第一部分 经典力学

第一回 从古希腊说起

很久很久以前，有一支游牧民族离开多瑙河畔迁徙到爱琴海旁边，并在那里定居。到了公元前800年左右（公元前779年周幽王烽火戏诸侯），他们占据整个今天的希腊半岛，并建立起大大小小的城邦。他们自称希腊人，史称古希腊人。

在吸取爱琴海文明之后，古希腊人褪去了游牧时的野蛮，变得聪明睿智。他们从不一味地追求穷奢极侈，以万物适度就好。假如一个外人站在古希腊人面前，宣称没有一位希腊人单腿站立的时间比他还久。古希腊人会对此不屑一顾：“别吹了，你又不是只鹅。”

相对于这些虚妄的、不切实际的东西，古希腊人更愿意花时间思考哲学、经济学和自然科学，看到什么就想什么，想到什么就说什么。比如瞭望苍穹，他们会把天形容成一个大锅盖，太阳、月亮和星星都在这个大锅盖上升起落下，周而复始；远眺一望无际的大地，他们会把它形容成一个板，板上还有很多柱子，支撑着大锅盖……类似这样的说法有很多，可以说都是人类早期的宇宙观。

那么问题来了，爱思考的小明（古希腊人的名字比较难记，这里姑且以小明代之）问：“板上的柱子支撑着大锅盖，板又由谁支撑呢？”

小红回答说：“板漂在大海上。”

小明问：“那它为什么没有沉下去呢？”

小红说：“板下面有很多只乌龟在驮着呢，乌龟在水里游来游去，要是哪只乌龟开了小差，那么它驮的那个地方就会动，就会发生地震。”

可是大海里的水又附着在哪儿呢？其实这种问题没有最终答案，一层层叠加，何时才是个头呢？

爱观察的小明提出了一个非常重要的问题，他问：“每当我站在海边眺望归来的海船时，总是先看见桅杆上的旗子，再渐渐地看到下面的人。如果大地是一块平板的话，应该看到整个轮廓渐渐靠近，而不是先看到局部后看到整体啊！所以，大地不是一块平板，而是一块弧形的板，或者干脆是一个球。天也是个球，把大地包起来。”（见图1-1。）

小明真实的名字应该叫毕达哥拉斯（约公元前580—约前500，约比孔子大30岁），他可能是人类历史上第一个意识到脚底下的“板”是个“球”的人。为什么大地会是个球呢？因为毕达哥拉斯以及他的弟子皆认为球是最完美的——少一点不足，增一点多余，球面上的每个点也都是平等的。

然而日升月落、斗转星移是怎么回事呢？古希腊人欧多克斯（公元前408—前355）在总结前人认识的基础上正式提出了“地心说”，即地球是整个宇宙的中心，也是唯一静止的天体，其他的天体都绕着地球转动，不同的天体组成一个同心球。同心球的球面相当于我国道教神话中的“几重天”，不同的是古希腊的天上住着行星（古希腊人所说的“行星”与今天的行星不同，它的意思相当于会动的天体，地球不在其中），而在道教神话里天上住着神仙，《西游记》中便认为太上老君住在三十三层离恨天。

地心说能轻易地被人们接受，因为人眼看到的确实如此。那么太阳、月亮以及其他行星都是怎么绕地球转动的呢？欧多克斯问他的老师柏拉图（公元前427—前347，约比墨子小50岁），柏拉图肯定地回答：“圆！”因为没有比圆更完美的了——正如球的完美一样。

且不表宇宙，单表地球。话说古希腊城邦的北部兴起一个国家——马其顿王国。到了公元前359年（此年商鞅在秦国实行变法），马其顿国王腓力二世继承大统。他有个御用的医生，该医生有个儿子，名字叫亚里士多德（公元前384—前322，约比孟子大12岁）。亚里士多德对医学有一定的兴趣，但他更向往古希腊人建立的繁荣城邦雅典。18岁时，亚里士多德前往雅典，成为柏拉图的学生。

亚里士多德天赋异禀，很快得到柏拉图的赏识，在柏拉图学园一待就是20年，这20年对亚里士多德的思想产生了决定性的影响。20年后，柏拉图去世，亚里士多德受到排挤，离开了雅典，云游四海。两年后，他受国王腓力二世的邀请，给腓力二世的儿子当老师。

严格地说，古希腊人建立的城邦是有着独立政权的国家，和中国春秋战国时期的情况有些相似，只是他们没有一个合法的“周天子”。在古希腊的众多城邦中，数雅典和斯巴达最有实力，二者经常争夺老大的位置，能吵就吵，吵不赢就打，最终腓力二世出面替他们彻底解决了这个令人头疼的问题——占领他们，从此希腊半岛就成为了马其顿的殖民地。

腓力二世雄心勃勃，希腊半岛只是他计划的一部分，甚至是极小的一部分，他睥睨的可是亚洲大陆。正当他往亚洲大陆进发时，天不遂人愿，腓力二世遇刺身亡。他的儿子，也就是亚里士多德的学生继位，亚里士多德由“太子太傅”升职到了“帝师”。

新国王把亚里士多德带回雅典，这位“帝师”现在有了新的任务：劝说古希腊人服从马其顿新国王的统治。可能是由于政治上的回报，亚里士多德和柏拉图一样，在雅典建立了自己的学园——吕克昂学园，广收门徒，最终形成一个新学派。

