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アリストテレス物理学は、ギリシャの哲学者アリストテレス（紀元前384年～322年）の著作に記述されている自然哲学の一形態である。アリストテレスは著書『自然学』において、生物と無生物、天体と地上のあらゆる自然物を支配する変化の一般原理を確立しようとした。これには、あらゆる運動（場所に関する変化）、量的変化（大きさや数に関する変化）、質的変化、そして実体的変化（「生じる」[存在すること、「生成」]または「消滅する」[もはや存在しないこと、「腐敗」]）が含まれる。アリストテレスにとって「物理学」は、現代でいうところの精神哲学、感覚経験、記憶、解剖学、生物学といった分野を含む広範な領域であった。それは、彼の多くの著作の根底にある思想の基礎を成している。
アリストテレス物理学の重要な概念には、宇宙を同心円状の球体で構成し、地球を中心としてその周囲に天球が存在するという考え方がある。地球は、変化と崩壊の影響を受ける土、空気、火、水の4つの元素から成り、天球は不変のエーテルという5番目の元素から成り立っている。これらの元素でできた物体は自然な運動をする。土と水の物体は落下する傾向があり、空気と火の物体は上昇する傾向がある。このような運動の速度は、物体の重さと媒質の密度によって決まる。アリストテレスは、速度が無限になるため真空は存在し得ないと主張した。
アリストテレスは、地上で見られる変化の原因または説明として、物質的原因、形式的原因、作用的原因、目的的原因の4つを挙げた。生物に関して言えば、アリストテレスの生物学は、彼が「自然の種類」とみなしたもの、すなわち彼が基本的とみなしたものと、それらが属するグループの両方を観察することに基づいていた。彼は現代的な意味での実験は行わず、データの蓄積、解剖などの観察手順、そして体格や寿命といった測定可能な量間の関係についての仮説を立てることに頼っていた。
自然はあらゆる場所で秩序の原因となっている。[ 1 ]
—アリストテレス、『自然学』第8巻第1章
アリストテレスの原理は、一般的な人間の経験とは一致するものの、統制された定量的な実験に基づいていたわけではないため、現代の科学に求められるような正確で定量的な方法で宇宙を記述するものではありません。アリストテレスと同時代の人物であるアリスタルコスなどは、これらの原理を否定して地動説を支持しましたが、彼らの考えは広く受け入れられませんでした。アリストテレスの原理は、日常的な観察だけでは反証するのが困難でしたが、後に科学的方法が発展すると、望遠鏡や真空ポンプといった高度な技術を用いた実験や綿密な測定によって、彼の見解に異議が唱えられるようになりました。
17世紀の「新科学」を発展させた自然哲学者たちは、自らの教義の斬新さを主張するにあたり、しばしば「アリストテレス」物理学と自らの物理学を対比させた。彼らの主張によれば、前者の物理学は、量的側面を犠牲にして質的側面を重視し、数学と物理学におけるその本来の役割（特に局所運動の分析）を軽視し、目的原因や「隠された」本質といった疑わしい説明原理に依拠していた。しかし、アリストテレスは『自然学』の中で、物理学、すなわち「自然の科学」を、量（メゲテー）、運動（あるいは「過程」あるいは「漸進的変化」―キネシス）、そして時間（クロノン）に関するものとして特徴づけている（『自然学』第3巻4章202b30-1）。実際、『自然学』は主に運動、特に局所運動の分析、そしてアリストテレスがその分析に必要だと考える他の概念に関心を寄せている。[ 2 ]
—マイケル・J・ホワイト著「アリストテレスにおける無限、空間、時間」、『ブラックウェル版アリストテレス入門』所収
現代物理学とアリストテレス物理学には明確な違いがあり、主な違いは数学の使用であり、アリストテレスにはほとんど数学が見られない。しかし、最近の研究ではアリストテレス物理学を再評価し、その経験的妥当性と現代物理学との連続性を強調している。[ 3 ]
アリストテレスは、宇宙を「地上の領域」と「天球」に分けました。地上の領域は「腐敗する」ものであり、人間が住む場所です。天球は移動するものの、それ以外は変化しません。
