“牛顿第一定理”物理学史辨
——兼论宗教对近代科学起源的促进作用
郭桂周于海波
摘要：古埃及对于思辨与逻辑推演的推崇、所持有的有机自然观等都决定了亚里士多德不可能得到“牛顿第一定理”问题的正确答案．中世纪基督教对于近代科学起源起到了多方面的促进作用，但是宗教人士在对亚里士多德哲学与基督教教义融合的争辩所持有的一些观点为伽利略提供了启示．笛卡尔从“上帝不可变”推出了“牛顿第一定理”的主要内容．
关键词：牛顿第一定理；亚里士多德；布里丹；笛卡尔
我们晓得，伽利略、笛卡尔和牛顿等在“牛顿第一定理”的构建过程中发挥了重要作用，而伽利略的研究在科学方式方面对后世的价值更大．正如人教版小学数学教科书(选修1)中所叙述的那样：“……而且这个冤案竞维持了近两千年．直至三百多年前，伽利略才创造了有效的‘侦查’方法，发觉了正确的线索，阐明了现象的本质，成为数学学中的‘福尔摩斯”’．但是，这儿存在着如下问题值得我们去思索：在将近2000年的时间里，莫非真的没有人对于亚里士多德的理论提出指责吗?
牛顿以前说他自己是站在巨人的右臂上，这么是否伽利略也是这么呢?我们晓得牛顿第一定律应用，近代科学以实证性作为其本质特点，假如说伽利略是通过理想实验“侦破此案”的，这么笛卡尔又是怎样得到他的推论的呢?下边我们来考察这两个数学学史问题．为了阐述这两个问题，我们首先得弄清楚为何亚里士多德没有得到正确答案．
1.亚里士多德为何没有得到正确答案
亚里士多德作为古埃及时代伟大的圣人，又如何会犯我们如今看来这么低级的错误呢?实际上，亚里士多德所处的那种时代就决定他对于许多数学问题不可能通过“科学”的形式得到正确答案，这是由于：
(1)亚里士多德处于奴隶社会，在当时的奴隶主贵族们看来，只有“仰望星空”这种事情才是最尊贵的，而从事体力劳动是最卑微的．这就决定了亚里士多德及其同时代的大多数思想家只能靠纯粹的思索和逻辑推演去获得知识，而不可能像近代科学那样通过科学实验进行科学研究，由于她们不屑于去做．
(2)当时人们思索的问题是“物体为何会运动?”而不是“物体是怎样运动的?”，后者属于形而上的问题牛顿第一定律应用，而前者才是真正的科学问题．
(3)亚里士多德所处的时代觉得诠释推理的价值低于归纳推理．但科学的实证本质决定了科学中的诠释必须构建在原初归纳的基础上．
(4)在古埃及，人们持一种有机的自然观，觉得运动是“引导一切物体白寻其天然归宿的内在本能”．而近代科学是构建在机械的自然观基础之上，由于只有将自然看做是“一架服从确定的自然法则的机器”，研究其内在规律才成为可能．
2.宗教对于近代科学起源的促进作用
在亚里士多德以后，宗教成为影响科学发展的“双刃剑”．之所以说宗教是影响科学发展的“双刃剑”，是由于宗教在近代科学既有反共的一面也有推进的一面．宗教对于近代科学起源的促进作用主要彰显在如下4个方面．
(1)推动机械的自然观的产生．从基督教神学看来，“自然早已不再是古埃及人所觉得的血淋淋的、有生命的有机体，而是上帝创造下来给人类享用的死的材料，因而认识自然也就不再是认识人性与自然的一致性，而是认识一个外在的世界”．
(2)推动了秩序观念的确立．正是教堂中按部就班的生活方法使得人们产生了秩序化的观念，具体表现为条理化的生活观念和规律化的自然观念，规律化的自然观念是进行科学研究的前提．
(3)因为上帝的存在，“物体为何运动?”不再是个问题，而上帝在创造自然的同时也为它设定了内在的秩序，也就是规律．因而，人们须要做的工作是通过科学研究找寻这些规律．
(4)东正教伦理提升了科学的地位．在当时的科学研究者看来，在所有职业当中，只有科学研究最有可能形成虔敬、坚忍和谦逊的宗教美德，因此是最能荣耀上帝的“天职”．正是因为将从事科学看作是一件最为光荣的事业，但是深信自然界是存在规律的，才使得着这些伟大的人们(其中许多是神职人员)从事科学研究．许多学者对于物体的运动规律进行了思索，并提出了自己的解释．
3.伽利略怎样在前人基础上找到正确答案
