朱邦芬：什么是物理学 为什么要学物理——物理学的过去、现在和未来（4）

公元前六百年到公元前两三百年，这段时间我们基本上认为是自然哲学的阶段，在这个阶段，物理与其他学科没有分开，主要是一些哲学家在思考自然界万物运行的基本原理。这个阶段以后，整个自然哲学就停滞不前了，欧洲进入了一个相对发展缓慢甚至倒退的时期。

而这个时期的物理主要在一些阿拉伯国家得到了发展，比如上图是海什木，这位阿拉伯物理学家写了本书，书名就叫《光学》，他在这本书里记载了小孔成像，还记载了很多光学现象。所以那段时间的一些科学发展是转移到了中东地区。2015年是世界光学年，当时联合国教科文组织、国际物理联合会，都把他作为一个最早研究光学的物理学家。

中国古代的墨子有本书叫《墨经》，《墨经》上面也记载了小孔成像。但是我们中国的书记载得比较简单，而且不太容易懂。比如他说：“景到，在午有端，与景长。说在端。”当时我们有一些研究古代科学史的学者对此进行了解释。古人很多字是借用的，“景到”的“到”实际上就是“倒”，也就是说，小孔成像最后成的“像”与它原来的“像”是颠倒的。“午”是指两束光线在正中交叉的意思。“端”在古汉语中有“终极”“微点”的意思。“在午有端”指光线的交叉点，即针孔。物体的投影之所以会出现倒像，是因为光线为直线传播，在针孔的地方，不同方向射来的光束互相交叉而形成倒影。当然，《墨经》上面不光是这几句，一共有八段，讲八个光学现象。所以，墨子当时也研究了一些几何光学的规律。但是，这里面缺乏比较仔细的描述，也缺乏图片参考，不是太容易理解。

中国最早出现“物理”这两个字是在西汉的时候。当时古人用“物理”这个词是想说明万物的一些道理。但是在古代，物理学对应的词叫格致学或者格物学。古人把从自然现象里面悟出的道理叫格物致知。格物致知在中国古代就对应自然哲学这一学科。

北宋时，苏颂画了世界上第一张星图（如上图）。在李约瑟所著的《中国科技史》第三卷里面有这张图。

这张图叫《浑象南极图》，也是苏颂所画。就是用浑象仪朝南天空看，这时看到的星座是什么样的。也就是说，古人当时也对很多自然现象做了观测，做了思考，但是这方面的记录比较少。

所以，总的来看，从17世纪往前2000多年，这段时间基本上是自然哲学，物理没有单独作为一门学科，而且物理是跟其他自然学科没有分开。分工不是太仔细，研究不是太精细。实际上在12世纪的时候，当时拜占廷和西班牙的一些伊斯兰学者，继承了亚里士多德、欧几里得、托勒密等古希腊哲学家的研究。后来在文艺复兴时期，原来在希腊的一些东西失传了，反而是从阿拉伯世界得到了那些古典记载。随后，欧洲重新开始对自然哲学、对自然科学有兴趣了。

到了17世纪，物理真正地从自然哲学里面脱离开来，成为一门独立的学科，这是经典物理。

经典物理有两个标志。原来古希腊的很多哲学家，当时想象了很多理论，然而这些理论往往不跟实验相结合。也就是说，他们有很多仅仅是思考，动脑跟动手没有结合起来。到了伽利略年代，这时经典物理的第一个显著标志就是把理论与实验结合起来了。他们思考自然现象，提出一种假设或理论，然后通过实验来看实际与原来的理论或假设是不是一致。如果一致，那就初步证实了这个理论是可以接受的，然后继续发展，到某天又发现另外一个实验与这个理论不符。这时，我们就要修改这个理论，然后使这两者相符。所以，经典物理学的第一个标志就是理论与实验开始结合起来，不断地来验证理论的正确性。

第二点，古希腊的时候，物理学是一种定性的，而从十七世纪开始，经典物理学开始用定量的方法、用数学的办法来研究物理现象。所以经典物理两个最主要的标志，一个是用实验的方法，一个是用定量的方法。其中用实验方法最有名的是伽利略。伽利略提出了惯性定律。他认为，一个物体在运动的时候，它不需要外力也会保持原来的状态，之所以原来在运动的物体会减速，是由于它受到了空气的阻力、地面的阻力，最后阻止了它运动。所以他提出了惯性定律，一个物体在没有外力的情况下，它会保持原来的状态，原来它是静止的继续静止，原来它是在运动的继续运动。