アリストテレスは、地上界のあらゆるものは、 4つの古典的な元素、すなわち地、空気、火、水で構成されていると信じていた。[ 6 ] [a] [ 7 ]また、彼は天界は「エーテル」と呼ばれる特別な、重さがなく、不変（つまり変化しない）の第5の元素でできていると主張した。[ 7 ]エーテルは「クインテッセンス」とも呼ばれ、文字通り「第5の存在」を意味する。[ 8 ]
アリストテレスは、鉄やその他の金属などの重い物質は主に土の元素から成り、他の3つの地球上の元素は少量しか含まれていないと考えていた。他の軽い物体は、他の3つの元素に比べて土の含有量が少ないと彼は考えていた。[ 8 ]
四元素の概念はアリストテレスによって考案されたものではなく、エンペドクレスによって提唱されたものです。科学革命の時代に、古代の四元素論は誤りであることが判明し、経験的に検証された化学元素の概念に取って代わられました。
アリストテレスによれば、太陽、月、惑星、星は、一定の速度で永遠に回転する完全に同心円状の「水晶球」に埋め込まれている。天球は回転以外に変化することができないため、火の地上球は熱、星明かり、時折の隕石を説明しなければならない。[ 9 ]最も低い月球は、実際に月下の球の変化する地上の物質と接触する唯一の天球であり、回転しながら希薄な火と空気を下に引きずり込む。[ 10 ]ホメロスのアイテレ（αἰθήρ）のように、オリンポス山の「清らかな空気」は、人間が呼吸する空気（άήρ、 aer ）の神聖な対応物であった。天球は、永遠不変の特殊な元素であるエーテルで構成されており、その唯一の能力は、一定の速度で均一な円運動を行うことである（恒星の最外層の日周運動に対して）。
太陽、月、星を運ぶ同心円状のエーテル的な「水晶球」は、永遠に不変の円運動を続けている。球は球の中に埋め込まれており、「さまよう星」（つまり、太陽、月、星に比べて不規則に動いているように見える惑星）を説明している。水星、金星、火星、木星、土星は、望遠鏡の発明以前に観測できた唯一の惑星（小惑星を含む）であり、そのため海王星と天王星は含まれておらず、小惑星も含まれていない。後に、すべての球が同心円状であるという考えは、プトレマイオスの周転円モデルに取って代わられた。アリストテレスは、球の総数に関する天文学者の計算に従順であり、さまざまな記述では、球の数はおよそ50個であるとされている。各球体には不動の動者が想定されており、恒星の球体には「原動力」が存在する。不動の動者は球体を動かすことはない（そもそも非物質的で無次元であるため、動かすことは不可能である）が、球体の運動の最終原因であり、つまり「魂は美によって動かされる」という説明と同様の方法で運動を説明する。
永遠不変の天界のエーテルとは異なり、地上の四元素はそれぞれ、共通の性質を持つ二つの元素のどちらかに変化する能力を持っています。例えば、冷たく湿った（水）は、熱く湿った（空気）や冷たく乾燥した（土）に変化することができます。冷たく湿った状態から熱く乾燥した（火）状態への変化は、実際には二段階のプロセスであり、まず一方の性質が変化し、次に他方の性質が変化します。これらの性質は、加熱または冷却、乾燥または湿潤といった、物質が行うことができる仕事に関して、実際の物質に由来するものです。四元素は、この能力と、ある潜在的な仕事に関してのみ存在します。天上の要素は永遠不変であるため、「生成」と「消滅」を説明するのは、地上の4つの要素のみである。あるいは、アリストテレスの『生成と消滅について』 （Περὶ γενέσεως καὶ φθορᾶς）の用語で言えば、「生成」と「消滅」である。
アリストテレスによる重力の説明では、すべての物体はそれぞれの自然な位置に向かって運動するとされています。土と水の元素の場合、その位置は（地球中心の）宇宙の中心です。[ 11 ]水の自然な位置は、地球の周りの同心円状の殻です。なぜなら、土は水よりも重く、水に沈むからです。空気の自然な位置も同様に、水の自然な位置を囲む同心円状の殻です。泡は水の中で上昇します。最後に、火の自然な位置は空気の自然な位置よりも高いですが、最も内側の天球（月を運ぶ）より下です。
