莱布尼兹成熟物理学的基石之一在于他的论点,即物理学家所研究的物体不仅必须从被动的力量和运动的角度来看待,还必须从主动的力量的角度来看待。

在《哲学原理》中,笛卡尔认为世界上的运动量是恒定的,而物体的运动量是由它的速度乘以它的大小决定的。

在《原理》中,笛卡尔认为,如果物质的一部分比另一部分快一倍,而另一部分又比它大一倍,我们就必须认为每一部分的运动量是相同的。

如果一部分慢下来,我们就必须假定另一部分同样大小的物体也加快了同样的速度。

笛卡尔认为这一普遍的守恒原则是以上帝永恒不变的本性为基础的,而这一原则又是他的三大运动定律和撞击规则的基础。

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莱布尼茨在一篇题为《笛卡尔等人关于自然法则的一个显著错误的简明论证》的短文中,公开抨击了笛卡尔的守恒原理,进而抨击了笛卡尔物理学的基础。

简明论证的中心论点巧妙而优雅,但也只是简单明了,在 1686 年首次公开发表后的许多年里,莱布尼兹一直在发展和扩展其中心主题。

莱布尼兹论证主线的核心有四个前提,(1) 一个物体从某一高度落下所获得的力等于将同一物体上升到同一高度所需要的力。

(2) 一磅重的物体从四米高处落下所获得的力等于四磅重的物体从一米高处落下所获得的力。

(3) 伽利略定律:落体下落的距离与下落时间的平方成正比(即 d = at2,其中 a 为常数),落体在一秒钟内下落一米,则在两秒钟内下落四米,在三秒钟内下落九米,在四秒钟内下落十六米。

(4) 世界上的力的总量在局部和全局上都是守恒的,其结果是原因中的力总是与结果中的力一样多。

利用这四个前提,莱布尼茨试图建立三个主要结论。首先,他认为笛卡尔的运动量并不能充分衡量力。

为了说明这一点,假设一块四磅重的砖头在一秒钟内从一米高处落下。它的运动量 = 1 m/s × 4lbs = 4 个单位。

根据伽利略定律,在类似的情况下,一块一磅重的砖头在两秒钟内会移动四米(因为移动的距离与时间的平方成正比)。

一磅重的砖块下落四米的运动量 = 2 米/秒 × 1 磅 = 2 个单位。根据第二个前提,两个物体的力相等,但它们的运动量却不相等,因此莱布尼兹得出结论,运动量不足以衡量力。

其次,莱布尼兹同样能够论证,可见光量(mv2)是对力的充分测量。因为,从一米高处落下的四磅重的砖块的可见见光量= (1m/s)2 × 4 磅 = 1 m/s × 4 磅 = 4 个单位。

