运动的认识史

1.1.1 写在开始

物理学并非从来就是一门独立、分明的学科。直到今天，它仍与其他科学相连。physics 一词源于希腊语，意为”自然”。对自然的研究曾被称为”自然哲学”。从古代到文艺复兴，自然哲学涵盖许多领域，包括天文学、生物学、化学、物理学、数学和医学。最近几个世纪，知识的增长使自然哲学不断专门化，分支成各自独立的领域，物理学保留了其中最基础的部分。从文艺复兴到 19 世纪末发展起来的物理学，称为经典物理学。

1.1.2 中世纪的谬误

在中世纪现代物理学还没有诞生时，有一位著名的思想家—亚里士多德。有人问道：“物体为什么落向地面？”，他答道：”因为物体”渴望”与大地合一“。”那运动的物体为什么会慢下来呢？“他又说：”因为它们累了。“，套说法统治了将近两千年，直到伽利略和牛顿开启现代物理后，才被推翻。这种谬误不仅仅局限于这一领域，在医学领域也随处可见。当时人们普遍认为生病跟恶魔附体有关，要痊愈就需要赶走恶魔，且认为疼痛可以强迫恶魔离开病人的身体，医生此时会用手杖不断敲打病人的方式进行驱魔并祷告。又例如催吐放血，服毒烙铁………很多事情看来是极其荒谬的，但他们每个人，都在用自己的途径追寻真理，为人类亮起了灯塔。

1.1.3 现代物理学的开始

古人仰望星空，满天都是神秘。1066 年，一个英国历法上最重要的年份，一颗彗星划过黑斯廷斯战场上空，吓住了哈罗德国王的军队，一位来自诺曼底的年轻人当机立断，挥师杀进英格兰，在黑斯廷斯战役中击败哈罗德，建立了现代英国王室。1682 年，那颗彗星又一次掠过伦敦上空。那问题来了：”这颗彗星是哪来的？这次预示着什么？国王驾崩？它到底来自哪里?”

当时所有人都在谈论这颗彗星，其中有一位相当有钱的英国人，叫埃德蒙·哈雷。他决定专程去剑桥，拜访英国最负盛名的科学家艾萨克·牛顿爵士。哈雷问牛顿：您怎么看这颗彗星？没人搞得懂彗星，几个世纪、上千年了，它一直让人着迷又让人发懵。您有何高见？“，牛顿大致是这么说的：”哦，那个简单。这颗彗星沿标准椭圆运动，处在一个平方反比力场里。我天天用反射式望远镜在追踪它，它的路径和我的数学严丝合缝”。哈雷惊道：“哦，先生，你为什么不把如此伟大的成果发表出来？要是没错，您就破译了星星的秘密、天堂的秘密！”，牛顿回了一句：“嗯……花钱太多。我是说，我不是有钱人。要把我发明的微积分总结出来，把星星的运动统统算清楚，得花一大笔钱。”，哈雷接着说：“牛顿先生，我有钱。我做买卖发的家，这部”有史以来最伟大的科学著作”，出版费我出。”

于是有了《原理》——《自然哲学的数学原理》。这本书是物理史上最重要的著作之一，开创了一套适用于整个宇宙的物理学：天上的行星，地上的炮弹、火箭、石子，支配其运动的力皆可计算。凡运动之物，皆遵循艾萨克·牛顿的运动定律和微积分。彗星的秘密能被揭开，靠的就是牛顿的三大运动定律。

第一定律：运动的物体永远保持运动，除非有外力作用。滑冰场上有现成的例子：冰球一杆打出去，会一直滑到底，除非有外力拦它。这跟亚里士多德的说法完全相反——亚里士多德说，运动的物体终会停下，因为它们累了。

第二定律：力等于质量乘以加速度。这条方程，撑起了第一次工业革命：蒸汽机、火车头、工厂、机器……

第三定律：每个作用力，都有大小相等、方向相反的反作用力。正因如此，火箭才能飞出地球，让人类的视野望向更深邃的天空。

以牛顿为首的科学家解开了宇宙中的第一种力（引力），掀起了第一次工业革命的浪潮，掀翻了欧洲的王座，瓦解了封建制度，把人类带进现代——而这一切，都源自于一位 23 岁的绅士抬起头问的一句：“月亮也在往下掉吗？”。保持发问，坚持求索，或许我们也能在无穷的真理之海中，捡到一片属于自己的贝壳。

人物介绍

（配图)伽利略·伽利莱（1564.2.15—1642.1.8），1564 年生于意大利比萨，欧洲科学革命的关键人物。他通过物体沿斜面运动和自由下落的实验，提出了加速度的概念。并且驳斥了亚里士多德的两个观念：“维持物体运动需要力；重力作用下重的物体比轻的物体下落得快”。在此研究基础上得到惯性定律，这一定律成为其后牛顿划时代工作的起点。

伽利略在天文学上的发现同样具有革命性。1609 年，他自制了一架望远镜（望远镜此前发明于荷兰），获得了一系列惊人的观测结果：月球表面的山脉与洼地、太阳黑子、木星的卫星、金星的相位。他推断，银河的辉光来自大量肉眼不可见的恒星。在《关于两大世界体系的对话》中，伽利略支持哥白尼提出的太阳系日心说。这一学说最终得到普遍接受。

他用望远镜窥见星辰，却因此看见了人间的真相；他明知会被误解，却仍选择坦然站在真理一边。或许，每个时代都需要一个头铁的“伽利略”—敢于仰望星空，也敢于质疑权威的人；即使遭遇黑暗，也从未放弃追寻光亮的人。

永远提醒自己：永远勇敢地去看，去想，去求证，因为真理从来不怕被看见，也不怕被追问。欢迎来到自然哲学的宇宙，愿你也能找到属于自己的星辰。

艾萨克·牛顿，未来的牛爵爷。牛顿 23 岁那年，无意中洞察到了万有引力。（有个故事说，他在伍尔斯索普的庄园里散步，看见苹果落地；又抬头看见月亮，于是问出了那个解开天空之谜的关键问题：苹果会掉，月亮也会掉吗？答案是：会。这个答案把几千年来关于天体运动的猜测一笔勾销。月亮正处于自由落体状态——像苹果一样，月亮一直在朝地球坠落，只不过它同时在绕地球转，而地球是圆的，所以永远砸不到地上。它始终受着一个力：引力。牛顿马上着手做数学，随即发现 17 世纪的数学算不出坠落的月亮。怎么办？他 23 岁，不但撞上了引力，还顺手发明了微积分——而且他创建微积分的速度，和你们大学一年级学微积分的速度差不多。