“牛頓第一定理”物理學史辨
——兼論宗教對近代科學起源的促進作用
郭桂周于海波
摘要：古埃及對于思辨與邏輯推演的推崇、所持有的有機自然觀等都決定了亞里士多德不可能得到“牛頓第一定理”問題的正確答案．中世紀基督教對于近代科學起源起到了多方面的促進作用，但是宗教人士在對亞里士多德哲學與基督教教義融合的爭辯所持有的一些觀點為伽利略提供了啟示．笛卡爾從“上帝不可變”推出了“牛頓第一定理”的主要內容．
關鍵詞：牛頓第一定理；亞里士多德；布里丹；笛卡爾
我們曉得，伽利略、笛卡爾和牛頓等在“牛頓第一定理”的構建過程中發揮了重要作用，而伽利略的研究在科學方式方面對后世的價值更大．正如人教版小學數學教科書(選修1)中所敘述的那樣：“……而且這個冤案競維持了近兩千年．直至三百多年前，伽利略才創造了有效的‘偵查’方法，發覺了正確的線索，闡明了現象的本質，成為數學學中的‘福爾摩斯”’．但是，這兒存在著如下問題值得我們去思索：在將近2000年的時間里，莫非真的沒有人對于亞里士多德的理論提出指責嗎?
牛頓以前說他自己是站在巨人的右臂上，這么是否伽利略也是這么呢?我們曉得牛頓第一定律應用，近代科學以實證性作為其本質特點，假如說伽利略是通過理想實驗“偵破此案”的，這么笛卡爾又是怎樣得到他的推論的呢?下邊我們來考察這兩個數學學史問題．為了闡述這兩個問題，我們首先得弄清楚為何亞里士多德沒有得到正確答案．
1.亞里士多德為何沒有得到正確答案
亞里士多德作為古埃及時代偉大的圣人，又如何會犯我們如今看來這么低級的錯誤呢?實際上，亞里士多德所處的那種時代就決定他對于許多數學問題不可能通過“科學”的形式得到正確答案，這是由于：
(1)亞里士多德處于奴隸社會，在當時的奴隸主貴族們看來，只有“仰望星空”這種事情才是最尊貴的，而從事體力勞動是最卑微的．這就決定了亞里士多德及其同時代的大多數思想家只能靠純粹的思索和邏輯推演去獲得知識，而不可能像近代科學那樣通過科學實驗進行科學研究，由于她們不屑于去做．
(2)當時人們思索的問題是“物體為何會運動?”而不是“物體是怎樣運動的?”，后者屬于形而上的問題牛頓第一定律應用，而前者才是真正的科學問題．
(3)亞里士多德所處的時代覺得詮釋推理的價值低于歸納推理．但科學的實證本質決定了科學中的詮釋必須構建在原初歸納的基礎上．
(4)在古埃及，人們持一種有機的自然觀，覺得運動是“引導一切物體白尋其天然歸宿的內在本能”．而近代科學是構建在機械的自然觀基礎之上，由于只有將自然看做是“一架服從確定的自然法則的機器”，研究其內在規律才成為可能．
2.宗教對于近代科學起源的促進作用
在亞里士多德以后，宗教成為影響科學發展的“雙刃劍”．之所以說宗教是影響科學發展的“雙刃劍”，是由于宗教在近代科學既有反共的一面也有推進的一面．宗教對于近代科學起源的促進作用主要彰顯在如下4個方面．
(1)推動機械的自然觀的產生．從基督教神學看來，“自然早已不再是古埃及人所覺得的血淋淋的、有生命的有機體，而是上帝創造下來給人類享用的死的材料，因而認識自然也就不再是認識人性與自然的一致性，而是認識一個外在的世界”．
(2)推動了秩序觀念的確立．正是教堂中按部就班的生活方法使得人們產生了秩序化的觀念，具體表現為條理化的生活觀念和規律化的自然觀念，規律化的自然觀念是進行科學研究的前提．
(3)因為上帝的存在，“物體為何運動?”不再是個問題，而上帝在創造自然的同時也為它設定了內在的秩序，也就是規律．因而，人們須要做的工作是通過科學研究找尋這些規律．
(4)東正教倫理提升了科學的地位．在當時的科學研究者看來，在所有職業當中，只有科學研究最有可能形成虔敬、堅忍和謙遜的宗教美德，因此是最能榮耀上帝的“天職”．正是因為將從事科學看作是一件最為光榮的事業，但是深信自然界是存在規律的，才使得著這些偉大的人們(其中許多是神職人員)從事科學研究．許多學者對于物體的運動規律進行了思索，并提出了自己的解釋．
