- 自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理
- (英)艾薩克·牛頓
- 7447字
- 2023-04-04 19:11:39
定義
定義1
物質(zhì)的量可根據(jù)物質(zhì)的密度和體積算出。
想得到4倍物質(zhì)的量的空氣,需要將空氣的密度和容納的空間各提升1倍;想得到6倍物質(zhì)的量的空氣,容納的空間則需要擴(kuò)大2倍。任何可通過壓縮或液化而凝固的物體,比如雪、微塵或粉末等,都可以用這樣的計(jì)算方法。
或許有一種神奇的介質(zhì),能夠暢行于物體各部分間的縫隙中,在這里我不對(duì)這種介質(zhì)進(jìn)行過多考慮。回歸正題,我所說的物體或物質(zhì)的量就是這個(gè)量,這個(gè)定義涵蓋所有物質(zhì)的質(zhì)量。通過鐘擺實(shí)驗(yàn),可發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的量與其質(zhì)量是成正比的,這個(gè)實(shí)驗(yàn)會(huì)在后文中詳細(xì)介紹。
定義2
運(yùn)動(dòng)的量可根據(jù)物體的速度和物體的量算出。
物體各部分運(yùn)動(dòng)的總和為整個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)的量。當(dāng)速度不變,物體的量提升1倍時(shí),得到的運(yùn)動(dòng)的量是原先的2倍。如果運(yùn)動(dòng)的量為原先的4倍,那么速度則需要提升2倍。
定義3
物質(zhì)固有的力(vis insita)為抵抗作用力,可以使物體保持靜止?fàn)顟B(tài),或是保持物體作勻速向前運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。
與物體的慣性相同,物質(zhì)固有的力與物體的自身成一定的比例。每一種物質(zhì)都存在慣性,所以改變物體靜止或運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)有一定的困難。因此,物質(zhì)固有的力,也可被稱為“慣性力”。固有的力發(fā)揮作用有一個(gè)前提,就是物體需要有外力加持,并想要改變其自身的狀態(tài)。
站在不同的角度看待固有的力,會(huì)發(fā)現(xiàn)它既是推動(dòng)力,也是阻力。詳細(xì)點(diǎn)說,當(dāng)物體不屈服于外力作用,但外力又想改變物體的狀態(tài)時(shí),固有的力為推動(dòng)力;當(dāng)物體保持自身狀態(tài)抵抗外力時(shí),固有的力則為阻力。
一般情況下,推動(dòng)力屬于運(yùn)動(dòng)物體,而阻力屬于靜止物體。不過,無論是運(yùn)動(dòng),還是靜止,人們很難對(duì)此有一個(gè)明確的區(qū)分。因?yàn)楹芏鄷r(shí)候,我們所認(rèn)為的靜止的物體,并不是真正處在靜止?fàn)顟B(tài)之中。
定義4
物體受外力作用的目的,在于改變物體保持靜止或保持勻速向前運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。
外力的來源多種多樣,常見的外力有拍打、推拉等。外力只存在于作用中,它會(huì)隨著作用的結(jié)束而消失。這是因?yàn)椋瑧T性力會(huì)保持物體的新狀態(tài)。
定義5
向心力是使物體指向中心點(diǎn)的作用力,可以由吸引、排斥或摩擦等任何一力產(chǎn)生。
重力屬于向心力,促使物體傾向于地球中心;磁力也屬于向心力,使物體傾向于磁場中心;還有牽引行星圍繞著恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的力,也屬于向心力。
在投石器上系上石塊,旋轉(zhuǎn)投石器時(shí),石塊也會(huì)產(chǎn)生一種張緊的力。旋轉(zhuǎn)得越快,張緊力就越大。旋轉(zhuǎn)的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種反抗張緊力的力,把石塊不斷拉向投石器,使石頭不斷在環(huán)形軌道運(yùn)行,這種反抗的力也屬于向心力。
