“牛頓第一定理”物理學(xué)史辨
——兼論宗教對(duì)近代科學(xué)起源的促進(jìn)作用
郭桂周于海波
摘要：古埃及對(duì)于思辨與邏輯推演的推崇、所持有的有機(jī)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(jì)基督教對(duì)于近代科學(xué)起源起到了多方面的促進(jìn)作用，但是宗教人士在對(duì)亞里士多德哲學(xué)與基督教教義融合的爭(zhēng)辯所持有的一些觀點(diǎn)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(nèi)容．
關(guān)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(gòu)建過程中發(fā)揮了重要作用，而伽利略的研究在科學(xué)方式方面對(duì)后世的價(jià)值更大．正如人教版小學(xué)數(shù)學(xué)教科書(選修1)中所敘述的那樣：“……而且這個(gè)冤案競(jìng)維持了近兩千年．直至三百多年前，伽利略才創(chuàng)造了有效的‘偵查’方法，發(fā)覺了正確的線索，闡明了現(xiàn)象的本質(zhì)，成為數(shù)學(xué)學(xué)中的‘福爾摩斯”’．但是，這兒存在著如下問題值得我們?nèi)ニ妓鳎涸趯⒔?000年的時(shí)間里，莫非真的沒有人對(duì)于亞里士多德的理論提出指責(zé)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(yīng)用，近代科學(xué)以實(shí)證性作為其本質(zhì)特點(diǎn)，假如說伽利略是通過理想實(shí)驗(yàn)“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(lái)考察這兩個(gè)數(shù)學(xué)學(xué)史問題．為了闡述這兩個(gè)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(shí)代偉大的圣人，又如何會(huì)犯我們?nèi)缃窨磥?lái)這么低級(jí)的錯(cuò)誤呢?實(shí)際上，亞里士多德所處的那種時(shí)代就決定他對(duì)于許多數(shù)學(xué)問題不可能通過“科學(xué)”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(huì)，在當(dāng)時(shí)的奴隸主貴族們看來(lái)，只有“仰望星空”這種事情才是最尊貴的，而從事體力勞動(dòng)是最卑微的．這就決定了亞里士多德及其同時(shí)代的大多數(shù)思想家只能靠純粹的思索和邏輯推演去獲得知識(shí)，而不可能像近代科學(xué)那樣通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)研究，由于她們不屑于去做．
(2)當(dāng)時(shí)人們思索的問題是“物體為何會(huì)運(yùn)動(dòng)?”而不是“物體是怎樣運(yùn)動(dòng)的?”，后者屬于形而上的問題牛頓第一定律應(yīng)用，而前者才是真正的科學(xué)問題．
(3)亞里士多德所處的時(shí)代覺得詮釋推理的價(jià)值低于歸納推理．但科學(xué)的實(shí)證本質(zhì)決定了科學(xué)中的詮釋必須構(gòu)建在原初歸納的基礎(chǔ)上．
(4)在古埃及，人們持一種有機(jī)的自然觀，覺得運(yùn)動(dòng)是“引導(dǎo)一切物體白尋其天然歸宿的內(nèi)在本能”．而近代科學(xué)是構(gòu)建在機(jī)械的自然觀基礎(chǔ)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(jī)器”，研究其內(nèi)在規(guī)律才成為可能．
2.宗教對(duì)于近代科學(xué)起源的促進(jìn)作用
在亞里士多德以后，宗教成為影響科學(xué)發(fā)展的“雙刃劍”．之所以說宗教是影響科學(xué)發(fā)展的“雙刃劍”，是由于宗教在近代科學(xué)既有反共的一面也有推進(jìn)的一面．宗教對(duì)于近代科學(xué)起源的促進(jìn)作用主要彰顯在如下4個(gè)方面．
(1)推動(dòng)機(jī)械的自然觀的產(chǎn)生．從基督教神學(xué)看來(lái)，“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(jī)體，而是上帝創(chuàng)造下來(lái)給人類享用的死的材料，因而認(rèn)識(shí)自然也就不再是認(rèn)識(shí)人性與自然的一致性，而是認(rèn)識(shí)一個(gè)外在的世界”．
(2)推動(dòng)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(chǎn)生了秩序化的觀念，具體表現(xiàn)為條理化的生活觀念和規(guī)律化的自然觀念，規(guī)律化的自然觀念是進(jìn)行科學(xué)研究的前提．
(3)因?yàn)樯系鄣拇嬖冢拔矬w為何運(yùn)動(dòng)?”不再是個(gè)問題，而上帝在創(chuàng)造自然的同時(shí)也為它設(shè)定了內(nèi)在的秩序，也就是規(guī)律．因而，人們須要做的工作是通過科學(xué)研究找尋這些規(guī)律．
(4)東正教倫理提升了科學(xué)的地位．在當(dāng)時(shí)的科學(xué)研究者看來(lái)，在所有職業(yè)當(dāng)中，只有科學(xué)研究最有可能形成虔敬、堅(jiān)忍和謙遜的宗教美德，因此是最能榮耀上帝的“天職”．正是因?yàn)閷氖驴茖W(xué)看作是一件最為光榮的事業(yè)，但是深信自然界是存在規(guī)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(xué)研究．許多學(xué)者對(duì)于物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了思索，并提出了自己的解釋．
