《牛頓第一定理》物理學(xué)史
——兼論宗教對近代科學(xué)起源的推動(dòng)作用
郭貴州余海波
摘要：古埃及對思辨和邏輯演繹的推崇，以及有機(jī)的自然觀，都決定了亞里士多德無法得到“牛頓第一定理”問題的正確答案。 中世紀(jì)的基督教在很多方面對近代科學(xué)的起源起到了推動(dòng)作用，但宗教人士在亞里士多德哲學(xué)與基督教教義融合的爭論中所持的一些觀點(diǎn)，為伽利略提供了靈感。 笛卡爾從“上帝是不變的”中推導(dǎo)出“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
我們知道，伽利略、笛卡兒和牛頓在“牛頓第一定理”的構(gòu)建中發(fā)揮了重要作用，而伽利略的研究在科學(xué)方法上對后世的價(jià)值更大。 正如人民教育版小學(xué)數(shù)學(xué)課本（選1）所描述的那樣：“……而這個(gè)冤案持續(xù)了將近兩千多年，直到三百多年前，伽利略才創(chuàng)造了一個(gè)行之有效的‘調(diào)查’方法，發(fā)現(xiàn)了正確的線索，厘清了現(xiàn)象的本質(zhì)，成為數(shù)學(xué)界的“福爾摩斯”。然而，這里有一個(gè)值得深思的問題：亞里士多德的理論近2000年來真的沒有人批判過嗎？
牛頓常說他站在巨人的右臂上，那么伽利略也這樣做了嗎？ 我們知道，現(xiàn)代科學(xué)以經(jīng)驗(yàn)證據(jù)為本質(zhì)特征。 如果伽利略通過理想實(shí)驗(yàn)“破案”，那么卡爾是如何得出他的推論的呢？ 接下來，讓我們來考察數(shù)學(xué)史上的這兩個(gè)問題。 要解決這兩個(gè)問題牛頓第一定律的內(nèi)容，我們首先要搞清楚為什么亞里士多德沒有得到正確答案。
1. 為什么亞里士多德沒有得到正確答案
作為古埃及的偉大圣人，亞里士多德怎么會(huì)犯這種低級錯(cuò)誤呢？ 事實(shí)上，亞里士多德所處的時(shí)代決定了他無法解決很多數(shù)學(xué)問題。 由于以下原因，以“科學(xué)”形式獲得正確答案：
(1) 亞里士多德生活在奴隸社會(huì)。 在當(dāng)時(shí)的奴隸主和貴族眼中，只有“仰望星空”才是最高貴的，做體力勞動(dòng)才是最卑微的。 這就決定了亞里士多德和他的大部分同時(shí)代人只能通過純思維和邏輯推演來獲取知識，而無法像現(xiàn)代科學(xué)那樣通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)研究，因?yàn)樗麄儾恍加谧隹茖W(xué)研究。 ．
(2)當(dāng)時(shí)人們思考的問題是“物體為什么要運(yùn)動(dòng)？” 而不是“物體如何移動(dòng)？” 后者是一個(gè)形而上學(xué)的問題，而前者是一個(gè)真正的科學(xué)問題。
(3) 亞里士多德時(shí)代認(rèn)為解釋推理不如歸納推理有價(jià)值。 但科學(xué)的實(shí)證性決定了科學(xué)的解釋必須建立在原始?xì)w納的基礎(chǔ)上。
(4)古埃及人持有有機(jī)的自然觀，認(rèn)為運(yùn)動(dòng)是“引導(dǎo)萬物尋找自然歸宿的內(nèi)在本能”。 現(xiàn)代科學(xué)是建立在機(jī)械的自然觀基礎(chǔ)之上的。 只有把自然界看成是“一臺服從一定自然法則的機(jī)器”，才有可能研究它的內(nèi)在規(guī)律。
二、宗教對現(xiàn)代科學(xué)起源的推動(dòng)作用
亞里士多德之后，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”，是因?yàn)樽诮淘诂F(xiàn)代科學(xué)中既有反共的一面，也有促進(jìn)科學(xué)發(fā)展的一面。 宗教對近代科學(xué)起源的推動(dòng)作用主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面。