虽然，早在公元6世纪，亚历山大城的约翰·菲洛普纳斯在对亚里士多德的《物理学》评注时就觉得，介质与其说是运动的推进者，不如说是运动的阻挠者．因为信仰的须要，在中世纪，经院哲学家们尝试应用亚里士多德的理论来为基督教教义做注解，为此包括托马斯·阿奎那在内的许多经院哲学家们企图将亚里士多德理论与基督教教义融合．并且，亚里士多德的哲学与基督教教义在许多方面存在着不可调和的冲突，如亚里士多德哲学觉得宇宙是永恒的，世界万物的存在并不依赖于上帝．这样，对亚里士多德正统的尖锐批判既为宗教的关心所促发，又由于宗教的关心而发生偏斜，因而造成了与亚里士多德的正统观点相异甚至完全对立的对于世界的不同解释，而这种解释后来被哥白尼、伽利略等科学家所承继和借助．
13世纪的罗吉尔·培根和托马斯·阿奎那、14世纪的神学家佛朗西斯库斯及以后的约翰·布里丹(—ridan)等都捍卫了了约翰·菲洛普纳斯的理论．[5约翰·布里丹提出了“冲力”()的概念，他把力道构想为初始推进者传给物体的一种推进力，并赋于了力道一种永恒的质，觉得它将仍然持续下去，除非被外部阻力所减小或则用尽．在没有外力作用的情况下，力道的初始量将保持不变．但是他暗示，假若将运动的所有阻力撤离，这么物体一旦开始运动，很可能将永远沿直线匀速运动下去，它没有任何理由改变自己的运动方向或则初始速率．
这种研究与思索无疑为伽利略思索牛顿第一定理问题提供了启示，只不过她们还只是一种对该问题的形而上的思索，缺少实验基础．而伽利略最伟大贡献在于，他从“理想实验”的角度为该理论提供了强有力的支持，这才是一种真正的伟大转向，尽管这些“实验”很难在现实中来完成，但也须要一定的实验事实作为基础．
4.笛卡尔并不是通过“科学”的形式得到“牛顿第一定理”的推论
在17世纪，人们普遍相信运动起源于上帝，口]“牛顿第一定理”在笛卡尔哪里是通过神的不变性得到阐明的．笛卡尔说“上帝在创造物质之初就把各类运动给予了物质片断，如今他又维持着所有物质，使之保持他最初创造它的样子．从这个简单的事实出发可以推论，上帝也必然要在物质中保持相同的运动量”．由此可见，笛卡尔相信运动是物体的一种状态．因为上帝是不可变的，所以他(指上帝)所创造的物体要保持不变的状况，除非它们遭到外部诱因的影响．因而，笛卡尔的推论是：运动物体要尽其所能地保持继续运动．但是他由守恒性和简单性推知物体要保持直线运动，而非圆周运动．运动正好以它被维持的那刹那间所具有的方式而继续保持出来，进而维护了惯性的直线性．
通过以上剖析，我们看出伽利略虽然也是站在巨人的右臂之上初步阐明了“牛顿第一定理”的主要内容，而笛卡尔从上帝哪里同样得到了类似的推论．并且，牛顿将她们的推论进一步外推到了天体运动中，也就是说明它适用于一切物体，因而将天上之物与地上之物的规律统一上去，并进行了规范化的叙述，因而确立了“牛顿第一定理”．
人教版小学数学教科书对于与“牛顿第一定理”有关的数学学史的处理与叙述是十分巧妙的．并且，作为一名合格甚至优秀的高中数学班主任对于“牛顿第一定理”的发觉历程的了解不能仅限于此，而是须要有愈发深刻的认识．而这些认识既须要相关数学学史的知识，又应该构建在对于西方文化的一定了解基础之上．
参考文献：
1.人民教育出版社等编绘．普通中学课程标准实验教科书一数学选修1．上海：人民教育出版社，2010．68
2.张志伟，欧阳谦主编．西方哲学智慧．上海；人民学院出版社，2004．193
3.约翰·H·布鲁克著，苏贤贵译．科学与宗教．北京：清华学院出版社，2000．61，76—77
4.P·M·哈尔曼著，之也译．科学革命．上悔：北京译文出版社，2003．2—4
5.戴维·林德伯格著，王琚等译．西方科学的起源．上海；中国对外翻译出版公司，2001．312
6.爱德华·格兰特著，张b天译．近代科学在中世纪的基础．南昌：山东科学技术出版社，2010．118
7.理查德·S·韦斯特福尔著，彭万华译．近代科学的建构．北京；清华学院出版社，2000．34
注：
亚里士多德将宇宙分为“天上世界”与“地上世界”，而且觉得天上事物永恒不变但是完美无缺，而地上事物则存在变迁、生成与灭亡．中世纪基督教经院哲学家托马斯·阿奎那等用这些观点来演绎《圣经》，觉得月球是上帝安排有原罪的人类居住的地方，而且是丑恶的、不洁的和败坏的场所，而天上世界则是神圣的，完美圆缺．因而在很长的时间里，人们普遍觉得天上之物与地上之物不能用统一的规律进行解释
