经典力学发展的思维轨迹，本文主要内容关键词为：力学论文,轨迹论文,思维论文,经典论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
物理学是以认识力、质量、惯性为开端的。力、质量、惯性是物理学的经典力学（以下简称力学）学科的重要概念。力学研究的是物体间或物体各个部分之间相对位置变化的运动，即机械运动（以下简称运动），从这种运动形式入手去研究物理学的规律是符合从简单到复杂的认识过程的。
在17世纪以前，不论在中国还是在其他一些文明国家，对一些简单的运动规律已有一定的了解，并有了较广泛的应用，例如对杠杆、天平、滑轮和车辆等简单力学工具的应用已较普遍。但总的来说，在17世纪以前物理学还没有形成较完整的理论。这是由于在17世纪以前，直觉的失误把人们对一个基本问题的认识给弄糊涂了。16世纪末到17世纪初，人们找到了正确的研究方法，才把这个基本问题搞清楚，从此物理学研究得以迅速发展，并逐步开始形成了经典力学。
17世纪以前，人们含糊不清的基本问题是运动问题。我们日常所见到的各种运动，例如抛到空中的石子的运动，在街上行驶的车辆的运动等都是很复杂的。当时人们是如何试图了解运动的呢？为此，让我们简单回顾人们在17世纪以前对运动的认识过程及作出的轻率结论。设想有一静止物体，要想改变它的位置，必须使它受力，如推它、拉它或用其它物体作用于它。多次的经验使人们深信，要使一个物体运动的愈快，必须对它施加更大的外力。于是，便自然得出直觉结论：对一个物体的作用愈强，它的速度就愈大，因而速度本身表明着有没有外力作用于物体之上。这一直觉结论首先出现在古希腊的亚里斯多德（公元前384-322年）的著作中。在他的力学中可以读到“推一个物体的力不再去推它时，原来运动的物体便归于静止。”①亚里斯多德是古希腊最博学的人，是知识的集大成者。他在欧洲享有的至高无上的威望，可能是使人们长期相信他的直觉结论的主要原因。
否定亚里斯多德的直觉结论是需要时间和勇气的。我们来做个试验，假若某人推着一辆小车在平路上行走，然后突然停止推它，我们会看到小车不会立刻停止，它还会继续运动一段很短的距离。并且，可通过给小车加润滑油、把路修平滑等方法来增大这段距离。因为车轮转动的愈容易、路愈平滑，小车便可继续运动得愈远。若再往前检验一步，就可发现亚里斯多德的直觉结论是错的。即假设路是绝对平滑、车轮也毫无摩擦，那么就没有什么东西阻止小车，它就永远运动下去。世界上第一个运用这一理想实验推理的是意大利的伽里略（公元1546-1642年），因此是他首先发现：一个物体，假如无人去推它、拉它，也无人用别的方法去作用于它，或者简单地说，假若没有外力作用于它，此物体将均匀地运动，即沿一直线永远以同样速度运动下去。因此，速度本身并不表现有没有外力作用于物体上。这一发现被后人称为只适用于地面上运动物体的惯性定律。这一定律在隔了一代人后，由英国近代伟大的科学家牛顿（公元1642-1727年）在统一了对天体运动和地上物体运动的认识之后，把它表述为一条自然规律－－牛顿第一定律。
否定了亚里斯多德的错误的直觉结论后，必然提出关于运动的新问题。既然速度不是表征作用于物体上的外力，那么什么才是呢？通过更深入的思考，伽里略的上述理想实验，可找到这一问题的答案。物体运动的均匀性是由于没有任何外力，设想有人把匀速运动的物体朝运动方向推一下，它的速度会增大；朝运动的相反方向推一下，它的速度会减小。伽里略清楚地看到了这一点，并且在他的著作《两种新科学》中写道：“一个运动的物体假如有了某种速度以后，只要没有增加或减小速度的外部原因，便会始终保持这种速度－－这个条件只有在水平的平面上才有可能，因为假如在沿斜面运动的情况里，朝下运动则已经有了加速起因，而朝上运动，则已经有了减速的起因”。②因此说伽里略发现了这个根本问题的正确答案：速度的改变表征作用于物体上的外力。
