经典力学史话

现代科学的发展只有几百年时间，我们普遍认为“科学之父”是意大利的物理学家、天文学家伽利略。伽利略出生于1564年，他与1642年去世，因此这样算来，现代科学的诞生和发展只有400来年时间，不过，世界却发生了翻天覆地的变化。伽利略去世的那一年，经典力学的建立者牛顿出生，英国人牛顿（1643-1727年）以及其后的几代物理学家把经典力学建造成一幢雄伟的经典力学大厦。其后又由英国的物理学家麦克斯韦（1831-1879年）在他的前人奥斯特、法拉第、安培等基础上建立了经典的电磁学理论。还是在物理学的发展过程中，经典的热学、经典的光学、经典的微观物理学也相继建立。到了19世纪到20世纪的世纪之交时，当时的物理学界的大师们、教授们、专家们如普朗克等为经典物理学的大厦的建立而欢欣鼓舞，而意气风发，而踌躇满志，而志得意满。因为近代的两次工业革命都是有物理学推动而进行的，一次是蒸汽时代的工业革命，另一次是电力时代的工业革命。尽管在物理学的晴朗天空的上方还有两朵乌云。谈到这里，我又想到了另一个问题，为什么有5000年历史的文明古国中国，在近代这400来年的时间里，为什么对全世界都在兴起的科学技术革命无动于衷？不仅没有参与，而且是根本不知道世界的变化，根本不想知道世界的迅猛发展。一直在闭关锁国，一直在孤芳自赏，一直在固步自封，一直是踌躇不前甚至在倒退。这是领导层的事情，主要是封建统治者的问题，也是我们中国几千年封建传统与文化根深蒂固的影响问题。从中我们一定要吸取教训，一定要跟上潮流，一定要与时俱进，尤其是在思想意识上。

经典力学的建立源于意大利兴起并席卷欧洲的文艺复兴，始于几位天文学家以及他们的研究成果，集大成者是鼎鼎有名的物理学泰斗，英国人牛顿。下面我先谈一谈意大利的文艺复兴运动。

一、意大利文艺复兴运动13纪末在意大利各城市兴起的以复兴古希腊文明为口号，最后席卷到西欧各国的，于16世纪在全欧洲盛行的一场思想文化运动，大约17世纪中叶结束。这场运动，带来了一段科学与艺术的革命时期，揭开了近代欧洲历史的序幕，被认为是欧洲封建社会与资本主义社会的分界。“这是一次人类从来没有经历过的最伟大的、进步的变革，是一个需要巨人而且产生了巨人——在思维能力、热情和性格方面，在多才多艺和学识渊博方面的巨人的时代。”文艺复兴运动的开始时间有不同的争论，其中有的观点是以1401年两位天才的竞争圣母百花大教堂洗礼堂铜门的合约为标志。但文艺复兴运动开始城市，都公认是意大利的弗洛伦萨。我就暂且以1401年前后作为文艺复兴运动的起始时间，16世纪进入

高潮。我们又以以1900年作为经典物理学建立的结束时间，前后约为500年，而这段时间恰为中国封建社会最后的两个朝代，明朝和清朝。

而本文所谈及的欧洲文艺复兴运动的时间，大致就相当于中国的明朝时期。1368年朱元璋“深挖洞，广积粮，缓称王”为方针，终于夺得全国的政权建立明朝。在位30年的朱元璋于70岁那年即1398年驾崩，其孙建文皇帝只当了四年皇帝便被其皇叔夺得帝位，即为永乐皇帝。明朝最初几十年因为政权刚刚建立，为保卫疆土，巩固政权，因而休养生息，发展生产。国富民安，国力强大以后，就要杨威海内，就要众国家“臣服”。但就是不发展资本主义，不大力发展自然科学。明朝1368年-1644年总共276年，尽管有欧洲国家的传教士进入中国，带来了近代西方国家的一些先进的科学文化知识，但从骨子里来说，中国是一个农业国家，农耕文化，农业经济。中国士子所追求的是“功名利禄”，不是自然科学。封建社会的性质决定了中国的发展方向绝对不是资本主义，当然可以有资本主义的萌芽，但它不会长成参天大树。276年的明朝起起落落，有发展有进步，有强盛有落后，有衰败有倒退。但是，最终的命运是被强大的满族军队所推翻，清朝政府建立。不过，文艺复兴运动却是席卷整个欧洲，成为一股不可抗拒的潮流，欧洲在大踏步的前进。