アリストテレスは『自然学』第3巻デルタ（IV.5）で、トポス（場所）を、一方の物体が他方の物体を包含する2つの物体の観点から定義している。「場所」とは、前者（包含する物体）の内面が包含される物体に接する場所である。この定義は、古代から哲学者によって疑問視され議論されてきたにもかかわらず、17世紀初頭まで支配的であった。[ 12 ]最も重要な初期の批判は、11世紀のアラブの博学者アル＝ハサン・イブン・アル＝ハイサム（アルハゼン）が『場所論』の中で幾何学の観点から行ったものである。[ 13 ]
地上の物体は、それらを構成する4つの元素の比率に応じて、多かれ少なかれ上昇または下降します。たとえば、最も重い元素である土と水は宇宙の中心に向かって下降します。したがって、地球とその大部分の海は、すでにそこに静止しているはずです。反対の極端な例として、最も軽い元素である空気と特に火は、中心から離れて上昇します。[ 14 ]
元素は、アリストテレス理論（あるいは現代的な意味での）における真の物質ではない。むしろ、それらは、実際の物質の多様な性質や挙動を、それらの比率によって説明するために用いられる抽象概念である。
アリストテレス物理学では、運動と変化は密接に関連している。アリストテレスによれば、運動とは可能性から現実への変化を伴う。[ 15 ]彼は、実体の変化、質の変化、量の変化、場所の変化という4種類の変化を例に挙げた。[ 15 ]
アリストテレスは、同じ形状の物体が沈む、または落下する速度は、その重量に正比例し、物体が移動する媒体の密度に反比例すると提唱した。 [ 16 ]終端速度を説明する際、アリストテレスは、真空中を落下する原子の速度を比較する限界はないと規定しなければならなかった（真空中では静止する特定の場所がないため、無限に速く移動できる）。しかし現在では、空気のような比較的抵抗のない媒体で終端速度に達する前の任意の時点では、そのような2つの物体は、質量に比例する重力を受けており、ほぼ同じ速度で加速しているため、ほぼ同じ速度になると予想されることが理解されている。これは、部分真空実験が始まった18世紀以降に特に明らかになったが、約200年前にガリレオはすでに、異なる重量の物体がほぼ同じ時間で地面に到達することを実証していた。[ 17 ]
地上の呼気が上昇し、物体が落下する という自然な傾向とは別に、物体の乱流衝突や滑り、および元素間の変容によって、不自然な、あるいは強制的な左右の動きが生じる（ 『生成と消滅について』）。アリストテレスはこの原理を次のように表現した。「動くものはすべて、他の何かによって動かされる。（Omne quod movetur ab alio movetur）」原因がなくなると、結果もなくなる。アリストテレスによれば、原因は、外部の作用者が直接接触している限り、物体を動かす力（すなわち、動力）でなければならない。アリストテレスはさらに、物体の速度は加えられた力に正比例し、運動が行われる媒体の抵抗に反比例すると述べた。これは、今日の表記法では次の法則となる。
この法則には、アリストテレスが認識していた３つの難点があった。第一に、与えられた力が抵抗よりも小さい場合、実際には物体は動かないが、アリストテレスの関係式はそうではないと述べている。第二に、自由落下する物体の速度を増加させるために必要な、与えられた力の増加の源は何なのか。第三に、投射体から離れた後も投射物を運動させ続ける力は何なのか。アリストテレスは著書『自然学』第8巻第10章267a 4で、矢が射られた場合の第三の問題に対して、次のような解決策を提案した。弓弦または手は、接触している空気に一定の「運動力」を与え、この与えられた力が次の空気層に伝達され、それがさらに続いて、力が徐々に消散するまで矢を運動させ続ける。
アリストテレスは『自然学』の中で、偶然以外の原因を持たない偶発的な出来事（συμβεβηκός、symbebekòs）について考察している。「偶発的な出来事には明確な原因はなく、ただ偶然（τύχη、týche）、すなわち不明確な原因（ἀόριστον、aóriston）があるだけである」（『形而上学』第5巻、1025a25）。
