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历史

亚里士多德

早在古希腊时期，亚里士多德就已提出关于作用力和反作用力的概念。亚里士多德在著作《物理学》里表明，物体A作用于物体B，这是通过物体A接触到物体B，可是，接触是一种“相应关系”（reciprocal relation），当物体A接触到物体B时，物体B也接触到物体A。他在著作《论产生和毁灭》里更详细的表明，物体可以分为数天物体与属地物体两种，属天物体与属地物体不同，属天物体是由更为优级的物质组成，因此当属天物体作用于属地物体之时，属地物体不会作用于属天物体。他又补充声明，所有属地的物体都会相应地作用于对方，然而，假若两个物体的强弱相差太大，则弱者将没有足够能力来作用于强者，例如，假若一小滴酒掉入一大桶水，则这一小滴酒将会变为水，而不会改变在大桶里的水的性质。他在著作《论动物运动》里对于走步的机械原理指出，为了实现走步，动物的足部必须压踩于固定物体，一般而言，当足部压踩于固定物体时，足部施加于物体的作用力会与物体施加于足部的反作用力完全平衡，只有当足部的作用力大于物体的反作用力时，动物才能实现走步。注意到亚里士多德从来没有以词语“作用力和反作用力”，而是以词语“相应作用”来表达他的论述，他认为，问题的重点并不是当物体A作用于物体B时，物体A激发物体B反作用，而是当两个物体相互接触时，每一个物体会自己自主地作用于对方，这是一种对称性事件。

后来的希腊亚里士多德学评论者，例如狄米斯提厄斯、约翰·菲勒庞厄斯与辛普利希厄斯，对于亚里士多德的观点都深信不疑，他们特别强调属天物体与属地球物体彼此之间的单向关系，属天物体与属地球物体之间绝对不会出现相应作用。

十三世纪，随着亚里士多德的论述逐渐在西欧传开，西欧学者也开始接触到相应作用问题，但是，在那时期，这问题并没有引起什么关注，直到十四世纪中期，在牛津的瓦尔特·博尔理、理查·斯湾司黑德与威廉·黑特斯博理、在巴黎的阿尔贝特与 马西利乌斯，在帕多瓦的 乔凡尼·卡撒理，才开始热烈辩论这问题。从十五世纪到十六世纪，在北意大利大学的一些学者，例如加埃塔诺·蒂内、吉欧帆尼·马利安尼等等，也都持续地关注这问题。通常而言，中世纪学者觉得，相互作用这点子非常艰涩；由于他们青睐研究天体行为，他们倾向于主张所有因果关系都具有非对称性，假若两个物体发生因果关系，强者会作用于弱者，并且改变弱者，而弱者不能作用于强者。一个物体是“施予者”，另一个是“承受者”，他们不能同时成为施予者与承受者。由于遇到种种困难，亚里士多德的相应作用概念逐渐地被默默抛弃了，取而代之的是，当较为强劲与主动的物体A作用于较为微弱与被动的物体B时，物体B会被激发而反作用于物体A，双方之中必定有一方逻辑优先于另一方。中世纪辩论随着皮特卢·庞珀拿济发表的著作《论反作用力》达到高潮，庞珀拿济 在他的著作里详细研讨中世纪的各种论述，他总结，反作用力无疑会发生，然而并没有任何理论能够对之给出满意解释。

在十六世纪后期与十七世纪早期，力学开始发展成为一门新科学。最早的力学专家，例如意大利的乔万尼·贝内戴蒂与伽利略·伽利莱、荷兰的西蒙·斯蒂文，都没有特别关注到作用力与反作用力问题，他们主要是在研究静力学与与动理学。直到1630年代，学者们才开始聚焦于研究属地物体的撞击问题，越来越被怀疑的老旧的亚里士多德学渐渐地被力学哲学取代，根据那时期的力学哲学，任何运动改变问题都可以在原则上被约化为粒子的运动问题，而碰撞问题是最典范的运动改变问题，这问题的唯一作用模式为接触碰撞。在这方面的研究可以分为动理分析与动力分析。动理分析专注于研究，在碰撞前后，物体的速度与动量的改变，通常会通过某种守恒原理来描述碰撞事件的物理行为。动力分析主要研究在碰撞物体的接触界面所产生的作用力，尝试以作用力的角度来明白碰撞现象。

