西方物理学的源头与古代天文学、哲学相似,都是古希腊哲人们提出的对世界及其万事万物的来源、起因等的种种臆想,例如天地从何而来,又是谁创造了万物,万物又如何从混沌之中有了秩序、什么是宇宙的中心、大地是什么形状等,这些想象与猜测都算得上是萌芽时期的科学思想,特别是萌芽时期的物理学思想。其中最伟大者乃是亚里士多德。
亚里士多德虽然主要身份是哲学家,但在其思想之中,内容最为丰富的并不是形而上学的玄思,而是对实在的自然界的观察与沉思。亚里士多德把他的目光投向了整个自然界,把自然界的万千个体当作自己的研究对象,试图从中寻求知识与真理。而在他的吕克昂里,教学的主要内容不是柏拉图阿卡德米的数学与政治,而是倾向于生物学、天文学、物理学等有关自然事物的学科。
在这些关乎自然的学科之中,物理学无疑是主体之一。在亚里士多德看来,物理学,即physics,乃是研究自然万物之理的学问,它与研究非自然的抽象之理的形而上学(meta-physics)相对,是一种“形而下学”。更具体地说,它研究的是自然万物的运动、发展、变化等,与自然万物与之息息相关的时间与空间也是亚里士多德十分关注的研究对象。
亚里士多德认为这些对象有一个共同特点:都多少与运动相关。对亚里士多德而言,运动似乎是自然万物最重要的性质,一切事物都会有运动。同时运动也是具体事物的运动,它与时间和空间,尤其是时间,有着极为密切的联系。
此外,在具体的物理学研究上,亚里士多德还提出了几个有关运动的定律。例如在《物理学》中他提出了强迫运动定律。他说,设动力为α,运动物体为β,经过距离为γ,移动的时间为δ,那么同一个动力α同一时间内将使移动2倍γ的距离,或在的时间内使移动距离γ。亚里士多德认为,之所以如此,是因为我们在这里可以看到比例定律。在亚里士多德看来,比例定律是很神圣,也很美的定律。的确,我们在亚里士多德这简单的例子中可以看到一种简单而优美的比例,这种简单的、成比例的、从自然事物中来的数,也就是亚里士多德的比例定律了。(www.daowen.com)
亚里士多德提到的第二个定律是著名的落体定律。就是他认为当其他情况相同,只有物体的质量不同时,重的物体将比轻的物体快。他认为这也是比例定律的一种情形。这个比例定律在我们今天看来简直荒谬,伽利略也早通过比萨斜塔的实验否定了它,但却统治了西方人的思想千年之久。
阿基米德在物理学上同样贡献卓著,他的贡献主要在于力学。在古希腊,力学叫mechanice,原意是“巧计”或者“机智”,即如何用巧计与机智来省力的意思。亚里士多德也关注力学,他曾写过一本书,叫《力学问题》,在其中提出过一个问题:如何用一个很小的力来移动一个很重的物体?
对这个问题,阿基米德做出了很好的回答,那就是杠杆定律及其数学证明。他先提出了7条公理,例如等重重物在等臂处平衡,不同臂时长臂占上风,等重重物后一方附加重物者占上风等。然后证明了杠杆定律:“可通约的两个质量,若反比于它们到支点的距离,将彼此平衡。”这里“可通约”的意思就是,若两个质量分别是2与4,显然这两个数是可以通约的,即变成1与2,这时,若它们到支点的距离分别是2与1,那么它们在杠杆上将彼此保持平衡。
阿基米德对物理学的第二个贡献是浮体定律。我们在前面讲过阿基米德如何发现浮体定律的那个著名的传说,即他洗澡时的伟大发现,这个发现就是浮体定律。但阿基米德的思想可不止于证明金冠里头是否掺了银子,而是更进一步地用科学的方法证明了浮体定律。他专门写过一本书,叫《论浮体》,在其中证明了好几条命题,例如有一条是:“用力将比液体轻的物体按入该液体后将受到一个向上的力,其大小等于与该物体同体积的液体超过物体的质量。”
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