§1．2 历史的启迪
一部力学发展史就是人类科学的诞生史．从总的发展趋势来看，在牛顿运动定律建立以前，力学的研究主要是积累经验，并在理论和实验中不断修正力学概念．从时间史上可分为两个时期：
（1）古代：从远古到公元5世纪，人类对力的平衡和运动有了初步了解．
（2）中世纪：从6世纪到16世纪，对力、运动以及它们之间的关系认识也有进展．在这段时期内，中国的科学技术水平总体上处于世界领先地位，但力学的知识与概念大多融合在一些工程技术中，缺乏逻辑分析推理．在中国的古代科技文献中有大量关于力、速度等的描述，但始终没有“加速度”概念的提炼，因此，在明末宋应星的《天工开物》之后，中国古代的经验力学也宣告终结．
在牛顿运动定律建立之后，力学的发展进入现代科学时期，主要有下面4个阶段：
从17世纪初到18世纪末，在伽利略（Galileo）建立的加速度概念的基础上，牛顿建立了经典力学并不断得到完善；
19世纪，力学的各个分支建立，特别是在1832年和1845年纳维（Navier）和斯托克斯（Stokes）等提出了固体力学和流体力学的基本方程后，力学脱离物理学而成为一门独立学科；
从1900年到1960年，近代力学诞生，并与工程技术关系密切．这段时期新的工程技术发展较快，原先主要靠经验的办法跟不上时代了，这就产生了应用力学这门学科．但当时计算工具落后，解决具体工程问题主要靠实验验证；
1960年以后是现代力学阶段，由于计算机技术的快速发展，使原来复杂的力学计算成为可能，用力学理论和数值模拟计算技术解决工程设计问题成为主要途径．
力学的发展史也是人类从经验技术上升到科学技术的发展史．我们可从牛顿建立万有引力定律的过程来看科学与经验的差别：
1609—1619年，德国科学家开普勒（Kepler）用了10年时间将他的老师第谷（Tycho Brache）30年辛勤积累的天文观察数据总结成行星运动的3大定律，指出行星运动的轨迹是一椭圆，而太阳正是椭圆的一个焦点；
1638年，意大利科学家伽利略总结出了惯性定律，指出自由落体的加速度与其重力成正比；
1659年，荷兰科学家惠更斯（Huygens）给出动量与能量守恒的早期萌芽形式；
1661年，英国科学家胡克（Hooke）等人提出星体之间相互吸引，提出引力的概念；
1673年，惠更斯再次推导了引力大小与距离平方成反比关系；
1680年以后，牛顿才对引力问题发生兴趣，但这时关于天体力学剩下的关键问题只有一个：如果行星在太阳引力作用下运动，并且假设引力与距离平方成反比，那么行星运动的轨迹应该是什么？
当时实验观测的结果是行星运动的轨迹为椭圆（开普勒定律），但是没人能回答为什么是椭圆．牛顿在数学上比别人略高一筹，他掌握了当时最先进的数学工具——微积分，他从数学上严格证明了在上述条件下行星运动的轨迹一定是椭圆，这与近百年的天文观察结果相吻合，并据此建立了万有引力定律，完善了经典力学的科学体系．
从牛顿建立万有引力定律的过程中我们发现，如果没有前人的工作，牛顿从一个苹果落地是绝对创造不出来万有引力定律的．而如果没有牛顿的系统理论总结，前人的工作包括开普勒的工作最多只能是经验，是技术，不是科学，也不会有万有引力的概念，或许也就没有当今人类引以自豪的航天航空事业了．牛顿的工作或许只是别人画龙他点睛，如果从工作量来讲，他远不如第谷（Tycho）的三十年如一日，也不如开普勒的十年磨一剑，他比胡克等人更晚懂得天体运行规律，甚至他当时在天体力学界或许只是一个小学生，但是，发现万有引力的殊荣非牛顿莫属，这就是科学发现的机遇，就是科学发现的规律．
从牛顿建立经典力学的过程中，我们还可以看出科学研究中的另一个重要因素，就是研究对象或方向的选择．在牛顿的研究中，他选择了行星，虽然天体运动对当时人类来讲是那么遥远，又完全不可控制，虽然当时关于行星运动已积累了大量的观察数据，前人也做了大量的总结，但最关键的是行星在运动中只受到一个力——太阳引力的作用，并且当时计时和测距的精度对测量行星运动已是很精确了，在这样简单单一的条件下牛顿才得到了力与运动的基本规律，并将此推广到其他情况下力与运动的问题．可以想象，如果当时牛顿像伽利略那样，从苹果落地来研究地球对苹果的引力，那他就没那么幸运了，他或许要遗憾终生．因为对当时研究而言行星受力要比地球对苹果的引力简单得多．
牛顿在建立经典力学过程中创造的这种将复杂问题最简单化的还原论（Re－ductionism）方法一直主宰着西方科学的发展．英国著名的百科全书式学者卡尔·皮尔逊（Kar－Pearson）在它的《科学的规范》中曾写道：“科学的统一仅仅在于它的方法，而不在于它的材料，科学方法是通向绝对知识或真理的唯一入口．”皮尔逊这里指的科学方法论就是牛顿创立的还原论方法．而比之更早或同时代的中国古代科学思维则采用了另外一种综合法模式．300多年过去了，古代的中国科学技术除了中医药外，其他几乎全军覆没了，在现代科技的大厦中很难寻觅到中国古代科学的踪影，这和没有采用恰当的科学研究方法是直接相关的．因此从这方面讲，牛顿对人类的贡献不仅是建立了经典力学，更重要的是建立了正确的科学研究方法．
还原论方法是牛顿通过建立经典力学而产生的科学方法，随着近代力学的发展，这一方法本身又受到了新的挑战．近年来，跨物质层次的力学现象（从原子到宏观）和非线性非平衡行为（有内在的确定性、随机性和高度自组织结构，如生命体）等是近代力学研究的重点，这种认识将突破简单还原和叠加的经典方法，突破确定性和随机性的简单对立，这方面的研究如同当初牛顿研究万有引力一样，它不仅丰富了力学的内容，而且将产生科学方法论上的革命．
从力学的发展历史中我们得到下面3点启示：
（1）科学研究最终要建立科学的体系，要从众多的观察中总结出理论，否则只能是经验或技术，而不能成为科学．
（2）科学研究的对象与时机选择非常重要，太早，研究手段与研究工具都不全，不会有很好的结果；太晚，没有新意，只能做一些二流的工作．如何选择突破口，进行创造性思维，是一个科学家一生成败的最关键因素之一．
（3）对探索自然科学而言，知识本身可能显得并不十分重要，因为一些实际知识很容易被忘记，而我们所关心的则是更一般的理解，这种理解对一个受过教育的人来说将会有长远的价值——但是这些知识又是我们去达到更重要的目的的手段．
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