身体表面,类似我们的皮肤一样的东西。它们的模样也许和地球上的水母很相似,它们依靠捕捉汪洋大海中的营养物质或其他低等生物为生,而那些生物也都是软躯体的。这种软躯体的生物一旦进化出智慧生命,恐怕难以很快从自然界中发现引力的奥秘。外星牛顿会把充斥在周围的海洋想象成一颗颗微小的坚硬小球,彼此之间依靠引力联系在一起吗?对于成长于液态环境的外星牛顿来说,这绝对不可能,太荒诞了!宇宙应该是被液体充满的,大海中没有空隙可言。
外星牛顿无法发现万有引力,至少在它们的科学还不很发达的时候,一时还无法发现万有引力。但这并不妨碍它用另外一种理论来解释世界。
外星人的万有磁力
我们地球人对牛顿提出的引力世界实在太熟悉了,甚至把引力推而广之,试图用它来解释一切。我们在望远镜中发现,各种天体都遵循着牛顿的万有引力定律运转着。当我们研究微观的原子时,我们发现了“微小的太阳系”:电子绕着原子核运动,就像行星绕着太阳运动一样。我们很自然地会以为,电子和原子核也在遵循万有引力定律。
但是,在电子和原子核之间起作用的并不是引力,而是电磁力。当我们说原子围绕原子核运动时,这种想法其实只是对真实情况的十分粗糙的近似而已。电子的分布并没有什么直观的轨道,电子的位置飘忽不定,时而出现在这里,时而出现在那里。
由于环境的影响,液态星球上的外星牛顿可能更关注微观的东西,而非宏观的天体。于是,它们的科学界很可能先发明出探索微观世界的显微镜,而不是观察太空的望远镜。在微观世界中,电磁力起着至关重要的作用,而引力反而退居二线。这样,外星牛顿会首先发现,电磁力真是一种奇妙的东西,它控制了大海中的巨浪和潜流,也控制了原子中的电子运动。电磁力控制了万物,因此可以把其称为“万有磁力”。
外星牛顿建立的原子模型绝对不是由坚硬的电子小球和原子核小球构成的,他更愿意把原子想象成液滴,把里面的电子想象成在液滴中游走的潜流,把原子核想象成位置相对固定的漩涡。外星牛顿的这种原子模型是不是很可笑?
收起我们的笑容吧!这种模型至少比我们试图用万有引力来解释原子结构要科学得多,甚至比起我们用电磁力解释的原子模型也毫不逊色,甚至还更优越一点。原因是,根据量子理论,电子属于量子之一,它的状态根本就是所谓的叠加态,它可能同时在左旋,也在右旋,只有当外界观察到它时,它的各种状态才坍塌了,展现给我们一个固定的状态、一个固定的位置。正因为如此,地球人用电子云来表示电子在空间中出现的概率。谁的电子更像电子云?是地球人经典的固体电子小球,还是外星人古怪的液态电子漕流?当然是后者。
外星牛顿们在踏入真正的科学殿堂时,可能首先用万有磁力来解释世界,而不是地球人的万有引力。从电磁力出发,外星牛顿们逐渐发现了一些奇怪的现象无法用磁力来解释,比如原子核里的质子和中子之间的作用与万有磁力不符合,当它们终于发明了望远镜后,对自己的星球与恒星之间的作用也感到莫名其妙。于是,弱力、强力和引力相继被它们发现了,它们和地球人在物理学上殊途同归了。但是,它们绝对不会把引力叫做“万有引力”,那个地位是属于电磁力的。
沿着万有磁力的科学道路向前走,外星科学家们甚至会更容易提出量子理论,因为量子的不确定性正好和汪洋大海中肆意流淌的水流有相似之处,而与坚硬的苹果相差甚远。在外星哲学家眼中,世界万物本来就不是由孤立的固体组成的,而是由各种各样的流体组成的,微观世界和宏观世界是统一的,都具有流动的性质。
在外星牛顿眼中,苹果可不是一个纯粹的固体,苹果释放的气味甚至反射的光也是苹果的一部分。我们可以把苹果看作一种特殊的流体,不是么?
(选自《科学之谜》)