从古希腊到近代早期力学含义演变.doc

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1、从古希腊到近代早期力学含义的演变张卜天作者简介：张卜天，中科院自然科学史研究所助理研究员。摘要“力学”一词的含义从古至今发生了重大转变，但很少有人注意到这一点。本文详细讨论了“力学”含义的历史演变：它在古希腊是一门研究机械的学科，实现的是似乎违背自然的结果；到中世纪体现为所谓的“机械技艺”；到文艺复兴时期提升为一门介于数学与自然哲学之间的“中间科学”，自然物与人工物的界限被打破，力学与物理学的界限被模糊；到近代最终发展成一门研究运动的学科，与物理学合为一体。关键词力学中间科学机械自然运动自然哲学技艺提起

2、“力学”（mechanics），我们马上会想起以“牛顿力学”为代表的经典物理学或以“量子力学”为代表的现代物理学。力学是物理学的基础，有时甚至等同于物理学，比如当我们说到牛顿力学时，几乎就等于说牛顿物理学。然而，牛顿的名著《自然哲学的数学原理》中几乎没有怎么提到mechanics这个词。“力学”最初研究的是以机械为代表的非自然物，这种原始含义仍然保持在“机械论哲学”（mechanicalphilosophy）、“机制”或“机械论”（mechanism）等派生术语的中文翻译中。某种意义上，它与物理学[指研

3、究自然物的理论科学]甚至截然对立，与“力”更是没有直接关系。[这种误解当然与汉语翻译有关]如果从“力学”一词的本义来讲，那么亚里士多德关于物体速度与力、阻力关系的论述，伽利略关于加速运动和落体定律的工作，笛卡尔的运动定律和碰撞定律，惠更斯的碰撞理论和圆周运动理论，牛顿的运动三定律，这些内容严格来说并不属于“力学”工作。那么，“力学”何时以及如何从最初的研究机械的学问演变成了后来研究一切物质运动的学科？这些重要的问题即使在专业的科学史家中也很少有人注意到，如马赫（ErnstMach）的《力学史评》（Die

4、MechanikundihreEntwicklunghistorisch-kritischdargestellt），克拉盖特（MarshallClagett）的《中世纪的力学科学》（TheScienceofMechanicsintheMiddleAges）、韦斯特福尔（RichardS.Westfall）的《牛顿物理学中的力：17世纪的动力学科学》（ForceinNewton'sPhysics:theScienceofDynamicsintheSeventeenthCentury）等经典力学史著作，更不

5、要说绝大多数力学教科书，都没有强调力学含义的演变过程，都是按照后来对力学的理解来编排内容的。这样做会给人一种印象，以为书中所讨论的那些内容正是古代的mechanics所讨论的内容。这种辉格史的写法有许多危害：一方面，它向人呈现了一幅力学的直线进步图景，而实际的历史并不这样简单；另一方面，如果不明白这种含义转变，我们就无法理解许多文本的细节，也看不清历史演变的真实脉络。兹举一例，比如特别重视这一问题的科学史家加比（AlanGabbey）注意到，第谷1598年的著作Astronomiaeinstaurata

6、emechanica其中虽然含有mechanica一词，但它更确切的译名应为《新天文学的仪器》，而非《新天文学的力学》，因为它主要描绘的是第谷的22种天文学仪器，如四分仪、六分仪、浑天仪、星盘等等，并配有木刻插图，而与一般理解的力学无关。他发现，这部著作没有出现在任何力学史著作或论文中。当然，第谷并没有错，因为他在这部著作的附录中把天文学仪器看成“一种机械技艺”（amechanicalpartofart），即天文学仪器不是像石头、苹果、行星这样的自然物。参见Gabbey1993,p.133。探讨力学含义

7、的演变过程十分重要，因为力学与物理学在近代早期的融合或等同是近代科学兴起的关键环节，也是机械论自然观产生的必要条件。它意味着人工物与自然物界限的彻底消失，暗示着技术力量即将统治世界。不了解力学含义的转变，就不可能深入理解人工与自然的关系，数学物理学的兴起，甚至是现代性的产生过程。本文旨在依据少数科学史家出色的研究工作，试图就这一演变过程的主线给出较为明晰的梳理。一古希腊和中世纪在17世纪之前，研究运动和变化的一般科学被称为自然哲学（philosophianaturalis或physiologia）或物理

8、学（physica），其理论基础是亚里士多德的学说。这里的运动不仅包括位置运动（motuslocalis）或位移，而且包括质的变化（alteratio），即增强（intensio）或减弱（remissio），以及量的变化，即增大（augmentatio）或减小（diminutio）。亚里士多德意义上的自然哲学或物理学是研究自然物的理论科学，所谓自然物，是指运动和变化的本原在其自身之中。而现在所谓的“力学”（mechanics）源于mecha