生成と破壊の実際の過程とは別に、生成可能で破壊可能な原理と原因が存在することは明らかである。なぜなら、もしこれが真実でないならば、すべては必然的なものとなるからである。つまり、生成され破壊されるものには、偶然的なもの以外の何らかの原因が必然的に存在しなければならないということになる。これは起こるだろうか、それとも起こらないだろうか？もし起こるならば、起こる。そうでなければ起こらない（形而上学VI、1027a29）。
アリストテレスは、デモクリトスの不可分物（「原子」という用語の歴史的および現代的な用法とは大きく異なる）に反論した。真空または空洞は、そこにも内部にも何も存在しない場所として、アリストテレスはその可能性に反論した。物体の運動速度は加えられる力（または自然運動の場合は物体の重量）に比例し、媒質の密度に反比例すると信じていたため、空洞内を運動する物体は無限に速く運動し、したがって空洞を取り囲むすべての物体がすぐにそれを満たすだろうと推論した。したがって、空洞は決して形成されない。[ 18 ]
現代天文学の「ボイド」（例えば、我々の銀河に隣接するローカルボイド）は、これとは逆の効果をもたらします。つまり、中心から外れた天体は、最終的には外部の物質の重力によってボイドから放出されます。[ 19 ]
アリストテレスによれば、変化の原因、すなわちアイティアを説明する方法は4つある。彼は「私たちは、物事の理由、つまり原因を把握するまでは、物事についての知識を得ていない」と書いている。[ 20 ] [ 21 ]
アリストテレスは、原因には4種類あると主張した。[ 21 ] [ 22 ]
物の物質的原因とは、それが作られている材料のことである。テーブルであれば木材、彫像であれば青銅や大理石などがそれにあたる。
「ある意味では、原因とは、存在することによって何かが生じるものであると言う。例えば、彫像のための青銅、小瓶のための銀、そしてそれらの類である」（194b2 3-6）。アリストテレスが「類」と言うとき、それは物質を分類するより一般的な方法（例えば「金属」、「物質」）を意味しており、これは重要になる。少し後になって、彼は物質的原因の範囲を広げ、文字（音節）、火とその他の元素（物理的な物体）、部分（全体）、さらには前提（結論）まで含める（アリストテレスはこの主張を、若干異なる表現で『An. Post II. 11』で繰り返している）。[ 23 ]
— RJ ハンキンソン、「物理学の理論」、『ブラックウェル版アリストテレス入門』
物事の形式原因とは、物事をその種類たらしめる本質的な性質のことである。アリストテレスは『形而上学』第1巻で、形式は本質や定義と密接に関係していることを強調している。例えば、彼は2:1の比率、そして一般的に数そのものがオクターブの原因であると述べている。
「もう一つの原因は、形式と模範である。これは本質（to ti en einai）の公式（ロゴス）であり、例えばオクターブの2:1の比率である」（Phys 11.3 194b26-8）...形式は単なる形ではない...私たちは（そしてこれが本質、特にその正統的なアリストテレスの定式化との関連である）何かであるとはどういうことかを問うている。そして、この種の音程は、それらを作り出すために使用される楽器（管の長さ、弦の長さなど）において、実際に何らかの形でこの比率を示すことが、音楽的ハーモニクスの特徴である（ピタゴラス派によって最初に注目され、驚嘆された）。ある意味で、この比率はすべての音程に共通するもの、それらが同じになる理由を説明している。[ 24 ]
— RJ ハンキンソン、「原因」、『ブラックウェル版アリストテレス入門』
事物の効率的原因とは、その物質がその形をとるに至った主要な原因のことである。例えば、赤ちゃんの効率的原因は同種の親であり、テーブルの効率的原因はテーブルの形を知っている大工である。アリストテレスは『自然学』第2巻194b29-32で次のように述べている。「変化とその終焉の主要な原因となるものがあり、それは（行為の）責任を負う熟慮者や子供の父親、一般に、生み出されたものの生産者、そして変化したものの変化者である」。
