《人类科学技术史-161》欧洲中世纪物理学

欧洲中世纪物理学

与阿拉伯、中国辉煌的中世纪相反，古代文明的夕阳余辉在欧洲大陆逐渐消失。古希腊的文明在罗马时代就开始衰落。到了5世纪，教会在政治上成为统治者。由于教徒们只关心天国与来世，科学研究成为无人问津的畏途。《圣经》的词句具有法律意义，一切智慧都在《圣经》里，一切学问都归教会神父们所有。由于5至11世纪中世纪的科学成果如此之少，后人称之为欧洲的"黑暗时期"。这一时期物理学也是进展甚微。

十字军东征使欧洲人接触到了灿烂的阿拉伯文明。用阿拉伯文保存下来的古希腊、罗马著作，以及中国的四大发明等技术，都在这一时期传入欧洲，为欧洲的学术复兴创造了条件。此外，欧洲的手工业和商业进一步发展，出现了城市，建立了许多大学，如牛津大学、剑桥大学、巴黎大学等。正如中世纪欧洲数学的成就在很大程度上归功于大学的产生，中世纪欧洲许多物理学的成就也是在大学中获得的。

1200至1225年间，亚里斯多德的全集被发现了。牛津大学校长、林肯区的主教格罗塞特立刻把它翻译成拉丁文。亚里斯多德著作的再发现引起了很大的变化。当时人们已经深信教会作为天启的接受者与解释者，在学术上是至高无上的。而代表世俗学问的神秘的新柏拉图主义则与天启相符。要接受新发现的亚里斯多德的著作，并把著作里包含的物理学知识与基督教教义调和起来，在学术上需要大胆的突破。因此，研究亚里斯多德一时引起教会的恐慌，甚至在1209年，巴黎的大主教管区禁止出版亚里斯多德的著作。

当时解释亚里斯多德的最主要的学者是多明我会修士大阿尔伯特(1206-1280）。他是中世纪欧洲一个很有科学思想的人。他把亚里斯多德、阿拉伯民族和犹太族的科学思想组成了一个整体。其中包括了物理学、医学等各种知识，并且最终由他的门徒托马斯.阿奎那完成了宗教思想的革命。

托马斯.阿奎那(1225-1274)也是多明我会修士，意大利神学家。他著有《神学大全》与《箴俗哲学大全》，用亚里斯多德的形式逻辑论证了教会的思想体系。亚里斯多德认为认识世界的关键是物理学。但是他所说的物理学并非指无生命的物质运动规律，而是认为物理就是事物倾向于长成什么和正常行为是怎样的天性。科学研究的目的就是寻找万物的天性。他还用"天然位置"和"终极原因"来解释物体的自然运动。亚里斯多德的物理学有许多荒诞不经的成分，阿奎那充分利用了他的自然知识，把它和神学结合起来。认为知识有两个来源：一是基督教信仰，由《圣经》、神父及教会的传说流传下来；另一个是人类理性所推出的真理，个人的理性是自然真理的泉源，柏拉图和亚里斯多德是它的主要解说者。基督教的信仰不能用理性去证明，但可以用理性去检查和领悟。就这样，经院哲学在托马斯.阿奎那手里达到了最高水平。托马斯.阿奎那主张用理性去检查和领悟基督教信仰，这种彻底的唯理论促成了近代科学研究的学术气氛，是有一定进步意义的。只是到后来，当亚里斯多德的物理学被近代科学的发展远远抛在后面，经院哲学才成为禁锢科学发展的枷锁。哥白尼、布鲁诺、伽里略等科学家的悲剧正是经院哲学所造成的。

13世纪的欧洲涌现出一个短时期的实验风气，其中最杰出的代表人物是罗吉尔.培根(1214-1294)。我们已经介绍了他在数学方面的杰出贡献。他的物理学思想也远远高出中世纪的其他欧洲哲学家、科学家。

罗吉尔.培根出生在英国，曾在牛津大学学习和任教，也曾在巴黎大学从事过教学和研究工作。罗吉尔.培根博览群书，深入钻研过古希腊和阿拉伯的著作。但他并不盲从书本，而是谆谆告诫世人：证明前人说法的唯一办法只有观察和实验。他认为错误的原因有四：即对权威的过度崇拜、习惯、偏见与对知识的自负。尤其是他卓有见识地倡导"只有实验方法才能给科学以确实性"，正确地指出了物理学研究的方向。因此，他在科学思想和科学方法上都被誉为近代自然科学的先驱。

罗吉尔.培根本人在物理学上做的实验不多。他学习了阿拉伯物理学家阿勒.哈增的光学著作，花了很多钱从事光学实验。他叙述了光的反射定律和一般折射现象；他懂得反射镜、透镜并且谈到望远镜；他还提出了一种虹的理论。这位"万能博士"还叙述了许多机械发明，谈到了魔术镜、取火镜、火药、希腊火、磁石、人造金、点金石等。

