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力概念的缺失 力概念的缺失 力概念的缺失 力概念的缺失

第七章 克卜勒的偉業與缺憾 克卜勒的偉業與缺憾 克卜勒的偉業與缺憾 克卜勒的偉業與缺憾

第二節 力概念的缺失 力概念的缺失 力概念的缺失 力概念的缺失

第二節 第二節 力概念的缺失 力概念的缺失 力概念的缺失 力概念的缺失

克卜勒在《新天文學》中,去探討行星運動背後的物理原因

(physical cause)。在他確定行星運動速率的變化與行星到太陽距離 的遠近有關後,為了將速率變化與距離遠近之間的關係相連結,他引 入了「力」的概念。

克卜勒對太陽有著狂熱般的崇拜,這也讓他成為哥白尼學派的死 忠追隨者。

首先,免得一個盲人會向你否認這一點:對於宇宙中的 一切物體來說,最優秀的是太陽,他的整個本質不是別的,

就是他那最純粹的光芒,再沒有比太陽更偉大的恆星了;只 有他才是萬物的產生者、保護者和溫暖者;他是光的泉源,

具有無限豐富的熱量,對視力最公正、最清澈、最純粹,他 是視覺的泉源,是一切色彩的描繪者,儘管他自己缺乏色彩。

就其運動而言,他可稱之為行星之王;就其力量而言,他可 列之為世界之心臟;就其美麗而言,他可稱之為世界之眼睛,

只有他才值得我們視之為最高的上帝,他應該高興他有一個 物質的住所,選擇一個供天使居住的地方。...因為,如果日 耳曼人把他遴選為整個帝國中權力至尊的凱薩,那麼,由於 他所支配的光芒,他已經在管理著其他一切運動和變化。這 樣,在把決定天體運動的權力授予他上,誰還會猶豫不決的 呢?...因此,這個第一推動者不應該在沿著一個軌道上散佈 開來,而應該從某一本源,好像是從一個點出發。沒有世界 的哪個部份,沒有哪顆星,值得這樣一個偉大的榮譽;因此 我們把最高的權力賦予太陽,只有他,由於他的高貴和力量,

才有資格擔負起推動的責任,才值得成為上帝自己的家園,

更不用說,值得成為第一推動者。(Burtt,1980,p41)

於是,克卜勒在沉思力的數學形式時,曾經有過,力的強度應與 距離平方的倒數成反比之想法,但很快就被他拋棄了。

這裡出現一個不協調之處,克卜勒自己對太陽有著崇高的敬意,

也說過“這個第一推動者不應該在沿著一個軌道上散佈開來,而應該 從某一本源,好像是從一個點出發。”但是他拒絕的理由是因為:

在他的觀點,吸引力不在所有的方向上散佈,如同光一樣,

而只是在行星軌道的平面上。(Jammer,1999,p91)

我們不清楚克卜勒對於力量的散佈保持怎樣的態度,但會有這種 的轉變,很大的可能是由於克卜勒對力的概念,其基本架構主要是建 立在距離規則之上。距離規則説到,如果行星離太陽愈遠,行星的運 行速率愈慢;反之,行星離太陽愈近,行星的運行速率愈快。即行星 的速率與行星到太陽的距離成反比。而速率改變的原因現在歸因於太 陽所提供的力量,那麼即可推論由太陽提供的力量強度,必定與到太 陽的距離成反比。

而根據前面的論述,以距離規則為出發點可以得到面積律,且面 積律又能夠將天文學中,行星系統的均勻性保留住,這樣的邏輯推論 過程是十分合理的。然而,這暗示著克卜勒對力的概念的不足。

在他的觀點,由於力只是一種非實體的存在,它的呈現 只能夠藉由它的影響被了解到,建構在介於速率與距離之間 的數學關係下的基礎,...他仍然將力量視為僅是維持行星運 動的必然性。(Jammer,1999,p89)

此處表示,克卜勒還保持著亞里士多德受迫運動的概念,要維持 天體的運動就必須有力施加在其上,不然天體會停止其運動。克卜勒 既沒有伽利略(Galileo G.,1564-1642)圓周運動的慣性運動,也缺 乏笛卡兒(R. Descartes,1596-1650)的保持運動狀態(state)的慣 性運動,所以他沒辦法體認到力是改變運動狀態的原因,而非造成運 動的原因。對於克卜勒而言,力能夠由現象被觀察到與被舉證出來 的,只有吉爾伯特(W. Gilbert,1540-1605)的磁力。

克卜勒與伽利略相反,克卜勒只管天文學的規則,而沒去注意地 表運動的變化規則,對克卜勒而言,天體的運動比地表運動更吸引他。

克卜勒終究沒有得出力概念正確的數學形式,對他來說,距離規則所 呈現出來的就是他認知的力的形式。這個工作,最後由牛頓來完成,

將古典物理發展到最高峰。