《人類科學(xué)技術(shù)史-161》歐洲中世紀(jì)物理學(xué)

歐洲中世紀(jì)物理學(xué)

與阿拉伯、中國(guó)輝煌的中世紀(jì)相反，古代文明的夕陽(yáng)余輝在歐洲大陸逐漸消失。古希臘的文明在羅馬時(shí)代就開始衰落。到了5世紀(jì)，教會(huì)在政治上成為統(tǒng)治者。由于教徒們只關(guān)心天國(guó)與來世，科學(xué)研究成為無(wú)人問津的畏途。《圣經(jīng)》的詞句具有法律意義，一切智慧都在《圣經(jīng)》里，一切學(xué)問都?xì)w教會(huì)神父?jìng)兯小Ｓ捎?至11世紀(jì)中世紀(jì)的科學(xué)成果如此之少，后人稱之為歐洲的"黑暗時(shí)期"。這一時(shí)期物理學(xué)也是進(jìn)展甚微。

十字軍東征使歐洲人接觸到了燦爛的阿拉伯文明。用阿拉伯文保存下來的古希臘、羅馬著作，以及中國(guó)的四大發(fā)明等技術(shù)，都在這一時(shí)期傳入歐洲，為歐洲的學(xué)術(shù)復(fù)興創(chuàng)造了條件。此外，歐洲的手工業(yè)和商業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了城市，建立了許多大學(xué)，如牛津大學(xué)、劍橋大學(xué)、巴黎大學(xué)等。正如中世紀(jì)歐洲數(shù)學(xué)的成就在很大程度上歸功于大學(xué)的產(chǎn)生，中世紀(jì)歐洲許多物理學(xué)的成就也是在大學(xué)中獲得的。

1200至1225年間，亞里斯多德的全集被發(fā)現(xiàn)了。牛津大學(xué)校長(zhǎng)、林肯區(qū)的主教格羅塞特立刻把它翻譯成拉丁文。亞里斯多德著作的再發(fā)現(xiàn)引起了很大的變化。當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)深信教會(huì)作為天啟的接受者與解釋者，在學(xué)術(shù)上是至高無(wú)上的。而代表世俗學(xué)問的神秘的新柏拉圖主義則與天啟相符。要接受新發(fā)現(xiàn)的亞里斯多德的著作，并把著作里包含的物理學(xué)知識(shí)與基督教教義調(diào)和起來，在學(xué)術(shù)上需要大膽的突破。因此，研究亞里斯多德一時(shí)引起教會(huì)的恐慌，甚至在1209年，巴黎的大主教管區(qū)禁止出版亞里斯多德的著作。

當(dāng)時(shí)解釋亞里斯多德的最主要的學(xué)者是多明我會(huì)修士大阿爾伯特(1206-1280）。他是中世紀(jì)歐洲一個(gè)很有科學(xué)思想的人。他把亞里斯多德、阿拉伯民族和猶太族的科學(xué)思想組成了一個(gè)整體。其中包括了物理學(xué)、醫(yī)學(xué)等各種知識(shí)，并且最終由他的門徒托馬斯.阿奎那完成了宗教思想的革命。

托馬斯.阿奎那(1225-1274)也是多明我會(huì)修士，意大利神學(xué)家。他著有《神學(xué)大全》與《箴俗哲學(xué)大全》，用亞里斯多德的形式邏輯論證了教會(huì)的思想體系。亞里斯多德認(rèn)為認(rèn)識(shí)世界的關(guān)鍵是物理學(xué)。但是他所說的物理學(xué)并非指無(wú)生命的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而是認(rèn)為物理就是事物傾向于長(zhǎng)成什么和正常行為是怎樣的天性。科學(xué)研究的目的就是尋找萬(wàn)物的天性。他還用"天然位置"和"終極原因"來解釋物體的自然運(yùn)動(dòng)。亞里斯多德的物理學(xué)有許多荒誕不經(jīng)的成分，阿奎那充分利用了他的自然知識(shí)，把它和神學(xué)結(jié)合起來。認(rèn)為知識(shí)有兩個(gè)來源：一是基督教信仰，由《圣經(jīng)》、神父及教會(huì)的傳說流傳下來；另一個(gè)是人類理性所推出的真理，個(gè)人的理性是自然真理的泉源，柏拉圖和亞里斯多德是它的主要解說者。基督教的信仰不能用理性去證明，但可以用理性去檢查和領(lǐng)悟。就這樣，經(jīng)院哲學(xué)在托馬斯.阿奎那手里達(dá)到了最高水平。托馬斯.阿奎那主張用理性去檢查和領(lǐng)悟基督教信仰，這種徹底的唯理論促成了近代科學(xué)研究的學(xué)術(shù)氣氛，是有一定進(jìn)步意義的。只是到后來，當(dāng)亞里斯多德的物理學(xué)被近代科學(xué)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在后面，經(jīng)院哲學(xué)才成為禁錮科學(xué)發(fā)展的枷鎖。哥白尼、布魯諾、伽里略等科學(xué)家的悲劇正是經(jīng)院哲學(xué)所造成的。

