300年来,我们可能一直在误释牛顿第一运动定律

2023-09-18 11:18:46 technews(台)
1687 年,牛顿用拉丁文在纸上写下概述宇宙物体运动的3 个定律,这些原理被后世详细翻译、转录、讨论,但根据一位数学哲学家说法,一直以来我们对牛顿第一运动定律的解释可能略有错误。

数学家安德鲁·默特(Andrew Motte)在1729 年将牛顿(Isaac Newton)第三版运动定律拉丁原文翻译成英文,最终成为后世引用源头,无数学者依此翻译将牛顿第一运动定律(Newton's first law)解释为:除非物体受任何外力干涉(比如拉、推),否则它会永远以匀速直线运动(运动速度不变)或保持静止,这种运动状态不变的性质也称为「惯性」 。

但维吉尼亚理工大学数学哲学家Daniel Hoek 发现,物体沿直线运动、除非有一个力迫使它们改变方向的主流翻译,似乎衍生一个问题:宇宙中每个物体都受到力的作用,严格来说,不受外力作用的物体根本不存在,没有任何东西处于完全稳定的匀速线性运动,假如宇宙不存在这种物体,为什么牛顿要写一个关于不受外力作用的物体定律?

事实上,亨利·庞加莱(Henri Poincaré)、亚瑟·爱丁顿(Arthur Eddington)等著名物理学家也曾就这问题撰写过文章,但哲学家们也为牛顿提出各种各样“借口”。

不过Daniel Hoek 认为牛顿是位逻辑极其清晰的思想家,也会谨慎选择自己措辞,于是他重新检视各种档案,结果有了不同发现。

在牛顿拉丁原话中,Andrew Motte 的翻译忽略了一个词:quatenus,意思是「范围内」。为了强调这点,牛顿还用一个非常有说服力的例子来阐述第一定律:一个旋转陀螺的各部分透过内聚力不断将彼此从直线运动中拉回,它不会停止旋转,除非它被空气阻滞。

也就是说,陀螺各部份并非不受力,显然也不会沿直线移动,它们的运动状态仅在施加的力迫使它们改变范围内改变。对Daniel Hoek 来说,他就不会描述一个物体在没有外力作用的情况下如何保持其动量,而是物体动量每一次变化──颠簸、倾斜、转向、冲刺等,都是由外力造成。

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图片来源:pixabay
但因为quatenus 一词被忽略,于是翻译也些微变调,Andrew Motte 是在牛顿去世2 年后出版牛顿运动定律的英文版本,可以说Andrew Motte 高机率在牛顿不知情或未经许可的情况下编译,而科学家对第一定律的误读也因此变得根深蒂固,未注意到原文与翻译之间措辞带来的差异。

普通人可能认为这仅是语义不同,Daniel Hoek 也承认重新解释并不会改变物理学,但仔细研究牛顿著作可以厘清这位先驱数学家当时想法,也能让行星、恒星、其他天体等都受到与地球上物体相同的物理定律控制。

新论文发表在《Philosophy of Science》期刊。论文链接:

https://www.cambridge.org/core/journals/philosophy-of-science/article/abs/forced-changes-only-a-new-take-on-the-law-of-inertia/3B1DE948FEEC58CD6EB3627F7976CB8F

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关键词: 牛顿第一运动定律

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