惠更斯、莱布尼茨关于万有引力的争议

惠更斯、莱布尼茨关于万有引力的争议

洪晓曼李杨刘畅

洪晓曼李杨刘畅（中国矿业大学文法学院北京100083）

［摘要］笛卡尔——惠更斯学派和莱布尼茨学派，都崇尚以太说，不同的是笛卡尔——惠更斯学派是从天体的以太漩涡作用，揭示天体之间的相互作用，不承认万有引力的存在；而莱布尼茨学派则从以太出发，认为引力是通过以太介质传递的。

［关键词］惠更斯莱布尼茨万有引力

一、历史背景

万有引力，又名引力相互作用或重力相互作用。在一般使用上，常称为重力。在物理学上，万有引力或重力是指具有质量的物体之间加速靠近的趋势。牛顿在1687年出版了其巨著《自然课学的数学原理》一书，他在第三卷中从天体现象得出万有引力。

但是，在17世纪晚期的英国大学中，亚里士多德的物理学遭遇笛卡尔的以太旋涡说的排斥，那时以太旋涡说已经得到了广泛的拥护［1］。在欧洲大陆，笛卡尔的自然哲学观点经惠更斯和莱布尼茨的发展和宣传后，已被广泛接受。并且形成两大派别，即笛卡尔——惠更斯学派和莱布尼茨学派。他们都崇尚以太说，不同的是笛卡尔——惠更斯学派是从天体的以太漩涡作用，揭示天体之间的相互作用，不承认万有引力的存在。

二、惠更斯论万有引力

在《原理》发表后的一年，惠更斯读了这了本，他并不反对用向心力的概念说明名天体之间的相互作用，但是他试图用球面旋涡产生的向心力和离心力之间的平衡来说明天体现象。

1、旋涡的问题。惠更斯在1669年向皇家科学院提交了一份关于地球重力的非常精致的理论，在这个理论中，他用圆周运动取代了笛卡尔的漩涡。在他看来，因为漩涡的存在，行星才能被维持在轨道上。但惠更斯所言的漩涡彼此相距甚远。他试图用一套较小的漩涡，来代替被牛顿摧毁了的笛卡尔的漩涡。他之所以这么做，是因为惠更斯既不承认牛顿的引力，又不承认开普勒的引力；他认为，每一个恒星，都被某种快速运动的漩涡物质所包围，但这种漩涡无论就其所占据的空间或其中物质运动的方式，都与笛卡尔的漩涡有很大不同［2］。

2、重力的问题。对于重力的认识方面，他是忠实的笛卡尔主义者。在惠更斯和笛卡尔看来，重力是一种外在的作用：物体之所以有重量，是因为他们被一种以极大的速度围绕地球转动的精细的或流体物质旋流压迫而被推向地球。他与笛卡尔关于重力起因的解释唯一不同之处就是粒子的级别不同［2］。在1690年发表的论文《论重力的起因》中他认为对重力的解释是不必要的，他并不反对牛顿的向心力，并且不赞成把重力当成物体的一种固有属性［3］。惠更斯不相信所有的物体都必然相互吸引。如果不考虑重力这一性质，物体运动天然就是直线的或是圆周的。当物体没有阻力的时候，物体运动就是直线的。而当物体被维持着或者自己围绕某个中心运转的时候就会做圆周运动。

总之，惠更斯从未改变过自己的想法而接受牛顿的引力，他也没试图用一系列分离的行星漩涡来代替笛卡尔巨大的太阳漩涡，从而复活中世纪的天球概念［3］。惠更斯虽然得出了向心力加速度公式后，只要把向心加速度公式与开普勒的行星运行第三定律联系起来，就可能早于牛顿而率先找到打开通往万有引力定律的大门钥匙。但是，由于笛卡尔反对引力说而提出的“物体坠地说”对惠更斯的影响太深，使他没有能够正确地总结向心力定律，以及把他推向天体运动。这样以来，他与万有引力定律就失之交臂了。

