科学史上的“神话”

科学史上的“神话”

从17世纪到18世纪末，是人类的启蒙时代，我们中学学的很多知识，都是人们在那个时代第一次认识到的。同时我们也听到了很多科学上的“神话”故事，例如：阿基米德的浴缸，哥白尼的日心说，牛顿的苹果，瓦特的茶壶，爱因斯坦的小板凳……科学史上流传着太多我们耳熟能详的故事。它们带着强烈的传奇色彩，在孩提时代曾那样打动我们的心灵，唤起我们对于天才们的深深崇敬和对于科学的无限向往。

然而时至今日，我们再度回头审视这些传说，却会发现许多时候，它们的象征意义过分浓厚，从而不可避免地掩盖住了历史的本来面目，掺入了太多情感的成分。令人吃惊的是，大家从小所熟悉的那些科学家的故事，若是仔细推敲起来，几乎没有多少是站得住脚的。传奇最终变成了神话，而我们也终究长大。

第一章：阿基米德的浴缸

让我们按照时间顺序，首先从阿基米德开始。很少人不知道阿基米德量金冠的故事，这个传说并非空穴来风，它首先被记载于公元前1世纪罗马的建筑师维特鲁乌斯的著作中。根据记载，叙拉古的国王耶罗二世做了一个金冠要献给神，但他怀疑金匠私吞了一部分金子，而以同等质量的银子代替，便命阿基米德想办法在不破坏王冠的情况下测出它是否为纯金。阿基米德冥思苦想，终于在一次洗澡的时候，他发现浴缸里的水随着身体的浸入而不断溢出，于是突然恍然大悟，光着身子跳出浴缸，嘴里还叫着：“我找到了,我找到了！”这个词从此被作为灵感来临的象征，成为多少人梦寐以求的时刻。

阿基米德的方法是，把金冠扔进一个盛满水的桶中，测得溢出水的体积。然后把同等重量的纯金也扔进满水的桶中，得到溢出水的体积。如果金冠掺银的话，它的体积就要比同等重量的纯金要大，因此排出的水相应地便多。

这个故事听上去当然无懈可击，不过稍作计算的话，很难想像阿基米德真的可以用这种方法来实际地解决问题。所以这个故事大概率是杜撰的，它是一个罗马建筑师在时隔两个世纪以后才讲述的，而且伽利略也早已指出了这个故事隐含的谬误：纯金、纯银和金银混合物的排水量差异太微小，很难测量出来，而且表

面张力和残留在花环上的水都会造成误差。

希腊时代的王冠其实就是“桂冠”，也就是像奥运会上那种用橄榄枝围一圈戴在头上的那种“花环”。从考古实物来说，目前出土的最大的王冠重714克，直径18.5厘米，为了简便，我们往宽里计算，假设阿基米德的王冠重1千克，直径20厘米祇好了。因为纯金的比重是19.3g/cm3，所以1千克重的金子实占体积51.8cm3。现在假设金匠往王冠里掺了30%的银子，那么银子的比重是10.6 g/cm3，该王冠实占体积差不多是64.6cm3。

把王冠和纯金放进尽可能窄的桶里（王冠直径20cm，则桶口的面积最小是314cm2），王冠能造成0.206cm的水位上涨，纯金则是0.165cm。相比之下，落差只有0.041cm，也就是0.4毫米！不要说阿基米德时代，就算在现代的中学里，要测出这样一个差值都是相当困难的！而且，任何其他因素，比如水的表面张力，水中的气泡等都能轻易地造成同等的误差，这造成了该方法实际上的不可行。我们的计算还是宽松的：假如王冠再轻一点，掺的银子再少一点，或桶再大一点的话，差值就更加微小了。

实践上的难度暂且不论，罗马建筑师的本意在于颂扬阿基米德的天才成就，然而这个检测方法却是异常拙劣的！更糟糕的是，这里面却没有用到阿基米德本人的伟大发现浮力定律！其实，如果想称颂阿基米德的话，我们有一种最简单的方法：直接用提秤，把王冠和在空气中同等重量的纯金同时放到水中去称量！因为王冠的体积大，受到的浮力相对也大，所以在水中王冠就会显得比金子要轻，提秤的这端会翘起！如果要使两者在水中保持平衡的话，我们需要在空气中重1012.8g的纯金才行，相对来说，12.8g的差距是容易测量的，我们甚至能从中轻易地得到掺银的比例。而最关键的是，这才是阿基米德伟大之处的真正体现：浮力定律！如果维特鲁乌斯物理好一点，编造得更聪明一点的话，这个神话也许就没那么容易破灭。

第二章：哥白尼、布鲁诺、伽利略，到底是谁确立了日心说

说到伽利略，大家首先能够想到他是伟大的物理学家和天文学家。但是如果再往下问，他在科学上到底有什么贡献，以至于常常和牛顿、阿基米德等人并列到一起？大家可能会想到他的一些具体的发明发现，比如在比萨斜塔上证实自由

落体的加速度恒定，发明望远镜，发现木星的卫星等等。

但是这些零散的发现,通常难以支撑起一个人在科学史上崇高的地位，能享有科学史上崇高地位的人，都需要在构建科学体系上有重大贡献。伽利略出生于1564年，正巧这一年他的佛罗伦萨同乡、文艺复兴的巨匠米开朗基罗去世了。伽利略一生大部分时间都是在美第奇家族的资助和保护下进行科学研究的，他有很多物理学的发现，可以说是翻开了科技史新的一页。不过我们今天只说他最大的贡献：确立日心说。

说到日心说，我们可能会问，不是哥白尼提出日心说的么？的确如此，但是哥白尼并没有能确立日心说的历史地位，这一方面是因为他到死才发表日心说，另一方面是因为他确实没有什么证据证明日心说是对的。因此日心说在哥白尼那里还是一个假说，并非像今天这么严密的科学理论。

在哥白尼之前，不少科学家都提出了类似的假说，比如古希腊的阿利斯塔克在公元前3世纪已提出这种看法，只是没有给出准确的数学模型。此外，当时另一位伟大的科学家阿基米德也建造了两个天体模型，虽然那两个模型被毁了，但是从记载的信息来看，他建立的应该是日心说的模型。到了阿拉伯文明的黄金时代，当地的天文学家比鲁尼也提出了地球自转以及地球绕太阳公转的理论，这比哥白尼早五个世纪。

说到确立日心说这件事，大家可能还有一个印象就是，布鲁诺的贡献也很大，而且还为此付出了生命。这个印象来自我们的宣传，特别是过去的一篇中学课文。在那篇课文中，布鲁诺是水平比哥白尼还高的科学家，坚持真理、反对教会，并且最终为真理献身，给人的感觉是因为有了他，所以大家相信了日心说。虽然布鲁诺宣传日心说，并且被教会处以了火刑，这两点都是事实，并且在布鲁诺之后的很长时间里教会是反对日心说的，但是这三件事加在一起并不能构成“因为教会反动，反对日心说，于是处死了坚持日心说的布鲁诺”这个事实。

对于布鲁诺的审判长达8年之久，他当真是因为坚持科学观点而受审的吗？真相是布鲁诺因为泛神论触犯了教会，根据学者们的研究，宗教裁判所先后对布鲁诺提出的指控足有40项之多，但其中的大部分还是关于神学和哲学方面的，例如布鲁诺怀疑三位一体学说，否认圣母玛利亚的童贞，认为万物有灵，怀疑耶稣的生平事迹，对于地狱和犯罪的错误看法，同时到处揭露教会的丑闻，最终被