所有沿著環(huán)形軌道運(yùn)行的物體都會(huì)產(chǎn)生向心力,既企圖離開軌道,又受到向心力牽引,因?yàn)橄蛐牧εc企圖離開的力相對(duì)抗,在軌道上保持運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。一個(gè)被拋射的物體,因?yàn)橛幸恳拍苈湓诘厍蛏希皇侵本€飛向天空;又因?yàn)樽枇Φ淖饔茫矬w不能做勻速運(yùn)動(dòng)。同時(shí),正是因?yàn)橛幸Φ臓恳矬w才傾向地球偏轉(zhuǎn),而偏轉(zhuǎn)的強(qiáng)弱,取決于物體的運(yùn)動(dòng)速度和引力的大小。引力越小,物質(zhì)的量越小,或運(yùn)動(dòng)的速度越快,物體偏離直線軌道的幅度越小,偏離地球越強(qiáng),物體飛得越遠(yuǎn)。
假設(shè)在山頂發(fā)射鉛彈,設(shè)定某一速度值,發(fā)射方向與地面平行,鉛彈將沿著曲線運(yùn)動(dòng),落在距離山頂2英里1的地面。如果不計(jì)空氣阻力,把發(fā)射速度加倍,那鉛彈運(yùn)動(dòng)的量也會(huì)加倍,發(fā)射速度加到10倍,鉛彈運(yùn)動(dòng)的量也會(huì)加到10倍。可以得出結(jié)論,只要增加鉛彈運(yùn)動(dòng)的速度,就可以增加鉛彈運(yùn)動(dòng)的量,減輕它運(yùn)行軌道的弧度。或許只要運(yùn)動(dòng)速度夠快,鉛彈就可以飛行得足夠遠(yuǎn),落到經(jīng)度10°、30°或90°的位置,甚至環(huán)繞地球一圈再落地,更甚者直接飛離地球,飛向外太空,保持無限運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。根據(jù)這個(gè)原理,拋射物在向心力的作用下可以環(huán)繞地球沿著某個(gè)軌道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
月球環(huán)繞地球的運(yùn)動(dòng)是同樣的道理。月球被引力或某種力牽扯,把這種力拉向地球,偏離原本慣性力所遵循的直線軌道。如果沒有這種引力,月球就無法環(huán)繞地球做環(huán)形運(yùn)動(dòng)。而且這個(gè)力必須是適當(dāng)?shù)牧浚羰翘。虑蚓筒荒茏銮€運(yùn)動(dòng),若是太大,月球就會(huì)被拉向地球。總之,這個(gè)力無論是太大還是太小,月球都無法沿著原本的環(huán)形軌道運(yùn)動(dòng)。至于這個(gè)力的量、特定的位置、拋射的物體以及特性力的曲線路徑,都需要數(shù)學(xué)家經(jīng)過精密地計(jì)算才能得知。
可以說,任何一個(gè)向心力都有三種量,即絕對(duì)度量、加速度度量、運(yùn)動(dòng)度量。
定義6
向心力的絕對(duì)度量,與物體通過中心向四周傳遞的力的效果成正比。
因此,一塊磁石對(duì)另一塊磁石所產(chǎn)生的磁力大小,取決于其尺寸和強(qiáng)度。
定義7
向心力的加速度度量,與物體特定時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的速度成正比。
因此,同一塊磁石,距離越近,向心力越大;距離越遠(yuǎn),向心力越小。同一物體在山谷里的重力大,在山頂上的重力小。物體距離地球越遠(yuǎn),重力就越小,距離地球越近,重力就越大。但是物體距離地面距離相等時(shí),在不同地點(diǎn)產(chǎn)生的重力是相等的。因?yàn)槿绻挥?jì)空氣阻力,不管物體的大小、輕重是多少,下落的加速度都相等,所以重力也相等。
定義8
向心力的運(yùn)動(dòng)度量,與特定時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)成正比。
因此,物體越大,重量越大;相反,物體越小,重量越小。同一物體距離地球越近,重量就越大,距離地球越遠(yuǎn),重量就越小。這種量就是向心力,是整個(gè)物體對(duì)中心的傾向,我稱它為重力。重力的量值總是和阻止物質(zhì)下落的力正好相等,因此人們才對(duì)它有所了解。
為了方便,我們可以把力的這三種量稱為運(yùn)動(dòng)力、加速力和絕對(duì)力。運(yùn)動(dòng)力作用于物體的中心,加速力作用于物體的不同地方,絕對(duì)力作用于力所傾向的中心。也就是說,運(yùn)動(dòng)力作用于物體,由物體的各個(gè)部分組成的,整體向中心傾向的一種合成力。加速力作用于物體的不同地方,是一種由中心向四周擴(kuò)散的,促使物體運(yùn)動(dòng)的力。絕對(duì)力作用于力的中心,是運(yùn)動(dòng)力向四周傳播的前提和基礎(chǔ)。如果沒有絕對(duì)力,運(yùn)動(dòng)力就不可能向四周傳播。絕對(duì)力可能源于處于磁力中心的磁石,也可能源于位于重力中心的地球,或其他不知名的某個(gè)中心物體。這個(gè)概念只限于數(shù)學(xué)表述,因?yàn)槲椰F(xiàn)在所講述的不涉及物體根源和力的物理學(xué)原因。
