科學，到底是什麼？（18）_風聞

一

力學的英文是mechanics，希臘文是mechanica，原意為機械學，與“力”毫不相干。到了伽利略，才把mechanics由單純的機械學轉化為運動學，創立了新的物理學。但是，伽利略的力學仍然是無“力”之學。到了牛頓，力才被引入新物理學，使“力學”變得名副其實。

在亞里士多德傳統中，力學（機械學）屬於與自然相對抗的東西---比如水車，就是違反了水的自然向下的趨勢而反向運動的機械，因此，不可能歸入研究自然的物理學。亞里士多德把它們歸入立體幾何，和光學、和聲學、天文學並列。

到了希臘化時期，力學（機械學）作為數學學科在兩個方面有了極大發展。

第一是阿基米德把力學完全轉化為純粹的數學問題來處理，以公理化的方式賦予力學（機械學）以數學的嚴格性。他的《論平板的平衡》提出了重心的概念以及槓桿原理，他的《論浮體》提出了流體靜力學中的阿基米德原理。

第二方面是亞歷山大城的希羅的工作。希羅的《力學》（機械學）把所有機械歸結為5種原型機械，即槓桿、滑輪、輪和軸、楔子、螺旋，它們都可以歸結為天平的圓周運動。機械錶面看違背自然運動，但希羅通過理性分析發現，它們都可以被整合到物理學之中。

整個中世紀基本上不存在力學。

文藝復興時期，由於印刷術的發明，亞里士多德和阿基米德這兩個力學傳統同時發揮了很大影響，分別代表了力學的物理學方面和數學方面。人們認識到，力學具有物理和數學的雙重本性，有很強的實用性。

力學（機械學）地位的大大提升，與這個時代的時代精神有關：一種能夠支配自然的技藝，同時又能擁有傳統意義上獨獨屬於數學的高貴品性，很自然地贏得了那個時代知識分子的青睞。

伽利略既變革了亞里士多德自然哲學的運動理論，又使力學（機械學）傳統發揚光大，從而使這兩個歷史線索合而為一。

青年時期的伽利略繼承的是阿基米德力學傳統，採用純粹數學化方法處理機械力學問題，取得很大成功，被譽為“當代阿基米德”。後來，他以數學描述的方法研究自由落體運動，發現所有落體運動都是加速運動，而且所有落體運動的加速度都相等，為新運動學奠定了堅實的基礎。

藉助於對運動的數學和實驗研究成果，伽利略建立了亞里士多德運動理論的替代理論。

在《兩門新科學的對話》中，伽利略討論了勻速運動、勻加速運動、拋體運動，提出了慣性運動的概念。

伽利略關於自由落體運動和拋體運動的數學研究，以及發現它們共同遵循的數學規律，實際上打破了亞里士多德關於自然運動與受迫運動的區分（傳統上自由落體運動屬於自然運動，拋體運動屬於受迫運動）。

他的運動學理論一反亞里士多德追究運動之原因的目的論傳統，明確宣佈不考慮運動的原因，只做數學描述。這使得以運動學為基礎的新物理學，一開始就是高度數學化的學科。

亞里士多德傳統中的物理學研究真實物體的知識，數學只研究物體抽象的性質，這種區分開始瓦解。

二

笛卡爾追隨伽利略的數學化方略，繼續向亞里士多德自然哲學發起挑戰。笛卡爾比伽利略野心更大，他試圖顛覆亞里士多德的整個體系，建立一套全新的人類知識體系。

他在清算亞里士多德運動理論的同時，提出了一整套替代方案，那就是機械論的、數學化的世界圖景。笛卡爾在將數學與物理學合一方面做了兩件大事。第一件是物質空間化、空間幾何化方案，第二件是引入微粒宇宙觀。

笛卡爾認為，自然界只有物質與運動。物質的根本屬性是廣延，即空間。空間則是純粹的幾何學王國。如此，自然數學化的哲學基礎建立完畢。

而所謂運動，就是物質的位置運動。所有的物質都是微粒的集合，所有的物質運動，都是微粒的碰撞運動。

在《哲學原理》中，笛卡爾提出了慣性定律、運動守恆定律，以及他的宇宙以太渦旋理論。

這些定律和宇宙模型，雖然有嚴重缺陷，仍然被公認為亞里士多德自然哲學的替代世界觀。至此，亞里士多德自然哲學基本瓦解，新物理學以笛卡爾的機械論哲學為前提繼續前進。

在伽利略和笛卡爾的影響下，17世紀的科學先驅們慢慢把光學、天文學、力學這些應用數學或混合數學學科看成是物理學的分支，甚至把作為運動科學的力學看成物理學的基礎學科。力學論（機械論）自然觀成為占主導地位的自然觀。

到了牛頓寫作《自然哲學的數學原理》時，自然數學化運動最終大功告成，決定性地把物理學轉變為一門高度數學化的學科。他的偉大著作的標題，在亞里士多德的語境中顯然是自相矛盾的，而現在卻成了新物理學的標誌性特徵。