理论教育 曹冲称象与阿基米德法则:秤重智慧的千古哲学

曹冲称象与阿基米德法则:秤重智慧的千古哲学

时间:2023-05-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:阿基米德在经过多次试验后得出,放在水中物体的重量等于排出水的重量。利用阿基米德定律,大象的重量很容易称出。相反,阿基米德从判别王冠的真假,推断出一个普遍的物理学定律,显示的却是科学的智慧。同样不可忽视的是,曹冲称象的办法会有较大的误差。也许,我们能从曹冲称象与阿基米德鉴别王冠的事件出发,判别东西方文化上的差别。这与阿基米德测量皇冠真假的方法简直如出一辙。

曹冲称象与阿基米德法则:秤重智慧的千古哲学

曹冲称象的故事在中国流传很广。从幼儿园开始,我们就听大人讲述这样一个故事。三国时期,孙权送给曹操一头大象。曹操是诗人和政治家,却非常关心大象的重量。于是,谋臣武士提出各种建议。有的建议将大象杀掉一块块称重,然后加总即可。这个建议不仅表露谋臣那因小失大的残忍,而且还混淆了毛重与净重之间的差别,故为曹操所不喜欢。正当众人议论纷纷之际,曹操的小儿子曹冲,也许当时才七八岁,提出一个惊人的建议。将大船放在水里,画上刻度,然后将大象赶上大船,再次画上刻度。等到大象下船之后,只要请士兵或者民工搬运石头到船上,达到大象在船上的刻度为止。然后,谋臣武士就可以将石块称重,加总即可知大象的重量。与大臣的宰杀大象后直接称重相比,曹冲的办法就仁慈多了,故为曹操所喜欢,也为后来的文人墨客所流传。不幸的是,曹冲只活了12岁就夭折。

与曹冲称象的故事相类似,西西里岛的一个国王请金匠铸造了一个皇冠,但怀疑金匠在皇冠里掺杂了大量的白银。于是,国王请希腊最著名的科学阿基米德来检验皇冠的含金量。阿基米德在经过多次试验后得出,放在水中物体的重量等于排出水的重量。根据这个原理,阿基米德将一个纯金皇冠与需要测试的皇冠同时放在两个不同的水桶中,发现金匠制造那个皇冠排出的水较少,于是判断,金匠在皇冠中掺假。根据这次试验,阿基米德就提出了一个重要的物理学原理:当物体的密度低于水的密度时,物体的重量等于排出水的重量。

中学的物理学课程中,我们都学过阿基米德定律。在幼儿园或者小学的课程中,我们学过曹冲称象的故事。利用阿基米德定律,大象的重量很容易称出。在一个标有刻度的大水池中,将大象赶入水中,水池上升的刻度就是大象的重量。如果水池是满的,大象进入水池后流出来的水的重量,就是大象的重量。利用杠杆原理,我们也可以称得大象的重量。

尽管曹冲称象的办法显示了儿童的机智聪慧,但是,这个办法只是一个就事论事的办法,很难得出普遍的结论。相反,阿基米德从判别王冠的真假,推断出一个普遍的物理学定律,显示的却是科学的智慧。同样不可忽视的是,曹冲称象的办法会有较大的误差。中央电视台曾经播放过影视明星马笑苏带领一个团队进行曹冲称象的实验。曹冲称象不仅面临将大象赶上晃动的船只存在困难,而且船体的晃动和水中的波浪会造成刻画和读取吃水线的困难和不准确。搬运到船上的石头刻画线与大象的刻画线存在一个误差区间,在将每块石头称重的误差加总时会存在放大效应。实验的结果是,采用船只称象的办法得到一头小象的体重为2734.5斤,而采用六米长的现代电子秤获得大象的体重为3120斤,误差率高达14.1%。

