力是力學中的基本概念之一,是使物體獲得加速度或形變的外因。在動力學中它等於物體的質量與加速度的乘積。
力的概念形成簡史推拉物體時,可以直覺意識到“力”的模糊概念。被推拉的物體發生運動以及物體滑行時,由於摩擦而逐漸變慢,最後停止下來,都反映了力的作用。中國古代文獻《墨經》就把這個概念總結為“力,形之所由奮也。”就是,力是使物體奮起運動的原因。所以,力是那樣自然地反映到人的意識中來的。但是人們從直覺意識到“力”的概念到獲得“力”的嚴格科學定義,卻經曆了長期的鬥爭。
在西方,力的概念在物理科學中提出以前。首先在哲學中發生爭論。古希蠟的宇宙論學派的泰勒斯(hales)等人認為自然是有生命的,象人體一樣是自己運動的活的組織。在這種哲學思想指導下,不會產生運動的起源命題,也沒有“力”的概念。後來帕門尼德(Parnides)從邏輯推理提出了運動並不存在的觀點。他的反對者提出了運動的源泉是“力”來證明運動是存在的。這樣就意味著承認了“力是因,運動是果”的原始的因果論觀點。
柏拉圖的力的概念基本上是非物質的,他認為自然之所以賦予運動的本性,完全因為有一個不朽的活著的精靈。自然間的所有力的最後源泉是隱藏著的世界靈魂,它才是一切物理活動的根源。當然,這種形而上學的觀點很難用來解釋象萬有引力所產生的那種運動。
在亞裏士多德的著作中,力被看作是從一個物體發射到另一物體中去的。這種發射的力本身不是物質,而是一種“形式”,是依賴於物質而存在的。根據這種力的概念,其作用隻限於相互接觸的物體;隻有通過推或拉,才能相互影響作用。亞裏士多德的這種力的概念完全否定了彼此不接觸而通過遠距作用的力的存在。於是隻能假設行星自我發力驅使自己運動;恒星自己也是有生命的。但亞裏士多德首先提出了所謂“運動定律”,認為運動物體的速度和通過介質時受到的阻力成正比。不過他並沒有提出所用的量的度量單位,也沒有測量這些量的方法。亞裏士多德認為物體的重量是表示“自然運動”的,即表示物體有返還其自然位置的傾向,而不是表示物體受迫運動的原因。這種認識排除了把重量作為度量力的單位的可能性。
在整個中世紀的過程中,關於力的概念深受亞裏士多德思想的束縛,沒有取得什麼進展。
伽利略對經典力學的建立有重要的貢獻,但對力並沒有形成完備的概念。他關於質量的定義是模糊的,所以,他不能給出清晰的既適用於靜力學,又適用於動力學的力的定義。當然,他對慣性原理是基本理解的。他的慣性原理指出,物體在不受外力作用的條件下,能連續作勻速運動。他把力和速度的變化聯係在一起。破除了亞裏士多德把力和速度聯係在一起的長期的思想束縛,為I.牛頓把力和加速度聯係在一起開辟了道路。
力的概念在牛頓力學中占有最根本的位置。牛頓在1664年就提出了力的定義是動量的時間變率(動量等於質量乘速度)。牛頓第一定律(慣性定律)是力的定性的定義,它給出力在什麼條件下存在和什麼條件下不存在的定性條件。牛頓第二定律給出了力的定量的定義,即力等於動量的時間變率;如果質量不變,力也等於質量乘加速度。牛頓第三定律指出,對於每一個力而言,必有一大相等方向相反的反作用力存在。它指出所有的力都是成對的,隻在兩個物體相互作用時才能實現(見牛頓運動定律)。
牛頓的萬有引力理論的驚人成就,使超距作用力的概念推廣到物理學的其他分支中去。但是,牛頓並不能從物理上清超距作用的實質,所以長期受到各方的嚴厲批評,直到A.愛因斯坦於1905年提出狹義相對論,指出一切物理作用傳播的最大速度是光速以後,人們才認識到牛頓有關超距作用力的概念有極大的局限性。愛因斯坦1915年在他的廣義相對論裏明確指出,萬有引力的傳播速度不可能大於光速。
在曆史上,有許多科學家和哲學家曾指出,牛頓力學中的力的概念隻是一種方法論性質的工具,或是一種形而上學的東西。G.R基爾霍夫、H.B.赫茲和E.馬赫都認為牛頓的力的概念很難明力的實質,但都肯定力是一種計算用的量,代表質量和加速度的積。當然,牛頓提出的力的概念對科學進展的貢獻很大:沒有這種概念,物理就會失掉理論的連貫一致性。