因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的量等于速度和物質(zhì)的量的結(jié)合,運(yùn)動(dòng)力等于加速力和物質(zhì)的量的結(jié)合。所以,加速力與運(yùn)動(dòng)力的關(guān)系,就如同速度和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。運(yùn)動(dòng)力的量,就是作用于物體的每個(gè)部分的加速力的總和。因此,在地球表面,所有物體的重力加速度或重力所產(chǎn)生的力是相同的,重力的運(yùn)動(dòng)力或重力也與物體相同。同樣的道理,如果物體逐漸離開地球表面,重力的加速度減小,重力也減少,那么其重力減少的量則是重力加速度和重力的乘積。比如,重力加速度減少一半,物體質(zhì)量就是原來的二分之一或三分之一,那么其重力就會(huì)是原來的四分之一或六分之一。
我這里談到的吸引和排斥,與加速力和運(yùn)動(dòng)力是一樣的,并未做任何區(qū)分。因?yàn)檫@些概念只是從數(shù)學(xué)上考慮,而不是從物理上研究的。因此,讀者不要望文生義,把這里的概念和物理學(xué)上的概念相混淆,也不要以為我談到的吸引就是物理學(xué)上引力,或者認(rèn)為我說的某種運(yùn)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)的方式、原因就是真實(shí)的、物理上的概念。
附錄
在這里我已經(jīng)對(duì)那些鮮為人知的概念進(jìn)行了定義,解釋了它們的意義,以便讀者了解和理解。對(duì)于時(shí)間、空間、處所、運(yùn)動(dòng)這些概念,我并未作具體解釋,因?yàn)槿藗兌剂私馑鼈儭2贿^需要說明一點(diǎn),一般人可能無法真正準(zhǔn)確地感知和領(lǐng)悟這些概念,甚至可能會(huì)誤解它們。為了消除人們的誤解,我將這些量分為絕對(duì)的與相對(duì)的、真實(shí)的與表象的、數(shù)學(xué)的與普通的。
1.絕對(duì)的、數(shù)學(xué)的、真實(shí)的時(shí)間,它具有獨(dú)特的特征,均勻地流逝,是延續(xù)不變的,與一切外在事物無關(guān)。而相對(duì)的、普通的、表象的時(shí)間,是可以被感知的,是對(duì)絕對(duì)時(shí)間的一種度量。通常,后者可以被用來代替真實(shí)的時(shí)間,比如一小時(shí)、一天、一月、一年等。
2.絕對(duì)的空間,自身是均勻的、持續(xù)的,永不運(yùn)動(dòng),與一切外物無關(guān)。相對(duì)的空間,是對(duì)絕對(duì)空間的一種度量,或是絕對(duì)空間的移動(dòng)尺度,表現(xiàn)為它自身與物體間的相對(duì)位置。相對(duì)空間一般不可移動(dòng),比如地表以下的空間、大氣中的空間、天空中的空間等,都是體現(xiàn)自身與地球的相對(duì)關(guān)系。不管是在形狀還是大小上,絕對(duì)空間和相對(duì)空間都是相同,但是在數(shù)值上卻存在不同。
比如,假設(shè)地球運(yùn)動(dòng)時(shí),大氣中的空間是相對(duì)的,且相對(duì)于地球是不變的。但是對(duì)于絕對(duì)空間來說并非如此,它在這一刻是這一部分空間,在另一刻則變成另一部分空間。可以說,在地球運(yùn)動(dòng)時(shí),它在絕對(duì)空間中是不斷變化的。
3.處所是空間的一部分,即物體占據(jù)的那部分空間,空間的性質(zhì)決定了它是絕對(duì)的還是相對(duì)的。當(dāng)然,這一部分空間不是物體所在的位置,也不是物體的外表面。因?yàn)橄嗟鹊奈矬w,處所是相等的,但其表面因?yàn)橥庑尾煌煌?yán)格來說,位置不能度量,它只是處所的屬性,并不是處所本身。
物體整體的運(yùn)動(dòng)的量等于各部分運(yùn)動(dòng)的量的總和。也就是說,物體的整體離開處所的距離等于各部分離開處所的距離的總和。因此,物體整體占據(jù)的空間等于各部分占據(jù)空間的總和。也就是說,處所是內(nèi)在的屬性,處于整個(gè)物體的內(nèi)部而不是外表面。
