近代物理学史论文

关于经典力学体系的建立的思索

【摘要】：力学又称经典力学，是物理学发展的最早的分支学科。力学知识最早起源于人们对自然现象和生产劳动的经验。经典力学体系的建立和古代劳动人民日常物理经验和科学家的努力探索精神是分不开的。经典力学的研究对象是天体和地面上物体的机械运动。、现在主要就以下几个方面谈谈本人关于经典力学体系的建立的思索：古希腊对物理学的贡献、中国古代的力学成就、伽利略的运动理论、牛顿与经典力学的建立。

【关键词】：第谷与开普勒奠基人——伽利略牛顿力学

首先谈谈古希腊对物理学的贡献。古希腊人在文化领域取得光辉夺目成就的同时，也对科学做出巨大的贡献。亚里士多德（公元前384～前322年）和阿基米德（前287—前212）是古希腊的伟大学者，是古希腊力学知识的集大成者。

亚里士多德研究了在重力作用下物体的运动，论证了运动、时间和空间的关系，区分了物质方面的运动、量方面的运动和空间方面的运动。他的主要成就有时提出了以下五点：（1）物体的运动：物体永远在运动变化，变化就是运动；（2）将自然界的运动分为自然运动和非自然运动；（3）①力是产生物体运动的原因，②力是维持物体运动的原因；（4）对抛体运动的解释:自然界害怕虚空,填补空虚推动物体；（5）自由落体：物体越重，下落速度应该越大。

在我看来，亚里士多德对经典力学体系的建立，和他的以下几点精神十分不开的：（1）亚里士多德能够摆脱神的意志，并能形成一套自圆其说的体系，在当时是有非常重要意义的；（2）亚里士多德重视近身事物的观察，强调思辨的作用，并总结出结论解释现象，引起众多的讨论与研究。与亚里士多德从小对自然科学特别爱好，也很钻研、好学多问、才华横溢、成绩优异也是分不开的。在那个物理理论贫瘠的年代，亚里士多德的成就是璀璨的，虽然由于他自身的局限性，提出的一些错误的观点，阻碍了物理学的快速发展，但是他对物理的贡献仍然是不可否认的。

阿基米德是古希腊继亚里士多德之后又一科学巨匠，他从生产实践出发，运用数学的方法建立起静力学，被誉为“力学之父”，还有人认为他是近代型的物理学家。阿基米德在力学上的贡献主要是严格地证明了杠杆定律的浮力定律，后

来又称阿基米德定律。

既然说到西方在力学方面的成就，就不得不谈谈中国古代的力学成就。中国古代力学的萌芽可以追溯到春秋战国时期，中国古代力学的形成，是以《考工记》和《墨经》两书为标志的。《考工记》篇幅并不长，但科技信息含量却相当大。其中包含的力学知识主要有：关于惯性的记载、滚动摩擦的论述、论箭的飞行与保持稳定，还记述了有关力的测量、斜面受力分析以及材料强度和施工中的一些力学知识。《墨经》内容主要涉及逻辑学、自然科学、哲学和伦理学等，其中自然科学的条目仅次于逻辑学，记载了很多关于自然现象的规律。《考工记》中对惯性问题的认识要比同时期的欧洲深刻得多，墨家发现杠杆定律比古希腊的阿基米德要早200多年，但并没有阿基米德杠杆原理那样完整和定量化。虽然中国古代对平衡和简单运动形式就已具备相当水平的力学知识，遗憾的是未建立起阿基米德那样系统的理论。

我想，中国古代之所以没有形成系统的物理学理论与其当时的历史背景是分不开的。当时的中国，崇尚儒家文化，在文学上的成就要比理科上好。虽然有格物致知的领悟，但是在定性和定量上没有进行系统的归纳，所以没有形成系统整理的结论，因此，在这方面是远比欧洲落后的。

意大利物理学家伽利略（1564~1642）继承了哥白尼的传统，同教会展开了反复的斗争，对亚里士多德的运动理论进行检验和批判，成为经典力学的先驱。是近代实验物理学的奠基人，被推崇为“近代科学之父”。他采用数学方法来定量的分析运动，对位置、距离和时间的概念给予确切的数学表达形式，运用笛卡尔创立的坐标系来定量地描述运动，认为应该依据运动的基本特征量对运动进行分类，由此，把运动分为匀速运动和变速运动两种，并加入了加速度的概念。伽利略从1605年开始，就把观察和实验作为科学研究的坚实基础。他在研究工作中，采用下面这样一个对近代科学发展很有效的研究方法：对现象的一般观察→提出工作假想→运用数学和逻辑的手段得出特殊推论→通过物理的或思想的实验对推论进行检验→对假想进行修正和推广。

我觉得，伽利略勇敢地推翻了亚里士多德的错误观点，并且用实验去证明自己的结论，这是从经验知识走到定律建立的重大飞跃，也是物理学史的福音，因为物理学本身就讲究逻辑的缜密，切不可想当然地得到理性结论。他所创立的试

验方法、理想实验方法、严格的逻辑与数学推理方法，为新科学道路的开辟奠定了坚实的基础。爱因斯坦在《物理学的进化》中评价说：“伽利略的发现以及他所用的科学方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。”是的，伽利略的科学方法为后人提供了研究物理的通用模版，促进了物理学的发展。

经典力学的理论体系是以牛顿运动三定律为基础的。牛顿（1642~1727）系统地总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作，得到了万有引力定律和牛顿运动三定律，于 1687年出版了《自然哲学数学原理》。这是牛顿的一部代表作，也是力学的一部经典著作。牛顿在这部书中，从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力等)和基本定律(运动三定律)出发，运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具，建立了经典力学的完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体的力学统一起来，这是物理学史上第一次大的综合。所以，牛顿的《自然哲学数学原理》的出版，标志着经典力学体系的建立。这对科学发展的进程以及后代科学家们的思维方式产生了极其深刻的影响。牛顿力学的建立标志着近代理论自然科学的诞生，并成为其他各门自然科学的典范。

诚然，在经典力学体系的建立中，起到最核心作用的就是牛顿。他在从事自然科学研究工作时，具有自发唯物主义和某些辩证法思想。他承认物质的客观性和世界的物质统一性；承认空间、时间的客观性质；承认自然界各种事物之间的联系和物质运动的规律性。牛顿力学体系的建立，成为机械唯物主义自然观的重要自然科学基础之一，它对人类的思想和文明产生了深远的影响。但是，牛顿的自然观也带有时代的局限性，表现出机械论的特点，所谓机械论的观点，即以机械运动的特点和规律来说明物质世界的所有运动，或者反过来说，将各种物质形态的运动都归结为机械运动。自18世纪以来，牛顿已成为整个近代科学革命的象征，可以说，牛顿在总体上推动了近代科学的进程。

【参考文献】

1、《简明物理学史》南京大学出版社

2、《马克思恩格斯选集》第四卷