科学，到底是什么？（18）_风闻

一

力学的英文是mechanics，希腊文是mechanica，原意为机械学，与“力”毫不相干。到了伽利略，才把mechanics由单纯的机械学转化为运动学，创立了新的物理学。但是，伽利略的力学仍然是无“力”之学。到了牛顿，力才被引入新物理学，使“力学”变得名副其实。

在亚里士多德传统中，力学（机械学）属于与自然相对抗的东西---比如水车，就是违反了水的自然向下的趋势而反向运动的机械，因此，不可能归入研究自然的物理学。亚里士多德把它们归入立体几何，和光学、和声学、天文学并列。

到了希腊化时期，力学（机械学）作为数学学科在两个方面有了极大发展。

第一是阿基米德把力学完全转化为纯粹的数学问题来处理，以公理化的方式赋予力学（机械学）以数学的严格性。他的《论平板的平衡》提出了重心的概念以及杠杆原理，他的《论浮体》提出了流体静力学中的阿基米德原理。

第二方面是亚历山大城的希罗的工作。希罗的《力学》（机械学）把所有机械归结为5种原型机械，即杠杆、滑轮、轮和轴、楔子、螺旋，它们都可以归结为天平的圆周运动。机械表面看违背自然运动，但希罗通过理性分析发现，它们都可以被整合到物理学之中。

整个中世纪基本上不存在力学。

文艺复兴时期，由于印刷术的发明，亚里士多德和阿基米德这两个力学传统同时发挥了很大影响，分别代表了力学的物理学方面和数学方面。人们认识到，力学具有物理和数学的双重本性，有很强的实用性。

力学（机械学）地位的大大提升，与这个时代的时代精神有关：一种能够支配自然的技艺，同时又能拥有传统意义上独独属于数学的高贵品性，很自然地赢得了那个时代知识分子的青睐。

伽利略既变革了亚里士多德自然哲学的运动理论，又使力学（机械学）传统发扬光大，从而使这两个历史线索合而为一。

青年时期的伽利略继承的是阿基米德力学传统，采用纯粹数学化方法处理机械力学问题，取得很大成功，被誉为“当代阿基米德”。后来，他以数学描述的方法研究自由落体运动，发现所有落体运动都是加速运动，而且所有落体运动的加速度都相等，为新运动学奠定了坚实的基础。

借助于对运动的数学和实验研究成果，伽利略建立了亚里士多德运动理论的替代理论。

在《两门新科学的对话》中，伽利略讨论了匀速运动、匀加速运动、抛体运动，提出了惯性运动的概念。

伽利略关于自由落体运动和抛体运动的数学研究，以及发现它们共同遵循的数学规律，实际上打破了亚里士多德关于自然运动与受迫运动的区分（传统上自由落体运动属于自然运动，抛体运动属于受迫运动）。

他的运动学理论一反亚里士多德追究运动之原因的目的论传统，明确宣布不考虑运动的原因，只做数学描述。这使得以运动学为基础的新物理学，一开始就是高度数学化的学科。

亚里士多德传统中的物理学研究真实物体的知识，数学只研究物体抽象的性质，这种区分开始瓦解。

二

笛卡尔追随伽利略的数学化方略，继续向亚里士多德自然哲学发起挑战。笛卡尔比伽利略野心更大，他试图颠覆亚里士多德的整个体系，建立一套全新的人类知识体系。

他在清算亚里士多德运动理论的同时，提出了一整套替代方案，那就是机械论的、数学化的世界图景。笛卡尔在将数学与物理学合一方面做了两件大事。第一件是物质空间化、空间几何化方案，第二件是引入微粒宇宙观。

笛卡尔认为，自然界只有物质与运动。物质的根本属性是广延，即空间。空间则是纯粹的几何学王国。如此，自然数学化的哲学基础建立完毕。

而所谓运动，就是物质的位置运动。所有的物质都是微粒的集合，所有的物质运动，都是微粒的碰撞运动。

在《哲学原理》中，笛卡尔提出了惯性定律、运动守恒定律，以及他的宇宙以太涡旋理论。

这些定律和宇宙模型，虽然有严重缺陷，仍然被公认为亚里士多德自然哲学的替代世界观。至此，亚里士多德自然哲学基本瓦解，新物理学以笛卡尔的机械论哲学为前提继续前进。

在伽利略和笛卡尔的影响下，17世纪的科学先驱们慢慢把光学、天文学、力学这些应用数学或混合数学学科看成是物理学的分支，甚至把作为运动科学的力学看成物理学的基础学科。力学论（机械论）自然观成为占主导地位的自然观。

到了牛顿写作《自然哲学的数学原理》时，自然数学化运动最终大功告成，决定性地把物理学转变为一门高度数学化的学科。他的伟大著作的标题，在亚里士多德的语境中显然是自相矛盾的，而现在却成了新物理学的标志性特征。