第一章固态物体与流质物体的本性

命题一物体的流动性，不能像绝大多数物理学家从笛卡尔[1]学说出发认定的那样，通过物质分解成各个极纤细而光滑的、把极松散地粘连在一起的部分来解释。

试以三角形ABC表示一个由极小的球形微粒堆成的圆锥体的截面。我认为，这个聚合体并不是要把自己的表层按照上述规定的条件安排成在流质事物中必然出现的样子。确实，假定微粒a、m、n、h紧贴在微粒c、e、g、d、f、i下面，它们中间无一例外地保持静止，除非上面的微粒推动下面的微粒左移或右移，否则它们是不会离开其位置的。但是，上面的微粒因其重力而对微粒a施压使其右移所用的力va，根据力的合成，是重力co的一半[2]，这样的情形适用于整个聚合体。由此可以清楚地看出，只要有某种力阻挡最边上的微粒a和z，那么，这个聚合体将不会铺开为水平的形体，而是犹如沙漏里的沙粒或其他任何一种被研磨为细末的物质那样，呈圆锥形，如图1。

图1

命题二微粒无论多么精细，多么松散地粘连在一起，其聚合体都不会满足静力学的规律，把与高度成比例的压力运用到边上，因而也就没有流动性的根本特征，除非微粒相互挤压时以某种弹性物质为中介，借它的力量朝各个方向均匀地传递其重量的元素。

既然从前面的命题已经可以看出，聚合在一起、彼此直接施加压力的微粒并不对边上施加与其高度成比例的压力，所以就必然有某种别的物质处于流质的元素之间，以它为中介，重量的元素得以向各个方向均匀地传递。由于在某处受压后使劲以同样的力向别处扩展的物质，通常被称为弹性物质，所以，流质事物的坚实分子必定不是直接地、而是借助某种混合在其间的弹性物质互相贴近的；借助这种弹性物质的力量，来自上面的任何压力都会以同样的量施加到边上。

这就马上有必要证明，存在于流质物体的元素之间的这种弹性物质就是热物质。

命题三与流质物体一样，固态物体相互结合，凭借的也不是其分子因直接接触发生的粘连，而是其分子以某种弹性物质为中介发生的粘连。

正如上面所证明的，流质物体以某种弹性物质为中介粘连在一起。然而，由于金属和其他同类物体由流质而凝固，总是随着热量减少的程度，所占据的体积越来越狭窄，按照任何量度都紧挤在一起，而它们的元素也并不缺少可以越来越紧密相依的间隙，因此，它们并不是凭借直接接触结合在一起的：显然，即使是固态物体的堆块，也包含着某种混杂在它们的各个部分中间的物质，借助于这种物质，无法相互接触的坚实分子却互相吸引，或者宁可说粘连在一起，从而以这种方式与流质事物一致。

命题四固态物体的现象可用上述物质的力量来解释，借助这种物质，物体的元素虽然无法相互接触却相互吸引。

固态物体，尤其是从流体凝固而成的，如金属和玻璃等等，具有一种特殊而值得注意的性质，即如果给它下面系上一个重物，它稍被延展而不至断裂。因此，它们在各部分最密切的结合中所能够承受的重量，也就是它们在彼此分离一些的时候也还能够承受的重量，也是它们在最大的延展程度上能够承受的最大重量。由此我认为，这一现象不能用坚实微粒彼此直接粘连的观点来解释。也就是说，如果一根金属丝是由微粒组成的，这些微粒或者按照图2那样结合，或者按照图3那样排列以尽可能排除空的间隙，或者像图4那样是表面彼此接触的平行六面体，以致它们虽因a、o、i、e等位置系有重物而离开接触但其他表面仍粘连在一起，那就马上可以看出，即使这样系着重物的金属丝稍稍在长度上延展一点，图1中的各部分就会由于不再互相接触而马上断裂。而如果假定，放置在边上的部分a、b、c、d在长度受到延展时会向里面回收以防断裂，则密度就会有所降低，那么，先前它们尚对重物作出让步，此时就更不能与之对抗了。在微粒的所有表面都相互接触的图4，如果只有某些部分相互接触，则毫无疑问要被重物所分开。因此，在能够列出的每一个事例中，金属丝若非同时断裂就不能被伸长。但这与经验相悖，显然，固态物体的元素不是以直接接触、而是以某种物质为中介在一定距离上相互吸引的。