(1) 促進(jìn)機(jī)械自然觀的出現(xiàn)。 從基督教神學(xué)的角度來看，“自然不再是古埃及人所認(rèn)為的血腥的、有生命的有機(jī)體，而是上帝創(chuàng)造出來供人類享受的死物質(zhì)，因此認(rèn)識自然不再是認(rèn)識人性和人性的問題。眾生。自然的一致性，但外部世界的知識“。
（二）促進(jìn)了秩序觀念的樹立。 正是教會(huì)中循序漸進(jìn)的生活方式使人們產(chǎn)生了秩序觀念，具體表現(xiàn)在秩序生活觀念和自然觀念上。 規(guī)律的概念是科學(xué)研究的前提。
（3）因?yàn)橛猩系鄞嬖冢拔矬w為什么運(yùn)動(dòng)？” 已經(jīng)不是問題了，上帝在創(chuàng)造自然的同時(shí)也為它設(shè)立了一個(gè)內(nèi)在的秩序，也就是規(guī)律。 因此，人們需要做的就是通過科學(xué)研究找到這些規(guī)律。
(4)正統(tǒng)倫理提高了科學(xué)的地位。 在當(dāng)時(shí)的科研人員看來，在所有的職業(yè)中，唯有科學(xué)研究最容易形成虔誠、堅(jiān)忍、謙遜的宗教美德，因而是最能榮耀上帝的“職業(yè)”。 正是因?yàn)樗麄円晱氖驴茖W(xué)為最光榮的事業(yè)，卻堅(jiān)信自然界存在規(guī)律，才使得這些偉人（其中不乏神父）從事科學(xué)研究。 許多學(xué)者對物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了思考，并提出了自己的解釋。
3. 伽利略如何在前人的基礎(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·菲洛普納斯在評論亞里士多德的《物理學(xué)》時(shí)就覺得，與其說媒介是運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)者，不如說是運(yùn)動(dòng)的阻礙者。 由于信仰的需要，在中世紀(jì)，經(jīng)院學(xué)者試圖用亞里士多德的學(xué)說來解釋基督教教義。 為此，包括托馬斯·阿奎那在內(nèi)的許多經(jīng)院學(xué)者都試圖將亞里士多德的道德理論與基督教教義進(jìn)行整合。 而且，亞里士多德的哲學(xué)與基督教的教義在許多方面存在不可調(diào)和的沖突。 例如，亞里士多德的哲學(xué)認(rèn)為宇宙是永恒的，世間萬物的存在不依賴于上帝。 如此一來，對亞里士多德正統(tǒng)的尖銳批判，既有宗教關(guān)切的動(dòng)機(jī)，又有宗教關(guān)切的偏轉(zhuǎn)，從而形成了與亞里士多德正統(tǒng)不同甚至完全相反的對立面。 對世界的不同解釋，而這種解釋后來被哥白尼、伽利略等科學(xué)家繼承和借鑒。
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)家方濟(jì)各，以及后來的約翰·布里丹（-ridan）都為約翰·菲洛納斯的哲學(xué)辯護(hù)。 理論。 [5 John 提出了“沖力”的概念()，他把力設(shè)想為由最初的推進(jìn)器傳遞給物體的推進(jìn)力，并賦予力一種永恒的性質(zhì)，認(rèn)為它仍會(huì)繼續(xù)下去，除非它會(huì)因外部阻力而減少或耗盡。 在沒有外力的情況下，初始力的大小將保持不變。 但他暗示牛頓第一定律的內(nèi)容，如果取消所有運(yùn)動(dòng)阻力，一旦物體開始運(yùn)動(dòng)，很可能永遠(yuǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)，沒有理由改變運(yùn)動(dòng)方向或初始速度。
這種研究和思考無疑為伽利略思考牛頓第一定理提供了靈感，但只是對問題的一種形而上學(xué)思考，缺乏實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 伽利略最大的貢獻(xiàn)是他從“理想實(shí)驗(yàn)”的角度為理論提供了強(qiáng)有力的支持。 這真是一個(gè)偉大的轉(zhuǎn)折。 雖然這些“實(shí)驗(yàn)”在現(xiàn)實(shí)中很難完成，但都需要一定的實(shí)驗(yàn)事實(shí)作為依據(jù)。