牛津大学的威廉.奥卡姆(约1300-1347)继续了罗吉尔.培根对经院哲学的批判。奥卡姆反对经院哲学任意臆造抽象的观念和实体，提出了著名的"奥卡姆剃刀"予以批判："不要增加超过需要的实体。"这是现代人反对不必要的假设的先声，使人们对直接感官知觉更加重视。奥卡姆的名言打破了人们对抽象观念的信仰，促使人们从事直接观察与实验研究，推动了近代归纳科学的兴起。

中世纪时期主要是近代物理学方法的萌芽时期，物理学本身的成就虽然并不突出，但也取得了一些有意思的成果。皮埃尔.德.马里古特约在1269年写了一本描述磁力实验的书。他了解到异性磁极相互吸引，同性磁极相互排斥；一根磁针断为两半时，每一小段又变成一根小磁针；铁与磁石摩擦可以磁化；他用磁石做成一个圆球，用短铁丝研究它的磁性，从而发现了磁子午圈；他还描述了两种不同构造的罗盘。

14世纪中叶，巴黎大学校长琼.布里丹(约1300-1360)为解释物体受力后之所以继续运动，他提出了一个新理论——"冲力理论"。"冲力说"的早期代表是6世纪亚历山大里亚的一个学者约翰.斐劳波诺斯。他认为上帝创世之初就赋予天体一种不随时间消逝"冲力"，这种冲力可以维持物体永远运动下去。后来，牛津大学的威廉.奥卡姆根据磁棒可以使一块铁动起来而不碰到它，认为真空是可以存在的，从而支持冲力说。

布里丹认为，加到箭或抛射体上的动力是加到物体本身的身上，而不是加在空气上。这个冲力(而不是空气的推动力）如果没有外力作用，能使物体永远保持匀速运动。在自由落体的情形下，由于自然重力使原有冲力逐步获得增量，所以冲力是逐次增大的。当我们上投物体的时候(如抛射体），传给物体的冲力因空气阻力和自然重力而逐渐减小。天体接受上帝给予的冲力后，就无需天上其他因素作用而保持其运转。布里丹把冲力定义为"物体的质量与速度的乘积"，这是最早的动量概念。

布里丹应用"冲力说"，把天体运动和地面上物体的运动合在一起；冲力暗含着力改变运动而不单是维持运动的想法；冲力概念把作用力从媒质转移到运动物体上，从而又使人能考虑没有媒质的真空。这三点使布里丹成为现代动力学的奠基人之一。

巴黎学派的另一位代表是尼古拉.奥雷斯姆。我们已在数学史中提到了他的图线原理。他创立的用图解方法表示运动的方法，是把几何学引进物理学的一个重要步骤，特别是为变量的研究提供了数学方法。他所证明的在匀加速运动中以平均速度求路程的方法，和伽里略在分析自由落体的运动时的方法，在原理上是一致的。奥雷斯姆1326年任纳瓦拉学院院长，1377年任里苏的主教，他也是冲力说的有力支持者。

中世纪欧洲物理学家在几何光学方面树立了比较坚实的基础。因为欧洲人可以直接从古希腊人和阿拉伯人的著作中吸收光学知识，所以到1200年，光学上的一些基本定律如直线行进、反射定律、折射定律都为欧洲人熟知。还有关于球面镜和抛物面镜的知识，球面像差，针孔照像机，透镜的用途，眼睛的功能，大气折射现象，放大视象，这些都从阿拉伯人那里传到了欧洲。

欧洲的物理学家继续把光学推向前进。除了前面提到的罗吉尔.培根在光学上所取得的进展，欧洲物理学家还根据光被透镜折射的知识，定出了一些透镜的焦距，研究了透镜的组合，提出用透镜组合放大视像的意见。他们改进了解释虹彩的理论。13世纪中叶，玻璃镜的制造完善了。从1299年起有了眼镜。维特罗观察到光在折射下的散射现象(他让白光通过六角形晶体，产生出有色光）。他又引导光通过一碗水来研究彩虹，注意到光通过一碗水射出后出现彩虹中的颜色。由于欧洲物理学家的努力，光学成为一门重要的物理科学。

中世纪欧洲的物理学成就虽然不多，而且当时的学术工作有很多缺点：思想不分明，神秘主义，教条主义，以及咬文嚼字地引述权威著作。但是，做实验和用归纳法来获得一般原理和科学规律，开始成为知识的重要来源。这无疑是欧洲物理学家为经典物理学的诞生做出的重要贡献。