亚里士多德与物理学，本文主要内容关键词为：亚里士多德论文,物理学论文，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。
在古希腊，物理学是自然哲学的一部分，是关于自然事物的知识，这种知识一般说来还停留在现象的描述，经验的总结和猜测性的思辩上，但从物理学的发展看却为近代和现代物理学的发展提供了许多生长点，正如恩格斯所说：“在希腊哲学的多种多样的形式中，差不多可以找到以后多种观点的胚胎、萌芽，因此，如果理论自然科学想要追溯自己今天的一般原理发生和发展的历史，它也不得不回到希腊人那里去.”
1 亚里士多德
亚里士多德（Aristoteles，公元前384～前322）学识渊博，曾研究过力学、物理学、天文学、化学、生物学、气象学、心理学、逻辑学、政治学、历史学、伦理学、美学、诗学等，著有《物理学》、《逻辑学》、《形而上学》……等等很多著作，给人类留下了丰富而又宝贵的财富.
物理学这门学科的名称就是由亚里士多德创立的.物理学一词是希腊文“
（意思是自然）一词推演而来，《物理学》是亚里士多德的主要自然哲学著作之一，书中讨论了自然哲学存在的原理，物质与形式，运动，时间和空间，外重天的永远在运动的球体以及为了使这个外重天运动不已而必须有的不动的原动者.他认为：“没有什么在事物之外的运动”，“离开事物而独立存在的运动是没有的”，他把物体的位置（空间）定义为某物体“周围的物体静力边界的最深处”，即用周围物体去定义空间位置，亦即位置变化必须以存在两个物体作为前提，他认为“如果没有运动的存在，又怎能有时间？”所以“时间是运动的数目，或者本身是一种运动”.
总之，这种物质、空间、时间、运动彼此紧密联系的思想是很有价值的.亚里士多德把客观的“存在”分为十大范畴，以“本体”（substanee或译为“实体”）为中心，其余为本体的数量、质量、关系、地点、时间、状态、所有、作用（action）、倾向（affection）等.
2 亚里士多德的运动学观点
2.1 亚里士多德的“四因说”
我们在探索“亚里士多德与物理学”时，就不能不提到亚里士多德的“四因说”.在他看来，所有事物都有四个方面的原因，即“质料因”、“形式因”、“动力因”和“目的因”，这就是他的“四因说”.以一套房子为例，砖瓦木石这些建筑材料是它的质料因.但只有一堆建筑材料而没有构成房子的形式还没有能成为房子，所以还得有形式因.把建筑材料构成一座房子必须要有某种外力的作用，这就是动力因.这座房子之所以建成，又总是为了某种需要，因此目的因也是不能缺少的.在他看来，把一件事物的四因都弄清楚，也就是认识了这件事物了.例如重物下落，是因为重物的自然状态是在下方，下落的目的就是为了恢复它的自然状态.
亚里士多德的出发点原是承认客观存在，研究客观存在.若只就人制造的事物而言，他的说法还有一定的意义，推广到自然界中存在的事物便成荒诞。他实际上以目的的论来掩盖了对客观规律的探求.在这方面，亚里士多德的思想在科学史上曾经产生了不好的影响.
2.2 亚里士多德的静止惯性和近距说
亚里士多德认为，在不受其他因素干扰的自然状态下，火与气做直线上升运动，水与土做直线下落运动.为了解释这种现象，他就提出了自然运动与非自然运动的理论.这是亚里士多德运动学的出发点.当物体处于自然位置上时，它就保持这种自然状态，不做任何运动；当它不处在自然位置上时，它就具有回到自然位置上去的本性，尽量同它的自然位置保持最近的距离.
他以地球的结构为依据，确立了土、水、气、火的自然位置.水与土组成地球，土在下，水在上，地面上是空气，空中是发光的太阳，所以火的自然位置最高，其次是气，再次是水，而土的位置最低.这样的安排能解释一些现象.总之，作用力是产生非自然运动的原因，作用力的本质就是抵抗，克服物体趋向其自然位置的本性.当时亚里士多德还没有加速度的概念，所以他认为作用力就是产生速度的原因.
这里包含着一个很合理的思想，即静止惯性的思想.他认为当物体处于自然位置而没有外力作用时，它就永远保持在自然位置上.他在谈论地球静止不动时，它就永远保持在自然位置上.他在谈论地球静止不动时，曾说到地球施加的作用力不大于地球的惯性力，就不可能使地球运动.但是他没有运动惯性的思想.他说，要使物体不断做非自然运动，就要外力不断作用于物体，不断地同物体直接接触.一旦这种作用停止了，直接接触中断了，物体的运动也就随即停止.为什么亚里士多德看到了物体的静止惯性，却没有看到运动惯性呢？这是因为要揭示物体的运动惯性，需要比较严格的条件：匀速运动与没有任何阻力，这些条件在日常生活中是不具备的.所以只对周围的日常现象作些初步的观察，就只能发现静止惯性，而不可能同时发现运动惯性.
亚里士多德所说的作用，是一种只有通过直接接触才能实现的作用，它是不能超越空间距离而传递的，这种观念实际上是最早的近距说.
2.3 “自然界憎恶真空”学说
据亚里士多德的说法，自然运动是终极的；所有其他运动都需要推动者，如马拉车.然而像箭从弓上射出时那种激烈的运动，又待怎讲？这对希腊物理学来讲，久已是个难题，而芝诺则以逻辑来证明箭绝不能动.亚里士多德找到了答案：推动者是空气——空气在箭前让开，在其后合拢.