4.絕對(duì)運(yùn)動(dòng),是物體由一個(gè)絕對(duì)處所運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)絕對(duì)處所。相對(duì)運(yùn)功,是物體由一個(gè)相對(duì)處所運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)相對(duì)處所。舉個(gè)例子,一艘航行的船只,里面的物體的相對(duì)處所是所占據(jù)的船只的那部分空間,或是在船艙內(nèi)填充的那一部分空間。物體和船只是共同運(yùn)動(dòng)的。而相對(duì)于船只來說,物體持續(xù)停留在船只上,又是相對(duì)靜止的。
但是,絕對(duì)靜止是物體停留在一個(gè)始終不動(dòng)的空間,這個(gè)空間持續(xù)存在,存在于這一空間的船、船艙、物體共同運(yùn)動(dòng)。所以,假設(shè)地球是真正靜止的,物體相對(duì)于船只也是靜止的,那么物體相對(duì)于地球作絕對(duì)運(yùn)動(dòng),速度和船在地球上的真實(shí)速度相同。假設(shè)地球是運(yùn)動(dòng)的,那么物體也將作真實(shí)的絕對(duì)的運(yùn)動(dòng),這運(yùn)動(dòng)一部分來自地球在不動(dòng)空間的運(yùn)動(dòng),一部分來自船只相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)。假設(shè)物體也在船只上運(yùn)動(dòng),那么它真實(shí)的絕對(duì)的運(yùn)動(dòng)一部分來自地球在不動(dòng)空間的運(yùn)動(dòng),一部分來自船只相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng),還有一部分是自身相對(duì)于船只的運(yùn)動(dòng)。可以說,物體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng),是由這些相對(duì)運(yùn)動(dòng)決定的。
假設(shè),船只所處的地球空間,以10010等分的速度真實(shí)地向東運(yùn)動(dòng),船只則以10等分的速度向西航行,船上的水手以1等分的速度向東運(yùn)動(dòng)。那么,可以得出水手在不動(dòng)空間中向東作真實(shí)的絕對(duì)的運(yùn)動(dòng),速度為10001等分,在地球上向西做相對(duì)運(yùn)動(dòng),速度為9等分。
在天文學(xué)中,絕對(duì)時(shí)間和相對(duì)時(shí)間通常通過表象的時(shí)間差來區(qū)分。因?yàn)樽匀蝗詹⒉幌嗟龋茖W(xué)家為了度量時(shí)間,以便用更精確的時(shí)間測量天體運(yùn)動(dòng),因此糾正了這種不相等性。所有運(yùn)動(dòng)都是加速或減速的,等速運(yùn)動(dòng)或勻速運(yùn)動(dòng)是不存在的,也無法用精確時(shí)間來測定。無論事物的運(yùn)動(dòng)是快、慢還是停止,都是延續(xù)不變的存在,絕對(duì)時(shí)間的流逝也不可改變。因此,這種延續(xù)性應(yīng)該和可被感知的、表象的時(shí)間區(qū)分開,而且可以根據(jù)天文學(xué)的時(shí)差進(jìn)行推算。這種時(shí)差的存在非常有必要,并且可以在某種現(xiàn)象的時(shí)間測定中顯示出來,如擺鐘實(shí)驗(yàn)、測定木星衛(wèi)星的食虧。
時(shí)間間隔的順序是不可改變的,同樣,空間部分的次序也不可改變。假設(shè)空間的一些部分被移出自身,那么它就不屬于該空間了。因?yàn)闀r(shí)間和空間是且始終是它自己以及所有物質(zhì)的處所。事物被置于時(shí)間中,才能表現(xiàn)其在時(shí)間的順序;事物被置于空間中,才能凸顯其在空間的位置。在本質(zhì)上來說,時(shí)間和空間就是處所,所以事物的處所是不可能移動(dòng)的。因此,這些處所是絕對(duì)的,離開這些絕對(duì)處所的運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的運(yùn)動(dòng)。
但是,這一部分絕對(duì)空間是我們看不見的,也無法用感官把其與其他部分空間區(qū)分開,所以我們用可以感知的空間來代替和測量它。為了簡便起見,我們用事物離開某個(gè)我們認(rèn)為的不動(dòng)物體的位置和距離,來定義事物的處所,然后用物體從某一處所移動(dòng)到另一處所的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來定義事物的運(yùn)動(dòng)。