而从四米高处落下的一磅重的砖块的可见万岁量 = (2 m/s)2 × 1 磅 = 4 m/s × 1 磅 = 4 个单位。

如果用可见光量而不是运动量来测量力,那么一磅重的物体从四米高处落下时所受的力就等于四磅重的物体从一米高处落下时所受的力。

第三,莱布尼兹进一步论证了可见光量而非运动量是守恒的。为了说明这一点,假设一块一磅重的砖块被举高到四米,落在跷跷板的一端,给另一端的一块四磅重的砖块带来了运动。

如果主动力的大小是守恒的--如果结果中的力和原因中的力一样大--那么(根据第一个前提),砖块应该被提升到一米的高度。

在这种情况下,从前面的演示中可以清楚地看出,可见光的量是守恒的,而运动的量却不是守恒的(因为运动的量从 4 个单位减少到了 2 个单位)。

值得注意的是,第四个前提不仅在莱布尼兹的证明中起着关键作用,而且在莱布尼兹认为他的证明所要说明的更大范围内也起着关键作用。

但后来,他认为这只是假设或道义上的必要--在所有可能的世界中必须找到的一个偶然特征。

从因果平等原则的地位,莱布尼茨又得出了两个重要结论,一个是形而上学的,一个是方法论的。

在形而上学方面,他认为因果平等原则的偶然性证明了运动和力的规律本身是偶然的,因此他认为自然规律的优雅提供了上帝仁慈地设计宇宙的证据。

在方法论方面,他认为 "可见性守恒 "的推导证实了在进行科学发现时,即使是在物理学领域,对神的目的论的考虑也是有用的,实际上是必要的。

莱布尼兹在他对动力学的重要总结中区分了两种有源力。第一种,也是最重要的一种,当然是 "可见性 "本身。

在莱布尼茨的物理学中,活的力代表了一个物体凭借运动产生效果的能力。它是一种主动力,能让运动的物体将自己提升到一定高度,或让速度较慢的物体产生运动。

直观地说,我们可以把它想象成保龄球从某个高度落下时所具有的 "力",或者棒球从投手手中释放出来时所具有的力量。

莱布尼茨认为,"生命力 "在特定的撞击情况下是局部保持的,而在整个被创造的世界中则是整体保持的。

因此,一个物体将自己提升到一定高度所消耗的有生力量,必须等于它从该高度坠落所获得的有生力量。

一个物体通过撞击能够传递给另一个物体的有生力量,必须等于它在撞击过程中损失的有生力量的量度。

实际物体之间的碰撞从来都不是完全弹性的,这一事实是对可见度守恒定律的初步反对。

虽然如果我们考虑两个台球或两个钢球的碰撞,这个定律看起来还算准确,但如果我们考虑两块粘土或两勺冰淇淋的碰撞,这个定律就显得非常不准确了。

事实上,在非弹性碰撞中,用 mv2 测量的碰撞体的主动力似乎大部分,甚至全部,都可能丧失。

为了解决这个相当明显的问题,莱布尼兹又回到了任何物体,无论多么小--一定是由无限多的小物体组成的这一观点。

在非弹性碰撞的情况下,表面上的 "万有引力 "的丧失是由于 "有生力量 "以一种不完全有助于整体运动的方式转移到了总物体的较小部分。

从它对较大物体的运动不起作用的意义上说,它是消失了,但从它仍然存在于由较大物体构成的较小物体的运动中的更深层意义上说,它是保留了。

莱布尼兹坚持认为,当物体的各个部分作为一个整体吸收撞击力时,就像两块肥沃的泥土或粘土发生碰撞时一样,当某些力被各个部分吸收时,它就像失去了一样,但这种损失并不减损世界上同一力守恒定律的不可侵犯的真理。

因为被微小部分吸收的力对宇宙来说并不是绝对消失了,尽管它对同时存在的物体的总力来说是消失了。

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在《标本》中,莱布尼兹将他假设的第二种有源力称为 "死力,尽管它也与 "引力"、"作用力 "和 "推动力 "等称谓联系在一起。

尽管有相关的标签,但莱布尼茨对 "死力 "概念的阐述似乎不如对 "活力 "概念的阐述那么仔细。

在《标本》中,他告诉我们有一种力是基本的,我也称它为死力,因为在它里面还不存在运动,而只是对运动的一种召唤,就像......吊索中的石头,当它还被绳子吊着的时候。

离心力本身就是死力的一个例子,还有重力或向心力,以及拉伸的弹性体开始恢复的力。

但是,当我们在处理冲击力时,冲击力来自已经下落一段时间的重物,或者来自已经恢复形状一段时间的弓,或者来自类似的原因,这时的力就是活力,它来自无穷无尽的死力的持续印象。

从这段话及其周边文本中,我们可以总结出莱布尼兹与死力概念相关的三个核心思想。

首先,正如我们可以把 "生力"看作是运动物体因其运动而具有的力的量度一样,我们也可以把 "死力"看作是物体在静止或瞬间产生运动的力的量度。

第三,死力与静力学研究的关系比与动力学研究的关系更为密切,莱布尼兹一再指出,笛卡尔主义者确实被误导了,他们把静力学定律与动力学定律混为一谈,从而维持了运动量的守恒。

尽管莱布尼茨很难否认牛顿巨著在技术上的成就,但他还是急于将自己对力的思考与其伟大对手的思考拉开距离。

在一篇标题被译为 "反对野蛮物理学 "的论战文章中,莱布尼茨写道,不幸的是,我们的命运是,由于对光明的某种厌恶,人们喜欢回到黑暗。

物理学通过数字、度量、重量或大小、形状和运动来解释身体本质中的一切,并教导人们,在物理学中,一切都以机械的方式发生,以可理解的方式发生,这种物理学似乎过于清晰和简单。

承认磁力、弹力和其他各种力是允许的,但前提是我们知道它们不是原始的或无法解释的,而是产生于运动和形状。

然而,这些东西的新赞助人并不希望这样。我们注意到,在我们这个时代,我们的某些前辈确实提出了这种观点,他们确定了行星之间的引力和趋向。

他们高兴地立即推断出,所有物质本质上都有一种上帝赋予的内在吸引力,就好像物质具有感官,或者说物质的每一部分都具有某种智慧,通过这种智慧,每一部分都能感知和渴望最遥远的事物。

莱布尼茨对牛顿的力的概念,特别是牛顿对万有引力的明显假定的负面反应的理由是多种多样的,也是复杂的。

然而,上面这段话中指出的一个特别重要的主题,涉及在物理学研究中应该允许什么样的力的概念。

在消极方面,莱布尼兹认为,牛顿假定了他所理解的在物体之间保持一定距离并起作用的不可还原的力,从而放弃了机械哲学的可理解的解释,回到了只满足于对原始力量的假定的无益的学术描述。

