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第五章 近代科学兴起(下) 走出循环 精选

已有 2254 次阅读 2017-2-17 08:21 |个人分类:科技史|系统分类:论文交流|关键词:科学 文化 牛顿

第三节  牛顿的综合

自文艺复兴后期开始的近代科学革命由牛顿进行了综合。本节先概述牛顿工作的文化背景,然后分析这一综合的具体内容。

一、16世纪下半叶和17世纪欧洲社会文化概貌

16世纪下半叶和17世纪是资本主义初创阶段,整个欧洲仍处于动荡之中。经济危机降临,国家内战外乱,教派纷争。1572年在巴黎发生天主教徒杀戮新教徒的“圣·巴托罗缪节大屠杀”。其中有顽固的保守(西班牙)、无可奈何的衰败(意大利)、茫然的停滞(德国)、帝王服饰般的富丽堂皇(法国)、分娩的阵痛和新生命的诞生(英国)以及轻快地前进(荷兰)。

人文主义在意大利开花结果,在这棵树枯萎之时,种子越过阿尔卑斯山,飘向法国、北欧,在不同的国土上生根发芽形成新的植株。17世纪是人文主义在欧洲继续传播并深入人心的时期。宗教已大大衰退,或者萎缩至罗马、西班牙,靠秘密警察式的半军事化的耶稣会经营统治,或者经宗教改革,从世间的权势之巅跌落下来,回到每一个人的内心,由体验而信仰;虽然如此,仍有相当力量。同时,民族国家兴起,君权日益成为社会中举足轻重的力量。他们既在宗教和平民之间上下其手,为自己谋利,也互相或联盟、联姻或征伐,以夺取更多资源。近代科学在人的觉醒中,在社会各种因素的作用下萌芽,在价值体系上主要依赖于宗教,为了上帝的荣耀,为了体现上帝的全智全能,以及为了行善以自我拯救而研究自然;在陈述体系上也不时以宗教教义来作辩护,在方法与观念上与自然哲学仍藕断丝连。科学进一步独立并对社会发挥影响,是在本世纪最后十几年牛顿的《原理》出版并传播到整个欧洲之后,特别是在第一次工业革命之后。

17世纪的文化思潮主要表现为意大利等地的巴洛克和法国的古典主义。

16世纪,教会开始反击世俗化和宗教改革。作为教会统治的中心,意大利首当其冲。教皇保罗二世命令一位二流画家在任何可能的地方给裸体像画上衣服(这位不幸的艺术家后来被称为“内衣裁缝”)[1]。意大利还面临贸易逐渐由地中海移向大西洋的影响,再加上法国在15世纪末入侵及此后的连绵战争,意大利在这一时期走向衰退,出现了巴洛克风格的建筑、绘画和音乐。巴洛克意为形状不规则的、畸形的珍珠,是一种反古典主义的非理性的文化思潮。尽管意大利处于重压之下,但人已觉醒,于是心情郁积激荡,寻求发泄,作品表现出不安的冲突和动态的力量。壁画中“怒立的奔马似乎立即要把前蹄踏进大厅”。然而同时意大利等地的教会力量又十分强盛,不允许任何异端,因而“革新”在很大程度上只能是求奇。“引起惊讶,这是诗在世间的任务;谁要是不能使人吃惊,就只好去养马。”[2]创造力、激情在畸形的轮廓中进发,创造出畸形的珍珠——巴洛克。

1581年,荷兰在世界上建立了第一个资产阶级政权,政治民主,经济发达,具有较多学术思想与宗教信仰的自由。当时欧洲其他国家的许多思想家如笛卡尔、洛克等都来此避难或从事学术活动,很多在别国不能出版的书在这里印刷发行。荷兰被称为17世纪的世界中心。在自然科学方面有惠更斯的光的波动说,列文虎克发现原生动物和细菌;在社会科学中有被誉为国际法创始人的格劳修斯;在艺术领域则有以伦勃朗为代表的迥然不同于巴洛克风格的荷兰画派。荷兰画派对宗教、神话不感兴趣,而是取材于日常所见之一切,如自然风光、市民、静物,要求逼真,与同期中国画相比缺乏诗意。这正说明中华民族将自己与自然融为一体,而欧洲人则开始站到自然之外,以纯客观的目光来描绘自然。荷兰画派体现了在特定背景下科学文化与人文文化之间的协调与一致。