作为新学派的领袖，亚里士多德讲课有以下两大特点。

一是亚里士多德处于奴隶主阶级，过惯了衣来伸手饭来张口的日子，对于下里巴人的活儿是不屑去做的。

二是亚里士多德喜欢在学园里边走边讲，走累了就歇歇腿，精神了再继续走。

史学界给这种“君子动口不动手”的学派取了个很好听的名字——逍遥学派，这可比中国武林的逍遥派早了1000多年。亚里士多德自然便是逍遥学派的“祖师爷”。

话说古希腊人还是那么爱思考，比如有个学生（姑且还叫小明吧）跑来问逍遥学派祖师爷几个问题。

第一天

小明问：“最近老听人说地心说，这是真的吗？”

祖师爷说：“是真的，宇宙是个球，球的中心便是地球，整个宇宙都绕着地球运动，所以每天都能看见日升日落、昼夜交替。”

小明问：“宇宙又是怎么绕地球运动的呢？”

祖师爷说：“宇宙中所有的行星都在做匀速圆周运动。天有九层，不如画个图（见图1-2）给你看看吧。”

小明问：“天是球，地也是个球，当我们站在上面时，为什么球对面的东西不会掉下去呢？”

祖师爷说：“每个物体都有一种属性——重力，重力会使得物体最终下落，地球是物体运动的最终归宿。”

小明问：“所以抛向空中的石头会下落，对吧？”

祖师爷说：“孺子可教，是这个道理。”

小明问：“那为什么星星太阳都落不到地球上来呢？”

祖师爷回答：“因为它们都是天体，天体和物体是不一样的，所以天体能绕着地球转而不会掉下来。”

小明惊讶地说：“哇，原来地球这么厉害啊！”

祖师爷微微一笑，说道：“是的，地球是由一种特殊物质构成的，是天体的一部分。所有的天体都是由神创造出来的，它们的运动都是由神推动的，永远做着匀速圆周运动。”

小明问：“圆周我懂，但为什么速度还要均匀呢?”

祖师爷说：“因为匀速和圆周一样都是最完美的，既然天体都是由神创造的，神创造的东西还能有瑕疵吗？”

第二天

小明问：“昨天您说的重力是物质的一种属性，既然物体都有同样的属性，为什么我这根鹅毛笔和手中的石头同时下落时，石头先着地？”

祖师爷说：“那是因为石头重，受到的重力就大，所以下落的速度快，就先着地了。”

小明问：“既然重力是物质的属性，为什么炊烟往天上飘？”

祖师爷说：“那是因为炊烟不仅仅有重力属性，还有一种属性叫‘浮力’，二者相权取其重。当浮力大于重力时，物质便会向上飘。”

第三天

小明问：“当我推一个桌子时，桌子才会动，这是为什么呢？”

祖师爷说：“因为你在推，也就是给了桌子力，力导致桌子运动。”

小明问：“力是什么？又和运动有什么必然联系呢？”

祖师爷说：“力不能独立于物体存在，也不能远离物体产生作用。力是维持物体运动的原因，比如一个物体静止不动，只有受到外力作用时它才会动起来”。

小明问：“当我松开手后，也就不再给桌子以力，但桌子还要往前运动一小会儿，这是怎么回事呢？”

祖师爷想了想说：“那可能是空气迂回导致的。”但是，他意识到似乎这样回答有点不妥，因为空气没有意识，它怎么知道什么时候该推什么时候不该推呢？所以，祖师爷喃喃地说：“或者……”

小明问：“或者什么？”

祖师爷说：“或者是精灵推动的。”

第四天

小明问：“昨天您说的是力，前天说的是重力，这二者都让物体的运动状态发生改变，它们之间有什么联系呢？”

祖师爷说：“虽然都改变了物体的运动状态，但是性质有明显的区别，不知道你注意了没有，重力是不需要接触的，因为那是物体固有的属性；而力必须接触才能产生作用，它并非物体的固有属性。虽然我暂时不能给力下一个精准的定义，但是你完全可以想象得出它是怎么作用的。”

看官，站在今天的知识角度，我们也许会觉得和亚里士多德聊天就像在玩“斗地主”：当你满心欢喜地用4个2把他的大王炸掉时，他却出其不意地用5个3将你的喜悦心情秒杀到谷底。但如果我们真的能够穿越到古希腊时代，你也不会感觉到一副牌里出现5个3有什么不妥。打牌作弊被逮到了叫“出老千”，逮不着的就只会让人赞叹：“你的牌打得也忒好了。”亚里士多德便是把一手牌打得最好的“赌神”之一。

赌神也好，出老千也罢，这丝毫都不影响亚里士多德在物理学界的地位。他的思想是人类智慧发展的一次重要结晶，以至于后文提到若干故事的起源时，都不得不回到亚里士多德及古希腊时代。

公元前322年，亚里士多德不幸去世。大部分人说他身染沉疴，病重而逝，也有人推测他是被毒死的，更有人传说他是因为无法解释潮汐现象而跳海自杀的。虽然传说无可稽考，但是我宁愿相信他是用最后一种方式结束自己生命的。智者在思考中死去，不是最美的吗？