回到前面的公式1,假设宇宙中存在真空,那么这种介质的“黏度”必然是0,如果把公式1中的介质D设为真空的话,那么0就是整个比例式的分母了;但是0不能作为分母,这是违背数学原则的,所以亚里士多德通过反证法得出“宇宙不空”的结论。
这里插播一个小知识:亚里士多德的“以太”正是日后牛顿经典力学中用于构建绝对时空观的“以太”,也是后来导致爱因斯坦发现狭义相对论的“迈克尔逊/莫雷实验”苦苦找寻的“以太”。
至此,“动力因”的框架搭建完毕,回到自由落地问题:首先根据“目的因”,铁球要回归土的自然位置,朝向地面;然后,一旦铁球从开始位置下落,它周围的空气就会对它形成推力,维持向下的运动;至于羽毛,相对于铁球,气所占的比例大一点,所以看似“非常完美”!
但是这里其实有个“大坑”:前面讲到了,亚里士多德认识到了空气阻力,并且他认为空气阻力和体积成正比;而这里,空气又成了推力,并且这个推力是物体周围的空气为了填补物体运动导致的原始位置的“真空”,涌动产生的,显然这个涌动与这个“真空”的大小有关系,而这个大小就是物体的体积,再利用“万物皆数”的比例思想,进而得出推力也是和体积成正比。如此推理,就会得到一个惊人结论:
物体受到的空气推力与空气阻力大小相等,方向相反,那么作用应该相互抵消。 换言之,物体的运动维持与受力无关(结论2)
上述结论与亚里士多德的“动力因”假设矛盾,根据反证法可知:亚里士多德“动力因”是错误的!换言之,力并不是维持物体运动的原因,物体的运动并不需要力的作用。这个结论正是后来伽利略发现、并由牛顿集大成的“惯性定律”!
牛顿
6. 亚里士多德理论的真正弱点分析到这里,我们可以归纳出亚里士多德理论的真正弱点了:
- 缺乏工具和条件,无法直接通过实验检验相同质地的物体的自由下落的时间和速度。
- 由于上述限制,只有退而求其次,利用“万物皆数”的信仰(被证伪)加上有限的控制变量分析(例如,只考虑了体积而忽略了表面积),对质地相同、形状相同但是重量不等的两个物体受到的空气阻力,推导出了错误的结论。
- 为了解决质地不同、重量也不相同的两个物体,受到的空气阻力的求解问题,发展了一套完全基于假设的理论框架,但该框架中存在自我矛盾,因而是失效的。
伽利略应该是看到了上述归纳的弱点1和弱点2,所以他对亚里士多德的理论发起了挑战。这两个弱点,归根结底还是时代的局限性,实验工具和条件都极其有限。到了近2000年之后的伽利略时代、中世纪的欧洲,在计时、测量、制造工艺方面都取得了长足发展,客观上为伽利略做实验奠定了良好基础。但是问题来了:伽利略真的一开始就投入实验吗?按照笔者之前的原创文章和大部分物理学结论其实都是根据思想实验 数学推导,得到大致方向性结论,然后再辅以实验进行验证。而并不是像很多人所想的那样——物理规律的发现完全来自没有方法与策略支撑的实验。那么伽利略是否也做了“思想实验”呢?答案是肯定的。