在意大利式微之时,法国逐步兴起。文艺复兴的浪潮传到法国,曾经见于意大利的事情再度在法国发生。然而,时隔百年,又在不同国度,在后者即具有本质上不同的新因素,那就是自然科学的进步,笛卡尔的哲学以及法国的政体。近代科学精神要求以理性审视世界,自然界遵循规律,具有必然性。笛卡尔倡导思维要如数学般明晰。17世纪法国的绝对君权更体现了秩序,要在各个领域建立规范,确立权威,以体现君主制合乎理性的政治理想。最后,再加上文艺复兴的一个方面的影响,即复古,要求中庸、适度、有序,因而对意大利巴洛克风格不满。以上这些共同构成17世纪法国古典主义的基础。如同文艺复兴的第二阶段,古典主义因其崇古倾向到这一世纪的下半叶开始走下坡路,而同时科学的发展与普及形成进步的观念。1662年的一本小册子写道:“知识的进展是无止境的,正如人们不可能挡住潮汐,不可能用锁链锁住大海一样,人们也休想阻止自由哲学的传播。”[3]到世纪末,法国文学界发生一场古今之争。有人根据自然科学的进步,认为今人在科学领域内已超过古人,故文学艺术也概莫能外。这场“古今之争”预示了18世纪的启蒙运动。

此外,17世纪末18世纪初,法国流行洛可可风格。洛可可艺术厌烦古典主义的枯燥、刻板,要求轻松和温馨,具有“生气勃勃热爱生活的气氛”[4]。洛可可风格使艺术进一步摆脱宗教与传统,走向世俗化。然而这种风格刻意追求纤细、精巧、柔媚,几近无病呻吟,缺乏内在的生命力,终于流于颓废,成为启蒙运动批判的对象。

在这一欧洲的社会文化背景中,英国既有与之共同的一面,又具有自己的特点。1588年,英国击溃西班牙无敌舰队,在1649年取得资产阶级革命胜利,于1688年的光荣革命巩固政权,确立君主立宪的资产阶级专政国家。近代英国环绕着有利于科学成长的良好的社会文化气氛。英国的清教徒认为宗教的职责是做“有益的事情”,而科学研究正是这样的善行。英国自R·培根到F·培根形成重视经验的传统,F·培根的名言 “知识就是力量”深入人心。英国的大学也在17世纪充实了更多的自然科学内容。此外在当时的英国,代表资产阶级利益的市民阶层较为强大,君权和教会相对较弱,三足鼎立,有利于学术思想交流,不像同时的法国,基本上是君权一统天下。1644年起,一群年青的科学家经常在伦敦集会,进行实验,讨论科学问题,为首者即前提及威尔金斯。他宣传哥白尼理论和机器的力学原理,反对逐字逐句解释圣经。在他的倡导下,牛津等地也成立了有许多科学家参加的哲学学会。1662年,经英国国王批准成立了“以促进自然知识为宗旨”的皇家学会[5]。这些为牛顿从事科学活动提供了良好的文化背景。洛克的工作及其影响将在下章述及。

二、牛顿的综合

1687年,牛顿发表了总结近代科学革命成果的名著《自然哲学的数学原理》,其光辉一直照耀到现代。可以从以下方面来分析牛顿综合的意义及影响。    

首先,牛顿将天上的力学与地上的力学结合起来,将由伽利略开创的工作与开普勒为天体运动所立的“法”结合起来,从而完成了力学和天文学的第一次综合。此外,他还有对数学(微积分)的贡献以及给后人很大影响的光的微粒说等(详见一般科学史著作)。须加以说明的是,一般笼统说牛顿完成了科学史上对科学知识的第一次综合,这不符合实际。牛顿未做到这一点,当时自然科学的状况也不可能达到这一步。例如,牛顿力图把他在力学中的方法、概念应用到化学中,但终究未能将当时的化学知识与他的引力理论结合起来,更不必说生物学等学科了。

其次,牛顿的工作为今后200年的科学(主要是物理学)的发展规定了一条证明是行之有效的道路,那就是“从运动的现象去研究自然界的力,再从这些力去验证其他现象”。牛顿以其当之无愧的资格和权威表示,“我希望我们可以用同样的推理,从机械的原理中推演出其余一切现象,因为我有许多理由疑心它们可能全部取决于某些力”[6]。我们看到,在后的发展中物理学遵循牛顿的范式,通过电揭示电的吸引力,由磁现象提出磁力。电力和磁力与万有引力一样,也与距离平方成反比。拉普拉斯写道:“力的平方反比律是全都像光那样来自一个中心的发射律。”

第三,牛顿进一步奠定了实证科学之所以成为“实证”的基础。“告诉我们每一物体有其天赋的特殊奥秘性质,因而它才能起作用或产生可见的效果,这等于什么也没有告诉我们。”牛顿反对这种亚里士多德的“质的物理学”,指出“这样的奥秘性质阻碍了自然哲学(指科学)的进步,所以近年来被人摒弃了”[7]

这里还须指出,虽然受到牛顿的批判,在近代科学的发展中,还不时可见“质的物理学”的影响,如下一章中要述及的热质和燃素。另外,在牛顿确立研究的中心任务是要揭示“力”之后,一时掀起一股热潮,把未认识的现象、性质都归之于“某某力”,如“消化力”、“生命力”,等等。这似乎是受牛顿机械力学的影响,然而究其实质,仍属牛顿所批判的“质的物理学”的思想体系,“质”寄生于“力”之上。

