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会不会有一天,有人得出更厉害的理论来反驳伽利略和爱因斯坦,像反驳亚里士多德那样?

 UncleYoung 2019-07-06

关于这个问题,我认为从现代科学和古希腊哲学是有本质上的区别。

亚里士多德的理论

其实我们的现代科学,应该说是从古希腊自然哲学这一支,尤其是毕达哥拉斯和柏拉图这一支成长起来的,这支注重逻辑,尤其重视利用几何、代数表达。而且他们的自然哲学其实不像是各大文明那样是有实际的功效的,更多的是纯粹理性地思考。

而亚里士多德其实就是部分继承了毕达哥拉斯和柏拉图的思想,成为了古希腊哲学的集大成者。他非常注重经验。就拿自然落体来说,亚里士多德就是从日常生活得出来的经验。但是虽然亚里士多德也会通过一些小实验来证明自己,或者利用逻辑进行推演,但我们会发现,亚里士多德理论有很多错误,据说,他曾经认为男人的牙齿比女人多,并不认为有必要具体去数一数。这其实也暴露了古希腊自然哲学的一些问题。

现代科学

而现代科学其实起源于哥白尼,伽利略,开普勒,牛顿时代。如果你去翻翻看哥白尼的《天体运行论》,其实你会发现,这本书特别艰深,大量的数学运动和几何分析,对于当时的人来说读起来十分费力,可以说是地心说的托勒密和日心说的哥白尼奠定了现代科学以“数学”为语言,逻辑推演为手段的特点。

开普勒在这一点上做到了极致,仅仅基于第谷20年的观测数据,用笔就演算出了行星的轨道是椭圆的。当然还包括他的开普勒其他的两条定律。

而伽利略则是奠定了科学以“实证”为基础的特点。要求任何的科学理论是要基于实验为基础的,而且实验要尽量排除外界干扰。在这个时代,同样是做自由落体实验,伽利略的实验就排除了许多干扰因素,获得比亚里士多德更准确的理论。

到了牛顿,牛顿则是前无古人后无来者来奠定了科学的范式,如果你翻开牛顿的《自然哲学的数学原理》,你会发现前10多页,都在下定义,我们现在使用的许多物理学定义,比如:质量,密度等都是牛顿下的准确的定义。

除了定义,牛顿把哥白尼,伽利略,开普勒的理念更进一步地进行推广,获得了自己的工作方法。这套范式大概是这样的,它要求研究对象是可以被定义,并且并测量,被量化研究的,其次可以通过大量的实验进行论证,最后这套理论可以被证伪。

后来总结牛顿的工作方法,得出了一个“牛顿的烈焰激光剑”理论,大意就是:

所有不能进行实验和观测的东西都不值得辩论。

使用这套范式研究科学理论使得人类获得了长足的进步,首先是对于天体运动的预测十分精确,甚至可以预言行星的存在,也就是说,科学家仅仅靠笔就可以知道哪个位置上有多大质量的行星,这其实就是现代科学的力量。

误差上的争夺战

自从牛顿奠定了现代科学的范式,现代科学理论之间的对抗就不再是对与错的对抗,而是误差大小的对抗,因此和实验不符的理论基本上都会直接被抛弃,而只有误差可以被接受的理论才能被接受。

而牛顿解决的是人身高到地月球系统(人身高10倍)这个尺度的物理学,在这个尺度下,牛顿力学的精度极高,误差极小。但是到了引力特别大,速度特别快,尤其是大尺度(地球系统10倍以下)时,牛顿的理论就会出现比较大的误差,而爱因斯坦的相对论在这个尺度下拟合得非常好,误差极其小。

而在小尺度,尤其到了亚原子以下(比人身高小10亿倍)时,牛顿力学的误差也会大到无法接受的程度,这时候量子力学弥补了这个空档,这个理论在亚原子的尺度下十分精准,误差极其小。

未来科学的发展

而未来科学的发展,其实不会出现直接驳倒前人的理论的情况,爱因斯坦的相对论在宏观低速的尺度下得出的结果其实是和牛顿理论十分近似的,在小数点后10多位才有差异,这个差异可以忽略不计。同样的量子力学在宏观低速尺度下也能用,而且结果也和牛顿理论是近似的。所以,新的理论将会出现在比之前尺度更大,或者更小的尺度当中,在那些相对论和量子力学还无法解释的尺度里。

而且在更小尺度产生的新理论用在亚原子尺度或者宏观低速的尺度下,和量子力学,牛顿力学是近似的,意思就是说,它可以把量子力学,牛顿力学纳入到自己的理论体系当中;同样的道理也适用于大尺度,更大尺度产生的理论同样需要把相对论和牛顿力学纳入到自己的体系当中,在各尺度的结果都和就理论保持一致,而不是颠覆旧的理论。

所以,新的理论和旧的理论的关系是:新理论可以将旧的理论纳入到新理论的体系当中。

而新的理论的诞生并不是一蹴而就的,这些药我们观测仪器的提升,现在其实我们暂时还做不到看到更小尺度的物理现象,也看不到更大尺度的物理现象。如果我们的观测精度能够再进行一轮提升,能看到更小尺度和更大尺度的物理学现象,并且从中发现和现有理论出现了不可调和的误差时,那就是理论物理学家们发光发热的时候。

因此,新的理论的诞生源自于误差

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