也许,我们能从曹冲称象与阿基米德鉴别王冠的事件出发,判别东西方文化上的差别。东方文化是一种就事论事的经验主义文化,西方文化却是从现象中归纳或者推演出普遍结论的理性主义文化。前者注重生活经验和个别问题的解决,后者注重问题的普遍性,并演绎出科学精神。从阿基米德的研究出发,我们知道,物体的重量等于密度乘以体积,两个等量物体的密度之比,必然与体积之比成反比。沿着这个思路,我们就可以计算大象的密度和体积,粗略地估算出大象的重量。如果没有大象的密度,我们也可以寻找猪肉牛肉的密度作为近似计算。这种计算方法的好处在于,当物体不可移动时,我们仍能大致估算出物体的重量。

根据曹冲称象的办法,我们无法称出一座山脉、一个铁矿的重量,也无法计算出月球、地球、太阳的重量,更不能计算出宇宙的重量。根据阿基米德的办法,我们可以计算出人和物体的重量。物理学家早已计算出月球的密度和体积、地球的密度和体积、太阳的密度和体积。到了20世纪70年代,瑞典一位物理学家根据宇宙星球的分布与水分布具有近似的特性,计算出宇宙的密度、体积和重量。

近年来,有一位叫吴长富的重庆人,开始用物质的密度或者重量的不同来辨别产品的真假。例如,电池主要成分是电解质,减少电解质的数量就成为不法商贩的牟利之道。经过测定,如果1号电池的重量低于135克,5号电池的重量低于23克,7号电池的重量低于11克,那么,就可以判断,购买的电池就是劣质产品,使用寿命较短。

在电气化的时代,所有的电器机械都需要电线的连接。据估计,2012年,中国家用电线的销售额就突破了7000亿元。电线主要由含量99.9%的优质铜和较少的绝缘外皮构成,铜的密度是每立方厘米达8.9克,而绝缘外皮的密度较小且价格便宜。在铜的价格不断攀升的时代,电线中减少铜的使用量和增加绝缘外皮的厚度就成为不法厂家的牟利手段。不幸的是,电线中含铜量的减少,会增加电线的电阻和热量,诱发火灾和各种事故。吴长富根据铜的密度和绝缘外皮的密度的巨大差异,经测定发现,100米一卷的标号1.5平方毫米的电线,如果重量低于1871克,则可判断为劣质产品。标号2.5平方毫米、4平方毫米和6平方毫米的电线,如果重量分别低于2915克、4312克和6107克,那么,就可以判断其为劣质产品。这与阿基米德测量皇冠真假的方法简直如出一辙。

在中国的传统文化中,许多学者和官员也注意到了货币、交换、人的欲望与资源稀缺等现象。例如,《吕氏春秋》就说明了产权界定的重要性:“今一兔走,百人逐之,非一兔足为百人分也,由未定。由未定,尧且屈力而况众人乎?积兔满市,行者不取,非不欲兔也,分已定。分已定,人虽鄙不争。古治天下及国,在乎定分而已矣。”《吕氏春秋·论人》还谈到了综合考察一个人以判断其性格品行的种种方法:“凡论人,通则观其所礼,贵则观其所进,富则观其所养,听则观其所行,止则观其所好,习则观其所言,穷则观其所不受,贱则观其所不为,喜之以验其守,乐之以验其僻,怒之以验其节,惧之以验其特,哀之以验其人,苦之以验其志,此贤主之所以论人也。论人者,又必以六戚四隐。何谓六戚?父、母、兄、弟、妻、子。何谓四隐?交友、故旧、邑里、门郭。内则用六戚四隐,外则用八观六验,人之情伪贪鄙美恶无所失矣。”而且,对个人要“闻其声而知其风,察其风而知其志,观其志而知其德”。(www.daowen.com)