牛顿通过摒弃形而上学的思辨为实证科学划定界限。科茨在《原理》第二版的序言中,指责有些人“任意想象未知的图形与大小,以及各部分的不能肯定的情况与运动……他们这时就进入梦幻的境界,而忘记了物体的真正结构”。他讽刺说,这“也许的确能形成一部奇妙的传奇,但也仍然不过是传奇而已”。而牛顿则“从不把未经现象证明的东西当作原理……从不构造假说,也不把假说放进哲学里,除非把它当作真实性还可以商榷的问题”。牛顿自己表示,他“……一直在努力离开哲学而从事其他研究”。他认为,“在探讨引力形成的原因以前,必须先从自然现象了解哪些物体互相吸引和吸引的性质与定律是怎样的……到现在为止,我还不愿建立什么假说”,他说,“让别人去发现它们的原因”[8]。然而正如前述牛顿对“质的物理学”的批判并未结束这种观念,同样自然哲学的综合癖好也仍然存在,如同期笛卡儿的涡漩说,惠更斯、莱布尼兹对牛顿的不满,德国的思辨传统,乃至18世纪末19世纪初自然哲学的繁荣,等等。

牛顿上述实证科学的立场带来两方面影响:一方面进一步巩固了文艺复兴后期科学从哲学中分离出来的趋势,避免追求包罗万象的体系与第一因,而是将科学建立于观察、实验的基础上;从“质的物理学”的死胡同中解脱出来,走上了健康发展的道路。在另一方面也带来不良后果:科学家开始忽视物体间质的区别,以及轻视必要的理性思维。这种倾向到近代科学后期产生越来越大的影响。  

此外,在科学研究的方法上,牛顿在批判“质”的物理学与自然哲学的思辨体系之时,在确立了由现象—力—现象的研究道路之时,还成功地将古典科学与培根科学的传统结合起来。在他的万有引力理论中,既可见培根的归纳,又可见数学的应用和严密的推理。

最后,牛顿的最大贡献在于他最终确立了萌芽于文艺复兴后期的机械自然观。伯特教授在他著名的《现代科学的形而上学基础》中归结道:“牛顿的权威丝毫不差地成为一种宇宙观的后盾。这种宇宙观认为人是一个庞大的数学体系的不相干的旁观者,而这个体系的符合机械原理的有规则运动,便构成了这个世界……一个冷、硬、无色、无声的死沉世界,一个量的世界,一个服从机械规律性,可用数学计算运动的世界。”[9]机械观及相应的思想方法大大推动了近代科学的发展,主宰了200多年人们的头脑,并且越过20世纪波及至今。在辩证自然观日臻成熟的今天,人们还要以很大的甚至巨大的努力才能克服机械自然观的影响。

这里有必要提及恩格斯的有关论述。恩格斯在评论牛顿及由他奠基的机械自然观时说:“开始时那样革命的自然科学,突然站在一个彻头彻尾保守的自然界面前”,以及“哥白尼在这一时期的开端给神学写了挑战书,牛顿却以关于神的第一次推动的假设结束了这个时期”[10]。对于第一句话,“彻头彻尾保守的自然界”显然指机械自然观所看到的静止、孤立、不变、死寂的自然界;而“开始时那样革命的自然科学”,实际上即意为文艺复兴前期所复兴的古代的自然哲学。因为在这种自然哲学(包括哥白尼)看来,自然是活生生的、变动不居的、有机的统一体。但这在本质上并不是自然科学。恩格斯所言“那样革命的”之含意,是指自然哲学对中世纪宗教神学自然观的革命,对宗教教义的革命。恩格斯所强调的显然是社会科学意义上的革命。从科学自身的发展,以及从人的精神从自然中的提升这两点来看。机械自然观是对古代朴素自然观的革命。从科学史和认识论意义上或许可以这样说:“刚得到解放时那种朴素纯真的自然哲学,必然要站到一个其中排除人的,死寂的、机械的自然界面前。”

对于恩格斯的第二句话,首先必须认识到,机械自然观本身注定要到事物之外去寻找运动的原因。自然科学并没有复辟,走回头路。上一章已述及,哥白尼本人无意向神学下“挑战书”。我们已经看到哥白尼对于成为教义一部分的圆形轨道和恒星天如此虔诚,这些观念在他观察天体和构造体系时起了先验的决定作用。在他的体系中,上帝无时不在,无处不在,居住在太阳上管理他的孩子们。牛顿虽有宗教信仰,但在研究过程中,丝毫不让上帝、圣经、教义来干扰他的自然,影响他的思路,只是在最后的解释中才重新回到信仰中来。上帝所起的作用只是第一次推动及以后偶尔纠正一下。“……新科学倾向于在那些科学的解释暂时还表明无能为力的问题上召来上帝作为一种假说。”[11]固然,在16世纪中叶的社会状况下,哥白尼的《天体运行论》无疑具有巨大的革命意义。而到17世纪末,欧洲社会已经历了宗教改革,目睹实证科学兴起。在人类精神的成长过程中,从哥白尼到牛顿代表了前进的方向。