這樣一來,相對(duì)處所和相對(duì)運(yùn)動(dòng)就可以替代絕地處所和絕對(duì)運(yùn)動(dòng),以解決日常生活中各種問題。但是從哲學(xué)領(lǐng)域來講,我們應(yīng)該從感官抽象角度出發(fā),思考事物自身的特性,把其與以感知測量的表象區(qū)分開。因?yàn)橛惺挛锾幩⑦\(yùn)動(dòng)的參照和對(duì)比,所以真正靜止的物體是不存在的。
但是,我們可以根據(jù)事物的自身屬性、原因、效果把事物和事物的相對(duì)運(yùn)動(dòng)與絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)靜止與絕對(duì)靜止區(qū)分開。靜止的屬性是真實(shí)的,即真正靜止的物體相對(duì)于另一靜止物體也是靜止的。因此,或許在恒星世界或更遙遠(yuǎn)的地方,絕對(duì)靜止的事物是存在的,但是在我們的世界內(nèi)絕對(duì)靜止的事物是不存在的。我們不能確定物體間、物體與遙遠(yuǎn)距離外的物體之間是否保持著恒久的位置不變。
運(yùn)動(dòng)的屬性,即物體的部分一直維持在物體中的位置,并且參與物體整體的運(yùn)動(dòng)。物體在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),所有部分都有離開轉(zhuǎn)動(dòng)軸的傾向,而物體因?yàn)橥苿?dòng)力向前運(yùn)動(dòng)時(shí),整體推動(dòng)力的量是所有部分的推動(dòng)力的量的總和。所以,處于外圍的物體運(yùn)動(dòng),處于內(nèi)部的物體也參與運(yùn)動(dòng)。
由此說明,物體真正的絕對(duì)的運(yùn)動(dòng),不在于它本身是否發(fā)生移動(dòng),而在于它外部的物體是否運(yùn)動(dòng)。反過來說,所有被某一物體包含內(nèi)在的物體,除了離開周圍的物體的移動(dòng)外,還參與真正的運(yùn)動(dòng)。即便它沒有運(yùn)動(dòng),也只是看起來靜止而已,不是真正的靜止。因?yàn)橹車矬w與包含在內(nèi)的物體的關(guān)系,如同一個(gè)整體外表的部分和內(nèi)在的部分的關(guān)系,就像果殼和果仁。假設(shè)果殼運(yùn)動(dòng),則果仁作為整體的一部分也運(yùn)動(dòng),而它相對(duì)于果殼來說是靜止的,并且進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
這里還有一個(gè)與上述運(yùn)動(dòng)有關(guān)的特性,即如果處所移動(dòng)了,其中的物體也隨之移動(dòng)。當(dāng)物體移出處所時(shí),它也參與了所在處所的運(yùn)動(dòng)。所以,一切移出處所的運(yùn)動(dòng),都只是整體運(yùn)動(dòng)和絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的一部分。同時(shí),物體的移動(dòng)和所在所處的移動(dòng)構(gòu)成了這一整體的運(yùn)動(dòng),直到物體移動(dòng)到一個(gè)不可移動(dòng)的處所,整體運(yùn)動(dòng)才結(jié)束。比如船只航行的例子就是如此。所以,除了靜止場所外,整體運(yùn)動(dòng)和絕對(duì)運(yùn)動(dòng)不能被確定。這也是為什么我之前把靜止處所與絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)處所和相對(duì)運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來。除了那些從無限到無限的事物外,沒有完全靜止的處所,那些無限運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)始終保持相對(duì)的、始終不變的、特定空間的靜止,從而構(gòu)成靜止的空間。
