伽利略理想斜面實驗是否存在迴圈論證?

時間 2021-06-12 23:07:10

1樓:StarBIRD

首先,這不是乙個純理想實驗

這是乙個歸納實驗,從現實斜面實驗 -> 理想斜面實驗 -> 理論抽象解釋

「力如果是維持物理運動的必要因素」模型解釋不了現實實驗中斜面高度和摩擦阻力變換對運動的影響,所以才有了新模型

通常,純理論性學科才存在迴圈論證,實驗學科並沒有這個問題。物理屬於實驗學科

2樓:左州侯

伽利略理想實驗的基礎是「等末速度假設」和「單擺實驗」。

等末速度假設:靜止光滑物體不論是沿豎直方向還是沿不同斜面從同一高度下落,到達末端時具有相同大小的速度。

單擺實驗:做單擺運動的擺球速度為零的位置高度相等

擺的公升高實驗

拉至B放開的擺球會公升到對面同一水平高度上,如果在E或F處釘上釘子,擺球仍然沿不同的圓弧上公升到同一水平高度的各點。

關於「等末速度假設」,伽利略還有乙個論證:

如果情況不是這樣,那麼只要把情況反轉過來,物體就可以利用下落中得到更大的速度上公升到比由之下落的更高的高度,而這是與我們的經驗相違背的。(反證法)

所以伽利略的邏輯推導過程是這樣的:

單擺實驗→「經驗」→等末速度假設→理想斜面

但在我看來,這個邏輯推導過程確實有硬傷:

1.單擺實驗能完全證明伽利略所謂的「經驗」嗎?

個人理解的「經驗」是:兩個斜面對接,物體從乙個斜面的某一高度由靜止下落,當物體速度為零時,其高度不大於初始高度。根據這個「經驗」,的確可以較為嚴格地論證「等末速度假設」。

然而,眾所周知,科學定理要經過大量實驗事實的檢驗無法被推翻,才能得到大範圍應用。雖然圓弧可以看作無數條折線(斜面)的合成,但單擺實驗的成功和上面的「經驗」的正確性,我認為不能等價。

2.伽利略為什麼一定要把「末速度」和「最大高度」關聯起來?說「等高度假設」不好嗎?

「等末速度假設」的提出,實際上是為了方便伽利略論證自由落體運動中的v=gt,g是比例係數,也就是後來說的「重力加速度」,但我總感覺理想斜面實驗引進「末速度」這個概念是不必要的

不是說「等末速度假設」毫無根據,伽利略利用類似v-t圖象下的面積即為位移的方法,論證了勻加速運動的平均速度是初速度和末速度的平均值。但從簡潔的角度看,把「等末速度假設」定為理想斜面實驗的基礎,會給人帶來麻煩和困惑。

3.「光滑」的定義是什麼?

這就涉及到迴圈論證的問題了。從現在的角度看,「光滑」可以定義為「空氣阻力和摩擦力為零」,考慮到伽利略那個時代的侷限,我們引進牛頓關於「力」的定義,相當於承認了上述「光滑」的定義,但認為牛頓第二定律是存疑的,這樣,動能定理就是存疑的,機械能守恆就是存疑的。

從這個視角看,理想斜面實驗和上述個人理解的「經驗」的關係,就相當於「平面三角形的外角等於與其不互補的兩個內角之和」和「平面三角形的內角和是180°」的關係,不存在迴圈論證。(所謂迴圈論證,是用論題本身或近似論題的命題做依據去論證命題,即「我證我自己」,但不能給出「論題本身或近似論題的命題」的正確性的論證。)

總之,科學的發展是從近似到精確的過程,資料上是如此,邏輯也是如此。伽利略突破了對亞里斯多德理論的迷信,而創造了實驗和推理相結合的研究體系,就這一點,他的貢獻就是開創性的,儘管其推理落實到具體的事例上可能存在缺陷。之後的牛頓定律、機械能守恆,揭露了理想斜面實驗的本質。

但推理的缺陷,還是要回到當時伽利略的研究思路上看。

[1]物理學史教程,李豔平,申先甲,科學出版社,2003,97-99

[2]邏輯學導論(第2版),陳波,中中國人民大學出版社,2006,315

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