但是,产权界定对经济生活和生产的分析,人性假设对推断各种社会行为和现象的分析,却只出现在西方的制度经济学微观经济学中。《韩非子·六反》列举了医生、养马人、匠人、父母与子女、丈夫与妻子、官吏和君主都受到“计算之心”的驱使和提供的服务。“故王良爱马,越王勾践爱人,为战与驰。医善运人之伤,含人之血,非骨肉之亲也,利所加也。故舆人成舆,则欲人之富贵;匠人成棺,则欲人之夭死也。非舆人仁而匠人贼也,人不贵则舆不受,人不死则棺不买,情非憎人也,利在人之死也。”韩非子这段话与斯密的“无形之手”的阐述相比毫无逊色。司马迁在《史记·货殖列传》中就记载了地方土特产的分工对贸易的影响,但是,只是到了亚当·斯密的《国富论》时代,对分工和贸易的分析才造就了经济学的建立和发展。

看到某种社会现象并寻找到问题的解决办法,表现出这个社会的生存智慧。例如,有的学者就努力证明,斯密的“无形之手”或者市场机制理论,就是从阅读司马迁的《史记》中受到启发。还有的学者证明,计算机或者计算器的二进位制原理,就是德国数学家和哲学家莱布尼兹从《易经》中受到启发。宇宙大爆炸论似乎蕴含在《道德经》的“道生一,一生二,二生三,三生万物”的系统阐述之中,微观世界的61种基本粒子也可以从古代禅宗经典中找到模糊痕迹。在更为极端的情况下,盛洪甚至认为孔子所说的“君子和而不同,小人同而不和”,“这句话真是精辟之极,使得‘现代的’经济学家实在无法超越”。

只有从现象中看到事物之间的普遍联系,并从中探索出共同遵循的规律,才进入了科学分析的领域。所以,我们不难发现,中国历史上的各种书籍积累了数不清的生存经验,但是,我们的祖先并没有将这些经验上升到科学的高度,没有建立起自然科学和社会科学。在一定程度上说,经验分析类似于关系特殊的交换,科学分析则类似于市场交换。市场经济恰恰是克服关系特殊交换的高额交易成本而发展起来的交易费用节约机制。市场与科学并行,关系与经验并行,似乎存在内在的联系。

即使西方的自然科学和社会科学已经输入中国三四百年之久,我们还是会不时出现以经验对抗普遍定律的情结。在研究领域,我们也习惯于从经验出发和利用经验进行论证,不愿意探索不同经验背后的普遍联系力量。经济学告诉我们,社会生活中的各种现象都可以看到人的欲望和资源稀缺性的影子。但是,经验主义者、道德英雄主义者、利他主义者却高唱人类的高尚,断然否决欲望和资源稀缺性在构造社会各种交易中的核心作用。于是,我们仍然回到经验主义的领域,寻找任何能够否定普遍推论的例子,并不时举起道德标准的“奥卡姆剃刀”删改各种现象。

例如,中国学者习惯于将房屋和商品的抢购、股市的频繁炒作、洋货的购买等行为,统统归于非理性的行为。重庆大学的蒲勇健对此评论说:“一些中国经济学家潜意识中具有浓重的规范思维风格,当经济现象不合理想中的规范时,就指责经济行为主体的行为不规范、不合理或‘非理性’,而忽视经济行为主体在一定的约束条件下产生一定的行为。”华东师范大学的国际关系研究学者杨成说:“中国的俄苏研究似乎非常抗拒理论,而理论的重要性其实是不言而喻的。”

即使像林毅夫这样的知名经济学者,也还在宣扬经验主义,认为某个社会现象的理论“通常只有在那个社会长大、生活的学者才会有较好的把握。一位不在中国长大、生活的外国学者要洞悉中国社会经济现象背后的逻辑很难”,因为“发达国家的学者提出的理论,主要是在解释发达国家的现象”。在《经济学精神》中,盛洪甚至这样说:“在最高境界中,经济学不是一堆结论,不是一组数学公式,也不是一种逻辑,甚至不是一种分析方法,而是一种信仰,一种文化,一种精神。……经济学的真正魅力并不在于它是一门科学,而在于它不是科学。”在这样的对抗心态下,中国的社会科学举步维艰,在国际科学界的吵闹声中保持沉默或者自言自语。也许,根源在于曹冲称象的传统文化之中。

[2012年7月1日]

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