刻卜勒模型的非模型意义(广义地震学•绝对论力学•第01章)


 

人类在很早的时候就已经能够认识到在我们所了解和认识的这个世界上应该有一个“运动模型”的存在,《易经》无疑是探讨并试图揭示这一模型的经典力作。可惜,它还不是现代科学意义上的,原因是不能从物质结构入手,而是从物质的五种存在与运动状态,即从五种状态之间的互化上入手的,因而它未能得到一个完美的“运动模型”也。诚然,这也不等于说我们的《易经》连一点“运动模型”的意义都没有,而是说《易经》所指向的“运动模型”只是一种尚不具备现代科学意义上的“运动模型”。而具有现代科学意义上的“运动模型”无疑应该首推刻卜勒的“行星运行定律”。但是,笔者又不能不说的是,由于该定律未能把为什么的原因搞清楚,所以它还不具有“模型”之意义也。

 

 

01节·“行星运行定律”的模型意义

 

谈到模型,就不能不谈刻卜勒的三个行星运行定律。而事实上是,其定律不仅是万有引力定律发现之旅的一个发端,也为物理学“统一律”即“统一模型”的揭示与构建奠定了基础。严格地说,一切科学定律、模型、定理都具有模型意义,但同时又是不完美的。因为,人类对客观世界的正确认识不可能一次完成,势必存在着一个循序渐进的过程。诚然,这也不是说每个“不完美”的模型都不具有科学价值,恰恰相反,每个“不完美”模型的建立都有划时代的伟大意义,表现在它们都是建在巨人的“肩膀上”。那么,刻卜勒的三个行星运行定律的模型意义又表现在哪里?

 

01·刻卜勒“行星运行定律”的本质特征

 

在很早的时候人们就对物质为什么要运动,凭什么来运动,物质的运动是否有规律可循的问题产生了兴趣。但不能不说的是,在牛顿的万有引力定律产生之前,人们还没能把上述问题整明白,但追寻的脚步一刻也没有停止。在刻卜勒的行星运行定律产生之前,物理学已经构建起了一些似乎具有模型意义的东西,如古典力学上的“质量与质量守恒与转化定律”和“能量与能量守恒与转化定律”,和能够将上述定律统一起来的“质量与能量守恒与转化定律”等。

为什么说在刻卜勒的三个行星运行定律产生之前物理学所构建起来的只是“似乎”具有模型意义的东西,而不是具有真正意义上的模型?这是因为,上述这些所谓定律均停留在一些抽象的事物和物质上,而无法将它们具体化。如古典力学上的那三个定律,只说明了“物质”是“不灭”的,且具有互化的性质,但没有说明“互化”的原因。而刻卜勒的三个“行星运行定律”就不同了,它不仅是可见的、有形的,而且能将星际物质描述进去,而后再描述出来。

能够将星际物质描述进去,而后在描述出来,无疑是非常可贵的,而刻卜勒的三个行星运行定律无疑已做到了这一点。而一个不能把一定的物质形式对号入座的模型一般都是靠不住的,至少在人们的心目中是靠不住的。但是,刻卜勒的行星运行定律则不同,其本质特征就是统统地具有针对性,或者说都是具体的和有所指的。比如他的行星运行第二定律即面积定律,就有有关行星的运动须得服从于其面积的描述,即在单位时间内行星的向径所扫过的面积相等。

如刻卜勒的行星运行定律中的周期定律,那就更是具有物质性、针对性的东西了。比如“行星绕日运行周期的平方与行星到太阳平均距离的立方成正比”的描述,无疑是物质性、针对性在其模型中的展示。正由于如此,刻卜勒才有能根据物质性、针对性,把当时已知的太阳系中的水星、金星、地球、火星、木星、土星的运行周期性,水星、金星、地球、火星、木星、土星与太阳的平均距离等逐一地、比较精确地计算出来。即便到现在,人类仍在享受其成果。