真實(shí)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)不同,是因?yàn)槭┘佑谖矬w上的力不同。沒有施加在物體上的力,不會(huì)產(chǎn)生真實(shí)的運(yùn)動(dòng),也不會(huì)使運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變。而即使沒有施加在物體上的力,相對(duì)運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生和發(fā)生改變,只要對(duì)與其進(jìn)行比較的物體施加一個(gè)力就可以了。因?yàn)榕c之相關(guān)的其他物體發(fā)生運(yùn)動(dòng),促使它們之前存在的相對(duì)靜止或運(yùn)動(dòng)的關(guān)系發(fā)生改變,那么在這個(gè)關(guān)系中這個(gè)物體便發(fā)生了相對(duì)的靜止或運(yùn)動(dòng)。或者,某種力施加于運(yùn)動(dòng)的物體上,真實(shí)運(yùn)動(dòng)也會(huì)發(fā)生改變,但相對(duì)運(yùn)動(dòng)未必發(fā)生改變。因?yàn)樵谄渌矬w上施加相同的力,它們的相對(duì)位置可能保持不變,進(jìn)而相對(duì)運(yùn)動(dòng)也保持不變。所以,當(dāng)真實(shí)運(yùn)動(dòng)不變時(shí),相對(duì)運(yùn)動(dòng)可能會(huì)改變;真實(shí)運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變時(shí),相對(duì)運(yùn)動(dòng)可能保持不變。因此,在這種情況下,真實(shí)運(yùn)動(dòng)絕對(duì)不會(huì)產(chǎn)生。
絕對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng),可以依據(jù)脫離旋轉(zhuǎn)軸的力來進(jìn)行區(qū)分。純粹的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中是不存在這種力的,但是它卻存在于真正的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)之中,其大小取決于運(yùn)動(dòng)的量。假設(shè)把一個(gè)水桶掛在長繩的一端,不斷旋轉(zhuǎn)水桶,促使長繩不斷被擰緊,之后再把水桶灌滿水,讓水桶和水保持靜止。然后,對(duì)水桶和水施加一個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的力,這時(shí)長繩會(huì)逐漸松開,水桶會(huì)持續(xù)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間。
水桶未運(yùn)動(dòng)時(shí),水面是靜止的,但水桶運(yùn)動(dòng)起來時(shí),這個(gè)旋轉(zhuǎn)力會(huì)傳遞給水,促使水也隨之旋轉(zhuǎn),逐漸脫離中心點(diǎn),向水桶壁上升,形成一個(gè)漩渦。同時(shí),水桶旋轉(zhuǎn)越快,水上升得越高,最后和水桶一起旋轉(zhuǎn)到最大值,水和水桶形成相對(duì)的靜止?fàn)顟B(tài)。水的上升說明它有脫離旋轉(zhuǎn)軸的傾向,這促使水的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生矛盾,不過這種矛盾是可以衡量的。
一開始,水沒有真正隨之旋轉(zhuǎn),相對(duì)運(yùn)動(dòng)達(dá)到最大值,沒有脫離旋轉(zhuǎn)軸的傾向,水面保持靜止,也沒有旋轉(zhuǎn)和上升的現(xiàn)象。之后,相對(duì)運(yùn)動(dòng)逐漸減弱,水開始逐漸脫離旋轉(zhuǎn)軸,出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和上升的傾向。水的真正旋轉(zhuǎn)持續(xù)加強(qiáng),達(dá)到最大值時(shí),水和水桶達(dá)到相對(duì)靜止的狀態(tài)。因此,水的這種傾向不是由水和其周圍的物體決定的,這種移動(dòng)也無法被定義為真正的旋轉(zhuǎn)。
