亚里士多德力学和牛顿力学
2006-10-25 23:02阅读：
亚里士多德力学和牛顿力学
摘要：本文介绍了亚里士多德力学和牛顿力学的历史背景以及主要内容，并在此基础上将二者进行了对比。分析了亚里士多德力学和牛顿力学在人类科学发展中的作用、地位和意义。
关键词：亚里士多德
牛顿
运动
力学
力学是物理学的一个分支，是物理学的基础和开篇。至今，力学的发展大致可以分为三个阶段，即亚里士多德力学（古典力学）、牛顿力学（经典力学）和相对论力学阶段。在本文中，我们将主要分析讨论古典力学与经典力学。
一、亚里士多德和他的古典力学
亚里士多德是古希腊百科知识的集大成者，他对力学的发展有不少贡献。例如他在将数学方法引入运动理论从而得到具体物理定律方面起了先导作用，而且还率先研究了力的合成与分解，用力的四边形法则说明了杠杆原理。这些先驱性的研究对力学的发展起了重要的奠基作用。
但是他宇宙观的核心是：地心与宇宙中心重合，天地有别。
以这一并不符合实际情况的宇宙模型为出发点，他把世界划分为“月上”和“月下”两部分[1]：月上世界由“以太”组成，天体只环绕宇宙中心(即地心)作圆周运动，此运动是物体固有功能造成的，不受外力推动；月下世界是由土、水、火、气四元素组成，地上物体各依其四元素（土、水、气、火）构成的本质找寻其“天然处所”，“趋向于自己特有的空间”，“把那些在没有其他干扰条件下总是向上运动的东西称为轻物体，总是向下的物体称作重物体”，[2]由此他将地上运动分为由物体固有功能造成的天然运动（向下）和由外力推动造成的强迫运动（向上）。
基于以上的运动学理论以及相信自然必须服从简单的比例法则，他得出了自己著名的关于运动的两条比例定律：1、强迫运动定律，力与速度成正比，即力是维持物体运动状态的原因；2、落体定律，下落物体的速度与它的重量成正比。这两条比例定律也正是亚里士多德力学体系的核心。[2]
亚里士多德的古典力学理论是人类对力学现象初步认识阶段感性思维的力学理论体系，但由于缺乏精确数学理论的支持和帮助，并没有能够形成完备的力学理论体系。
二、牛顿和他的经典力学
在他之后两千年的牛顿是英国十七世纪伟大的物理学家、数学家、天文学家。他在前人的基础上发现并总结了力学三大定律，在此基础上著就了《自然哲学的数学原理》这本不朽的科学巨著。此书是人类近代经典力学建立的标志，奠定了近代物理学基础。在这本巨著中他以著名的牛顿三定律和万有引力定律为主体构建了严密的经典力学体系，也称牛顿力学。
人类的物理学从亚里士多德力学体系发展到牛顿力学体系经历了约两千年，期间经历了以哥白尼、开普勒和伽利略为代表的科学革命。牛顿“站在巨人们的肩膀上”，将人类对力学现象的认识视限一方面从宏观物体出发，推向越来越宏大的宇宙天体上去，另一方面则把它推广到地面上所有能观察到的宏观物体上去。[3]为了具体地研究各种宏观物体的运动规律，他建立了质点和刚体的宏观物体的等效力学模型，引入了绝对时空观念，把他发明的微积分这个精密的数学工具引入力学，进行了科学史上第一次伟大的综合，即实验归纳与理论演绎、时空观与方法论、数学与哲学、物理思维与技术应用等多方面的综合，[4]创建了一个以实验为基础、以数学为表达形式的严密、精确而完备的经典力学体系。它不只解决了某些概念和定律，而且找出了大至天体小至微粒分子和日常物体机械运动的共同数学规律。[4]
牛顿力学是人类对力学认识由感性向理性发展阶段的历史结晶，它的建立标志着力学已经成熟为一门完备的自然科学。[3]使力学成为可与欧氏几何相比美的严格的科学理论体系，并成为物理学乃至整个自然科学和工程技术大发展的基础。
