簡議“力” 和“力學(xué)” 的含義變遷1)

趙慧明 趙玉成 程紅梅

(中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院力學(xué)系，江蘇徐州221116)

1 “力” 的含義及變遷

從文字的發(fā)展來看，中國古代對“力”的概念的認(rèn)識是很早的。甲骨文中就有“力” 字，寫法如圖1所示?！傲Α?是個象形字。有學(xué)者認(rèn)為：“力” 字是一個奴隸彎腰耒地的形狀，表明在運力[1]。也有學(xué)者認(rèn)為：“力” 表示古代稱為“耒” 的起土的農(nóng)具[2]。用耒來翻土，那是要很用力的，所以“力” 字就用為“力量”之“力”。也有學(xué)者認(rèn)為：力是手連臂的象形，手和臂加起來表示有力量[2]。還有人認(rèn)為：力像人筋之形[3]?！墩f文》：“力，筋也。象人筋之形。” 筋下曰：“肉之力也。筋者其體，力者其用也?！?總之，這些認(rèn)識，都可以認(rèn)為“力” 表示的是人的力量。

圖1 甲骨文的“力” 字

從文獻記載來看，中國的古文獻中也多有力學(xué)方面的記錄，對“力” 的概念也有更深入的理解。戰(zhàn)國時期以墨翟為首的墨家的代表作《墨經(jīng)》中有對“力” 和“運動” 的描述。其中對“力” 的描述有兩種[4]：一種是“力，重之謂?！?；二是“力者，刑之所以奮也?！鼻罢呤钦f力就是物體的重量，用今天的語言描述，就是：力就是物體所受的重力。這就把最初“力” 指“人的力量” 進行了延伸和拓展。后者的描述就更有意思了。“刑”通“形”，指形體、身體。奮是什么意思呢？通過對奮的繁體字進行解析可以得出一些有意思的解釋。奮的繁體字寫作“奮”，中間是“隹” 字，短尾鳥的意思。“大隹” 是“奞”，指展翅欲飛的鳥。因此，“奮”應(yīng)該是指鳥兒站在地上，正展翅欲飛?！傲φ?，刑之所以奮也”可以理解為：鳥兒站在地上，可以展翅起飛，這是由于力的原因。這樣一個理解，應(yīng)該是表明了力對運動狀態(tài)改變所起的作用。中國古代雖然沒有加速度的概念，但是，從相對靜止到運動起來，對這樣的運動狀態(tài)變化還是認(rèn)識得很清楚，并認(rèn)識到這種變化是需要力的作用的。

以上關(guān)于“力”的概念的描述，不能看成是相互的描述，或等價的描述，而應(yīng)該看成是變化的、發(fā)展的描述。從最初對“人的力量” 的直觀描述，到對一般物體的重力的描述，再到對運動狀態(tài)變化原因的描述，一步步走向深入：從狹義的單指人的力量，到指所有物體的“重量、重力”，再到更廣義一點，還指力的效果，“改變物體的運動狀態(tài)”。

上文理解中，對“奮” 字的理解很重要。在《墨經(jīng)》中還提到：“下舉重奮也[4]”，這是《墨經(jīng)》中對“奮” 的解釋。然而，當(dāng)今學(xué)者對這句話有不同的理解。武際可教授認(rèn)為這句話念作：“下舉重，奮也”，意思是力使身體舉物向上，這里只有靜力學(xué)沒有運動學(xué)[1]。申先甲教授認(rèn)為這句話念作：“下，舉，重奮也”，物體的下落或被舉起，都是體現(xiàn)出重力的作用[5]。

在《墨經(jīng)》中對力的效果的描述，還有一處驗證。在《墨子·經(jīng)說下第四十三》中，有這樣一句：“凡重，上弗挈，下弗收，旁弗劫，則下直?！?一般理解為，重物如果不受上、下、旁邊的其他力的作用，只在重力的作用下，就會垂直下落，即垂直下落的原因是重力。如果將“下舉重奮也” 理解為：“下、舉重，奮也”，物體的下落或被舉起，都是運動狀態(tài)的變化。這樣理解，是不是更清晰一些呢？

2 中國近代“力學(xué)” 的誕生

在古代中國大地上生活的人們?yōu)榱藵M足生產(chǎn)生活的需要，進行了大量的力學(xué)方面研究和應(yīng)用，并在許多文獻中都留下了記述。但是在中國古代并沒有出現(xiàn)一部專門的力學(xué)著作，力學(xué)知識散見于各種書籍之中。總的特點是：經(jīng)驗多于理論，器具制造多于數(shù)理總結(jié)[6]。