三、莱布尼茨论证万有引力

莱布尼茨在1689年看过《原理》，并与惠更斯作了讨论。他对牛顿的天体理论也持批评态度，并且企图根据自己的自然哲学观点设计一个新的理论。

1、提出和谐运动。莱布尼茨认为时空是相对的，依赖于对象和事件间的关系。莱布尼茨在发表的《论天体运动的原因》一书中完成了惠更斯所未能完成的事情。莱布尼茨提出，所有在流体中沿着曲线运动的物体都是被流体的运动带动的。流体本身是可以运动的。行星是被它们的以太推动的。莱布尼茨的这种“和谐”的运动，不同于笛卡尔和惠更斯的漩涡的运动。他把和谐运动的阐述为：行星实际上在绕太阳旋转，行星运动的速度总是与它们到太阳的距离成反比［2］。他通过“和谐循环”导出了开普勒第二定律。在莱布尼茨的陈述中，唯一新的东西是“和谐”和“侧心”这两个术语。当他把这两个术语用在被牛顿称之为“向心的”运动上时，莱布尼茨和开普勒都犯了同样的错误。莱布尼茨认为，行星应以和谐的循环方式运行，主行星以太阳为中心旋转，卫星以主行星为中心旋转。从循环中心引出的半径扫过的面积正比于时间。

2、引力的问题。在解释完和谐循环运动后莱布尼茨又引入了引力概念。莱布尼茨认为循环运动的挤出力量和太阳引力的共同作用导致了行星的侧心运动。这种力可以称为引力。当行星被当作一个趋向太阳这个中心的重物时，这种磁力为“重力的诱导”［4］。不同的引力定律决定不同的轨道。但是莱布尼茨并不想在一种真实的物理的力的意义上去使用引力这个概念。莱布尼茨根据惠更斯的离心力定律推论说：“循环的离心的或挤出的天然倾向可以用循环角，即由中心到运动物体所引半径所成交的反正弦来表示。

3、重力的问题。在《论天体运动的原因》的第二个版本中，莱布尼茨有一个关于重力和引力概念的重要附录。他基于吉尔伯特的想法，认为还存在另一种引力。这种引力表现为吸引那些位于其力的作用范围之内的类似物体。他断言引力是由某种物质辐射产生的，而且在球体中存在一种天然倾向。莱布尼茨对重力的解释与笛卡尔的旋涡概念一脉相承。但是莱布尼茨改进了笛卡尔对重力的解释，它是采用了许多围绕球心的运动取代围绕周的圆周运动。他认为重力的成因是吸引球排出类似于光线的物质射线，或者发出沿各个方向远离中心的冲力线。

四、争议的结果及影响

惠更斯不认同莱布尼茨的旋涡球，他坚信自己的理论，并且认为莱布茨尼受他理论的启发。他在引力的问题上曲解了莱布尼茨的一些看法。较之于他，莱布尼茨无需给引力一个机械的解释。在他看来，莱布尼茨企图用引力与和谐循环来调和牛顿与笛卡尔是完全是不必要的。在莱布尼茨充满物质的空间内，或在惠更斯的半充满的空间，行星是无法完成圆周运动的，而且会被拖入太阳。惠更斯忽视了这一问题，但却被莱布尼茨注意到了。也因此，莱布尼茨更坚持了他的“和谐循环”是很必要的［4］。所以他的这一想法是错误。在对重力的解释，莱布尼茨仅是提出了“侧心”运动，事实上并未予以解释；而惠更斯也仅是对重力给出了一个解释，但没有把它推广到宇宙引力或宇宙重力。莱布尼茨的努力目标是调和旋涡与引力，也就是笛卡尔与牛顿，要让笛卡儿的旋涡以“和谐循环”的方式运动，这有点想当然。惠更斯就此指出，这么一来，行星将不会符合开普勒第三定律。莱布尼茨就是为了挽救这种形势，假设了一种如重力的情形，也就是精细物质的做法，这也是错误的。可以看出牛顿反对派的主要武器是形而上学的批评［5］。

参考文献：

［1］阎康年，牛顿的科学发现与科学思想，湖南教育出版社.

［2］［法］亚历山大.柯瓦雷，牛顿研究，北京大学出版社.

［3］韩晋芳，惠更斯及其科学思想，内蒙古师大学报自然科学(汉文)版，2001，（12）.

作者简介：

洪晓曼（1984-），女，河南省永城人，中国矿业大学（北京）文法学院08级硕士研究生.研究方向：科技道德与社会发展

李杨（1983-），女，安徽马鞍山人，中国矿业大学大学（北京）08级硕士研究生，研究方向：科技道德与社会发展；

刘畅（1986-），女，山东省菏泽人，中国矿业大学大学（北京）08级硕士研究生，研究方向：马克思主义哲学与思想政治教育.