Tag Archives: aristotelisk fysikk

En ny titt på Aristoteles’ fysikk

En vanlig grunn til at moderne mennesker avfeier alt som heter aristotelisk filosofi, er fordi de har dårlige assosiasjoner til aristotelisk fysikk.

Som klassisk filosof, skrev Aristoteles om det meste som rørte seg mellom himmel og jord. Han skrev om metafysikk, etikk, politikk, religion, biologi, fysikk og mye mer. Han måtte sette det hele i system, som kan være både en styrke og en svakhet. Han var altså ganske ulik våre hyperspesialiserte akademikere, som kan ende med å vie hele livet sitt til et lite subfelt innen språkfilosofi eller kvantefeltsteori, og knapt nok har tid til å lese seg opp på mye annet.

Aristoteles’ sin fysikk er blitt beskyldt for å være intuitiv, fundert på dårlig teori og empiri, og har i verste fall holdt vitenskapelig fremgang tilbake for et par årtusener.

Jeg har tidligere foreslått at Aristoteles’ sin metafysikk og filosofi, inkludert hans geniale tanker om fire årsaker, forandring muliggjort av aktualitet og potensialitet, former, moral, lykke og sjel, på ingen måte avhenger av Aristoteles sine tanker om fysikk. De er av ulik art, slik at disse ideene står på egne bein, uansett om Aristoteles skulle ha vist seg å ta feil om fysikk.

Men Carlo Rovelli har nylig foreslått at kanskje det også er å gå litt for raskt. Han mener at Aristoteles’ sine tanker om fysikk har fått urettferdig mye tyn, og faktisk er en ganske god tilnærming til Newtons senere gjennombrudd.

Aristoteles og hans likesinnede virket til å dele fysikk opp i ren matematikk, som studerer abstraksjoner, og naturfilosofi, som forsøkte å gjøre rede for helheten av den naturlige verdenen.

Først ved René Descartes ble det en populær tanke at all fysikk skulle behandles matematisk. Derfra var veien kort til Newton, hvis tanker gir oss det første eksempelet på en slik teori om fysikk, hvor Newton benytter matematikk helt fra starten av.

Det betyr naturligvis ikke at vi ikke fremdeles trenger god naturfilosofi til å fylle ut vår helhetlige forståelse av den naturlige verdenen. Fysikk som forsøker å tilnærme seg ren matematikk, er dømt til å bare kunne behandle abstraksjoner fra virkelighet, og ikke virkelighet slik den er i seg selv. Det betyr ikke at den er uviktig. På ingen måte, men det betyr heller ikke at den er tilstrekkelig.

Som den kjente Bertrand Russell skriver:

It is not always realised how exceedingly abstract is the information that theoretical physics has to give. It lays down certain fundamental equations which enable it to deal with the logical structure of events, while leaving it completely unknown what is the intrinsic character of the events that have the structure. We only know the intrinsic character of events when they happen to us. Nothing whatever in theoretical physics enables us to say anything about the intrinsic character of events elsewhere. They may be just like the events that happen to us, or they may be totally different in strictly unimaginable ways. All that physics gives us is certain equations giving abstract properties of their changes. But as to what it is that changes, and what it changes from and to—as to this, physics is silent.
(My Philosophical Development, s. 13)

Men tilbake til Rovelli og teksten. Rovelli er en filosofisk skolert fysiker av beste slag, så han er vel verdt å lese. Her finner du hele teksten: Aristotle’s Physics: a Physicist’s Look. Abstract følger her:

I show that Aristotelian physics is a correct and non-intuitive approximation of Newtonian physics in the suitable domain (motion in fluids), in the same technical sense in which Newton theory is an approximation of Einstein’s theory. Aristotelian physics lasted long not because it became dogma, but because it is a very good empirically grounded theory.

Rovelli har studert grundig, og funnet frem til en rekke kvalitative prinsipper for aristotelisk fysikk [referanser til førstehåndskilder på engelsk]:

  1. “Voldelig” bevegelse, eller unaturlig bevegelse. [Ph 254b10]
  2. Naturlig bevegelse. [He 300a20]
  3. Etter at effekten fra aktøren som forårsaket den unaturlige bevegelsen er brukt opp, opphører den unaturlige bevegelsen.
    (Merk: Ordet unaturlig må her ikke forveksles med overnaturlig, men betyr bare noe slikt som til forskjell fra naturens vanlige forløp.)Red: De neste par punktene krever litt rask bakgrunn om aristotelisk kosmologi. Han tenker at kosmos er konstruert av fem grunnelementer: Jord, vann, luft, ild [He312a30] og eter. Utenfor jorda er det roterende sfæriske skall som alle himmellegemene er festet på, som gjør at vi ser sola, stjerner og planeter der oppe.
  4. Den naturlige bevegelsen til eteren på himmelen er sirkulær rundt et sentrum. [He 26915]
  5. Den naturlige bevegelsen til jord, vann, luft og ild er vertikal, rettet ned mot den naturlige posisjonen av enhver substans. [He 300b25]
  6. Tunge objekter faller med større hastighet: deres naturlig vertikale bevegelse foregår raskere. [Ph 215a25, He 311a19-21]
  7. Det samme objektet faller med større hastighet gjennom et medium med lavere tetthet. [Ph 215a25]
  8. Hastigheten v av et fall er proporsjonalt til vekten W av massen, og er omvendt proporsjonal til tettheten p av mediumet.
  9. Formen på massen (…) avgjør om det faller med større eller lavere hastighet. [He 313a14]
  10. I et vakuum med minskende tetthet vil en tung masse kunne falle mot uendelig hastighet. [Ph 216a]
  11. “Fra det jeg nå har sagt, er det klart at et absolutt tomrom ikke kan eksistere (…)”. [Ph 217b20]