3.伽利略怎樣在前人基礎上找到正確答案
雖然，早在公元6世紀，亞歷山大城的約翰·菲洛普納斯在對亞里士多德的《物理學》評注時就覺得，介質與其說是運動的推進者，不如說是運動的阻撓者．因為信仰的須要，在中世紀，經院哲學家們嘗試應用亞里士多德的理論來為基督教教義做注解，為此包括托馬斯·阿奎那在內的許多經院哲學家們企圖將亞里士多德理論與基督教教義融合．并且，亞里士多德的哲學與基督教教義在許多方面存在著不可調和的沖突，如亞里士多德哲學覺得宇宙是永恒的，世界萬物的存在并不依賴于上帝．這樣，對亞里士多德正統的尖銳批判既為宗教的關心所促發，又由于宗教的關心而發生偏斜，因而造成了與亞里士多德的正統觀點相異甚至完全對立的對于世界的不同解釋，而這種解釋后來被哥白尼、伽利略等科學家所承繼和借助．
13世紀的羅吉爾·培根和托馬斯·阿奎那、14世紀的神學家佛朗西斯庫斯及以后的約翰·布里丹(—ridan)等都捍衛了了約翰·菲洛普納斯的理論．[5約翰·布里丹提出了“沖力”()的概念，他把力道構想為初始推進者傳給物體的一種推進力，并賦于了力道一種永恒的質，覺得它將仍然持續下去，除非被外部阻力所減小或則用盡．在沒有外力作用的情況下，力道的初始量將保持不變．但是他暗示，假若將運動的所有阻力撤離，這么物體一旦開始運動，很可能將永遠沿直線勻速運動下去，它沒有任何理由改變自己的運動方向或則初始速率．
這種研究與思索無疑為伽利略思索牛頓第一定理問題提供了啟示，只不過她們還只是一種對該問題的形而上的思索，缺少實驗基礎．而伽利略最偉大貢獻在于，他從“理想實驗”的角度為該理論提供了強有力的支持，這才是一種真正的偉大轉向，盡管這些“實驗”很難在現實中來完成，但也須要一定的實驗事實作為基礎．
4.笛卡爾并不是通過“科學”的形式得到“牛頓第一定理”的推論
在17世紀，人們普遍相信運動起源于上帝，口]“牛頓第一定理”在笛卡爾哪里是通過神的不變性得到闡明的．笛卡爾說“上帝在創造物質之初就把各類運動給予了物質片斷，如今他又維持著所有物質，使之保持他最初創造它的樣子．從這個簡單的事實出發可以推論，上帝也必然要在物質中保持相同的運動量”．由此可見，笛卡爾相信運動是物體的一種狀態．因為上帝是不可變的，所以他(指上帝)所創造的物體要保持不變的狀況，除非它們遭到外部誘因的影響．因而，笛卡爾的推論是：運動物體要盡其所能地保持繼續運動．但是他由守恒性和簡單性推知物體要保持直線運動，而非圓周運動．運動正好以它被維持的那剎那間所具有的方式而繼續保持出來，進而維護了慣性的直線性．
通過以上剖析，我們看出伽利略雖然也是站在巨人的右臂之上初步闡明了“牛頓第一定理”的主要內容，而笛卡爾從上帝哪里同樣得到了類似的推論．并且，牛頓將她們的推論進一步外推到了天體運動中，也就是說明它適用于一切物體，因而將天上之物與地上之物的規律統一上去，并進行了規范化的敘述，因而確立了“牛頓第一定理”．
人教版小學數學教科書對于與“牛頓第一定理”有關的數學學史的處理與敘述是十分巧妙的．并且，作為一名合格甚至優秀的高中數學班主任對于“牛頓第一定理”的發覺歷程的了解不能僅限于此，而是須要有愈發深刻的認識．而這些認識既須要相關數學學史的知識，又應該構建在對于西方文化的一定了解基礎之上．
參考文獻：
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注：
亞里士多德將宇宙分為“天上世界”與“地上世界”，而且覺得天上事物永恒不變但是完美無缺，而地上事物則存在變遷、生成與滅亡．中世紀基督教經院哲學家托馬斯·阿奎那等用這些觀點來演繹《圣經》，覺得月球是上帝安排有原罪的人類居住的地方，而且是丑惡的、不潔的和敗壞的場所，而天上世界則是神圣的，完美圓缺．因而在很長的時間里，人們普遍覺得天上之物與地上之物不能用統一的規律進行解釋
