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1、从古希腊到近代早期力学含义的演变张卜天 作者简介：张卜天，中科院自然科学史研究所助理研究员。摘要“力学”一词的含义从古至今发生了重大转变，但很少有人注意到这一点。本文详细讨论了“力学”含义的历史演变：它在古希腊是一门研究机械的学科，实现的是似乎违背自然的结果；到中世纪体现为所谓的“机械技艺”；到文艺复兴时期提升为一门介于数学与自然哲学之间的“中间科学”，自然物与人工物的界限被打破，力学与物理学的界限被模糊；到近代最终发展成一门研究运动的学科，与物理学合为一体。关键词力学 中间科学 机械 自然运动 自然哲学技艺提起“力学”（mechanics），我们马上会想起以“牛顿力学”为代表的经典物理学或以
2、“量子力学”为代表的现代物理学。力学是物理学的基础，有时甚至等同于物理学，比如当我们说到牛顿力学时，几乎就等于说牛顿物理学。然而，牛顿的名著自然哲学的数学原理中几乎没有怎么提到mechanics这个词。“力学”最初研究的是以机械为代表的非自然物，这种原始含义仍然保持在“机械论哲学”（mechanical philosophy）、“机制”或“机械论”（mechanism）等派生术语的中文翻译中。某种意义上，它与物理学指研究自然物的理论科学甚至截然对立，与“力”更是没有直接关系。这种误解当然与汉语翻译有关如果从“力学”一词的本义来讲，那么亚里士多德关于物体速度与力、阻力关系的论述，伽利略关于加速运
3、动和落体定律的工作，笛卡尔的运动定律和碰撞定律，惠更斯的碰撞理论和圆周运动理论，牛顿的运动三定律，这些内容严格来说并不属于“力学”工作。那么，“力学”何时以及如何从最初的研究机械的学问演变成了后来研究一切物质运动的学科？这些重要的问题即使在专业的科学史家中也很少有人注意到，如马赫（Ernst Mach）的力学史评（Die Mechanik und ihre Entwicklung historisch-kritisch dargestellt），克拉盖特（Marshall Clagett）的中世纪的力学科学（The Science of Mechanics in the Middle Ages
4、）、韦斯特福尔（Richard S. Westfall）的牛顿物理学中的力：17世纪的动力学科学（Force in Newtons Physics: the Science of Dynamics in the Seventeenth Century）等经典力学史著作，更不要说绝大多数力学教科书，都没有强调力学含义的演变过程，都是按照后来对力学的理解来编排内容的。这样做会给人一种印象，以为书中所讨论的那些内容正是古代的mechanics所讨论的内容。这种辉格史的写法有许多危害：一方面，它向人呈现了一幅力学的直线进步图景，而实际的历史并不这样简单；另一方面，如果不明白这种含义转变，我们就无法理解
5、许多文本的细节，也看不清历史演变的真实脉络。 兹举一例，比如特别重视这一问题的科学史家加比（Alan Gabbey）注意到，第谷1598年的著作Astronomiae instauratae mechanica其中虽然含有mechanica一词，但它更确切的译名应为新天文学的仪器，而非新天文学的力学，因为它主要描绘的是第谷的22种天文学仪器，如四分仪、六分仪、浑天仪、星盘等等，并配有木刻插图，而与一般理解的力学无关。他发现，这部著作没有出现在任何力学史著作或论文中。当然，第谷并没有错，因为他在这部著作的附录中把天文学仪器看成“一种机械技艺”（a mechanical part of art），
6、即天文学仪器不是像石头、苹果、行星这样的自然物。参见Gabbey 1993, p. 133。探讨力学含义的演变过程十分重要，因为力学与物理学在近代早期的融合或等同是近代科学兴起的关键环节，也是机械论自然观产生的必要条件。它意味着人工物与自然物界限的彻底消失，暗示着技术力量即将统治世界。不了解力学含义的转变，就不可能深入理解人工与自然的关系，数学物理学的兴起，甚至是现代性的产生过程。本文旨在依据少数科学史家出色的研究工作，试图就这一演变过程的主线给出较为明晰的梳理。一 古希腊和中世纪在17世纪之前，研究运动和变化的一般科学被称为自然哲学（philosophia naturalis或physiol
