论文摘要
对于力学思想史的探讨是理解力学与物理学在近代早期的融合或近代科学兴起的关键环节,也是理解机械论自然观产生的必要条件,更加有助于深入理解人工与自然的关系、数学物理学的兴起,甚至是现代性的产生过程。然而以柯瓦雷为代表的科学革命史家所形成的编史学传统认为近代力学诞生于惯性定律,传统的力学史大都把注意力集中在惯性定律及其前提条件和后续影响上,而没有关注一些更具体的东西,即强调近代的力学理论而忽略了对力学实践的细致分析。更为重要的是,这种力学编史学传统对于古希腊的力学思想的关注不够甚至忽略,因为从十七世纪力学家所讨论的某些内容中可以看出近代的力学在一定程度上仍然延续着古希腊力学。如果不了解古希腊力学,就不可能深入地理解近代力学的发展。因而要描绘更全面的力学图景,不仅要关注抽象的力学定律和原理,也要关注物质性的力学实践,更要追溯力学在古希腊的渊源。古希腊的力学传统大致可以分为四种:亚里士多德传统、阿基米德传统、亚历山大里亚的理论传统和亚历山大里亚的技术传统。亚里士多德意义上的力学并非关于自然物的理论,而是关注构造和操作机械等人工物,以完成自然本身不可能完成的事情,从而为人的目的服务。在这个意义上,力学不讨论自然运动,而是讨论违反自然的运动,各种力学实践也被认为超出了关于自然知识的物理学范围,从而形成了力学与自然哲学（或者物理学）的对立,以至于理性的古希腊人对力学一直抱着怀疑的态度,并将力学以及人工构造物置于形而上学之下。在亚里士多德之后,力学沿着两大方向发展,一种是更加数学的和理论的,另一种是更加实践的和技术性的。前者以阿基米德为代表,后者以亚历山大里亚学派为代表,希罗是该学派的核心人物。希罗（Heron of Alexandria,约公元10-70年）的研究领域涉及力学、数学、光学和机械学等诸多方面,流传下来的著作主要有《力学》和《气动力学》等十一部著作,现汇编于《希罗全集》中。本文在前人工作的基础上,通过对国内外大量关于希罗力学的研究资料进行分析,结合对希罗原始文献的研究,完成了对希罗力学的历史发展、内容范围和特点等方面的系统整理和总结,尽力勾画出一幅能够全方位展现希罗力学思想的图景。本文具体从五个方面展开论述:其一,希罗认为力学科学包括理论部分和实践部分,前者包括几何学、算术、天文学和物理学,纳入了诸如力和重量等抽象概念之间的关系,后者包括金属加工、建筑、木工、绘画和与这些技艺相关的手工活动,主要与实践者的专业活动相关。他的力学文本呈现了这两种知识之间的双向互动,力学实践通过力学理论知识的应用得到发展,而这种发展带来的一系列问题所需要的解释又刺激了力学理论的发展。在《力学》中,希罗描述了五种简单机械,即轮与轴、杠杆、楔子、滑轮和螺旋,并将秤作为所有机械的解释模型,使所有机械现象得到解释。在《气动力学》中,希罗不仅基于空气的性质描述了许多让人感到惊奇的气动装置,而且也使用秤来解释其中的虹吸管装置。希罗将秤作为一种对力学机械进行解释的模型,一方面实现了理论与实践的有效结合;另一方面消除了机械或者力学与自然之间的对立,因为机械因其产生的结果看起来似乎很奇妙或悖谬而被认为超出了关于自然知识的物理学范围,秤的模型把机械的运作追溯到自然原理,使机械和其他力学现象整合到自然哲学的解释框架中,随着力学现象的被解释,它们就成为物理学的一部分而不是对它的挑战。其二,希罗所生活年代的数学主流是欧几里得—阿基米德几何学,呈现出一种复杂的精确数学形式和充分发展的演绎论证的实践,而在诸如土地测量、贸易、建筑或管理等领域的实践者所采用的方法往往基于数值计算和近似值,通常被视为数学的“应用”甚至“较低”的形式。在这一幅数学实践极为两极化的图景中,希罗增加了一些描述,应用欧几里得-阿基米德式的证明和方法发展了更具力学性（或者机械性）和实用性的几何学,将力学、计算和测量被纳入几何学中,反映出这种两极化的中间部分——两者的融合。希罗的几何力学展示了从几何工具到机械工具、从几何对象到机械对象的过渡,一方面通过将几何学应用到力学中,把证明的概念扩展到包括工具（或仪器）证明,为几何学创造了一个权威性基础;另一方面把力学证明和阿基米德式证明联系起来,认为力学是一种基于证明的理论性学科,但是他的力学几何比传统的欧几里得-阿基米德几何具有更大的有效性范围。此外,希罗极大地扩展了几何学在社会和现实语境中的力量,模糊了专业数学和几何学之间的界限,而这种界限常常被用来贬低与理论有关的实用技能。