アリストテレスのここでの例は示唆に富む。精神的原因と物理的原因の例がそれぞれ一つずつ示され、それに続いて完全に一般的な特徴づけがなされている。しかし、これらの例は、アリストテレスの効率原因の概念の重要な特徴を隠蔽している（あるいは少なくとも明確に示せていない）。そして、この特徴こそが、現代の同義語のほとんどと区別するものである。アリストテレスによれば、いかなる過程も、それが継続する限り、常に作用する効率原因を必要とする。この姿勢は、アリストテレスの投射運動に関する議論において、現代人の目に最も鮮明に映る。投射物が手から離れた後、何がそれを動かし続けるのか。「推進力」、「運動量」、ましてや「慣性」は、答えとしてはあり得ない。投射物の飛行のあらゆる瞬間に、動いている対象とは（少なくとも何らかの意味で）異なる動者が存在しなければならない（『自然学』第8巻10章266b29-267a11参照）。同様に、動物の世代のあらゆる場合において、その世代の継続を担う何らかのものが必ず存在するが、それは何らかの介在する手段を介して行われる場合もある（Phys II.3 194b35—195a3）。[ 24 ]
— RJ ハンキンソン、「原因」、『ブラックウェル版アリストテレス入門』
最終原因とは、何かが起こる目的、つまり目的論的な目的のことである。発芽する種子にとっては成植物であり、[ 25 ]スロープの頂上にあるボールにとっては底に静止することであり、目にとっては見ることであり、ナイフにとっては切ることである。
目標には説明機能がある。これは、少なくとも行為の帰属という文脈においては、ごく当たり前のことである。アリストテレスが提唱した見解、すなわち目的と意義は自然界全体に見られるという見解は、それほど一般的ではない。彼にとって自然界とは、運動と静止の原理（すなわち作用因）を内包するものの領域である。したがって、自然の事物自体だけでなく、その部分にも意義を帰属させることは理にかなっている。自然界の部分は、全体のために存在する。アリストテレス自身が指摘しているように、「～のために」という表現は曖昧である。「AはBのために」は、 AがBをもたらすために存在または実行されることを意味する場合もあれば、 AがBの利益のために存在することを意味する場合もある（ 『アリストテレス』 II.4 415b2-3、20-1）。しかし、アリストテレスは、どちらのタイプの目的も、自然界だけでなく、熟慮の文脈においても重要な役割を果たすと考えている。このように、人は健康のために運動するかもしれない。つまり、「健康」そのものが、単に健康を達成したいという希望だけではなく、行動の原因となる（この区別は些細なことではない）。しかし、まぶたは目のために（目を保護するため：PA II.1 3）、目は動物全体のために（適切に機能するように助けるため：An II.7参照）存在する。[ 26 ]
— RJ ハンキンソン、「原因」、『ブラックウェル版アリストテレス入門』
アリストテレスによれば、生物の科学は、それぞれの自然種の動物に関する観察を集め、それらを属と種（『動物誌』の差異）に整理し、次に原因を研究する（彼の3つの主要な生物学著作である『動物の各部分』と『動物の発生』）ことによって進展する。 [ 27 ]
動物の発生の4つの原因は、次のように要約できます。母と父は、それぞれ物質的原因と作用的原因を表します。母は胚が形成される物質を提供し、父はその物質に情報を与え、その発達を促す働きを提供します。形式的原因は、動物の実体的存在の定義です（GA I.1 715a4: ho logos tês ousias）。目的的原因は成体の形態であり、これは発達が起こる目的です。[ 27 ]
—デビン・M・ヘンリー著「動物の発生」（ブラックウェル版アリストテレス入門）
4つの元素は、血液、肉、骨などの均一な物質を構成し、それら自体が、身体の不均一な器官（例えば、心臓、肝臓、手）が作られる物質であり、「それらの器官は、部分として、身体全体として機能するための物質である（PA II. 1 646a 13-24）」。[ 23 ]
