肉眼看到的只是日落、海浪和星辰运行。费曼在1964年的康奈尔讲座里说,分析之眼能看到其中的节奏和模式——他把这些节奏和模式称为物理定律。
他选择万有引力作为范例,不是因为它简单,而是因为它完整地展示了物理定律如何被建立、被检验、被修正。
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8角分推翻了两千年的圆
第谷长期记录行星位置,精度达到了前所未有的水平。开普勒接手这批数据后,发现火星的位置与圆轨道预测之间存在8角分的偏差。
这个偏差小到几乎可以忽略。但开普勒没有把它归为观测误差,而是放弃了圆轨道,最终得到椭圆轨道、等面积和周期三定律。
费曼用这个例子说明,物理定律不是笼统的哲学,而是从精确观测中提炼出的节奏与模式。相信一条定律时发现的偏差,可能指向另一条新定律。
从落体到海王星
牛顿用力和平方反比把行星运动、地面落体、潮汐、地球形状统一起来。他把月球轨道的下落与地面物体16英尺的下落联系起来,用同一个公式解释。
定律建立之后,检验才真正开始。罗默从木星卫星提前或晚点,推断光传播需要时间。亚当斯和勒维耶从天王星轨道异常,预测了海王星的位置。
水星的偏差则指向另一个方向——牛顿定律不完全精确,需要爱因斯坦修正。费曼还提到,引力的量子理论仍未建立,现有定律在微观尺度仍有未解之处。
数学是语言加推理
费曼强调,数学不只是语言,而是语言加上推理。他用几何和微积分两种方式说明,只要力的方向指向太阳,就可以推出相等时间内扫过相等面积。
他比较了巴比伦式知识网络与希腊式公理体系,认为物理更需要从多个已知命题相互推导。数学能把“力指向太阳”与“等面积定律”这样不同的陈述连接起来。
物理定律往往简单、普适,却不精确。它们必须持续接受实验检验,也必须承认自己的适用边界。
费曼说,只有经过这样艰苦的工作,我们才能有所发现。一条定律如果是正确的,就可以用来找到另一条定律。
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