13世紀(jì)的歐洲涌現(xiàn)出一個(gè)短時(shí)期的實(shí)驗(yàn)風(fēng)氣，其中最杰出的代表人物是羅吉爾.培根(1214-1294)。我們已經(jīng)介紹了他在數(shù)學(xué)方面的杰出貢獻(xiàn)。他的物理學(xué)思想也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出中世紀(jì)的其他歐洲哲學(xué)家、科學(xué)家。

羅吉爾.培根出生在英國(guó)，曾在牛津大學(xué)學(xué)習(xí)和任教，也曾在巴黎大學(xué)從事過教學(xué)和研究工作。羅吉爾.培根博覽群書，深入鉆研過古希臘和阿拉伯的著作。但他并不盲從書本，而是諄諄告誡世人：證明前人說法的唯一辦法只有觀察和實(shí)驗(yàn)。他認(rèn)為錯(cuò)誤的原因有四：即對(duì)權(quán)威的過度崇拜、習(xí)慣、偏見與對(duì)知識(shí)的自負(fù)。尤其是他卓有見識(shí)地倡導(dǎo)"只有實(shí)驗(yàn)方法才能給科學(xué)以確實(shí)性"，正確地指出了物理學(xué)研究的方向。因此，他在科學(xué)思想和科學(xué)方法上都被譽(yù)為近代自然科學(xué)的先驅(qū)。

羅吉爾.培根本人在物理學(xué)上做的實(shí)驗(yàn)不多。他學(xué)習(xí)了阿拉伯物理學(xué)家阿勒.哈增的光學(xué)著作，花了很多錢從事光學(xué)實(shí)驗(yàn)。他敘述了光的反射定律和一般折射現(xiàn)象；他懂得反射鏡、透鏡并且談到望遠(yuǎn)鏡；他還提出了一種虹的理論。這位"萬(wàn)能博士"還敘述了許多機(jī)械發(fā)明，談到了魔術(shù)鏡、取火鏡、火藥、希臘火、磁石、人造金、點(diǎn)金石等。

牛津大學(xué)的威廉.奧卡姆(約1300-1347)繼續(xù)了羅吉爾.培根對(duì)經(jīng)院哲學(xué)的批判。奧卡姆反對(duì)經(jīng)院哲學(xué)任意臆造抽象的觀念和實(shí)體，提出了著名的"奧卡姆剃刀"予以批判："不要增加超過需要的實(shí)體。"這是現(xiàn)代人反對(duì)不必要的假設(shè)的先聲，使人們對(duì)直接感官知覺更加重視。奧卡姆的名言打破了人們對(duì)抽象觀念的信仰，促使人們從事直接觀察與實(shí)驗(yàn)研究，推動(dòng)了近代歸納科學(xué)的興起。

中世紀(jì)時(shí)期主要是近代物理學(xué)方法的萌芽時(shí)期，物理學(xué)本身的成就雖然并不突出，但也取得了一些有意思的成果。皮埃爾.德.馬里古特約在1269年寫了一本描述磁力實(shí)驗(yàn)的書。他了解到異性磁極相互吸引，同性磁極相互排斥；一根磁針斷為兩半時(shí)，每一小段又變成一根小磁針；鐵與磁石摩擦可以磁化；他用磁石做成一個(gè)圓球，用短鐵絲研究它的磁性，從而發(fā)現(xiàn)了磁子午圈；他還描述了兩種不同構(gòu)造的羅盤。

14世紀(jì)中葉，巴黎大學(xué)校長(zhǎng)瓊.布里丹(約1300-1360)為解釋物體受力后之所以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，他提出了一個(gè)新理論——"沖力理論"。"沖力說"的早期代表是6世紀(jì)亞歷山大里亞的一個(gè)學(xué)者約翰.斐勞波諾斯。他認(rèn)為上帝創(chuàng)世之初就賦予天體一種不隨時(shí)間消逝"沖力"，這種沖力可以維持物體永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。后來，牛津大學(xué)的威廉.奧卡姆根據(jù)磁棒可以使一塊鐵動(dòng)起來而不碰到它，認(rèn)為真空是可以存在的，從而支持沖力說。