7、ogia）或物理学（physica），其理论基础是亚里士多德的学说。这里的运动不仅包括位置运动（motuslocalis）或位移，而且包括质的变化（alteratio），即增强（intensio）或减弱（remissio），以及量的变化，即增大（augmentatio）或减小（diminutio）。亚里士多德意义上的自然哲学或物理学是研究自然物的理论科学，所谓自然物，是指运动和变化的本原在其自身之中。而现在所谓的“力学”（mechanics）源于mechanica，它在近代之前更合适的中文译法其实应为“机械学” 为了保持词本身的统一性，下文中我们一般仍把mechanics译为“力学”而非“机械
8、学”。它源于希腊词machina，本义是“机械”，也有“技巧、装置、方法、巧妙的设计”之义，因为机械似乎能够在智慧上胜过自然。希腊意义上的力学并非关于自然物的理论，而是关注构造和操作机械等人工物，以完成自然本身不可能完成的事情，从而为人的目的服务，比如用杠杆或滑轮提升重物等等。在这个意义上，力学具有目的论色彩。力学不讨论自然运动，而是讨论违反自然的运动Gabbey 1992, p. 308; Mittelstrass 1998, p. 28。像用较小的力移动较大的重量这样的结果是非自然的，因为它违反了亚里士多德的物理假设，即推动力必须大于它所移动的重量。在这个意义上，力学与物理学恰好是对立的。
9、力学主要的古代传统大致可以分为四种：亚里士多德或伪亚里士多德（pseudo-Aristotle）传统、阿基米德传统、亚历山大里亚传统和重量科学（Scientia de Ponderibus）传统Meli 2006, p. 634。这里我们着重介绍亚里士多德传统和亚历山大里亚传统：1. 亚里士多德传统主要是力学问题（Mechanica或Mechanica Problemata）一书。在17世纪之前，人们一直认为它的作者是亚里士多德。现在我们知道并非如此，他的作者是亚里士多德学派中的某个人，可能是斯特拉托（Strato）。但在中世纪和近代早期一直被归于亚里士多德。力学问题开篇便暗示了物理学与力学的
10、区分：我们感到好奇，首先，有些现象的出现虽然合乎自然（kata physin），但我们不知其原因；其次，有些现象是为了人的利益，通过技艺违反自然（para physin）地产生的。自然的运作往往不合人的方便；因为她总是毫无偏离地遵循同一种做法，而人的方便却总是在变。因此，当我们不得不违反自然地做某件事情时，其难度给我们造成困惑，故而必须借助于技艺。我们把帮助我们对付这类困惑的那部分技艺称为力学技巧（mechane）。Mechanics,847a10847a20, Aristotle 1984, p. 1299作者还引用诗人安提丰（Antiphon）的诗：“在自然面前失败的事物，我们靠技艺来完成
11、。”Mechanica, 847a21虽然力学在某种意义上是违背物理学的，但力学问题的导言又暗示，它们也并非完全不同，因为在力学问题中，自然提供了素材，数学提供了解释：它们指力学问题与自然问题既不完全相同，也并非完全无关，而是在数学思辨和自然思辨方面有某种共同之处；因为要用数学来证明现象如何发生，用自然学（natural science）来证明现象的发生与何物相关。Mechanica, 847a2529占于是抢，霜在这豪部最闷早的棉力学才著作岛中，忘我们谣找到仅了力浅学与撑物理狠学或扎自然寄哲学仆之间型含混杰的甚晚至是孟悖谬课的关穴系的袋起源笼。一应方面刷，力惠学关差注的免是违破反自舌然或牌超
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14、istotle, Posterior I 78b37, 76a24令在亚趣里士悲多德仰之后笼，力雅学沿话着两替大方斯向发宝展，方一种本是更氏加数缠学的治和理拉论的材，另合一种错是更板加实泪践的遮和技疗术性睬的。淘2.吵材阿基恋米德掉的力蹄学著若作完齐全是她理论虹的和波数学型的，抹比如符他会半把宪天平五横梁绕假设暮成一榨条数富学的牲线，前把重喇物抽怜象成彼一个为带有雾重量减的点轮等等畏。京这些亭力学惩著作蚂主要恢有两暴部：芒论杀平戴面帖的平向衡同（抖On跃 t坑he科 E涝qu难il匆ib掠ri罢um决 o派f 健Pl却an逼es池）和绪瑞论浮墨体菠（奔On转 F袭lo动at悦in稀g 牧Bo葱
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