力學源頭說力學屬性

來源:力學酒吧公眾號(ID:Mechanics-Bar),作者:張偉偉 太原科技大學。


維基百科、百度百科、以及一些其它資料中,稱公元前420年出生在意大利塔倫通(今稱塔蘭托)的阿契塔為數學力學的奠基人,如果這是事實,我們不禁會問阿契塔是誰?

力學源頭說力學屬性的圖1

百度百科條目:阿契塔

許多資料中介紹阿契塔都和柏拉圖糾纏在一起,柏拉圖是蘇格拉底的學生,亞里士多德和歐幾里得的老師,有的資料說阿契塔和柏拉圖是同時代的人,直接用柏拉圖的出生年份記在了阿契塔的身上,有的資料說柏拉圖小阿契塔7歲。但有一件事被清楚的記載在歷史上,柏拉圖游歷西西里島時,被錫拉庫扎的暴君扣押后,曾寫信向阿契塔求解,公元前361年,阿契塔組織營救了柏拉圖。阿契塔的身份比較復雜,在學術上他是畢達哥拉斯學派菲洛勞斯的學生,繼承了畢達哥拉斯學派成就并成為塔倫通畢達哥拉斯學派的實際領袖,此外他還是塔倫通的政治、軍事領導人,他在法律嚴禁連任的情況下連續7次當選塔倫通的最高領導人,很多學者都認為這說明阿契塔有著非常高的聲望。

由于柏拉圖與阿契塔的這種關系,使得兩人可能在一起討論幾何、哲學、音樂等,這些都是他們的共同愛好。阿契塔的主要貢獻在于一方面他繼承了畢達哥拉斯學派關于音樂、數學、幾何等方面的研究成果,但又努力把數學成果應用于力學,例如,利用立體幾何給出了倍立方體問題的解答,以解決建筑和機械制造問題,據說他還制作了演示幾何的器械,歐幾里得《幾何原本》也參考了阿契塔在幾何方面的成就。還傳說滑輪裝置就是阿契塔發明的,他利用滑輪和平衡物設計了一架木制的機械鴿,許多學者猜測它可能是一種攻城使用的拋石機。

力學源頭說力學屬性的圖2

阿契塔的這些貢獻卻遭至柏拉圖的詰難,在柏拉圖看來,哲學(當時哲學與科學沒有分開,包括幾何、音樂等學科)不應該關注實際的工程問題,那是工匠的任務,哲學家的任務在于通過理性思考,得出關于宇宙的定律,從而達到啟人心智的目的。在柏拉圖筆下,阿契塔被描述成對哲學的理解能力一般,甚至拙劣,并批評他在政治上的成功造成了他不能真正的理解哲學;同時柏拉圖還批評阿契塔的立體幾何不能與天文學結合,幾何的價值在于使靈魂從感性認識轉變為理性思考;對于阿契塔在器械上的努力,柏拉圖說“使用設備建筑,是機械學的范疇”,阿契塔走錯了路。

孔子曰:“君子不器。”在《易傳》里解釋說:“形而上者謂之道,形而下者謂之器?!薄安黄鳌本褪墙ㄗh君子不應滿足于擁有一技之長,而應形而上去悟道。柏拉圖出生在孔子去世后1年,也許東西方兩位哲人代表著那個時代的共同需求——偉大的哲學思想需要形而上的理性思考,工程就是工匠的責任。我想不僅是柏拉圖,假使孔子與阿契塔相識,孔子也不會把他當作真正的“君子”。

力學源頭說力學屬性的圖3

形而上與形而下

不過,阿契塔的身份決定了他不能完全的理性思考,他還需要講求實用。作為塔倫通的政治、軍事領導人,在他當政之時正值伯羅奔尼沙戰爭時期,“機械”和“器”是保證戰爭勝利的重要條件,這種實用視角促成了阿契塔將數學應用于力學,服務于工程,不僅使數學成為實用科學,同時也早就了數學力學的誕生。

盡管阿契塔被譽為數學力學奠基人,但以現有的力學體系去對比阿契塔的貢獻,卻很難發現哪個力學原理或者力學概念是由阿契塔提出的,阿契塔的力學貢獻更多體現的是一種力學追求的精神。一方面他繼承了畢達哥拉斯學派關于自然萬物的“數本論”,認為世界萬物都可以用“數”進行描述。另一方面,力學也是實用主義者,需要能實際解決人民生計問題。這種特性就體現了力學的特點,如果畢達哥拉斯學派允許被發展,力學工作者依然是畢達哥拉斯主義者,在新世紀用全新的數學體系去構建萬物的存在定律,除此之外力學工作者還能形而下制造出工程器械,從而造福于人類。

不恰當的畫下面一張圖,阿契塔作為數學力學的奠基人他反應了力學和其它學科的關系:以力學為中心,形而下為工程服務,力學變成土木、機械、航空航天等行業學科。形而上可抽象為數理學科,為自然訂立數學定律。如果繼續抽象,并理性思考,力學還可以使自己成為哲學。

英國物理學家開爾文所說:“我的目標就是要證明,如何建造一個力學模型,這個模型在我們所思考的無論什么物理現象中,都將滿足所要求的條件。在我沒有給一種事物建立起一個力學模型之前,我是永遠也不會滿足的。如果我能夠成功地建立起一個模型,我就能理解它,否則我就不能理解。”開爾文說的實際上已經把力學歸入了哲學認識論的范疇,我們可以看看當今力學的發展和應用,如基于力學模型開展的手術方案、病理研究、康復治療等生物醫學工程研究,經濟學領域依據力學原理建立的經濟動力學、靜力學模型;政治領域社會穩定、發展過程中的力學模型;以及系統哲學領域中的力學模型等等,這些都說明力學不僅僅是數學、工程,還具有哲學認識論的功能。

力學源頭說力學屬性的圖4

力學的屬性

參考文獻:

武際可.《力學史》《談談力學》

Huffman, Carl, "Archytas"

百度、維基等百科

來源:力學酒吧

作者:張偉偉

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