这一错误导致了另一个错误，而后者对于以后的物理学仍是同样严重的障碍.如果激烈运动必须有空气而激烈运动又存在于这个世界，那么世界必定充满了空气，而真空就不可能了.这个三段论是完整的，但因为小前提错了，所以整个辩解就垮了.亚里士多德又引另一议论来反对真空之说，而这一说法和前一说法好像有些矛盾.亚里士多德辩道：空气能抵抗运动.假如撤除空气，一个物体或者因没有去处而静止；或者物体如做运动，就会以同一速度永久继续运动.但因这是无稽的，所以就不能有真空.有趣的是他的话比照牛顿第一定律，几乎一字不差，而他用了先验的排斥这条定律的方法，来证明离他头顶只数里的某种情况不可能.但在任何情况下，真空总是不行的；一承认真空，就直接走向留基佰（Levcippus）和德莫克利特（Demokritus）的原子说中去了.
亚里士多德反对古希腊的原子论，所以也反对原子论的虚空观念.他认为原子论者为了使原子能有运动场所，就假设虚空的存在，是没有道理的.因为：“一般意义的运动不必要有虚空作为条件，因为事物能够相互提供空间”.相反，如果虚空存在，就不可能有任何运动，而不往哪个方向运动.物体能被浓缩也不是因为物件内有什么虚空，而是其中的一部分物体被压挤出去了.就反对什么物质也没有的真空而言，他在原则上是对的，但他不懂得相对真空的道理，自然界憎恶真空，这一学说有它的实际起源，就是来自吸起流体的一些经验中.这些经验就导出了空吸抽机.直到17世纪，由于空吸抽机的限制才引起了托里拆利（Torricelli）与格里克人工制成了没有气体的相对真空以后，人们才认识到亚里士多德否认相对真空的错误.
2.4 亚里士多德的空间概念（地球球形说）
关于空间，亚里士多德在这个问题上取得重大进步.他所提出的球形大地的观点，把“上”和“下”相对化了，从而萌发了各向同性空间的概念.这是人类宇宙观的一个重要进步.
在《物理学》第四卷中，对物体的位置作出如下定义：可以认为，位置是与物体在一起的某种东西，而一切在感觉上深感知的物体都处在这个位置中.他又说，位置是：包含物体的界限（因为该物体同包含它的物体相邻接）物体立于已知位置上，而某个其他物体则立于它的外面，不存在其外面没有其他物体的物体.亚里士多德还具体指出：“大地位于水中，水在气中，气在以太中，以太在天空中，而天空也在某个其他物体之中.”亚里士多德反对原子论者关于存在着虚空，没有虚空就没有运动（到处都充满了，无法运动）的观点.他指出，质的变化只能发生在被充满的空间中，当物体移动时，物体之间概念同“自然界憎恶真空”的思想结合在一起了.
亚里士多德的空间概念来源于他的地球球形说.球形说起初是不易被人接受的.古人不懂地球对地面物体的吸引作用，他们从物体往下落，水往低处流的大量现象中，很自然地得出结论：上与下、高与低的区别是绝对的.因为石头不会自动往上飞，水不会自动往高处流.只有平面世界才有上下，高低的绝对区分，所以我们居住的世界只能是一个平面世界.如果地球是球形的，到处都有人居住，那么地球另一面的房屋、人、动物等岂不都要落到宇宙太空中去了吧？所以在古人看来，脚心相对的人是不可想象的，他们的活动范围很小，他们没有理由怀疑大地是平面的，却有根据来怀疑大地是球形的.
可是，亚里士多德同他的老师柏拉图一样，却主张大地是球形的.他们都认为球形是最圆满的图形，是唯一能在自身所占据的空间范围内做任何方向旋转的图形.他还用其运动学从理论上来论证地球的形状只能是球形.他在《天论》的第二卷，第十四章专门论述了这个问题.他写到“须知道，如果微粒同样地从各个方面趋向于一个中心，那么微粒所构成的球应当是具有十分匀称的形状.如果从各个方面增加的是同量的微粒，则从球的中心到它的表面的距离自然应是各处相等，这就说，这个球应该是球形的.”
认识到地球是球形的，这是一个重大的认识飞跃，它实际上突破了绝对的上下、高低的概念，并为后来有引力理论的提出作了思想准备.亚里士多德在谈论地球形状时就说过如下的话：“只要我们略为专心研究并仔细观察一切拥有重量的物体怎样恰巧地趋向于中心.”那么事情很清楚，当物体追留于其边缘之际，它的中心吸力是不停止的.在地球范围内，所有物体都要落向地心，这就容易想到中心对物体有吸引力.
3 小结
亚里士多德把“自然”作为客观存在对象加以科学的研究和分类，并把科学分为理论科学和生产科学，认为物理学“以本身包含运动和静止的根源的那种本体为对象”的研究.但他的物理学实际上是研究物质抽象的组成（所谓“本体”和“形式”）并且首先着重去探索运动的原因和各种现象的目的，因而这种“物理学”只能是在日常观察和经验基础上着重推理的自然哲学.他与物理学有关的著作有，《物理学》、《后物理学》（即形而上学，编于《物理学》之后）、《天论》、《分析后篇》、《起源和衰》、《气象学》等等，还有一本《力学问题》，据考证是他的弟子所作.无论如何，在物理学由其他科学中逐步分离出来方面，他走了最早的一步.另外，在物理学的研究方法上，他强调了逻辑学与数学的作用.他是科学证明法在历史上的第一个提倡者.亚里士多德认为，数学对于任何一种成体系的科学都是可用的模式；任何科学的模式都应该是一种公理体系.
亚里士多德的科学思想是十分丰富的，他的许多见解来自于哲学的沉思，但也有许多的见解来自于经验的观察.梅森对他的评价是中肯的：“亚里士多德在希腊科学史上标志一个转折点，因为他是最先提出整个边界体系的人，而且是第一个从事于泛经验考察的人”.