科学家用了300多年才发现，牛顿第1定律被理解错了（图）

一项阐释牛顿著作的新研究，澄清了经典力学之父在他写下的第一运动定律中想要表达的真正意义。

《自然哲学的数学原理》来源：

UCL Mathematical & Physical Sciences from London,UK

CC BY 2.0

作者  Stephanie Pappas （科学记者，自由撰稿人）

翻译  阿金

编辑  魏潇

三百多年来，牛顿第一定律的英文翻译始终存在一处“细微错误”，而这一错译让人们对理解伊萨克·牛顿（Issac Newton）这位自然哲学家先驱奠定力学基础之时的想法，有了新的认识。

牛顿第一定律：

Every body perseveres in its state of being at rest or of moving uniformly straight forward, except insofar as it is compelled to change its state by the forces impressed.（Cohen，Whitman 译）

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。（人教版高中物理必修一）

人们通常会这样解释牛顿第一定律：“运动物体倾向于保持运动状态，静止物体倾向于保持静止状态。”但这一看似显而易见的惯性定律却拥有复杂的历史。17 世纪，牛顿在《自然哲学的数学原理》（

Philosophiae Naturalis Principia Mathematica

）一书中用拉丁文写道：“每一物体都维持自身原本的状态，或保持静止，或做匀速直线运动，直到受外力作用而被迫改变状态。”

“

Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus illud a viribus impressis cogitur statum suum mutare.

”

美国弗吉尼亚理工大学（Virginia Tech）的哲学家丹尼尔·霍克（Daniel Hoek）表示，数世纪以来，许多科学哲学家解释说这一定律描述了不受任何外力作用的物体。例如，1965 年，牛顿学者布莱恩·艾利斯（Brian Ellis）转述了牛顿的话：“每一个不受作用力影响的物体会维持自身原本的状态，或静止，或做匀速直线运动（Every body not subject to the action of forces continues in its state of rest or uniform motion in a straight line.）。”但这点令人颇为费解，霍克指出，因为宇宙中不存在完全不受外力作用的物体。为什么要给不存在的事物总结一个定律呢？

《自然哲学的数学原理》插图 来源：

UCL Mathematical & Physical Sciences from London, UK

CC BY 2.0

2022 年，霍克在《科学哲学》（

Philosophy of Science

）期刊上发表了

一篇论文

，辩称牛顿无意用第一定律来解释想象中的无外力作用物体。牛顿使用“

nisi quatenus

”这个拉丁文单词（“除非在这种情况下”的意思）并非表示定律仅限于这类物体，而是想指出，物体只有在受到外力作用的情况下才会改变运动状态。换言之，下列解释更适用于描述现实世界中的所有物体：物体运动状态的所有变化由施加的外力产生。

这种差异看上去可能有点不切实际，毕竟牛顿的经典力学理论早已被阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）的广义相对论所取代。但是，爱因斯坦的理论却是建立在牛顿理论的基础上，加拿大安大略西部大学（Western University）的物理哲学历史学家罗伯特·迪萨尔（Robert DiSalle）说道，人们在使用错译的牛顿第一定律来证明爱因斯坦理论与牛顿理论之间存在本质上的哲学分岐。尤其是，有人辩称牛顿第一定律是循环论证，定律说无外力作用的物体或做直线运动、或保持静止，但你怎么知道这些物体不受外力作用呢？嗯，因为它们做直线运动或保持静止呀。

“这篇论文让我们更容易看懂为什么这类观点是错的。”迪萨尔说。牛顿不仅无意为想象中的无外力作用物体制定一条定律，与他同一时代的人也没有那样解释这条定律。“我认为是后世的人们回顾历史时做出的演绎。”迪萨尔说。

美国塔夫茨大学（Tufts University）的哲学家，同时也是牛顿著作专家的乔治·史密斯（George Smith）表示，牛顿后来的著作很清楚地表明自己的第一定律是用来描述所有物体，而不仅仅是理论上的无外力作用物体。“第一定律的中心思想是推测力的存在，”史密斯说。在牛顿写作的那个时代，人们根本不会想到物体需要在外力作用下运动，因为各种古老理论都在说物体本身拥有自主运动的能力。例如，亚里士多德认为，天体由称为以太（aether）的理论形式物质构成，做自然绕圈运动。牛顿在自己的作品中否定了所有这些古老观点，同时指出不存在不受外力作用的物体。

1729 年，在牛顿去世之后，安德鲁·莫特（Andrew Motte）将牛顿理论从拉丁文翻译成了英文，他使用了“除非”（unless）而不是“除了在……下”（except insofar）来翻译，自此之后关于其理论的困惑留存至今。这一细微差异让我们认为牛顿好像在探讨一种不受外力作用的物体，而不是解释为什么所有物体都会对外力做出反应，霍克解释道。之后，人们“可能在很大程度上没有回去查看原初翻译”。

安德鲁·莫特（Andrew Motte）翻译的牛顿第一定律：

Every body perseveres in its state of rest, or of uniform motion in a right line,unlessit is compelled to change that state by forces impress’d thereon.

美国犹他大学（University of Utah）的物理教育研究员拉蒙·巴泰勒米（Ramon Barthelemy）认为，对牛顿第一定律的新解释更加完备。科学家传递自己思想时所采用的词汇会对理解产生巨大影响，尤其对学生来说。“我认为人们仍然在讨论这个问题，这真的很有趣。”巴泰勒米说，“这表明（牛顿第一定律）仍有讨论余地……我们能随时为学生提供更多机会参与其中，并看到不同阐释，这是让人们了解物理学的绝佳方法。”

原文链接：

https://www.scientificamerican.com/article/mistranslation-of-newtons-first-law-discovered-after-nearly-300-years/

论文信息

【标题】Forced Changes Only: A New Take on the Law of Inertia

【作者】Daniel Hoek

【时间】2022年2月10日

【期刊】

Philosophy of Science

【DOI】10.1017/psa.2021.38

【摘要】Newton’s First Law of Motion is typically understood to govern only the motion of force-free bodies. This paper argues on textual and conceptual grounds that the law is in fact a stronger, more general principle. The First Law limits the extent to which any body can change its state of motion—even if that body is subject to impressed forces. The misunderstanding can be traced back to an error in the first English translation of Newton’s Principia, which was published a few years after Newton’s death.

【链接】https://www.cambridge.org/core/journals/philosophy-of-science/article/abs/forced-changes-only-a-new-take-on-the-law-of-inertia/3B1DE948FEEC58CD6EB3627F7976CB8F