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康德(1724——1804),德國哲學家。生於東普魯士哥尼斯堡。1740年入哥尼斯堡大學攻讀哲學。1754年起在該大學任教,後取得教授職位並短期任過該大學校長和哲學院院長。曾選為柏林科學院。彼得堡科學院和意大利托斯卡那科學院院士。1770年以前在自然科學方面作出貢獻,1755年發表《自然通史和天體論》,提出太陽系起源的星雲假說。1770年以後重點從事批判哲學的創作,先後發表《純粹理性批判》、《實踐理性批判》、《判斷力批判》,從而完成其哲學體系。
皇家科學院關於今年競選獎金的論文的評判,不久就要揭曉了。對於這一主題,我曾提出一些考察,並且由於我僅僅衡量了這一主題的物理方面,所以我只想簡短地勾畫出我關於這個問題的想法,在此以後,我察覺到這個主題,就其本性而論,單從物理方面,是不可能達到要獲獎的論文所必須具有的那種完善程度的。
科學院的問題如下:地球由於自轉而發生晝夜的交替,地球的自轉從起始的最初時間以來,是否經歷過某些變化,這些變化的原因是什麼,根據什麼來確定這些變化。對於這個問題,可以從歷史上去探究,最遠的古代,為了防止一年的開始不致由於一年的一切其他時間而流動不定,不得不對於一年的長短和閏日,使用一些記憶的標誌,把這些古代的記憶標誌和我們今日所規定的一年相比較,就可以看出最古時期的一年比現在所包含的日數或小時,是更多了,還是更少了;假如是更多,那未,地球繞軸旋轉的速度就變小了,假如是更少,那未,地球現在繞軸旋轉的速度就一直在增加了。我在我的主題中,將不企圖借助歷史來獲得知識。我覺得那些證件很模糊不清,它們所透露的消息對於今天有關的問題極不可靠,以致人們為了使它們與自然界的根據符合而設想出來的理論,大概都帶有向壁虛構的意味。因此,我要直接從自然界著手,對於自然界的聯繫,要明白指出後果,能夠說出起因,把註意力從歷史轉到正確方面來。
地球以一種自由運動,圍繞著它的軸不斷旋轉。這種自由運動,在地球形成之時,就同時加之於地球了;此後,假如沒有阻礙或外在原因使這種運動變緩或加速,這種運動就會依然不變地,以同一的速度和方向,在全部無窮的時間中繼續下去。我所要指出的是:確實存在著外在的原因,而且是這樣一個外在的原因,它使地球的運動逐漸減弱,並且在不可計量的長時期中,甚至會消滅地球的轉動。這個總有一天會到來的遭遇,是如此重要而可驚,儘管這個致命時刻的降臨還被推得極其遙遠,甚至地球能夠住人的可能性以及人類的綿延也許還到不了這段時間的1/10,然而,即使僅僅這種命運的降臨確鑿無疑和自然界的不斷接近這種命運,也值得成為驚歎和研究的對象了。
假如天空充滿了有某種程度的阻力的物質,那麼,地球的每日轉動就會在那些物質那裡,遭到不斷的阻礙,它的速度一定會由這種阻礙所消耗而終於耗盡。但是,天空卻充滿著阻力無窮小的物質,這種天空即使對輕飄的彗星氣體物質,也容許它有一種自由的,不受阻礙的運動,在牛頓令人信服地這樣指出以後,對於這種阻力也就不必擔心了。除了這種無須多加猜測的阻礙而外,能夠影響地球運動的外在原因,就只有月球與太陽的引力了;這種引力,因為它是自然界的普遍推動器,牛頓就根據它,以明白無疑的方式,道破了自然界的秘密,它在這裡提供了可靠的根據,借這種根據,是可以提出確鑿的驗證的。
假若地球完全是固體,它上面一點液體也沒有,那未不論是太陽的引力或是月球的引力,都不能使它繞自己的軸而作的自由的旋轉發生絲毫變化,因為這種引力對地球的東部和西部的作用是相同的,因而無論在那一面都不能引起絲毫的偏斜;所以,它一點也不妨礙地球繼續自由地自轉,就好像沒有受到任何外面的影響一樣。但是,假如一個行星的實體包含著可觀的液體成分時,那未,月球和太陽的合引力,由於它使液體物質流動,便對地球受到震盪的那一部分施加壓力。地球正是處於這種情況。海洋的水至少覆蓋了地球表面的1/33,由於上述天體的吸引而不斷運動,並且是向著與繞軸旋轉正相反對的那一面在運動。值得考慮的是,這種原因是不是已引起旋轉的某些變化。起主要作用的月球引力之所以使海洋的水不斷洶湧,是因為這種引力對於不論是朝著月亮那一邊流的水或背著月亮那一邊流的水,都努力要使那些水流向正在月亮下面的那些點去,並使其升高;而且因為這些洶湧之點從早到晚都在不斷移動,所以它們便以海洋的全部水量,對世界海洋傳播一道朝正在月亮下面的區域去的奔流。航海者的經驗,久已使這種普遍運動無可置疑,這種運動在海峽和海灣可以最明顯地看出,在那裡,由於海水必須流過狹窄的通道,它的速度便增加了。因為這道奔流直接反抗地球的自轉,於是我們就看到這樣一個原因,根據這原因,我們就滿有把握地說,這種不息的作用是力圖使地球的自轉削弱和減小。
