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維根斯坦的甲蟲:26個讓你腦力升級的哲學思想實驗

作者:馬丁.柯亨
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19 船艙中的游動小魚

19 船艙中的游動小魚

仔細觀察了以上這些現象之後(雖然不用觀察也知道實際狀況是如此),再開動船隻,速度不拘,只要朝著固定方向等速前進即可。這時候,你會發現上述現象完全沒變,而且從這些現象中根本判斷不出船究竟有沒有在移動。你如果跳躍,跨越的距離還是和先前一樣。雖然你身在半空時,底下的地板仍然不斷前進,但是就算船的前進速度很快,朝著船尾跳和朝著船頭跳的距離也不會不同。若是丟個東西給你的朋友,不論他是站在船頭還是船尾的方向,投擲的力量也不需改變。
光是觀察幾條小魚,竟然導致如此豐碩的成果!

討論

在船隻靜止不動時,仔細觀察這些小蟲能以相同速度飛向船艙四壁,魚兒毫不費力地四方游動,而水滴也準確落入底下的桶子。此外,如果丟個東西給你的朋友,不論往哪個方向丟,由於距離都一樣,所以施出的力量也不需變化;如果併腳跳躍,不論往哪個方向跳,跨越的距離也都一樣。m.hetubook.com•com

後來,其他物理學家也曾提出各種類似的思想實驗,讓人進一步了解宇宙的本質。這項實驗不但讓我們看見亞里斯多德又一項公理的缺失——也就是「絕對靜止」這個似是而非的概念——也否決了牛頓的「絕對空間」。在此之後,物理學便改採「等效原理」這項較有用的概念。後來,惠更斯(Christian Huygens,1629─1695)就利用這項概念修正他自己探討「物體碰撞」的理論;而在《席爾維與布魯諾》這www.hetubook•com.com部小說中,卡羅也描述了在不斷下落的屋子裡喝茶有多麼困難,堪稱是後來「墜落的電梯」這項著名思想實驗的先驅。愛因斯坦藉由這項實驗,將「慣性座標系」與「相對運動」的概念發展成第一套完整的相對論理論(不論是「靜止不動」,還是以任意選定的速度向前移動,船上的船艙都是一種慣性座標系,具備許多參考點)。

把自己和一位朋友一起關在甲板底下的主艙,並且記得將幾隻蒼蠅、蝴蝶和其他小型飛蟲一起帶進去。另外再擺上一大缸水,裡面放入幾條魚;天花板上吊著一個瓶子,讓裡頭的水慢慢滴到底下的大水桶裡。
愛因斯坦在一九〇七年領悟到,只要把同樣的原理應用在持續加速前進的太空船上,就能用同樣的方和-圖-書式證明等加速度的推力與重力的拉力其實無法區別,因而提出廣義相對論。
不過,薩爾瓦修的小魚究竟要證明什麼?
雖然在落下的過程中船隻持續前進,但是從瓶子滴下來的水滴還是會滴入下面的桶子裡,並不會向船尾偏移。魚缸裡的魚不論游向魚缸的前方或後方,還是毫不費力氣;不論飼料放在魚缸的哪個角落,魚兒一樣能輕易游過去。至於蝴蝶和蒼蠅,還是能隨意亂飛。牠們飛舞的時候雖然和船隻沒有接觸,卻也不會因為跟不上船隻的前進速度而集中在靠近船尾的地方……
托勒密這位古天文學家、地理學家暨數學家提出的思想實驗,在那個時代還能具有舉足輕重的影響力,必須感謝基督教會的幫忙。當時的人為了鞏固「托勒密體系」,證明地球確實固定在宇宙中心,m•hetubook.com•com曾經提出各式各樣的論點。其中最簡單的一種說法就是,既然所有的物體都會朝宇宙中心掉落,地球必然位於宇宙中心,否則物體就不會朝地心掉落。同理,如果地球每天都繞著自己的軸心自轉,當我們把球垂直上拋時,落下來時應該也不會落在同一個地點,而是落在原本的位置旁。
實驗所需的特殊器材:一座魚缸、方便的渡船服務
伽利略在《兩大世界體系的對話》中提出這項船隻實驗,目的是要說明:地球如果真的是個在太空中不斷旋轉的星體,人類為何完全感覺不到。一六三二年那個時代的人,還是很難相信我們是住在一顆繞著太陽旋轉的大石頭上;至於我們今天習以為常的等速平滑運動(就算不開車,至少搭火車也有過這種經驗),在當時也頗為罕見。
不過,這艘「船」證實的是,「等速水平運動」對和-圖-書於位在「移動物體內部」的實驗沒有影響,這種實驗包括我們日常的感官知覺;必須把觀察範圍擴展到移動物體之外,才能進行量測。舉例來說,若要察覺船隻的運動,就必須從舷窗望向外頭不斷遠去的峭壁,或者太陽。若要看見地球的運動,就必須望向夜空,觀察星辰的運動(當然,船外的峭壁也可能是自己逐漸縮小,天上的星星一樣有可能是在水晶球體上旋轉……)。
薩格勒德斯:「在航海途中,雖然我沒有想到要實際觀察這些現象,但我相信你的描述一定沒錯。的確,我記得自己常常在船艙裡猜想船究竟有沒有在移動。有時候我也會心血來潮,想像船的前進方向和實際的前進方向相反。」(伽利略,《兩大世界體系的對話》,1632)

伽利略筆下的薩爾瓦修如此說明這項實驗:
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