布里丹認(rèn)為，加到箭或拋射體上的動(dòng)力是加到物體本身的身上，而不是加在空氣上。這個(gè)沖力(而不是空氣的推動(dòng)力）如果沒有外力作用，能使物體永遠(yuǎn)保持勻速運(yùn)動(dòng)。在自由落體的情形下，由于自然重力使原有沖力逐步獲得增量，所以沖力是逐次增大的。當(dāng)我們上投物體的時(shí)候(如拋射體），傳給物體的沖力因空氣阻力和自然重力而逐漸減小。天體接受上帝給予的沖力后，就無(wú)需天上其他因素作用而保持其運(yùn)轉(zhuǎn)。布里丹把沖力定義為"物體的質(zhì)量與速度的乘積"，這是最早的動(dòng)量概念。

布里丹應(yīng)用"沖力說"，把天體運(yùn)動(dòng)和地面上物體的運(yùn)動(dòng)合在一起；沖力暗含著力改變運(yùn)動(dòng)而不單是維持運(yùn)動(dòng)的想法；沖力概念把作用力從媒質(zhì)轉(zhuǎn)移到運(yùn)動(dòng)物體上，從而又使人能考慮沒有媒質(zhì)的真空。這三點(diǎn)使布里丹成為現(xiàn)代動(dòng)力學(xué)的奠基人之一。

巴黎學(xué)派的另一位代表是尼古拉.奧雷斯姆。我們已在數(shù)學(xué)史中提到了他的圖線原理。他創(chuàng)立的用圖解方法表示運(yùn)動(dòng)的方法，是把幾何學(xué)引進(jìn)物理學(xué)的一個(gè)重要步驟，特別是為變量的研究提供了數(shù)學(xué)方法。他所證明的在勻加速運(yùn)動(dòng)中以平均速度求路程的方法，和伽里略在分析自由落體的運(yùn)動(dòng)時(shí)的方法，在原理上是一致的。奧雷斯姆1326年任納瓦拉學(xué)院院長(zhǎng)，1377年任里蘇的主教，他也是沖力說的有力支持者。

中世紀(jì)歐洲物理學(xué)家在幾何光學(xué)方面樹立了比較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因?yàn)闅W洲人可以直接從古希臘人和阿拉伯人的著作中吸收光學(xué)知識(shí)，所以到1200年，光學(xué)上的一些基本定律如直線行進(jìn)、反射定律、折射定律都為歐洲人熟知。還有關(guān)于球面鏡和拋物面鏡的知識(shí)，球面像差，針孔照像機(jī)，透鏡的用途，眼睛的功能，大氣折射現(xiàn)象，放大視象，這些都從阿拉伯人那里傳到了歐洲。

歐洲的物理學(xué)家繼續(xù)把光學(xué)推向前進(jìn)。除了前面提到的羅吉爾.培根在光學(xué)上所取得的進(jìn)展，歐洲物理學(xué)家還根據(jù)光被透鏡折射的知識(shí)，定出了一些透鏡的焦距，研究了透鏡的組合，提出用透鏡組合放大視像的意見。他們改進(jìn)了解釋虹彩的理論。13世紀(jì)中葉，玻璃鏡的制造完善了。從1299年起有了眼鏡。維特羅觀察到光在折射下的散射現(xiàn)象(他讓白光通過六角形晶體，產(chǎn)生出有色光）。他又引導(dǎo)光通過一碗水來研究彩虹，注意到光通過一碗水射出后出現(xiàn)彩虹中的顏色。由于歐洲物理學(xué)家的努力，光學(xué)成為一門重要的物理科學(xué)。

中世紀(jì)歐洲的物理學(xué)成就雖然不多，而且當(dāng)時(shí)的學(xué)術(shù)工作有很多缺點(diǎn)：思想不分明，神秘主義，教條主義，以及咬文嚼字地引述權(quán)威著作。但是，做實(shí)驗(yàn)和用歸納法來獲得一般原理和科學(xué)規(guī)律，開始成為知識(shí)的重要來源。這無(wú)疑是歐洲物理學(xué)家為經(jīng)典物理學(xué)的誕生做出的重要貢獻(xiàn)。