3.伽利略怎樣在前人基礎(chǔ)上找到正確答案
雖然，早在公元6世紀(jì)，亞歷山大城的約翰·菲洛普納斯在對(duì)亞里士多德的《物理學(xué)》評(píng)注時(shí)就覺得，介質(zhì)與其說是運(yùn)動(dòng)的推進(jìn)者，不如說是運(yùn)動(dòng)的阻撓者．因?yàn)樾叛龅捻氁谥惺兰o(jì)，經(jīng)院哲學(xué)家們嘗試應(yīng)用亞里士多德的理論來(lái)為基督教教義做注解，為此包括托馬斯·阿奎那在內(nèi)的許多經(jīng)院哲學(xué)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(xué)與基督教教義在許多方面存在著不可調(diào)和的沖突，如亞里士多德哲學(xué)覺得宇宙是永恒的，世界萬(wàn)物的存在并不依賴于上帝．這樣，對(duì)亞里士多德正統(tǒng)的尖銳批判既為宗教的關(guān)心所促發(fā)，又由于宗教的關(guān)心而發(fā)生偏斜，因而造成了與亞里士多德的正統(tǒng)觀點(diǎn)相異甚至完全對(duì)立的對(duì)于世界的不同解釋，而這種解釋后來(lái)被哥白尼、伽利略等科學(xué)家所承繼和借助．
13世紀(jì)的羅吉爾·培根和托馬斯·阿奎那、14世紀(jì)的神學(xué)家佛朗西斯庫(kù)斯及以后的約翰·布里丹(—ridan)等都捍衛(wèi)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(gòu)想為初始推進(jìn)者傳給物體的一種推進(jìn)力，并賦于了力道一種永恒的質(zhì)，覺得它將仍然持續(xù)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(yùn)動(dòng)的所有阻力撤離，這么物體一旦開始運(yùn)動(dòng)，很可能將永遠(yuǎn)沿直線勻速運(yùn)動(dòng)下去，它沒有任何理由改變自己的運(yùn)動(dòng)方向或則初始速率．
這種研究與思索無(wú)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(duì)該問題的形而上的思索，缺少實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)．而伽利略最偉大貢獻(xiàn)在于，他從“理想實(shí)驗(yàn)”的角度為該理論提供了強(qiáng)有力的支持，這才是一種真正的偉大轉(zhuǎn)向，盡管這些“實(shí)驗(yàn)”很難在現(xiàn)實(shí)中來(lái)完成，但也須要一定的實(shí)驗(yàn)事實(shí)作為基礎(chǔ)．
4.笛卡爾并不是通過“科學(xué)”的形式得到“牛頓第一定理”的推論
在17世紀(jì)，人們普遍相信運(yùn)動(dòng)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(chuàng)造物質(zhì)之初就把各類運(yùn)動(dòng)給予了物質(zhì)片斷，如今他又維持著所有物質(zhì)，使之保持他最初創(chuàng)造它的樣子．從這個(gè)簡(jiǎn)單的事實(shí)出發(fā)可以推論，上帝也必然要在物質(zhì)中保持相同的運(yùn)動(dòng)量”．由此可見，笛卡爾相信運(yùn)動(dòng)是物體的一種狀態(tài)．因?yàn)樯系凼遣豢勺兊模运?指上帝)所創(chuàng)造的物體要保持不變的狀況，除非它們?cè)獾酵獠空T因的影響．因而，笛卡爾的推論是：運(yùn)動(dòng)物體要盡其所能地保持繼續(xù)運(yùn)動(dòng)．但是他由守恒性和簡(jiǎn)單性推知物體要保持直線運(yùn)動(dòng)，而非圓周運(yùn)動(dòng)．運(yùn)動(dòng)正好以它被維持的那剎那間所具有的方式而繼續(xù)保持出來(lái)，進(jìn)而維護(hù)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(nèi)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(jìn)一步外推到了天體運(yùn)動(dòng)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(guī)律統(tǒng)一上去，并進(jìn)行了規(guī)范化的敘述，因而確立了“牛頓第一定理”．
人教版小學(xué)數(shù)學(xué)教科書對(duì)于與“牛頓第一定理”有關(guān)的數(shù)學(xué)學(xué)史的處理與敘述是十分巧妙的．并且，作為一名合格甚至優(yōu)秀的高中數(shù)學(xué)班主任對(duì)于“牛頓第一定理”的發(fā)覺歷程的了解不能僅限于此，而是須要有愈發(fā)深刻的認(rèn)識(shí)．而這些認(rèn)識(shí)既須要相關(guān)數(shù)學(xué)學(xué)史的知識(shí)，又應(yīng)該構(gòu)建在對(duì)于西方文化的一定了解基礎(chǔ)之上．
參考文獻(xiàn)：
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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(wú)缺，而地上事物則存在變遷、生成與滅亡．中世紀(jì)基督教經(jīng)院哲學(xué)家托馬斯·阿奎那等用這些觀點(diǎn)來(lái)演繹《圣經(jīng)》，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(chǎng)所，而天上世界則是神圣的，完美圓缺．因而在很長(zhǎng)的時(shí)間里，人們普遍覺得天上之物與地上之物不能用統(tǒng)一的規(guī)律進(jìn)行解釋
