什麼是物理史?

對許多人來說,物理史只是一些奇人異士的小故事,像是伽利略如何在比薩斜塔上得知重物的掉落速度並沒有比輕物快,又或者更有名的牛頓蘋果故事。這些俗稱的物理史能夠給予第一次接觸科學的同學格外的新鮮感,沒想到這世界上還有這種荒謬離奇的酷炫故事。然而,更多的是使學生產生跟科學的疏離感,認為自己永遠無法接近科學,甚至覺得「蘋果怎麼可能使我開竅?這不過是一顆蘋果,牛頓根本是怪人!」當我們用這樣的心態面對物理史時,就會出現這種令人沮喪的現象。本篇就要來談談我對物理史的另一種看法。

雖然有許多物理學家確實是天才中的天才,例如約翰··紐曼( John Von Neumann ),現代電腦創始人之一,他在電腦科學、經濟、物理學中的量子力學及幾乎所有數學領域都作過重大貢獻。引述維基百科上的段落

馮·諾伊曼有著過目不忘的記憶。 Herman Goldstine寫下:「他的一個出眾能力是他絕對精準的回憶。就我所知,馮·諾伊曼能夠僅僅讀過一次某段文字,接著一字不差的背誦出來,甚至在多年之後也可以流暢作到。他還可以將原本的語言翻譯成英語,速度絲毫不減。有一次我想測試他的能力於是問他雙城記是如何開始的。接著他沒有任何停頓,他立即背誦起第一章,一直到十分鐘後我要他停止才停止。」

然而,並不是所有物理學家都具有這種神奇能力。多數物理課本裡寫的物理史都使人覺得理論的誕生總是依靠太多的偶然性、機遇性,使人們忽略了物理理論發展過程中的歷史背景、哲學觀與研究工作的極端艱苦性。所以,物理史除了傳奇之外,還能夠讓你明白理論發展的來龍去脈,讓你不再對物理定律感到詭異。舉例來說,對多數的學生而言,動量應該是一個古怪的概念,似乎是牛頓作實驗時意外發現的?殊不知這其實是笛卡兒機械論裡的核心觀念[1],用以對抗亞理士多德物理學的”目的因”思想,一種範式轉移(Paradigm Shift)。一旦你認識了當時的哲學思想、亞理士多德物理學,動量概念就不會那麼奇怪了。還有許多類似的例子,例如力量為什麼是向量?(牛頓本人連動量可為負數都無法接受了,向量也是在牛頓死後兩三百年才被整理歸納出來的。)又或者法拉第是如何想到電磁感應定律的?物理史能讓你明白,那些「古怪」的概念是極好理解且引人入勝的。

除此之外,物理史會讓可能正在進行物理教學的你發現有許多學生似乎是先天地理解了亞里士多德物理學。也就是說,對於學生本身而言,研讀物理史能讓你知道已有不少人提出了你的觀點,例如球在空中飛時還有受到推力的概念,相當於亞理士多德所說的「自然厭惡真空」所導致的受迫運動。此外,「使物體運動的東西是力量」的觀念也是受迫運動的想法,這點有助於釐清摩擦力的觀念。在讀物理史的過程中,你會明白這些想法是如何被反駁的,這一切就是物理史對學生的好處,同時也會是物理老師的教學啟蒙。


[1] 可參考〈慣性與動量概念的發展簡史〉。


關於〈什麼是物理史?〉,寫得還可以嗎?

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關於 Ethan

79 年次,桃園人,現居住於台北士林。台大化工系、物理系學士,目前就讀於台大電子工程學研究所。自 2008 年開始接觸高中物理家教,現已接過至少 62 位家教學生。教過國高中數學、物理、化學與大學的普通物理學。致力於學習大量知識並同時貢獻於社會。近年關注的社會議題主要為教育、物理教育、勞基法修訂與工會成立議題。此外,我的研究興趣是物理史及其哲學,以及它們在科學教育上的應用。未來想學習法文、拉丁文與德文,以供我研究物理史與增廣見聞用。

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