伽利略的思想實驗

有人問我說，伽利略當時是不是只用邏輯就推翻了「重物落得比較快」的物理學教條。

不是。



在伽利略的年代，幾乎所有人都相信亞里斯多德的說法，認為在自由落體的情況下，重的東西會落得比輕的東西快。

伽利略使用一個很簡單的方法駁倒了這個主張︰

假想有兩個啞鈴，一個12磅，一個22磅。把這兩個啞鈴一起從高樓放下，根據亞氏物理學，22磅的那個會落得比較快，比較早著陸。

現在考慮另外一個情況，把一條繩子的兩端分別綁在這兩個啞鈴上，再從高樓往下扔，這個時候會發生什麼事？

1. 因為「兩個啞鈴+繩子」的重量比「22磅啞鈴」大，所以它們會以超越原來22磅啞鈴單獨落下的落速往下掉，並且比原來的22磅啞鈴還早著地。
2. 因為「兩個啞鈴」的重量比「繩子」大，所以會變成兩個啞鈴「拖著」繩子往下掉，而雖然兩個啞鈴的重量比單獨一個22磅啞鈴還大，但是因為繩子的拖累，不見得會比原來的22磅啞鈴早落地。
3. 因為22磅啞鈴的重量比12磅啞鈴和繩子都大，所以變成22磅的啞鈴「拖著」繩子和小啞鈴往下掉，而因為繩子和小啞鈴的拖累，它們會比原來的22磅啞鈴還要晚落地。

嗯，不管是哪一個答案，都有點奇怪，不是嗎？事實上，我們並不覺得把兩個東西綁在一起，它們會因此落得比較快，也不覺得當兩個東西被綁在一起的時候，它們會因此落得比較慢。

在這裡，伽利略的論證可以整理成這樣︰

P1. 重物落得比輕物快（假設）
P2. 在前面的例子裡，要嘛1，要嘛2，要嘛3（根據P1）
P3. 1、2和3都不對（常識）
P4. 並非重物落得比輕物快（P1～P3，歸繆）

這個論證不僅僅使用邏輯而已，還使用了我們的那些關於東西會如何掉落的直覺（支撐在這些直覺背後的是常識和經驗），所以，不能說伽利略光靠邏輯就推翻了亞氏教條。



伽利略使用的這種，不實際做實驗，僅僅依據常識和直覺進行思考得出結論的方法，被叫做思想實驗（thought experiment）。思想實驗只有在資訊齊全，使得我們光靠整理它們就能推論出有意義的結論的時候才有用。所以在面對未知世界的經驗科學裡，思想實驗並不是常見的研究方法。然而，伽利略的例子告訴我們，不管身處什麼領域，我們最好隨時對於自己使用的概念抱持一定程度的警覺和分析性，才不會一錯一千八百年，而且這錯誤還是坐下來好好想想就能發現的那種。而這正是分析哲學家的工作，概念分析。概念分析旨在釐清日常生活中使用的概念（例如「知道」、「指涉」），並找出合適的定義。在這裡，思想實驗可凸顯我們關於概念該如何使用的直覺，在為哲學理論提供基礎或反例上，是很方便的方法。John Searle的中文房間、Hilary Putnam的孿生地球、David Chalmers的殭屍世界以及Frank Jackson的黑白瑪莉，都是使用思想實驗來協助我們釐清自己的概念的好例子。


本文最初發表於我的舊網誌