图2图3图4

接下来，我将检验一番，从我自己前面作的假设出发，依照自然规律和几何学规则解释固态物体的现象。也就是说，如果我假定一个从流质凝固的物体扩展其元素的这种排列，被处在中间的弹性物质分离开一些，彼此不发生接触，如图5所示总是构成3个等边三角形[3]（如果因彼此吸引而聚集在一个极狭小的空间里，它们就总是获得这种排列），那么不可避免的是，当附加的重物沿ad方向往这边拉动微粒系统，则微粒a与c之间的距离将如图6所示增大，而距离ab和bc则保持与先前一样大，因为当元素b趋近点d时，它将同a和c二者围住一个比以前图5更大的角。以这种方式混在中间的弹性物质的密度保持不变（因为被拉伸的物体的体积并未延展），而微粒a和c的吸引或者宁可说粘连也绝没有因这种连接而减小。在如此程度上连接a和c的微粒b的引力在使微粒a和c拉伸或者分离时如图6所示与线段ad成比例，尽管如图5所示，此前因为角b较小，此线段亦较小。因此，在微粒受到某种延展的时候防止它们四分五裂的力，便与线段ad直接成比例增长，也就是说，根据拉伸的量而增长。

图5

图6

命题五所发现的弹性物质被压缩进与力成比例的空间中所依据的规律，最与我们引证的假设相符。

在固态物体中通常所谓的压迫，倒不如更确切地称之为扩张或者延展；因为固体物质比水更不能被压迫力逼入更狭小的空间，这是不言而喻的。试令一弹性物体fecb（图7）完全固定在墙壁ab的fb处，并被压向墙那一侧，使其位置成为ixfb，我认为，首先，弹性物体的外侧边缘bc由于这个原因而被延展一点，而且，延展得越多，需受的压力也就越大。其次，根据我们的原理，只要压力适度，把弹性物体经过某个空间移向墙壁ab的力将与这些空间成比例。

因此，如果弹性物体受某种力压迫移到位置2，通过空间cs移动得更接近墙壁，线段ec就被移动到位置ix。如果线段is被引导穿过密实的物质，并与线段ec平行，那么将是if=so=cm，且xo也被延展而比外侧边缘cm多出xs这个部分。然后，如果继续压迫，直到此弹性物体移到位置3，即gkjb，并与ec平行地引导gh，那么延展的量kh将大于量xs。从以上的证明可以清楚地看出，以这种方式位置3比位置2需要更多的压力。

现在，必须探索压迫力究竟以何种方式与其空间有对比关系的。位置2中的边缘xb无论弯曲多少，如果压迫适度的话，都可以被看做直线；位置3中的线段kb亦复如是。进一步假定，延长位置1上的弹性物体的水平线段ec，使其经过点i和g，由于在压迫适度的情况下它非常接近这种状态，这样的假定可以没有什么问题。因此，在三角形ixs中，角x等于角c，因为弹性物体的这一线段与位置1中是相同的；角s也等于其对角o。因此三角形scb和isx是相似三角形。同样，位置3中的三角形gkh也与三角形hcb相似。由此可得如下论证：

也就是说，弹性物体的外侧边缘bc被延长的量sx和kh与压迫空间sc和hc成比例（图8）。

图7图8

既然从命题四可知，根据我们的假设延展的力必然与延展的量成比例，那么在这一事例中就很明显，压迫弹性物体的力也与压迫的空间成比例。

我们公布的这些结论，出色地巩固了德·拉伊尔[4]发表在1705年出版的《巴黎王家科学院备忘录》中关于对弹性物体的压迫所宣布的东西。如果仔细地考察一番的话，它们是用其他任何假设都无法如此恰切而一致地加以解释的。

一般性的绎理

因此，如果我的论断不错的话，任何物体所包含的坚实部分，都是以某种弹性物质为中介仿佛是纽带一般统一起来的。基本的微粒与这种物质混合在一起，尽管没有了彼此的接触，但借助这种物质的力量又彼此吸引，而且结合得肯定比通过直接接触所能达到的更为紧密。因为绝大部分是球形的分子，其接触如果勉强发生在一个点上，将无限地弱于通过整个表面呈现出的粘连。出自这一理由，元素的排列在其粘连不受损害的情况下就能够发生变化，而且同时可以看出，如果从间隙中部分地除去把元素结合起来的物质，那么元素之间就能够更为接近，并收缩体积；反过来，如果这种物质的量增多，甚或其弹性增大，那么，物体的体积就会增长，其微粒会在不损害其粘连的情况下彼此脱离。上述这一切在火的理论中至关重要。

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注释：

[1]《哲学原理》，1644，第II部分，第54~56节。援引笛卡尔只是部分地适用，因为在笛卡尔那里，微粒的现实运动是流动性的根本条件之一。——科学院版编者注

[2]对力量的这种拆分是不对的。康德也局限于球的重心在一个垂直面上与两个位于其下的微粒处于其中的排列，而毕竟一般来说，是要预设接触更多的球的。这里的静力学题目总的来说包含着一种不确定性，因而无限多的解答都将是可能的。——科学院版编者注

[3]空间中这样一种均匀的排列是不可能的。——所附的图（5）两次包含字母d。——科学院版编者注

[4]儿子德·拉伊尔（GabrielPhilippedeLaHire，1677—1719）关于其父亲菲利普·德·拉伊尔（PhilippedeLaHire，1640年生于巴黎，1718年卒于同地）的试验的通报，涉及空气的压缩，《巴黎王家科学院备忘录》，110页，1705。——科学院版编者注