 

02·刻卜勒“行星运行定律”的模型意义

 

第一,行星运行定律是第一个能够用数学关系表达出来的定律。虽然,在当时,刻卜勒还没有最终把形成上述规律的原因给揭示出来,但能够用数学关系表达,无疑为行星运行模型的建立打下坚实的基础。第二,作为模型,刻卜勒的星星运行三定律已具有了计算、测量行星与恒星数学关系式的工具书的意义,正是凭借这一点,使刻卜勒在当时的情况下能对已知行星与恒星的运行状态、运行趋势计算出来,并为“行星运行模型”的最终构建,奠定了理论基础。

关于刻卜勒的“行星运行定律”具有模型意义,可以说是毫无疑问的。那么,何谓“行星运行模型“?简单地说就是一切行星与恒星的运行都必须得遵守某种对称关系,而这种对称关系,又必须能够体现在它们的运动状态与运动趋势上。在一般的情况下,作为运动模型,都必须得具有周期性、必然性、普适性、不可逆性。换言之,如果其不具有周期性、普适性、必然性和不可逆性,那它也就不具有模型意义了。诚然,刻卜勒的行星运行定律能体现上述性质。

可以肯定,如果刻卜勒的行星运行的三个定律不具有周期性、必然性、普适性、不可逆性的话,那么刻卜勒无论如何也无法将水星、金星、地球、火星、木星、土星的运行状态和运行趋势与太阳的平均距离和向径等关系等比较准确地计算出来。虽然在当时他还搞不清楚行星为什么一定会围绕着一个椭圆形轨道绕日运行是由于有一个万有引力定律的存在,还搞不清楚形成上述运行状态的原因、动力源泉是由于事先存在着一个万有引力场,但其模型意义已呈现。

毋庸置疑,刻卜勒的“行星运行定律”为而后“万有引力模型”、“原子结构模型”、“波粒二像性模型”和爱因斯坦的“质能关系式模型”等的建立无疑都具有启发意义和指导意义也。但是,笔者不能不说的是,刻卜勒并没有把星绕日运行的原因究竟、到底是什么给我们揭示出来。尽管如此,我们依然不能说他为我们描述出来的“行星运行定律”尚不具有模型意义。这是因为,任何一种模型都不可能做到完美无缺,也就不要说在当时的科学技术条件下了。

 

 

01节·“行星运行定律”的非模型意义

 

刻卜勒对天文学、物理学的贡献是毫无疑问的,毋庸置疑的。但是,这并不等于说刻卜勒“行星运行定律”是完美无缺的,就没有任何遗憾存在。那么,刻卜勒“行星运行定律”的遗憾或者说缺陷表现在哪里?笔者以为,就表现在没能最终把形成行星运行定律形成的原因给我们揭示出来。而从这个意义上说,刻卜勒仅仅是描述“行星运行定律”的人而已。诚然,这也不是说刻卜勒就没有在揭示定律成因的问题上努力过,连一点贡献都没有。而事实上是,包括牛顿、爱因斯坦在内的科学家和他们所揭示出来的定律都是在刻卜勒“行星运行定律”的启示下发现并最终揭示出来。

 

01·刻卜勒“行星运行定律”的理论遗憾

 

笔者以为,刻卜勒“行星运行定律”的主要缺陷就表现在没有把定律形成的原因给大家揭示出来。如果刻卜勒能够把成因给大家揭示出来,那么,第一个发现“万有引力定律”的人就可能是刻卜勒而未必能轮到牛顿。但是,这并不是说刻卜勒就没有在这方面有过探讨,比如他就曾经从太阳和行星相互间所具有的磁力的角度进行过深入的研究与探讨,但是,由于他没有认识到天体之间业已存在着的巨大的重力,所以使他对这个问题和研究,一度陷入到困境中。