自然過程において自然に構成された事物は、それらに含まれる潜在能力を実際に完全に実現しようとする（実際、これこそが事物にとって自然であるということなのだ）という見解には、ある種の明白な概念的経済性がある。一方、17世紀以降のアリストテレス主義の批判者たちがすぐに指摘したように、この経済性は、真剣な経験的内容を犠牲にして得られたものである。少なくともアリストテレスの同時代人や先人たちが実践した機械論は、説明力に欠けていたかもしれないが、少なくとも事物間の法則的な関係を還元的な用語で一般化しようとする試みであった。後の還元主義者たちが「秘儀的性質」と嘲笑するであろうものを単に導入するだけでは説明にはならない。それは、モリエールの有名な風刺ジョークのように、単に効果を再記述するに過ぎない。形式的な議論は空虚である、とよく言われる。しかし、事態はそれほど悲観的ではない。まず第一に、還元主義的な科学に取り組むには、それを成功させるための経験的・概念的な手段が欠けている。科学は単なる根拠のない思弁的な形而上学であってはならない。しかしそれ以上に、世界をそのような目的論的な意味合いを帯びた言葉で記述することには意義がある。それは、原子論的な思弁では説明できないような形で物事を理解するのに役立つからだ。さらに、アリストテレスの種形態論は、彼の反対者が示唆するほど空虚なものではない。彼は単に物事がそういう性質を持っているからそうするのだと言っているわけではない。彼の分類生物学の要点は、PA（原始的形態論）で最も明確に示されているように、どのような機能が何と結びつき、何が何を前提とし、何が何に従属するのかを示すことにある。そしてこの意味で、形式的あるいは機能的な生物学は、ある種の還元主義に陥りやすいのである。アリストテレスは、まず基本的な動物の種類から始めると述べている。これらの種類は、理論的には誰もが（ただし絶対的にではないが）認識している（『動物愛護論』第1巻第4章参照）。しかし、次に、それらの部分がどのように互いに関連しているかを示す。例えば、血液を持つ生物だけが肺を持っているのはなぜか、また、ある種の特定の構造が別の種の構造とどのように類似または相同であるか（魚の鱗、鳥の羽、哺乳類の毛など）を示す。そして、アリストテレスにとって、その答えは機能の経済性の中にあり、それらすべてが動物の全体的な幸福（この意味での最終原因）にどのように貢献しているかにある。[ 28 ]
— RJ ハンキンソン、「原因間の関係」、『ブラックウェル版アリストテレス入門』
アリストテレスによれば、知覚と思考は似ているが、完全に同じではない。知覚は、ある時点で私たちの感覚器官に作用している外部の対象のみに関係するのに対し、私たちは自分が選んだものなら何でも考えることができる。思考は、私たちが直接遭遇した事例の記憶に基づいて、うまく理解された普遍的な形式に関するものである。 [ 29 ]
アリストテレスの認識論は、知覚に関する説明と思考に関する説明という二つの中心的な柱に基づいている。これらは彼の心理学著作の大部分を占めており、他の精神状態についての議論はこれらに決定的に依存している。さらに、これら二つの活動は、少なくともその最も基本的な形態に関しては、類似した方法で考えられている。それぞれの活動は対象によって引き起こされる、つまり、それぞれがそれを引き起こすまさにそのものについてである。この単純な因果関係の説明は、認識の信頼性を説明する。知覚と思考は、実際には変換器であり、世界に関する情報を私たちの認識システムに取り込む。なぜなら、少なくともその最も基本的な形態においては、それらはそれらを引き起こす原因について間違いなく述べているからである（『精神分析』第3巻第4章429a13-18）。他のより複雑な精神状態は、決して間違いがないわけではない。しかし、それらは知覚と思考が対象と持つ明確かつ直接的な接触に基づいている限り、依然として世界と結びついている。[ 29 ]
—ヴィクター・キャストン、「幻想と思考」、『ブラックウェル版アリストテレス入門』