在几何力学的应用过程中,希罗不仅把力学作为一种研究方法和表达工具,而且突破了数学（主要是几何学）的纯粹逻辑角色,将数学与力学紧密结合起来,使得二者相得益彰。其三,希罗力学中所涉及最多的是自动机,通过追溯自动机的词源发现,其本质不仅有现代所定义的“自动化”,更有物品的自发式生产,即出现当下图景中不该出现的事物,也就是说自动机实际上并不是试图完美地模仿生命体,而是要超越生命体,通过它们作为一个具有潜力的构造物的地位来产生奇迹和敬畏,然后将其用于宗教热情。在古希腊宗教节日游行和神庙中对自动机的使用,不仅是古希腊宗教体验中多方面的人与神的互动的一部分,凸显了其宗教或者政治功能,而且把机械的专业知识与神圣的技艺联系在一起。就希罗而言,他的自动机描述可以被用来探讨盛大游行背后大量的宗教和世俗权力的特点,把从宗教实践中得到的灵感运用到其他发明中,明确的表示一些发明是用于神庙的。从某种程度上来看,希罗的自动机与神以及神话之间的联系是他进行力学实践的核心,即他认为技术和神的力量是紧密联系的,一方面,神话成为力学实用技术的渊源,有助于提高实用技术在知识层次的地位,另一方面,在宗教语境中的惊奇被发展成由机械技能和专业知识的展示引发的惊奇,在语境之外表现为更多的人从事力学。通过对希罗力学语境化的分析,构建了一幅古希腊思想中关于自动机的可靠图景。其四,希罗使用“惊奇”的概念回应了亚里士多德对实用知识的批判,把智力成分添加到力学的效用中,消除了惊奇和实用之间的区别,把实际效用中的消极部分从力学中剔除;希罗认为通过知觉来论证的方法——使用机械装置产生的奇妙景象直接来论证——是优于哲学论证的,提出作为一种知识形式的力学在认识论上可以与哲学相提并论,但它依然保持着强大的实践后果。在此基础上,希罗构建了一幅作为强大而独立的知识形式的力学图景。在这幅图景中,希罗没有着眼于描述力学实践的“技术进步”,而是对力学装置所涉及的安全作了哲学上的意向性思考,认为力学与哲学在最终的追求目的上是一致的——宁静,而在数学家与哲学家的论战中,他又把力学作为一种论证的工具来反对哲学家,试图贬低哲学家的论述,将两者的方法论置于相互竞争的位置,认为哲学家的方法是似是而非的且是不确定的,而数学家因为几何论证是不容置疑的最终获得成功。在此希罗意义上的“哲学”大致呈现出两个含义,首先把它描绘成一个综合的探究领域,即普遍意义上的“爱智慧”;其次将哲学分为内容上相互交叉但实践者又是不同的两类:哲学家和数学家的各自领域。其五,《力学》的早期传播得益于《数学汇编》第八卷的摘录和伊本·路加的阿拉伯语译本。在康曼丁那的拉丁语译本完成之后,包括希罗对五种简单机械的理论处理在内的力学思想被圭多巴尔多和伽利略采用,将其作为十六世纪理论力学的组织原则并在此基础上进行了近代力学体系构建的尝试。相比之下,《气动力学》可能由于所描述的气动装置被归为“魔法的运作”,虽然对当时的理论力学贡献不大,但也激发了欧洲世界的人文学者、数学家、工程师和工匠对力学的兴趣,并为这些人之间的联系与沟通提供了一个恰当的契合点,布翁塔伦等人对希罗的气动力学进行了实践,所设计建造的普拉托利诺花园可以被视为《气动力学》的现实版本,而比林库乔和和阿莱奥蒂等人对《气动力学》的评论与注释,实现了古代的气动力学向近代科学的转变,此外希罗对空气的认识对伽利略、波义耳等人产生了重要的影响,促进了近代科学物质理论的诞生。关于希罗力学著作的传播与影响,不仅体现了科学发展的连续性,也体现了希罗及其力学文本在近代科学建立过程中的作用。总之,通过对希罗力学思想的整体研究,丰富了古希腊力学思想,揭示了其发展过程中的流与变,澄清了古希腊的“力学”及其相关的概念,不仅有助于重新评价希罗和古希腊力学,而且有助于理解世界图景的力学化进程,对力学史的研究大有益处。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 胡小波
导师: 王幼军
关键词: 希罗,气动力学,力学,古希腊力学,自动机
来源: 上海师范大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 力学
单位: 上海师范大学
分类号: O3
总页数: 282
文件大小: 6302K
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