约公元前580年,爱琴海东岸有一个叫萨摩斯的小岛,古希腊伟大的数学家、哲学家、毕达哥拉斯学派创始人毕达哥拉斯就出生在这里。他自幼好学,曾向古希腊著名哲学家阿那克西曼德学习天文和几何,向斐瑞居德学习自然科学知识。因为向往东方的智慧,经过万水千山,游历了古巴比伦和古埃及,据说也可能到过古印度。
毕达哥拉斯40岁之后,回到老家萨摩斯,但和僭主波吕克拉底关系不好,随离开家乡到南意大利的克罗顿创建盟会,并招受门徒,组建了一个政治、宗教、哲学、数学的综合性团体,这个团体就是毕达哥拉斯学派。
毕达哥拉斯有许多奇怪的规定,学生入会五年内要保持沉默,只准听课,不准见老师,只有通过考试后才能获得准许,并成为正式成员;学生所学知识要绝对保密,不得外传;禁止学生为老师祈求;禁止食用豆子、心脏、红鱼、黑尾鱼,不要用刀子拨火、不要使天平倾斜、不要坐在斗上等等。违者要收到惩罚。
古希腊哲学最早是对万物本源的探索,如泰勒斯认为万物本源为水,阿那克西曼德认为是气,恩培多克勒综合了前人的观点,并添加土发展成为四元素说。在这个系列的探索中,毕达哥拉斯提出了数是万物本源的看法。他认为一切事物都由数产生,但不是说一切事物来源于数,而是说数在自然中是和谐的,数是自然界的一切事物的秩序。首先,毕达哥拉斯定理就是这种秩序的一种表现,直角三角形两直角边平方和等于斜边的平方和。
另外一种秩序就是自然遵从比例关系,经过认真挑选,他们选择五角星作为他们的标志。毕达哥拉斯另一个关于比例的研究是对弦振动的研究,也是动力学研究的第一个问题,在他之后差不多2000多年内,动力学几乎没有任何进展。毕达哥拉斯发现拨动单根琴弦时,弦的振动频率和拨动力没有关系,而是和弦的长度成反比,和弦的张力成正比。
毕达哥拉斯研究发现:在给定张力的情况下,当一根琴弦被缩短到原来长度的一半时,拨动琴弦,音调将提高8度;当弦长的比率为3∶2和4∶3时,同时拨动两弦,会产生5度和4度的和声,而且这种比例越简单产生的和声听起来就越和谐、美妙。
毕达哥拉斯学派认为“数”为万物之源,认为万物必依据数的秩序来构建,但过于强调比例关系,如果突破比例关系的限制,寻找自然规律的数学描述也正是当今科学研究的重要思路,这也是一种“透过现象看本质”的做法。在伽利略时代,所有的学者都探讨为什么向上抛出的小球不停留在空中而要落向地面,当时人们不知道万有引力的存在,只能猜测“大地是小球的母亲,小球要重回母亲的怀抱,因此要落向大地”。
伽利略这种退而求其次的做法为力学研究提供了可行的方法,也只有伽利略对落体运动的精确描述,牛顿才可能找到控制落体运动的万有引力。
五柳先生说“好读书,不求甚解;每有会意,便欣然忘食”,力学研究抛开具体的材料组成,从一般化的强度理论讨论材料破坏,和金属学、生物学、岩土等专门学科那种刨根问底式的研究相比,力学的确有些“不求甚解”,但这种一般化的认识更为珍贵,她提供了对材料不必刨根问底前提下获取材料属性的方法,这的确值得我们“每有会意,便欣然忘食”。
力学研究应该借用伽利略的方法,向着毕达哥拉斯的目标,利用力学原理揭示自然要遵循的数学规律。