アリストテレスの運動理論は中世に批判と修正を受けた。修正は6世紀のヨハネス・フィロポノスから始まった。彼は「運動の継続は力の継続的な作用に依存する」というアリストテレスの理論を部分的に受け入れつつも、投げられた物体は、それを動かす原因となったものから離れる方向への傾き（あるいは「運動力」）を獲得し、その傾きによって運動が継続するという自身の考えを盛り込むように修正した。この獲得された力は一時的で自己消費的であり、すべての運動はアリストテレスの自然運動の形態に向かう傾向があることを意味する。
11世紀のペルシャの博学者アヴィセンナは、 『治癒の書』 （1027年）の中で、フィロポネの理論をアリストテレスの理論に対する最初の首尾一貫した代替案として発展させた。アヴィセンナの運動理論における傾斜は自己消費ではなく、空気抵抗などの外部要因の結果としてのみその効果が散逸する永続的な力であり、彼は「非自然運動に対するこのような永続的なタイプの刻印された力の概念を最初に考案した人物」である。このような自己運動（mayl）は「投射型の激しい運動に関するアリストテレスの概念とはほぼ正反対であり、慣性の原理、すなわちニュートンの第一運動法則を彷彿とさせる」[ 30 ] 。
バヌー・ムーサーの長兄であるジャアファル・ムハンマド・イブン・ムーサー・イブン・シャーキル（800-873）は、『天体運動』と『引力の力』を著した。ペルシャの物理学者イブン・アル＝ハイサム（965-1039）は、物体間の引力の理論について論じた。彼は重力による加速度の大きさを認識していたようで、天体は「物理法則に従う」ことを発見した。[ 31 ]アル＝ビールーニーは、アヴィセンナとの議論の中で、アリストテレスの重力理論を、第一に天球における軽さや重力の存在を否定している点、第二に円運動が天体の固有の性質であるという考えを批判した。[ 32 ]
ヒバト・アッラー・アブル・バラカト・アル・バグダーディー（1080年 - 1165年）は、アリストテレス物理学を批判した『アル・ムタバル』を著し、一定の力が等速運動を生み出すというアリストテレスの考えを否定した。彼は、継続的に加えられる力が加速度を生み出すことを認識しており、これは古典力学の基本法則であり、ニュートンの運動第二法則の初期の予兆であった。[ 33 ]ニュートンと同様に、彼は加速度を速度の変化率として説明した。[ 34 ]
14世紀、ジャン・ブリダンはアリストテレスの運動理論に代わるものとして衝力理論を発展させた。衝力理論は古典力学における慣性や運動量の概念の先駆けとなった。[ 35 ]ブリダンとアルベルト・フォン・ザクセンは、落下する物体の加速は衝力の増加の結果であると説明する際に、アブル・バラカトにも言及している。[ 36 ] 16世紀、アル・ビルジャンディは地球の自転の可能性について議論し、地球が自転している場合に何が起こるかを分析する中で、ガリレオの「円慣性」の概念に似た仮説を発展させた。 [ 37 ]彼はそれを次の観察テストの観点から説明した。
「大小の岩は、地平線の平面（サト）に垂直な線に沿って地球に落下する。これは経験（タジリバ）によって確認されている。そしてこの垂直線は、地球の球体と知覚される（ヒッシ）地平線の平面との接点から離れている。この点は地球の運動とともに移動するため、2つの岩の落下場所に違いはない。」[ 38 ]
アリストテレス物理学は、物理学の最も初期の思弁的理論として知られ、その支配はほぼ2000年続いた。コペルニクス、ティコ・ブラーエ、ガリレオ、ケプラー、デカルト、ニュートンといった多くの先駆者の業績の後、アリストテレス物理学は正しくも実行可能でもないことが一般的に受け入れられるようになった。[ 8 ]それにもかかわらず、大学がカリキュラムを修正するまで、17世紀まで学問的な探求として存続した。
ヨーロッパでは、アリストテレスの理論はガリレオの研究によって初めて説得力をもって否定されました。望遠鏡を使って、ガリレオは月が完全に滑らかではなく、クレーターや山があることを観察し、アリストテレスの「完全に滑らかで汚れのない月」という考えに反しました。ガリレオはこの考えを理論的にも批判しました。完全に滑らかな月は、光沢のあるビリヤードの球のように光を不均一に反射するため、月の円盤の端は、接線面が太陽光を直接目に反射する点とは異なる明るさになります。粗い月はすべての方向に均等に反射するため、ほぼ均等な明るさの円盤となり、それが観測されるものです。[ 39 ]ガリレオはまた、木星には衛星、つまり地球以外の天体の周りを公転する物体があることを観察し、金星の満ち欠けを記録しました。これは、金星（そして暗黙のうちに水星も）が地球ではなく太陽の周りを公転していることを示しています。