首先可以肯定,重力确实是存在于万事万物之间,也是无法否认的一个事实。但是,不能不说,存在于万物之间的重力是十分微弱的,在一般情况下很难被发现。诚然,很难被发现并不等于就不存在,尤其是存在于宏观物体之间的重力,是无论如何也不能视而不见的。由于刻卜勒不能够从天体重力的角度去看问题,所以他错过了发现万有引力定律的契机而被牛顿给抓住。于是,在没有抓住重力发现、研究的刻卜勒,便开始了他的关于星体磁力场方面的研究。

刻卜勒于冥冥之中隐约地感觉到,我们的星球、星系及其运行规律的形成,可能是在磁力场的作用下。但是,由于受到当时技术条件的制约,使他的研究未能深入下去。为此研究,刻卜勒穷尽了自己一生的心血。诚然,这也不是说刻卜勒能够从太阳和行星所具有的磁力场的关系、角度上所进行的研究与探讨就没有实际意义。不仅有意义,而且还有非常现实的意义,只是他的研究没得出一个结果来,让人们感到有些遗憾罢了(错过发现远引近斥定律的契机)。

而事实上是,行星的运行不仅与天体的重力有关,亦与天体之间的磁力场的作用与反作用产生联系,决不是用一个所谓“万有引力定律”就能够讲清楚的问题。比如,人们用“万有引力定律”就解释不清楚相互吸引的星球是怎么分开的这种现象。引力当然是一种使物体相互吸引在一起的力,既然是一种使物体相互吸引在一起的力,那么请问两物体又是如何分离的?难道“和谐的宇宙”只是在一种“引力”的作用下实现的?没有斥力,“宇宙”能“和谐”吗?

 

02·刻卜勒“行星运行定律”的非模型意义

 

笔者以为,刻卜勒的伟大不仅表现在他揭示出了“行星运行定律”,更在于他是第一个认识到“宇宙”所具有的“和谐”性质上。“宇宙”或者说“星系”为什么能够“和谐”?只有引力而没有斥力的“宇宙”或“星系”又怎么能够“和谐”下去?回答当然是否定的。而从这个意义上说,“宇宙”或“星系”的“和谐”就在于它们是引力与斥力的“对应统一”而不仅仅是那个“对立统一”者也,因为“对立”的事物之间不能实现“和谐”,更不要说“持续”。

而再从这个意义上说,万事万物的运动之所以会具有规律性,其根本原因就在于它们是“对应”的而不是“对立”的,而又主要表现在引力与斥力的统一上;反之,凡是不具有规律性或具有反规律性的事物和物质一定是不和谐或不能持续“和谐”下去的事物。而笔者之所以能够提出《对称宇宙观》的思想,无疑受到了刻卜勒《和谐的宇宙》思想的启发和指引。当然,尽管如此,笔者还不能说刻卜勒的三个“行星运行定律”具有模型意义,因为其仍然有缺陷。

毫无疑问,与定律相比,模型是一种更高层次与意义上的东西,它高就高在,模型其实是建立在定律基础上的一种东西,并能够将具体的和有所指的物质形式悉数装进去,对号入座。不仅如此,模型不仅能够将具体的和有所指的物质形式装进去,它还能够再把已经装进去,对号入座的物质形式再替换成其他的物质形式。但是,如果不能把成因给大家揭示出来,那么它的模型意义就很值得怀疑了。不能不说,刻卜勒“行星运行定律”的缺陷,也就表现在这里。

如此也就说明了另外的一个问题,那就是定律是定律,模型是模型;模型与定律肯定存在区别,但这种区别又无不表现在联系上。笔者以为,模型与定律的不同之处就在于,定律是尚未将成因揭示出来的模型,而模型无疑是已经将成因揭示出来的定律。显然,是否已经将成因揭示出来,是定律与模型的区别与联系之所在。但是,需要特别说明一下的是,无论是定律还是模型,它们都具有科学工具的性质。而亦从这个意义上说,定律与模型又没有什么区别了。