基于伽里略对根本问题的研究，牛顿精确地表述了牛顿第二定律。此外，牛顿还研究了物体间的相互作用，提出了牛顿第三定律。牛顿三定律是我们认识一切宏观力学现象的依据，是整个经典力学的基础。牛顿于1687年出版的《自然哲学之数学原理》完成了经典力学体系。这一伟大成就是他沿着伽里略开创的研究方向深入研究下去取得的。
伽里略对运动问题的研究的巨大价值，还在于揭示了研究物理学的一个重要方法－－理想化法。理想化法是一种科学抽象方法。它通过源于实际而又高于实际的科学抽象，排除次要因素的干扰，使研究条件达到理想化的程度，以便抓住事物及其变化规律的本质。理想化法的运用，常常是对于较复杂的事物及其作用过程，提出理想模型和理想实验。
伽里略的理想化推理符合马克思主义哲学的唯物辩证的思维方法。唯物辩证思维方法亦称科学的逻辑方法，它是由许多既互相区别又紧密联系着的具体方法组成的总体。从抽象上升到具体是其中之一，这一具体方法指出：感性具体只是对现实具体的多种多样的表面现象的认识，而没有揭示出事物各方面的本质规律及其联系，它只能把握个别，而不能把握一般。要达到对具体事物的深刻、全面的认识，即在一般与个别的结合上，本质与现象的统一上把握具体事物，就决不能满足于感性具体，而必须进一步抽象，逐步达到思维具体。③因此，我们有把握地断言：亚里斯多德的直觉结论，是他的感觉对现实具体的直接反映。而速度本身并不表明有没有外力作用于物体上，速度的改变才是外力作用的结果，则是伽里略对亚里斯多德的直觉结论（感性具体）的一种本质认识。
物体的下落运动是日常生活中很常见的运动之一。对于这种运动，亚里斯多德凭直觉提出：在通过同一介质时，重的物体下落得快，轻的物体下落得慢。④但到底重物比轻物下落快多少呢？他没有测量过，更谈不上拿出定量关系。这种观点在逻辑上也是有矛盾的，既然重物下落得快轻物下落得慢，那么把一个轻物与一个重物捆在一起往下落又将怎样呢？从轻物因下落得慢将拖延重物的下落来看，它们一起下落时将比重物单独下落得慢。但从两个物体捆在一起重量更大来说，又应该认为它们应比单独一个物体下落得更快。到底是快还是慢呢？到底物重与下落得快慢关系怎样呢？伽里略为解决这一问题作了多次实验。他在一块木板上刻上一个几厘米深的光滑的直槽，测量在不同倾角下斜面上小球下滑的情况（当倾角为90°时就是物体的下落运动）。通过大量的仔细的测量，伽里略得出如下规律，不论下落物体的轻重如何，从静止开始下落时：
(1)下落的速度与时间成正比；
(2)下落的高度与时间的平方成正比。⑤从而得出了不管物体的轻重，它们在同样的时间内将下落同样的高度，或者说在同一高度将两个轻重不同的物体一起释放时，它们将同时着地。伽里略通过实验测量，用事实向人们证明了原有直觉结论的错误。
伽里略是人类历史上第一个用实验测量方法研究科学的人。这种方法不仅使伽里略取得了一些伟大成就，也使他之后的物理学研究沿着正确道路迅速发展。因此，伽里略被后人誉为近代实验科学的开创者。
人类的实践活动有多种多样，辩证唯物主义把它归纳为三种基本的实践形式，科学实验是其中之一。马克思主义哲学认为，认识和实践的关系是全部认识论围绕的轴心。在两者的关系中，实践是认识的基础，它对人类的认识运动起着决定性的作用。实践是检验认识具有真理性的唯一客观标准，伽里略首先将实验及其定量测量引入到物理学研究中来，不单是对自然科学的杰出贡献，也是对社会科学的杰出贡献。
伽里略开创的研究方法－－理想化推理和实验与数学相结合，是广大科学工作者认识世界和改造世界的科学思维方法。
注释：
①②A Einstein L Infeld《The Evolution of physics》Cambridge University Press1938
③李庆臻等主编：《马克思主义哲学自学教程》，山东大学出版社1985年版。
④⑤孟尔熹等主编：《自然科学概论》，山东大学出版社1986年版。