07.16 物理學發展史（1）―亞里士多德

物理學發展

亞里士多德與物理

一、生平簡介

亞里士多德（公元前384—322）是古希臘著名的科學家和哲學家.公元前384年誕生於愛琴海北岸的斯特基拉城.

亞里士多德是馬其頓王室醫師的兒子,從小對自然科學特別愛好,也很鑽研.父親經常教給他一些解剖和醫學的知識,他有時也幫助父親作一些外科手術.亞里士多德17歲那年前往雅典,成為古希臘著名哲學家柏拉圖（前427—前347）的大弟子,從事學習和研究長達20年之久.他好學多問,才華橫溢,成績突出,柏拉圖誇他是“學院之靈”.公元前343年,亞里士多德擔任了年僅13歲的王子亞歷山大的宮廷教師.
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二、科學成就

1．亞里士多德是希臘古典文化的集大成者,恩格斯稱他是最博學的人.他的著作是古代的百科全書,據說有四百到一千部,主要有《工具論》、《形而上學》、《物理學》、《倫理學》、《政治學》、《詩學》等.與物理學關係較多的有：《物理學》（8卷,有中譯本,張竹明譯,商務印書館,北京,1982）、《天論》（4卷）、《起源與衰滅》（2卷）、《氣象學》（4卷）.另有一本《力學問題》為後人偽作.

2．在物理學方面,亞里士多德最重要的貢獻是創造了這門學科的名稱,“物理”一詞的現代拉丁文“Physica”,是他從希臘字φνσιζ（自然）一詞推演而來的.此外,他對地球的大小作出了在當時條件下比較合理的估計.

3．亞里士多德運用科學的方法,對奇妙的生物世界進行了大量調查.他帶領助手周遊各地,蒐集標本,分門別類,並且儘可能瞭解同動物和植物有關的各種知識.他是一位當之無愧的偉大生物學家.他一生最有價值的科學貢獻,也正是在動物學和解剖學方面.他對五百多種不同的動植物進行了分類,解剖過幾十種動物,正確地指出了鯨魚是胎生的,描述了反芻動物的胃、雞胎的發育、頭足綱動物的再生現象等.

4．此外,亞里士多德還對虹、視覺、管長與樂音的關係等物理現象作過一些初步的觀察和解釋,他還從月食和星座的變遷推證了地球是圓形等.

歷史的侷限性

對亞里士多德在物理學和自然科學發展中的作用和影響以及其侷限性,應進行歷史的分析.對物理學的發展來說,亞里士多德初步提出以物質運動及其與時間、空間、與周圍物體的關係及物質本原為研究對象以形成一門獨立的自然學科,重視對近身事物的具體觀察,強調思維邏輯的作用,首先引用數學方法來考察具體物理定律,從而引起眾多的討論與研究等等；這些都在一定程度上為歐洲文藝復興以後物理科學在實驗基礎上的奠基起了某些先導的作用.這一成就不應被抹煞.另一方面,他在理論和方法上的重大缺陷,又造成了被教會加以神聖化的條件,成為繼後物理學發展的嚴重障礙.當伽利略等糾正了亞里士多德的錯誤,把物理學牢固地建立在觀察與實驗的基礎上,恢復與發展了他重視邏輯推理和運用數學工具的傳統以後,物理學在西歐的社會生產力蓬勃發展的條件下得到了迅速的發展.

亞里士多德的物理學,今天看來,有幾條根本性的缺陷.

第一,在方法論上,他只注意簡單的觀察和嚴格的推理.他認為研究“應從我們最明白易知的事物開始”,但卻錯誤地過分引伸,以為從簡單的感性知覺通過理性活動可以一下子到達普遍抽象的頂點,從而對所謂的封閉而有限的宇宙給出一幅最終的科學圖像.他這樣的推斷過程是錯誤的,不可避免地導致將生產水平很低的社會中人們積累的一些原始直覺經驗和哲學思想,上升為絕對化的真理.因此,亞里士多德的物理學實質上只是一種經驗科學性質的自然哲學體系.

第二、他這種根據人的感覺經驗和邏輯理性建立起來的體系,力圖用生物機體（包括人體）有目的的運動現象來統一解釋無生命物質的運動及其原因,例如他列舉出物質的運動變化有“四因”：質料因、形式因、動力因和目的因.一切物體都具有某種天賦的目的或“自然本性”：天體永遠圍繞地球這一宇宙中心作勻速圓周運動；組成地上物體的四種基本元素（水、火、氣、土）都“趨向於自己特有的空間”,具有尋找自己“天然處所”並停留在那裡的本性,從而形成重者向下,輕者向上的“天然運動”（因本性運動”）.由此可見,亞里士多德的自然觀帶有濃厚的目的論的擬人色彩,正是這一內在因素導致他的原始型理論很容易為後來的宗教勢力利用來宣揚宇宙和諧和神的意志.

第三,亞里士多德在總結前人的具體成就時,拋棄了原子論,主張地心說.他首先利用直覺經驗和數學比例關係來研究物體的位移運動,建立了兩條影響深遠但不準確的比例定律.其一,他認為“下落運動的快慢有兩個原因：①運動所通過的媒質不同（如通過水或空氣）,②運動物體自身輕或重的程度不同,如果運動的其他條件相同的話”.因此他關於落體運動的定律是：“物體下落的時間與重量成反比,如一物重量是另一物的兩倍,則在同一下落中只用一半的時間.”“如果空氣比水稀兩倍,則同一運動物體在水中運動時要耗費兩倍時間.”其二,除上升下落外,地上物體的其他一切運動,他都認為是強迫運動：“任何運動著的事物都必然有推動者”.這種強迫運動的比例定律為：“設動力為α,運動物體為β,經過距離為γ,發生位置移動的時間為δ,則同一動力α在同一時間內將使β/2移動2γ,或在δ/2內使β/2移動距離γ.”由於教會的吹捧,這些定律在16～17世紀以前還是神聖不可侵犯的教條.