力的批判与物理学的发展

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第16卷第1期
1995年11

吉林
师范学院学报
JournalofJ
ili,1Toael飞ers肠llegeVol16No11Nov1995

力的批判与物
理学的发展

于林成
(吉林市联合大学,吉林市)

摘要力在本质上是什么,能否避开使用力的概念构建物理学?历史上对于力的概念的批判
大大推动了物理学的发展
关键词力,本质,物理实体,方
法论

科学理论的目标是借助于最少数量的概念和基本原理,对已知的自然现象作出一个完整
的描述,并能够用于对未知事物进行研究牛顿运用空间、时间、物质和力的概念,引人三条运
动定律和一条万有引力定律建立起一个完备的理论体系,把太阳系中的引力现象与地面上

重力现象统一起来了这个理论体系不仅能够说明当时已经知道的一切物理现象,而且成功地
预言了海王星的发现,成为由哥白尼开创的科学革命的顶峰他引人的一些重要概念,经过适
当的修改,至今在科学中仍然起着基石的作用
󰀀
力是这些重要概念之一,表面上看来非常简单,事实上它却引起了大量的问题从牛
顿提

出力的概念到现在,虽然经历了几个世纪,对于力的本质仍然众说纷纭,莫衷一是,特别是对力
是否物理实在的问题展开了一系列的研究和探索
牛顿在他的著述中,把“力”和“原因”混用,造成了一定的思想混
乱例如他定义惯性为“物

质固有的力,是每个物体按其一定的量而存在于其中的一种抵抗力在这种力的作用
下,物体

保持原有的静止状态或在一直线上等速运动的状态”他把加速度叫做“加速力”,说“运动力来
自加速力与质量的乘积”由此造成学术界对“力”概念的滥用:把一切自然现象的原因
都归结

为神秘的“力”;为每一种待说明的现象,杜撰一种力,结果造成“什么”不知道,“什么”就是力
这也许是关于力的概念的复杂化的根

力是物理实体还是方法论中的工具?这一问题引起许多哲学家和物理
学家的注意,其观点

至今纷纭不

牛顿在《自然哲学的数学原理》的原序中,有如下一段
著名的论述:“哲学的全部任务似乎

就在于:由运动的现象以推论自然界的力,再由这些力去说明其他的现象”从方法论的观点来
看这一段话,力是一种媒介,它使我们可以从一种现象来推出另一种现象在肯定“力”是使运
动改变的原因的同时,牛顿对什么是“力”的原因避而不答,声称“我不妄作假说”在《原理

书中,他谨慎地说:对于力“不是从物理根源上,而是从数学上来考虑的”尽
管如此,他还是把

力的本质设想为一个物理实体,在本体上绝对而
真实

收稿日期
:1995一。8一
18
第n期
于林成:力的批判与物理
学的发展

很多物理学家和哲学家都否认力的一切实体意义,只是把力看作是方法论上的设想而

,
有些人甚至设想在物理学中彻底取消力的概念受笛卡儿哲学的影响(将物理学几何化),一些
物理学家致力于用数学概念来排斥一切物理学力的观念在那里不占有任何地位,在十八世纪
的物理学家中,对力的概念的批判,最著名的是达兰贝尔牛顿的
思路是,由运动的现象得到对

力的研究,然后又由对力的研究而达到揭示其它的运动现象达兰贝尔的做法是摈弃蹭中间

过程,把它视为一种有害的、少科学性的穿插,在达兰贝尔的力学中,力只具有一个微商的规

为了在物理学中彻底取消力的概念,赫兹在1894年出版了《力学原理》,这本书在实用上

没有多大意义,但在理论研究上却有重要价值赫兹认为前辈和同辈物理学家对牛顿力学的批
判还不彻底,为了逻辑的一贯性,应当完全重新建立原理󰀀达兰贝尔由于把动力学归结于静

学而统一了力学理论,赫兹则致力于把动力学归结于运动学,这样避免了使用质量、力和能量

这类动力学中的概念
经典动力学将约束归为普通力(特别在aLregrange公式中),而赫兹则反
其道而行之,他


力归结为受约束,即归为运动的几何限制把整个力学系统变为一个不受任何外力影响而在
由约束决定的空间中的“自由系统”,系统沿`条能由一

最小值原理决定的轨道运动这条原

理是:“整个自由系统均要保持其静止或沿最直的轨道,即具有最小曲率的轨道做匀速运动

状态”在他的著作中,力被几何法则所取代,赫兹认为,整个力学的展开,只需将这一原理的所
有结论加以发展赫兹这一原理的历史功绩为他先于爱因斯坦,把引力运动解释成为沿最短线
所做的惯性运动,但由于他没有放弃欧几里得空间和牛顿时间概念,而无更大的建树
爱因斯坦在他创立的广义相对论中做了同样的工作,把引力化作为时空属性1915年,爱
因斯坦揭示,通常在欧几里得空间中沿非直线的路径的一个非匀速的运动若采用适当的
黎曼

度量,即变成了一条最短线的运动(一个“与一切力无关”的运动),在广义相对论的范围内,引
力不再具有力的特性,而变成了空间和时间的一种几何属


们知道,引力只是四种相互作用之一,还有电磁力、强相互作用、弱相互作用爱因斯坦
把他一生最后三十年的大部分时间花费到建立引力、电磁力的统一场论上,但未能达到满意的
结果近年来出现一门“几何动力学”,企图在物理中消除物质、电荷及一切力的过程,把这一切
都归结为时空几何性质的表现原则上,对任一特定的经验领域,可以构造无数个理论去覆盖
理论和概念是人类思维的自由发明和自由创造,但必须与我们所已知的每一经验事实相一致
概念是可以变动的,决定一个概念“生存权”的,是与不断发现的新经验事实相一致一切概念
都是历史的概念,永远要接受经验的检验一些科学家对力的概念所做的批判和企图在物理学
中排斥力的概念的努力都是有道理的,能否成功,无从预料,但这些工作大大地推动了物理学
的发展

参考文献
洪定国物理学理论的结构与拓展北京:科学出
版社

,
1988

朱荣华物理学基本概念的历史发展北京:冶金工业出
版社

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1987

ThePrineipleofmeehaniesPresentedinanewformNewYork:伪vevPublieationsIne,1956