16～17 世紀(jì)，西方傳教士紛紛來華，揭開了第一次西學(xué)東漸的序幕。時任中國耶穌會會長的龍華民(Nicolaus Longobardi，1559 — 1654) 派遣比利時人金尼閣(Nicolas Trigault，1577 — 1629) 返回歐洲募集圖書，促成了七千部西書來華，中國的力學(xué)才開始隨同世界先進的科學(xué)技術(shù)潮流前進[7]。對西書的翻譯，也體現(xiàn)了當(dāng)時中國對力學(xué)的理解程度。

明天啟七年(1627)，王徵(1571—1644)(見圖2)與傳教士鄧玉函(Johann Schreck，1576 — 1630) (見圖3) 合譯了第一部介紹西方力學(xué)知識的著作《遠西奇器圖說》。該書主要取材于那時來華的七千部書中的幾部，主要有阿基米德(Achimedes，公元前287—公元前212)、未多(Francois Viete，1540 — 1603)、斯梯芬(Simon Stevin，1548 — 1620)、阿格里科拉(Georgius Agricola，1494—1555)、拉莫里(Agostino Rameli，1531 — 1600)等人的著作[8]，而具體書名無可考證，但基本可以確定的是這些著作中沒有名為“Mechanics” 或其他語言類似譯名的書。因此，王徵和鄧玉函在譯著《遠西奇器圖說》一書時，說“此學(xué)本名原是力藝[9-10]”?！傲λ嚒币幻麘?yīng)該不是西語詞匯的翻譯，而是在了解了書中這些內(nèi)容之后給予的命名。為什么會命名為“力藝” 呢？中國周朝的官學(xué)要求學(xué)生掌握的六種基本才能：禮、樂、射、御、書、數(shù)，稱為六藝。這一傳統(tǒng)為儒家所繼承，儒家學(xué)者對“藝” 的印象應(yīng)該是非常的深刻。王徵譯著《遠西奇器圖說》時，應(yīng)該是認(rèn)為自己引進了一門新的關(guān)于“力”的技藝，關(guān)于“省力”的技藝，因此稱為“力藝”?！哆h西奇器圖說》又在表性言中寫道：“力藝，重學(xué)也[9-10]?！睉?yīng)該是作者在了解了書中內(nèi)容大多是關(guān)于重力或?qū)χ亓Σ倏氐膬?nèi)容，“力藝之學(xué)，其取義本專屬重”，“其術(shù)能以小力運大力，故名曰重”。1627年，伽利略的《兩門新科學(xué)的對話》尚未問世，西方對“力學(xué)” 的認(rèn)識，當(dāng)也囿于對“重力” 研究的靜力學(xué)。鄧玉函作為伽利略的朋友，應(yīng)該了解當(dāng)時西方力學(xué)發(fā)展的程度，或許入華的七千西書中也包括了斯梯芬1586 年出版的《靜力學(xué)原理》。斯梯芬的《靜力學(xué)原理》的本名是De Beghinselen der Weeghconst(荷蘭語)，用英語直譯是The Principles of the Art of Weighing，用漢語直譯就是《重力測定藝術(shù)的原理》。因此，“重學(xué)” 的譯法既是通俗易懂的，又是符合西語原意的。“力藝” 的譯法雖然符合儒家文化，給人的感覺也更高雅，但是也沒有被最后采用，大概是因為，“力” 表達的范圍更廣，而不局限于“重力”。從前面的分析也可看出，“力” 的含義還包括了“重力”引起的狀態(tài)變化。

圖2 王徵

圖3 鄧玉函

“力藝” 和“重學(xué)” 都是符合既有“公稱”，又有“私號” 的結(jié)構(gòu)形式。

清朝政府在1860 年代開始推行洋務(wù)運動，也促成了第二次西學(xué)東漸。這一時期，西方傳教士創(chuàng)辦的媒體，以及洋務(wù)機構(gòu)翻譯了大量的書籍。由李善蘭(1811–1882) 與艾約瑟(Joseph Edkins，1823–1905) 于1852 年在上海開始翻譯，并于1859 年刊行了《重學(xué)》一書。據(jù)考證，該書底本是胡威立(William Whewell，1794–1866) 1836 年出版的《初等力學(xué)教程》(An Elementary Treatise on Mechanics)第五版[11]。書中既有靜力學(xué)的內(nèi)容，如杠桿、力的合成與分解、重心等內(nèi)容；也有運動學(xué)的內(nèi)容，如點的曲線運動，定軸轉(zhuǎn)動等內(nèi)容；也有動力學(xué)的內(nèi)容，如做功與動能、碰撞與沖擊?！吨貙W(xué)》幾乎完全翻譯了原書，涵蓋今天《理論力學(xué)》的幾乎全部內(nèi)容。但是李善蘭與艾約瑟還是將“Mechanics” 翻譯成了“重學(xué)”，并在書中將內(nèi)容分為“靜重學(xué)”和“動重學(xué)”兩部分。大概是因循了《遠西奇器圖說》的譯法，給人的感覺，有些抱殘守缺，還不如翻譯成“力藝”，或直接翻譯成“力學(xué)”。