Der. Rovellis forslag er at aristotelisk fysikk er en korrekt tilnærming til newtonsk fysikk fra et spesifikt perspektiv, som også er det perspektivet hvor mennesket utforsker fra. Dette perspektivet er formet av objekter i en symmetrisk, sfærisk gravitasjonsfelt (planeten Jorden), innhyllet i en fluid (gass eller væske), hvor de store himmellegemene er synlige fra jorda. Den totale kraften på slike objekter er gitt av:

Total kraft = gravitasjon + oppdrift + viskositet (væskeresistans) + ekstern kraft.

Innenfor den newtonske modellen, hjelper fysikeren Luke Barnes til å foreslå hvordan vi kan omformulere prinsippene til Aristoteles:

  1. “Voldelig” (unaturlig) bevegelse foregår når det virker en ekstern kraft.
  2. Naturlig bevegelse foregår når det ikke virker en ekstern kraft.
  3. På grunn av viskositet, forsvinner effekten av den unaturlige bevegelsen innen en gitt tid.
  4. Bevegelsen av planeter innenfor gravitasjonsfelt, sett fra den roterende jorden, kan beskrives ved bruk av sirkulære baner.Red: Eksentrisiteten til de kjente planetbanene vi kan observere herfra er på nær 0, så man kan komme ganske langt før man må involvere Johannes Keplers elliptiske planetbaner.
  5. En masse med oppdrift, som i utgangspunktet er i ro og innhyllet i en fluid (gass eller væske), vil umiddelbart bevege seg oppover eller nedover, avhengig av om tettheten dens er høyere eller lavere enn tettheten av fluiden den befinner seg i. Derfor vil jorda uansett bevege seg nedover. Vann vil bevege seg nedover i luft. Luft vil bevege seg oppover i vann. Osv.
  6. Terminalfarten av en masse som faller i en viskøs fluid vil øke med massens vekt. Derfor, når vi ser bort fra overgangsperioden forårsaket av akselerasjon, hvor gravitasjon er dominerende, vil tunge objekter falle raskere.
  7. Terminalfarten av et objekt (hvis man ignorerer oppdrift) er omvendt proporsjonal til (kvadratroten av) tettheten av mediumet.
  8. Fra pkt. 6 og 7 får vi Aristoteles’ lov, hvor terminalfarten av en masse er proporsjonal til kvadratroten av vekten, delt på tetthet.Rovelli kommenterer her at Aristoteles hadde rett i alle sine faktapåstander, men mangelen på konsepter som kvadratrot, ville gjort utregningene vanskelig for ham.
  9. Konstanten til loven i pkt. 8 avhenger av formen på massen.Vi bruker gjerne denne kunnskapen når vi skal utforme mest mulig aerodynamiske objekter, som jetfly, speedbåter og missiler.
  10. Noe overraskende, er dette en korrekt vurdering ut fra den newtonske modellen (før Einsteins relativitet), i at når tettheten nærmer seg null, vil terminalfarten nærme seg uendelig. Dette skjer naturligvis ikke, og identifiserer en urealistisk antakelse: nemlig at gravitasjonsfeltet overalt er uniformt. I virkeligheten, vil det fallende objektet før eller siden treffe på massen som skapte attraksjonen i utgangspunktet.
  11. Om vi skulle fulgt konklusjonene fra pkt. 10, og antatt at uendelig hastighet er umulig, måtte vi ha konkludert med at et ekte tomrom er umulig. Det er tvilsomt om det følger, så det er en interessant leksjon i faren av å ekstrapolere fysiske teorier utenfor sitt domene.

Aristotelisk fysikk er åpenbart ikke perfekt. Rovelli identifiserer en rekke problematiske områder, som at den har et manglende rammerverk for kvantiativ undersøkelse, eksperimenter, og ikke tar tilstrekkelig høyde for treghet, akselerasjon.

Men den gjør faktisk en god jobb i sitt riktige domene, ved å oppsummere den mer komplette modellen til Newton. Et par av Rovellis konklusjoner til slutt:

Aristotelian physics is often presented as the dogma that slowed the development of science. I think that this is very incorrect. The scientists after Aristotle had no hesitation in modifying, violating, or ignoring Aristotle’s physics. … In the Middle Ages the physics of Aristotle was discussed and modified repeatedly, but it took Copernicus, Galileo, Kepler and Newton to find a more powerful theory. … The reason Aristotelian physics lasted so long is not because it became dogma: it is because it is a very good theory. … With all its limitations, it is great theoretical physics.

(…)

The bad reputation of Aristotle’s physics is undeserved, and leads to widespread ignorance: think for a moment, do you really believe that bodies of different weight fall at the same speed? Why don’t you just try: take a coin and piece of paper and let them fall. Do they fall at the same speed? Aristotle never claimed that bodies fall at different speed “if we take away the air”. He was interested in the speed of real bodies falling in our real world, where air or water is present. It is curious to read everywhere “Why didn’t Aristotle do the actual experiment?”. I would retort: “Those writing this, why don’t they do the actual experiment?”. They would find Aristotle right.