任何一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體只存在一個(gè)真正的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),也只和促使它脫離旋轉(zhuǎn)軸的力有關(guān),這是一個(gè)恰當(dāng)而獨(dú)特的結(jié)果。同一個(gè)物體內(nèi)和外界物體存在著各種各樣的關(guān)系,所以其相對(duì)運(yùn)動(dòng)也數(shù)不勝數(shù)。但是,除非它們參與了真正的唯一的真實(shí)運(yùn)動(dòng),否則都是沒有真實(shí)效果的。
因此,我們可以這樣理解天體世界:我們的天空和行星圍繞著恒星旋轉(zhuǎn),天空的一部分空間是靜止的,行星和天空也是相對(duì)靜止的。不過,它們存在著真實(shí)的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樗鼈儾粩嘧儞Q著位置,而真正靜止的物體則絕不會(huì)變換位置。同時(shí),它們所在的處所也在運(yùn)動(dòng),是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的一部分,并且有努力脫離旋轉(zhuǎn)軸的傾向。
所以,相對(duì)的量并非人們所認(rèn)為的量的本身,而是一種可感知的量,可能是精確的,也可能是不精確的。這些相對(duì)的量,被人們用來替代那些本身的量。如果我們根據(jù)這些詞的用途來為它定義,那么對(duì)于時(shí)間、空間、處所和運(yùn)動(dòng)的度量的解釋就是正確的。可是如果度量的量代表本身,那么這些詞的表述就不同尋常了,而是具有純粹的數(shù)學(xué)意義。
原本這些詞言簡意賅,只是被一些人誤解了。甚至,有些人混淆了真實(shí)的量和可感知的度量,玷污了數(shù)學(xué)和哲學(xué)真理的純潔性。
我們要真正認(rèn)識(shí)特定物體的真實(shí)運(yùn)動(dòng),并區(qū)分真實(shí)的運(yùn)動(dòng)和表象的運(yùn)動(dòng)是一件并不少容易的事情。因?yàn)閱螒{我們的感官無法真正感知運(yùn)動(dòng)中靜止空間的那一部分。不過,這也不是絕不可能,因?yàn)橛幸恍├碚摽梢越o我們適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo):一是表象運(yùn)動(dòng),它和真實(shí)運(yùn)動(dòng)存在著不同;二是力,力是產(chǎn)生真實(shí)運(yùn)動(dòng)的原因,也是真實(shí)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)果。
比如,把兩個(gè)球拴在一根細(xì)繩上,使兩球始終保持一定的距離,然后讓它們圍繞著共同的重心旋轉(zhuǎn)。根據(jù)細(xì)繩的張力,可以得出兩球有脫離旋轉(zhuǎn)軸的傾向,還可以得出其旋轉(zhuǎn)的量。如果在兩球施加一個(gè)相同的力,增加或減少其旋轉(zhuǎn)量,那么根據(jù)細(xì)繩張力的加強(qiáng)或減弱,便可以計(jì)算出運(yùn)動(dòng)增加或減少的量。同時(shí),我們還可以發(fā)現(xiàn)把這個(gè)力施加在球的哪個(gè)位置,可以促使其運(yùn)動(dòng)量達(dá)到最大值。也就是說,知道旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中后面的一面,以及相對(duì)應(yīng)的一面,就可以知道球運(yùn)動(dòng)的方向。
所以,知道這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的量和方向,即便處于一個(gè)巨大的真空中,沒有任何可以感知的外界物體進(jìn)行對(duì)比,也能知道物體的運(yùn)動(dòng)量。如果在這個(gè)巨大的真空中,有一些遙遠(yuǎn)的物體,像恒星一樣相互間保持相對(duì)的位置不變,那么我們就無法判定是球在運(yùn)動(dòng)還是物體在運(yùn)動(dòng)。但是,若是我們觀察繩子,發(fā)現(xiàn)繩子的張力和球運(yùn)動(dòng)的量相同,便可以得出結(jié)論:球在運(yùn)動(dòng),而物體是靜止的。最后,我們根據(jù)球在物體間的運(yùn)動(dòng),可以判斷出它們運(yùn)動(dòng)的方向。
至于如何根據(jù)原因、成效和表象差異來判定真實(shí)的運(yùn)動(dòng),以及如何進(jìn)行反向推理,根據(jù)真實(shí)的或表象的運(yùn)動(dòng)來判定它們的原因和成效,在之后的章節(jié)我會(huì)進(jìn)行具體闡述和說明。而這也是我寫本書的目的。