从积极的一面来看,莱布尼兹认为,通过将力视为物体固有的力量,并将其与物体运动和被运动的能力密不可分地联系在一起。

他自己的力的概念可以保持可理解性,而这种可理解性正是机械学的最大特点,同时还可以改进惠更斯、笛卡尔和伽利略等人的工作。

在莱布尼茨看来,他所假设的主动力和被动力不仅使物理学本身更精确、更符合理性,同时也为物理学在他自己的深层形而上学中建立可理解的基础奠定了基础。

这样,莱布尼茨对动力学的理解就与他更彻底的形而上学观点密不可分了。

如果说《动力标本》在物理学方面最重要的区别是主动力和被动力的区别,那么它在形而上学方面最重要的区别就是莱布尼兹所说的 "原始 "力和 "派生 "力的区别。

他认为,虽然派生力是工作物理学家最关心的问题,但在形而上学上,派生力是原始力的次要问题,他认为前者是后者的 "修正 "或 "限制"。

尽管导数力与原始力之间的关系这一话题很快就把我们从莱布尼茨对物理学的论述带入了他的形而上学的核心,但至少应该值得唤起我们对这一界面的关注。

在这里,我们倾向于认为是莱布尼茨的物理学与我们倾向于认为是他的形而上学发生了如此明显的碰撞,实际上是重叠。

人们普遍认为,莱布尼茨的原初力应该是物理学所关注的力的可理解的形而上学基础,主动的派生力应该以主动的原初力为基础,而被动的派生力应该以被动的原初力为基础。

不可否认的是,莱布尼茨认为他对主动原始力和被动原始力的区分在某种程度上类似于亚里士多德对形式和物质的区分。

因此,在《标本》中,他告诉我们,"原始的[主动]力对应于[学派的]灵魂或实质形式",而 "被作用或抵抗的原始力构成了学派所说的主要物质。对于 "莱布尼茨认为主动和被动的原始力量究竟在哪里?

莱布尼茨接受了一个看似梦幻的论点,即物理学所研究的总的物体应被理解为由无限多的有机体组成,这使得回答这个问题变得复杂起来:

我完全不相信有生命的物体只是其他物体的一小部分。相反,我认为万物都充满了有生命的物体。

由于物质是无限可分的,我们不可能固定在一个如此小的部分,以至于其中没有有生命的物体。

或者至少是具有基本内涵或具有生命原则的物体,也就是说有肉体的物质,关于这些物质,可以笼统地说它们都是有生命的。

因此,根据莱布尼茨的观点,被推上斜面的木块或从斜塔上掉下来的球必须由无限多的有机体组成,而每个有机体又由更多的有机体组成。

因此,这些有机体在某种程度上必须被视为比它们所组成的粗体更基本的本体。

根据莱布尼茨对泛有机论的承诺、他对肉体物质的论述以及他对亚里士多德的形式和物质概念的明确援引,有人认为,莱布尼茨在他的中年时期坚持一种本质上属于亚里士多德的本体论。

根据这种本体论,现实的基本层面是由实质性的形式和物质组成的有机体所占据的。这是 "一个主要居民是按照亚里士多德模式被理解为形式和物质统一体的肉体物质的世界,是一种原始的有机体,大虫子包含小虫子,小虫子包含更小的虫子,一直往下。

根据这幅图景,物理学家所研究的派生力是以有机体的主动和被动性质为基础的。有机体在本体论的最基本层面上努力奋斗并受到作用。

而这些努力和激情正是研究主动和被动衍生力的基础,例如在弹性球体之间的碰撞中。尽管莱布尼茨的泛有机主义仍然引人注目,但这一图景对莱布尼茨物理学的基础做出了相对直截了当的描述,而且与他的许多文本,尤其是中年时期的文本相当吻合。

在莱布尼茨的著作中,"虫子一直往下 "的模式并不是唯一的基本形而上学模式。在他最成熟的作品中,莱布尼茨提出,在本体论的最深层,我们只发现简单的、类似心灵的物质,或称 "单子"。

莱布尼茨坚持认为,虽然单质严格来说是不可分割的,但只要它们是主动的,就可以把它们看作是形式的统一体,而只要它们是被动的,就可以把它们看作是物质的统一体。

根据这种形而上学,物理学家所研究的粗体至少与一元现实相差两倍。粗体的基础是有机体,即 "肉体物质",而肉体物质本身的基础是简单物质,即 "一元"。

然而,同样的本体论依赖链也适用于力,归属于粗体的主动力 "根植 "于归属于有机体的主动力,而有机体又 "根植 "于一元的主动力,正如归属于粗体的被动力 "根植 "于归属于有机体的被动力,而有机体又 "根植 "于一元的被动力。

要全面理解这些基础关系,就需要更详细地阐述单体、肉体物质和粗体之间的关系,以及更全面地说明 "基础 "在这里的含义。

不过,即使是这样粗略的勾勒,也足以表明莱布尼茨致力于把他在物理学中假定的主动力和被动力建立在他在最成熟的形而上学中假定的现实的最基本层面上的大体轮廓。