文艺复兴运动中的欧洲，体现了人文主义思想：主张个性解放，反对中世纪的禁欲主义和宗教观；提倡科学文化，反对蒙昧主义，摆脱教会对人们思想的束缚；肯定人权，反对神权。使科学技术、文学艺术等方面得到了巨大的发展。其中天文学家的研究和天文学的发展，为物理学的建立奠定了扎实的基础。牛顿曾经说过一句经典的名言：“如果我比别人看的更远一些的话，是因为我站在了巨人的肩膀上。”那些巨人们，就是这几个天文学家。下面我谈本文的第二部分，经典力学的奠基者们。

二、首先我来谈一谈天文学家哥白尼，就是“日心说”理论的发明者、波兰著名的天文学家哥白尼。他于1473年2月19日出生在波兰托伦市的一个富裕家庭，18岁读大学，学的是医学专业，但他却对天文学产生了浓厚的兴趣。1496年开始到意大利学习法律、医学、神学，学习宗教，并且深受意大利文艺复兴思想的影响和熏陶。他尽管在教堂里边供职，却又因为医术高超而被称为“神医”。不过，他的最爱是天文学，他是利用业余时间进行天文学的研究、观察、写作和宣自己的天文学理论的，他也纯粹是利用业余时间完成了他的天文学巨著《天体运行论》（又叫《天球运行论》）。这篇倾注了他毕生精力的书籍阐述了

他的“日心说”的理论体系，该文的主要内容是地球绕其轴运转，月球绕地球运转；地球和其他行星绕太阳运转。星球运行的轨道是一系列的同心圆，他得到恒星年是365天6小时9分40秒，与现在的精确值约多30秒。月、地平均距离为地球半径的60.3倍，与现在的60.27倍误差为万分之五。《天体运行论》是在他死的那一年即1646年发表，老哥白尼抚摸了该书的清样之后溘然长逝，当然他没有看书的内容。这个学说与当时流行的，长期为教皇、教徒和教会深信不疑的托勒密的“地心说”截然不同，针锋相对。因此，他的书立即引起了整个欧洲的极大的关注，对于整个天文学家产生了巨大而深远的影响。围绕“日心说”和“地心说”这两种对立的理论，天文学家们分成两派，激烈的论战、争斗、辩论、探讨乃至生死决斗，同时也促进了天文学的发展。在这场大辩论、大争斗中，涌现出了极为杰出的天文学家，同时也使物理学在这场大辩论中萌芽了。在哥白尼死后3年即1546年丹麦杰出的天文学家第谷诞生，21年后1564年意大利杰出的天文学家、物理学家伽利略出生，再过纪念德国的天文学家开普勒诞生。这三个人对天文学的卓有成效的观察、计算、研究、推理和勇气形成了天文学的一系列的理论，物理系的一些极为重要和极为有价值的观点和方法，为经典力学的建立奠定了扎实的基础。“地心说”最初由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里士多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的轨道上绕地球运转。其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球、行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球恒星天。再外面，是推动天体运动的原动天。地心说是世界上第一个行星体系模型。

三，我再来谈一谈丹麦的天文学家是第谷。他于1546年12月14日出生于丹麦斯科（今属瑞典），自幼喜欢观察星辰，受到良好的教育。1559年进哥本哈根大学学习法律。1562年入莱比锡大学。1565年以后，到欧洲许多地方游学。第谷总念念不忘他是个丹麦贵族，并且骄傲自大和特别爱与人争吵。他对他的下属极其粗暴，并和每个人进行斗争。曾为了争论数学上的某个论点，在罗斯托克一次愚蠢的半夜决斗中（那是在1565年，他才19岁），他的鼻子被割掉，后来他一生都装一金属的假鼻子，是历史上有名的“金鼻子”。第谷是一位杰出的观测家，但他的宇宙观却是错误的,他本人不接受任何地动的思想。他认为所有行星都绕太阳运动，而太阳率领众行星绕地球运动。他的体系是属于“地心说”的，因此他是“地心说”的坚决拥护者，反对哥白尼的“日心说”。在某种意义上，他观察行星的运动，是为了论证自己的理论是正确的，哥白尼的“日心说”是错误的。第谷在天文历史上以