對艾薩克·牛頓第一運動定律的細微誤譯,在三個世紀以來一直未被察覺,如今為我們深入瞭解這位開創性的自然哲學家在奠定經典力學基礎時的想法提供了新的視角。
第一運動定律通常被解釋為“運動中的物體傾向於保持運動,靜止的物體傾向於保持靜止。” 但是,關於慣性的這個看似顯而易見的公理的歷史卻很複雜。 牛頓在他 17 世紀的拉丁文著作《自然哲學的數學原理》中寫道:“除非受到外力迫使而改變其狀態,否則每個物體都保持其靜止狀態或勻速直線運動狀態。”
弗吉尼亞理工大學的哲學家丹尼爾·霍克說,幾個世紀以來,許多科學哲學家將這種措辭解釋為關於不受任何力作用的物體。 例如,1965 年,牛頓學者布賴恩·埃利斯將他解釋為:“不受力作用的每個物體都保持其靜止狀態或勻速直線運動狀態。” 但霍克說,這有點令人費解,因為宇宙中沒有不受外力作用的物體。 為什麼為不存在的事物制定定律呢?
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在最近發表在《科學哲學》雜誌上的論文中,霍克認為,牛頓無意使用第一定律來指代假想的、無力的物體。 他說,牛頓使用拉丁語“除非”(nisi quatenus)並非旨在明確該定律僅指此類物體,而是為了指出運動的變化僅在外力迫使的情況下才會發生。 換句話說,霍克寫道,更好的解釋應該指的是所有物體:“物體運動狀態的每一次改變都是由於外力造成的。”
這種差異可能看起來相當學術化——畢竟,牛頓的理論已被阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論所取代。 但安大略省西安大略大學物理學哲學史學家羅伯特·迪薩勒說,愛因斯坦是在牛頓的基礎上建立起來的。 迪薩勒說,人們一直使用對牛頓第一定律的誤解來論證愛因斯坦和牛頓的理論存在根本的哲學分歧。 特別是,有人抱怨牛頓第一定律是迴圈論證。 它說,無力的物體沿直線運動或保持靜止,但你怎麼知道它們是無力的呢? 嗯,那是因為它們沿直線運動或保持靜止。
迪薩勒說:“這篇論文使人們更容易理解為什麼這種觀點是錯誤的。” 迪薩勒說,牛頓不僅不打算制定關於假想的無力物體的定律,而且他的同時代人也沒有那樣理解他。 迪薩勒說:“我認為這是一種人們回顧過去才想到的解釋。”
塔夫茨大學哲學家、牛頓著作專家喬治·史密斯說,牛頓的進一步著作清楚地表明,他的第一定律指的是所有物體,而不僅僅是理論上的無力物體。 史密斯說:“第一定律的全部意義在於推斷力的存在。” 他說,在牛頓寫作的時代,物體需要力才能移動它們是完全不被認可的; 關於物體擁有自身生命力的各種舊理論層出不窮。 例如,亞里士多德認為天體是由一種叫做以太的理論物質構成的,並且自然地以圓形運動。 史密斯說,牛頓在他的著作中拒絕了所有這些舊思想,並指出根本不存在沒有力作用的物體。
對牛頓意思的困惑可能持續存在,是因為安德魯·莫特在牛頓去世後的 1729 年做出的拉丁語到英語的翻譯,該翻譯使用了“unless”而不是“except insofar”。 霍克說,這是一個細微的差別,但儘管如此,這使得牛頓似乎在談論無力的物體,而不是解釋為什麼所有物體都會對外力做出反應。 在此之後,人們“很可能在很大程度上沒有回到原始拉丁文”,他說。*
猶他大學物理教育研究員拉蒙·巴特萊米說,新的解釋更加完整。 他說,科學家用來傳達他們想法的詞語可能會對理解產生重大影響,尤其是對於學生而言。 巴特萊米說:“我認為人們仍然在那裡談論這件事真的很有趣。” “這表明仍然存在討論…… 任何時候我們都可以為學生提供更多參與機會並看到不同的解釋,這都是讓人們參與物理學的一種令人興奮的方式。”
*編者注(2023 年 9 月 11 日):此句子在釋出後經過編輯,以更好地反映丹尼爾·霍克關於艾薩克·牛頓第一運動定律的英文翻譯的評論。