伝説によると、ガリレオはピサの斜塔から様々な密度の球を落とし、軽い球と重い球がほぼ同じ速度で落下することを発見したという。しかし、実際には、彼の実験は斜面を転がり落ちる球を用いて行われた。これは、高度な計測機器を用いなくても測定できるほど十分にゆっくりとした落下形態である。
水のような比較的密度の高い媒体では、重い物体は軽い物体よりも速く落下します。このことから、アリストテレスは落下速度は重量に比例し、媒体の密度に反比例すると推測しました。水中で物体が落下する実験から、彼は水が空気の約10倍の密度であると結論付けました。ガリレオは圧縮空気の体積を計量することで、これが空気の密度を40倍過大評価していることを示しました。[ 40 ]斜面を使った実験から、摩擦を無視すればすべての物体は同じ速度で落下すると結論付けました（これは、摩擦だけでなく、媒体の密度と物体の密度の比も無視できるほど小さくなければならないため、正しくありません。アリストテレスは媒体の密度が要因であることを正しく認識していましたが、密度ではなく物体の重量に焦点を当てていました。ガリレオは媒体の密度を無視したため、真空に関する正しい結論に至りました）。
ガリレオは、自身の結論を裏付ける理論的な議論も展開した。彼は、重さと落下速度が異なる2つの物体を紐でつないだ場合、結合した系は質量が大きくなったために落下速度が速くなるのか、それとも落下速度の遅い軽い物体が重い物体の落下を遅らせるのか、と問いかけた。唯一説得力のある答えはどちらでもない、つまり全ての系は同じ速度で落下するというものである。[ 39 ]
アリストテレスの信奉者たちは、落下する物体の運動は一様ではなく、時間とともに速度を増すことを認識していた。時間は抽象的な量であるため、逍遥学派は速度が距離に比例すると仮定した。ガリレオは実験的に速度が時間に比例することを証明したが、同時に速度が距離に比例することはあり得ないという理論的な議論も展開した。現代の用語で言えば、落下速度が距離に比例する場合、時間 t 経過後の距離 y の微分表現は次のようになる。
ただし、ガリレオはこのシステムが常に。何らかの摂動によってシステムが動き出すと、物体は時間とともに指数関数的に速度を増し、線形にはならない。[ 40 ]
1971年に月面に立ったデビッド・スコットは、両手から羽根とハンマーを同時に落とすことでガリレオの実験を再現したことで有名である。大気がほとんどないため、2つの物体は同時に落下して月面に衝突した。[ 41 ]
重力に関する最初の説得力のある数学的理論――2つの質量が互いに引き合う力は、それらの間の距離の2乗に反比例して減少するという理論――は、ニュートンの万有引力の法則であった。そして、この法則は、後にアルバート・アインシュタインによる一般相対性理論に取って代わられた。
現代の学者たちは、アリストテレスの物理学が科学として認められるほど経験的観察に基づいていたのか、それとも主に哲学的思弁から導き出されたものであり、したがって科学的方法を満たしていないのかについて意見が分かれている。[ 3 ]
カルロ・ロヴェッリは、アリストテレスの物理学は特定の領域（流体の運動）の正確かつ非直感的な表現であり、したがってニュートンの運動法則と同じくらい科学的であると主張している。ニュートンの運動法則もまた、ある領域では正確だが、他の領域では不十分である（特殊相対性理論や一般相対性理論など）。[ 3 ]
a ^ ここで「地球」という用語は、現代科学で多数の化学元素から構成されていることが知られている惑星地球を指すものではありません。現代の化学元素は、アリストテレスの元素とは概念的に類似していません。たとえば、「空気」という用語は、呼吸可能な空気を指すものではありません。
