对艾萨克·牛顿第一运动定律的细微误译,在三个世纪以来一直未被察觉,如今为我们深入了解这位开创性的自然哲学家在奠定经典力学基础时的想法提供了新的视角。
第一运动定律通常被解释为“运动中的物体倾向于保持运动,静止的物体倾向于保持静止。” 但是,关于惯性的这个看似显而易见的公理的历史却很复杂。 牛顿在他 17 世纪的拉丁文著作《自然哲学的数学原理》中写道:“除非受到外力迫使而改变其状态,否则每个物体都保持其静止状态或匀速直线运动状态。”
弗吉尼亚理工大学的哲学家丹尼尔·霍克说,几个世纪以来,许多科学哲学家将这种措辞解释为关于不受任何力作用的物体。 例如,1965 年,牛顿学者布赖恩·埃利斯将他解释为:“不受力作用的每个物体都保持其静止状态或匀速直线运动状态。” 但霍克说,这有点令人费解,因为宇宙中没有不受外力作用的物体。 为什么为不存在的事物制定定律呢?
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在最近发表在《科学哲学》杂志上的论文中,霍克认为,牛顿无意使用第一定律来指代假想的、无力的物体。 他说,牛顿使用拉丁语“除非”(nisi quatenus)并非旨在明确该定律仅指此类物体,而是为了指出运动的变化仅在外力迫使的情况下才会发生。 换句话说,霍克写道,更好的解释应该指的是所有物体:“物体运动状态的每一次改变都是由于外力造成的。”
这种差异可能看起来相当学术化——毕竟,牛顿的理论已被阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论所取代。 但安大略省西安大略大学物理学哲学史学家罗伯特·迪萨勒说,爱因斯坦是在牛顿的基础上建立起来的。 迪萨勒说,人们一直使用对牛顿第一定律的误解来论证爱因斯坦和牛顿的理论存在根本的哲学分歧。 特别是,有人抱怨牛顿第一定律是循环论证。 它说,无力的物体沿直线运动或保持静止,但你怎么知道它们是无力的呢? 嗯,那是因为它们沿直线运动或保持静止。
迪萨勒说:“这篇论文使人们更容易理解为什么这种观点是错误的。” 迪萨勒说,牛顿不仅不打算制定关于假想的无力物体的定律,而且他的同时代人也没有那样理解他。 迪萨勒说:“我认为这是一种人们回顾过去才想到的解释。”
塔夫茨大学哲学家、牛顿著作专家乔治·史密斯说,牛顿的进一步著作清楚地表明,他的第一定律指的是所有物体,而不仅仅是理论上的无力物体。 史密斯说:“第一定律的全部意义在于推断力的存在。” 他说,在牛顿写作的时代,物体需要力才能移动它们是完全不被认可的; 关于物体拥有自身生命力的各种旧理论层出不穷。 例如,亚里士多德认为天体是由一种叫做以太的理论物质构成的,并且自然地以圆形运动。 史密斯说,牛顿在他的著作中拒绝了所有这些旧思想,并指出根本不存在没有力作用的物体。
对牛顿意思的困惑可能持续存在,是因为安德鲁·莫特在牛顿去世后的 1729 年做出的拉丁语到英语的翻译,该翻译使用了“unless”而不是“except insofar”。 霍克说,这是一个细微的差别,但尽管如此,这使得牛顿似乎在谈论无力的物体,而不是解释为什么所有物体都会对外力做出反应。 在此之后,人们“很可能在很大程度上没有回到原始拉丁文”,他说。*
犹他大学物理教育研究员拉蒙·巴特莱米说,新的解释更加完整。 他说,科学家用来传达他们想法的词语可能会对理解产生重大影响,尤其是对于学生而言。 巴特莱米说:“我认为人们仍然在那里谈论这件事真的很有趣。” “这表明仍然存在讨论…… 任何时候我们都可以为学生提供更多参与机会并看到不同的解释,这都是让人们参与物理学的一种令人兴奋的方式。”
*编者注(2023 年 9 月 11 日):此句子在发布后经过编辑,以更好地反映丹尼尔·霍克关于艾萨克·牛顿第一运动定律的英文翻译的评论。