在动理分析方面，法国学者勒内·笛卡尔的力学论述是基于运动守恒原理，其守恒量是个标量，称为“动量”，是重量与速度的乘积，另外他还提出一些定律来给定各种物体碰撞的结果。例如， 假设物体A撞击到物体B，促使物体B改变它先前的运动状态，则物体A所失掉的动量就是物体B所获得的动量，而总动量维持不变。在笛卡尔的论述里，没有动力学的作用力与反作用力，但会有类似的动理学变化，即任何物体A的运动状态变化会跟物体B的运动状态变化相户匹配。再举一个例子， 假设物体A撞击到物体B，并且两个物体都没有出现任何动量的获得或失掉，虽然一个或两个物体的运动方向有所逆反，例如，物体A碰撞到无法移动的物体B。对于这案例，笛卡尔认为，这不应该被视为物体A与物体B之间的相互作用，而应该被视为物体B的出现造成了物体A的方向被逆反是。

捷克医生马克斯·马希是动力分析的开拓者，他用冲量来量度物体的碰撞，在这里，冲量是个向量，定义为物体的重量与速度的乘积， 假设两个碰撞物体的冲量相等，或者一个物体与固定墙壁发生弹性碰撞，对于这两个案例，马希认为，作用力与反作用力相等。对于某些其它案例，马希的分析似乎意味着冲量较小的物体会施加较小的反作用力。

十七世纪中期，作用力与反作用力论题在英国受到日增月益的关注，肯能姆·迪格比在1644年发表的著作《两篇论文》（Two treatises）已卖到第三版，他在著作里主张，任何作用力都会涉及到反作用力，但是作用力与反作用力并不一定会相等。创建机械哲学的英国哲学家汤玛斯·霍布斯在1656年著作《哲学基础》（Elements of philosophy）里明确指出，作用力与反作用力的方向相反。 迪格比与霍布斯是良朋益友，他们常常在科研方面相互切磋琢磨。他们还有一个好朋友汤玛斯·怀特，他在1657年发表了著作《欧几里得科学家》（Euclides physicus），其终结了在亚里士多德学里关于作用力与反作用力的论述。在这本书里，怀特明确地断言，任何作用力都会引发大小相等、方向相反的反作用力。然而，对于作用力与反作用力的大小之所以会相等，他并没有给出正确解释。怀特的理论是亚里士多德学与力学的各种元素混合在一起的产物。如同亚里士多德与笛卡尔，他认为不存在真空，整个空间都弥漫着某种介质。但他不赞同笛卡尔所鼓吹的惯性原理，他觉得，只当受到外在影响时，物体才会移动，假若失去外在影响，则物体最终将会停止移动。怀特主张，假设物体A撞击到物体B，则物体A会在接触点压迫物体B，促使物体产生抵抗力，假若物体A的作用力足以克服物体B的抵抗力，使得物体B移动穿过环绕在四周的介质，则由于介质会抵抗被穿过，会产生反作用力于物体B，因此，物体A的作用力会被物体B的抵抗力与介质的反作用力抵销。

牛顿是否知悉这些前人的研究？他应该不曾阅读过《欧几里得科学家》，因为在那时期并没有什么科学文献参考这本书，尽管哥特佛莱德·莱布尼兹曾经仔细阅读过这本书，并且在私人手稿里对于这本书仔细做了摘要。在1660年代，牛顿曾经阅读了迪格比的著作《两篇论文》和霍布斯 的著作《哲学基础》。他很可能也曾经阅读过收藏在剑桥大学伊萨克·巴罗的图书馆的著作《时间展望》。所以，牛顿并不是凭空原创出第三定律。这定律的雏形老早就出现在亚里士多德的理论里。作用力会涉及到反作用力这原理并不新奇，很多前人都已对这原理做出相关贡献，这原理应可视为普通知识。牛顿在第三定律做出的贡献与原创是他的综合能力。他的第三定律使得惯性原理、加速度原理与动量守恒原理被综合成为一门崭新的定量力学，从而开启了自然科学的新纪元。