第十回  给力的力

板块为什么会碰撞，是谁撕裂了大地，就像撕开报纸那样轻而易举？台球小白按照球杆的指引，把集合好的台球撞得七零八落、天女散花一般，它们的轨迹是可以确定的吗？边坡上的岩土体是怎么滑下来的？仅仅是因为孩子般捉摸不定的顽皮，还是有着难以言说的秘密？剃须刀为什么像割草机一样，把胡须的草原夷为平地？为什么恋人一会在一起，一会不在一起，就像木兰花上的坠露，冷了就聚在花叶上，闹了就落在泥土里？是谁带来远古的呼唤？是谁在敲打我窗？是谁送你来到我身边？

你说，这一切，都是因为“力”！

可是，力又是什么？翻看力学书，你会发现世界简直是力的满汉全席，内力、外力、压力、拉力、剪力、扭力、动力、静力、热力、弹力、黏结力、摩擦力、拖曳力、粘滞力、渗透力、地震力、化学力、向心力、切向力、自转力，最可气的还有应力、第一主应力、中间主应力、最小主应力、水平应力、垂直应力，这简直就像“报菜名”一样。

说文解字曰，力者，耒也，犁地也。力，只有在翻地的时候才能体现出来，这只是田间地头上的老农的表面理解，带着浓重的乡土气息。看一下力的老祖宗——牛顿，给出的定义吧。他在《自然哲学的数学原理》的开篇写道：物体具有保持静止或允许直线运动的性质，它固有一种力，起抵抗作用，这种力只有外力存在时才产生；而外力，是改变物体静止的或匀速直线运动状态的作用，它也只有作用在物体上时才产生——作用消失，随即消失。乍听起来，有点神秘：难道所有的物质都受了女娲的点化，通了灵性，你动它，它就动；你不动它，它就像一头聋了的倔驴一样，要么呆着不动，要么一去不回头？

其实是这样的：世界于我们而言，太大。我们只关注一部分的运动状态，如地球上的一个板块，滑坡体上的一块岩土，或者岩块中的一个质点。我们希望用更小的尺度去把握它所构成的更大的尺度的“物质”。这样，就产生了所谓的内力和外力。我们关心的是物质的状态——静悄悄地存在是一种状态，又蹦又跳地运动是另外一种状态。我们习惯了安静，却不能容许运动带来的变化，如坠机、撞车、地震、滑坡，因为它（运动状态）给我们带来了不确定和不安全。能想到这里，或许是牛顿的内向型性格所致（直到84岁都没交女朋友），又或许是世界刚好需要一种从内向看外的方法。自然，往往像是与科学家约好了似的，配合得恰如其分、恰到好处。

如果你觉得以上的分析太烦琐了，比婆婆乘以妈妈还要多，那就记住比公公的胡须还要简洁明了的一句话：力是改变物质结构的作用。岩粒与岩粒结合，是结构；地块与地块结合，是结构；星球与星球结合，也是结构。只要你所关注的对象的结构（或某部分的结构）发生了某种状态的改变，该对象就受到了以该状态命名的力，你就可以利用与该状态相对应的力学知识去解决（如图）。比如，你认为人群是流动的，就用流体力学去解释它；你认为人生是气态的，就用气体力学去解释它。写成公式就是：

∃ 某力→状态a

某力=a力（a=拉，压，剪……）

那么，如何使用力的概念去研究大千世界呢？总结起来，你在使用力的概念时，需要明白：力的内外、来源、性质、方向、大小、疏密、状态及坐标系。

以均质边坡的稳定分析为例。先明白一个问题，边坡稳定与否，是由它受到的力与能够受到的力的比较所决定的——这就是我们要解决的问题。分三步走：第一步，谁把力给了边坡？有初始应力、自重力、载荷力、卸荷力、水给予的力……太多了。正如范伟所说，我不想知道我是怎么来的，我就像知道我是怎么没的。所谓“没”，就是状态的改变。我们换个角度来看，边坡承受的力是什么？这就是应力的观点。应者，响应也。因为我们活在一个三维世界，习惯用三维看问题，就用三维坐标系表示某个力（可看成某个合力在坐标系的投影），如最大的、最小的、中间的，或者x轴、y轴、z轴，又或者平面的（两个轴）、垂直的。

第二步，如果边坡要滑动，将沿哪个面滑动？这就是最大剪切面的确定。边坡B的形成大致可以看做是在初始地形A的基础上挖出来的。结构上的残缺，要靠力来弥补，这样便造成了应力的重新分布。这好比是压在孙猴子身上的五行山被搬走了，孙猴子的威力开始施展出来。在边坡附近，应力们（最大主应力、最小主应力）各自寻找自己的突破方向，就形成了最大主应力由垂直拐向坡面，最小主应力被连带着毫无还手之力地垂直着最大主应力（近垂直）。与此同时，与主应力密切相关的最大剪应力也由近坡顶的直线变成了曲线的模样（图B虚线）——这就是最大剪切面，也是潜在的滑动面。

在以上分析的基础上，要问问这个边坡是稳定的吗？房子、公路、水库建在坡下会不会有灭顶之灾？在最后一步，就要分析边坡的下滑力——引向滑动方向的力，与抗滑力——边坡自身阻止滑动的力，两者之间的较量了。下滑力胜，则形成滑坡；抗滑力赢，则安然无事。

至此，我们置身于力的海洋之中，可是力的本质又是什么？苹果落地、磁铁吸钉、星球公转、粒子运动，这些力都是一样的吗？这也是爱因斯坦晚年所苦苦思索的事情。