據(jù)考證，1864 年，美國傳教士丁韙良(William Alexander Parsons Martin，1827–1916)寫了《格物入門》一書[12]，當(dāng)時沒有出版，到1868 年才出版，其中一卷為《力學(xué)卷》。1883 年出版了《格物測算》，共9卷，其中前三卷為《力學(xué)》[13]。1890 年，英國人傅蘭雅(John Fryer，1839～1928) 在《格致須知》的《重學(xué)須知》中有“力學(xué)” 一章。傅蘭雅的“力學(xué)” 相當(dāng)于現(xiàn)在的“動力學(xué)”[14]。丁韙良第一個用“力學(xué)” 代替“重學(xué)”，但與今天“力學(xué)”的概念還不一致，還沒有包含“連續(xù)體力學(xué)”。

現(xiàn)代意義的“力學(xué)” 一詞出現(xiàn)在嚴(yán)復(fù)(圖4) 的《天演論》的序言中[14]：“夫西學(xué)之最為切實，而執(zhí)其例可以御藩者，名、數(shù)、質(zhì)、力，四者之學(xué)是也。”譯書時間是1895 年，第一版問世時間是1898 年。根據(jù)嚴(yán)復(fù)在其他著作中對“力學(xué)” 的闡述，可知他在《天演論》的序言中所提“力學(xué)” 與現(xiàn)代“力學(xué)” 的內(nèi)涵最為一致。

圖4 嚴(yán)復(fù)

3 幾點結(jié)論

在古代中國，對“力”的理解是一個變化發(fā)展的過程。“力” 的含義最初表示“人的力量”，后來發(fā)展到可以描述一般物體的重力，再發(fā)展到可以對運動狀態(tài)原因的描述。從時間發(fā)展的縱向看，“力” 的含義是發(fā)展的，內(nèi)涵不斷擴充的；從時間的橫向看，同一時期，或同一本書中，“力”字可能有不同的含義。

中國現(xiàn)代“力學(xué)”是西學(xué)東漸的結(jié)果，學(xué)科名字的確定過程也有不小的曲折?！哆h西奇器圖說》中雖然提到“力藝”一詞，但由于當(dāng)時研究內(nèi)容主要限于對“重力” 的研究，而定名為“重學(xué)”；《重學(xué)》一書的內(nèi)容不限于“重力”的研究，也包括運動學(xué)和動力學(xué)，但是卻遺憾地沿用了“重學(xué)” 一詞；丁韙良首次用“力學(xué)”替代“重學(xué)”一詞；嚴(yán)復(fù)所提“力學(xué)”跟現(xiàn)代“力學(xué)” 的內(nèi)涵最為一致。

中國古代雖然也創(chuàng)造出來許多輝煌的力學(xué)成果，但卻沒有獨自發(fā)展出近代的力學(xué)體系，這與中國古人理性精神的欠缺有很大關(guān)系。《易經(jīng)》中有一句話：“備物致用，立成器以為天下用，莫大乎圣人?！蹦軌蜃龀善魑餅槿怂?，就已經(jīng)是只有圣人才能做到的了，因此，學(xué)以致用成了人們學(xué)習(xí)的目的，而沒有了對更深層的理論研究的追求。中國古代在數(shù)學(xué)上的成就也主要是“算”，沒有產(chǎn)生理性思維指導(dǎo)下的《幾何原本》和《圓錐曲線論》。在力學(xué)方面也沒有產(chǎn)生加速度的概念，從而，近代力學(xué)體系不可能產(chǎn)生在中國[14-15]。但是中國的科學(xué)傳統(tǒng)方法中整體的觀點、系統(tǒng)的觀點比西方多些[15]。在當(dāng)今面對復(fù)雜力學(xué)問題時，我們在掌握西方理性思維的前提下，充分發(fā)揮整體性、系統(tǒng)性思維的優(yōu)勢，一定能為世界力學(xué)體系的發(fā)展做出自己的貢獻。

致謝：本文在寫作過程中受到清華大學(xué)航天航空學(xué)院工程力學(xué)系殷雅俊教授的支持和幫助，在此表示感謝！文中圖片來于網(wǎng)絡(luò)，在此，對圖片的作者或提供者表示感謝！