一 近代以前的力學(xué)

1.沖力理論

按照亞里士多德的運動理論，每個物體都有自己的固有位置，離開固有位置的物體，只要不受阻礙，都要做返回固有位置的運動，這叫物體的自然運動。除自然運動之外的物體運動統(tǒng)統(tǒng)是強制運動。強制運動只有在外力不斷地作用時才產(chǎn)生，作用停止，運動也立即終止。

亞里士多德是一個面對自然的坦率觀察者，上述論述顯然來自經(jīng)驗，譬如車夫拉車的經(jīng)驗、劃船的經(jīng)驗等。但是，亞里士多德的運動論在對拋射體進(jìn)行解釋時產(chǎn)生了矛盾。

一個被拋射出去的石頭或鐵餅怎么能在空氣中飛行呢？亞里士多德認(rèn)為，拋射物體的手或機械，使與被拋射物體接觸的媒質(zhì)(空氣)層也運動起來，而且能把動能傳給它。接著這個媒質(zhì)層對下一個媒質(zhì)層反復(fù)進(jìn)行同樣的作用，一層一層的媒質(zhì)便推動了拋射體。而在其他地方，亞里士多德主張媒質(zhì)阻礙運動。

這一矛盾早就為人們所注意。6世紀(jì)的哲學(xué)家菲洛普努斯(Philoponus)就拒絕亞里士多德對拋射運動的解釋。他認(rèn)為空氣阻礙物體運動而不是促進(jìn)物體運動。拋射體之所以能飛行，是因為投擲的人或機械把某種非物質(zhì)的動力傳給了物體本身，也就是說，把強制運動的作用轉(zhuǎn)移到物體內(nèi)部。

這種想法后來被法國巴黎的唯名論者加以采納和發(fā)展。其中心人物巴黎大學(xué)的讓·布里丹(Jean Buridan，1300前一1358后)提出使動者把沖力(im-petus)嵌入受動物體的理論：沖力的方向和物體的運動方向相同，使動者停止作用后，使拋射體繼續(xù)運動的就是這種沖力。由于空氣的阻力和重力的作用，沖力不斷減弱，拋射體的運動也不斷減慢。當(dāng)沖力耗盡，重力出于支配地位，拋射體便開始向固有位置運動。物體包含的物質(zhì)的量越大，對沖力的容量也越大。

沖力是經(jīng)院哲學(xué)框架內(nèi)的東西，以近代力學(xué)的概念來衡量，它不過是各種概念的混亂的摻和而已。但是人們一直在對它進(jìn)行修正，長期以來成為人們論述運動的基準(zhǔn)。伽利略早期就是一個沖力論者。

擺脫和超越?jīng)_力理論，到達(dá)近代力學(xué)的過程中，對天體運動的考察起到了極為重要的作用。其一是開普勒的工作，其二是為地動說奠定力學(xué)根據(jù)的伽利略的工作。

2.開普勒的天體力學(xué)思想

第六章“開普勒的行星運動定律”一節(jié)提到開普勒推導(dǎo)出行星運動第二定律時，引入了天體引力的思想。按照亞里士多德的觀點，天體所作的勻速圓周運動是天體的自然運動，因此沒有必要為天體的運動尋找物理原因。但是開普勒認(rèn)為天文學(xué)理論不應(yīng)該僅僅是說明、解釋所觀測到的現(xiàn)象的一套數(shù)學(xué)方法，它同樣也必須建立在合理的物理學(xué)原理之上。行星運動的規(guī)律應(yīng)該可從導(dǎo)致行星運動的原因中導(dǎo)出。

基于這樣的考慮，開普勒率先考察起行星繞日運動的物理原因。受到吉爾伯特磁學(xué)理論的啟發(fā)，開普勒認(rèn)為行星受到磁力的推動而運動。他把太陽看成一塊大磁鐵，行星是些小磁鐵。太陽發(fā)出磁力并本身旋轉(zhuǎn)，由此推動行星。這種力的大小與到太陽距離成反比。

在這里，一方面，開普勒拋棄了亞里士多德的建立在“固有位置”基礎(chǔ)上的運動理論；另一方面，開普勒只是把地上的亞里士多德力學(xué)推廣到了天上。行星的速度和所受力都與到太陽的距離成反比，完全符合運動速度與所受力成正比的亞里士多德運動學(xué)規(guī)律。在亞里士多德的物理學(xué)中，天上和地下的物體遵循不同的物理規(guī)律。但開普勒確信自然的一致性，因此他把地上的力學(xué)推廣到了天上。

3.斯蒂文鏈