4、笛卡爾沒有通過“科學(xué)”的形式得到“牛頓第一定理”的推論
17世紀(jì)，人們普遍認(rèn)為運(yùn)動(dòng)源于上帝，“牛頓第一定理”被笛卡爾通過上帝的不變性闡明。 笛卡爾說：“上帝在創(chuàng)造物質(zhì)之初賦予了物質(zhì)碎片各種運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)在他維持著所有物質(zhì)，使它保持著他最初創(chuàng)造它的樣子。從這個(gè)簡單的事實(shí)可以推斷，上帝也必須在物質(zhì)中保持相同的運(yùn)動(dòng)量”。 由此可知，笛卡爾認(rèn)為運(yùn)動(dòng)是物體的一種狀態(tài)。 因?yàn)樯系凼遣蛔兊模运ㄖ干系郏﹦?chuàng)造的物體除非受到外部原因的影響，否則就會(huì)保持恒定狀態(tài)。 因此，笛卡爾的推論是：運(yùn)動(dòng)的物體應(yīng)該盡量保持運(yùn)動(dòng)。 但他從守恒和簡單性中推斷出物體應(yīng)該保持直線運(yùn)動(dòng)，而不是圓周運(yùn)動(dòng)。 運(yùn)動(dòng)保持在它被保持的那一刻所保持的方式，從而保持慣性的直線性。
通過以上分析，我們可以看出，雖然伽利略也站在了巨人的右臂上，但他初步弄清了“牛頓第一定理”的主要內(nèi)容，而笛卡爾也得到了類似的上帝推論。 而且，牛頓將他們的推論進(jìn)一步外推到天體運(yùn)動(dòng)，即適用于一切物體，從而統(tǒng)一了天地規(guī)律，進(jìn)行了規(guī)范的描述，從而確立了“牛頓第一定理”。
人教版小學(xué)數(shù)學(xué)教材在處理和描述與“牛頓第一定理”有關(guān)的數(shù)學(xué)史方面非常巧妙。 而且，作為一名合格的甚至是優(yōu)秀的高中數(shù)學(xué)班主任，對“牛頓第一定理”發(fā)現(xiàn)過程的理解不能僅限于此，而是需要更深入的理解。 這些認(rèn)識不僅需要數(shù)學(xué)史知識，更應(yīng)該建立在對西方文化有一定認(rèn)識的基礎(chǔ)上。
參考：
1. 人民教育出版社等主編 普通中學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教材-數(shù)學(xué)選修1. 上海：人民教育出版社，2010.68
2.張志偉，歐陽謙主編。 西方哲學(xué)智慧。 上海; 人民大學(xué)出版社，2004.193
3. John H. 著，蘇憲貴譯。 科學(xué)與宗教。 北京：清華大學(xué)出版社，2000.61, 76-77
4. P·M·哈曼著，譯。 科學(xué)革命。 遺憾：北京譯文出版社，2003.2-4
5. David 著，王菊等譯。 西方科學(xué)的起源。 上海; 中國對外翻譯出版公司，2001.312
6. Grant 著，張碧天譯。 中世紀(jì)現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)。 南昌：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2010.118
7. S. 著，彭婉華譯。 現(xiàn)代科學(xué)的建設(shè)。 北京; 清華大學(xué)出版社，2000.34
筆記：
亞里士多德將宇宙分為“天界”和“地界”，認(rèn)為天上的事物是永恒而完美的，而地上的事物是變化、生滅的。 中世紀(jì)基督教經(jīng)院哲學(xué)家托馬斯·阿奎那用這些觀點(diǎn)來解釋圣經(jīng)，認(rèn)為月亮是上帝安排有原罪的人類居住的地方，是一個(gè)丑陋、不潔、腐敗的地方，而天界則是它是神圣的，是完美的。因此，長期以來，人們普遍認(rèn)為，天上的事和地上的事，不能用一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)律來解釋。