誠然,假如把這種運動的遲緩和地球旋轉的迅速,把水量的微小和地球的巨大,把水的輕和地的重等作比較的話,那未,這種運動的作用似乎是微不足道的。但是,另一方面,假如考慮到這種推動自古以來就延續不斷,而且還要永久保持下去,即:地球旋轉是一種自由運動,在這個運動中被抽掉的微小運動量,仍然是無補償地喪失了,而另一方面,使其削弱的原因,又以同等的強度,仍然不斷地在起作用,那未,把一個微小的作用,說成是毫無價值,而這個作用通過經常的積累卻必定會終於耗盡最大的量,這對於一個哲學家來說,未免是不合適的偏見。
於是我們可以約略估計海洋從早到晚與地球自轉相反的經常運動的作用量;由於我們把海洋的廣袤延伸直到兩極,因為延伸時所缺少的水量,我們非洲頂端和亞洲東海岸的水量來補充還有餘,所以我們只要算出世界海洋對清晨美洲大陸海岸的衝擊。假設上述流向兩極的海洋運動,在赤道上也正如與赤道平行的緯度圈的運動一樣,每秒鐘減1英尺;最後便可以假定遭受海水沖擊的大陸平面的高度,依垂直深度估計,是100托斯(1托斯等於6法國舊尺),於是我們就會找出海洋由於運動而對與它相對的平面所施的壓力,等於以下的水的重量,即這些水的底面是以前所說的從一極到另一極的整個平面,但高卻只等於1/124英尺。這些水的體積有110萬立方托斯,地球的大小則超過它1230億倍;並且由於這些水的重量永遠以相反方向對地球運動施加壓力,所以很容易找出直到這種阻礙耗盡地球的全部運動為止,必須經過多少時間。如果假定漲潮的海洋速度直到終結,都是相等的,而地球土壤和水,其密度也相等,那未,上述情況的到來,就需要200萬年。根據這一點,在不長的時期中,例如在2000年的時間中,因為上述減少還不很多,延緩多少總計如下,即:在這之後的一個年度一定要比以前少81/2小時,因為地球自轉慢了那麼多。
然而,每日運動的減少還要受到很大的限制,因為:(1)地球全部實體的密度,並不像這裡所假定的那樣,等於水的比重;(2)漲潮的海洋在開闊遼遠的海面上,速度的減小,似乎不等於每秒鐘1英尺;但是另一方面,這種不足之處,卻由以下情況補償而有餘,因為:(1)地球的力,在這裡作為以赤道上一點的速度而向前飛馳的運動來計算,只是一種自轉;在一個自身旋轉的球體表面上所施加的阻礙,具有超出上面所說之點的好處,像槓桿由於離開中心點的距離所具有的好處那樣;將上面兩種原因合併考慮,由於海水高漲而使地球旋轉的減少,便增加了3/2;(2)但最主要的,是:流動的海洋的這種作用並不專對高出海底的突兀不平之處,如大陸、島嶼、峭壁等,而且也對整個海底施展,在海底每一點的作用,其結果誠然要比以前計算垂直高漲時無比微小,但另一方面,由於作用表現範圍的龐大(這個範圍,比前面所說的平面,超過1/38×100萬倍),也就一定以驚人的富裕得到補償。
根據以上所說,可以不再懷疑世界海洋從晚到早的不斷運動既然是一種真實而重要的力量,也就總會使地球的自轉有某種減少,其後果一定會在長時間中無可避免地顯現。為了支持這種假設,本來應該適當地引用一些歷史證據,但是我不得不承認對於這樣大體可以推測到的事件,我並未遇到任何跡象,因此我將盡可能彌補這種缺憾的功績,讓與其他的人。
假如地球以固定不變的步伐,接近它的旋轉的停止,那未,這種變化時期就將完結;這時候,地球的表面和月球處於相對靜止中,即它開始以和月球地球旋轉的週期相同的週期繞自己的軸旋轉,因而地球總是以同一面向著月球。對於地球說來,這種狀況是由於液態物質的運動而起,這種液態物質覆蓋了地球表面的一部分,只是並不深。假如這種物質一直到地球中心都完全是液態的,那未,月球的引力就會在很短的時間內,使地球的繞軸運動一直到成為這測算得出來的陳跡。這種情況向我們一下子表明了,月球在繞地球運行中,不得不永遠以同一面對於地球轉的原因。不是月球向著地球轉的那些部分比背著地球的部分更多重要,而是月球繞自己的軸的真正等速的旋轉,與它繞地球運行,恰好用同一時間,使得月球永遠繼續以同一半面向地球。由此可以得出可靠的結論:當月球最初形成時,它的實體還是液態,那時這顆衛星大約曾有過更大速度的繞軸旋轉,而地球對月球所施加的引力,就以前面所說的方式,使月球的轉軸自轉一直到成為這個測量得出來的陳跡。由此也可以看出,月球是一個較晚的天體,在地球的液體狀態已經讓位而達到固體狀態以後,月球才成為地球的附加物;否則月球的引力在短時期內,就將使地球不可避免地屈服於月球從地球那裡所遭到的同一命運。人們可以把後一種情況,看作是天體自然史的一個標本,自然界的最初狀態,世間物體的產生及其系統關係的原因,都必須在這種樣本中,用表現宇宙結構狀況的那些標誌來規定。就這種觀察來說,地球歷史所包含的很小的東西,也就是那種龐大的,或不如說是無限的東西,這種觀察在那樣遼闊範圍內所得的理解,也和人們所努力描繪的有關今天我們的地球的觀察,同樣可靠。關於這一主題,我曾進行過一系列的觀察,並將那些觀察聯結為一個體系,題為:宇宙形成學,或者說試圖根據牛頓理論的物質運動普遍規律推演出宇宙結構的起源、天體的形成及它們運動的原因,此書不久即可問世。
(石雷 譯)
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