由文艺复兴第二阶段兴起的近代科学革命到牛顿始告一段落,其标志是机械论、牛顿范式以及科学方法。在后的年代里,科学革命的成果在化学、热学、生物学等领域推进,向人文社会科学领域推进,以及转化为生产力。

回顾公元前5世纪到牛顿时代2000多年的历程,比较由自然哲学经希腊化到罗马和中世纪由盛到衰,以及由文艺复兴开始的200多年,二者的同与异自然引起关注,第四章一开始对此做了初步思考。在牛顿完成其总结之际,有可能也有必要进行较为系统深入的比较。问题依然是:在两个相似的发展周期中,前者为何走向衰败,而后者,套用眼下热门的说法,“何以可能”没有重韬覆辙,走出循环?

“从哪里开始?从希腊开始。希腊人从哪里开始?从超越开始。超越从哪里开始?从人与自然的关系开始。”这是第二章最后的一句话,始于希腊人的开端到罗马夭折,各门人文社会科学从不同角度研究其原因。此处试图由本书的宗旨——知识和人的三大关系两个视角来理解这一点。

在生物进化和胚胎发育的关系上有海克尔的“生物重演律”,在人类的思维进化和个体的思维发育的关系上,同样存在这样的关系。从知识的角度来看,希腊的超越之路尚属人类的童年时代,耽于直观、思辨和猜测的思维方式,未知其然即欲知其所以然,这正是儿童的思维方式。儿童连续不断的“为什么”——相当于自然哲学对“第一因”的追求——轻而易举把成人问倒。这样的思维方式很容易走向理性的反面,走向类似于特地为儿童所准备的童话,以人和人的生活来类比自然。资料即源泉匮乏,超越之路笼统,在源泉和知识之间没有一条清晰和逻辑的道路,超越所得到的知识却既包罗万象而又漏洞百出。对第一因的追求引向理念,引向“最高的善”——与上帝仅一步之遥,被称为“以理性化的形式对自然的神化”[12]。结论是,这样的知识不能成为生产力的基础,不能成为人际关系和人己关系的基础。自然哲学否定了原始宗教,迎来了高级的一神教。这样的超越途径不仅不能用于认识人际和人己关系,而且很容易滑向信仰,滑向宗教。幼稚的理性通往信仰,在信仰登峰造极之时,理性便退避三舍。

从人的三大关系来看,第四章最后提及古典时期奴隶制的影响。从人与自然的关系开始,需要人际关系的支撑,更需要经由人际关系传递到人己关系。科学研究需要理性与经验的“婚配”,需要两部分人,也就是两种知识之间的交流。在希腊和整个古典时期,两种人之间没有交流,这就限制了上层精英接触到知识的源泉,也限制了工匠和平民对经验进行提炼和抽象。知识的物化更需要特定的社会条件和人际关系。罗马时期,以人己关系为己任的基督教兴起。人己关系压制、遮蔽和歪曲了人与自然和人际关系。荷兰在当时已设立了专门与贸易有关的标准合同和法庭[13],前者将在贸易中的人际关系以非嵌入编码知识的形式固定下来,后者则在双方相争时由第三方裁决。适当的人际关系为人与自然关系的发展开辟了道路。

“新时代是以返回到希腊人而开始。”由于生产力发展、人际关系改善、思维方式-超越之路变化,以及信仰本身朝其本来位置的回归,西欧人在返回希腊后走出希腊。逐一深入的分析和回溯,一一对应的机械因果决定,whyhow的转折,详加研究的“方法”和“工具”,以及如数学般清晰的思维过程;超越之路完成了由儿童之笼统到成人之理性的转换,由“多维”到“零维”和“一维”:是非和因果——不过是线段上的两个端点,量的增减和机械论。二元论和“两种精神”既是这种线性思维的必然结果,又是对此的抗议。自然,低维不过是高维的投影,但认识过程必须先由多到一。然后,19世纪末的概率、20世纪下半叶的复杂性科学如分形,即由零维和一维走向多维,走向分数维[14]。中世纪的人们犹如生活在鲁迅所说的没有窗户的黑房间里,科学革命打开了一扇窗,一扇机械的窗,也是最容易打开的窗。由机械的窗户看到的必然是机械的世界。而后随着科学的发展打开了更多的窗,人们也就看到了更为丰富多样的世界。机械论,是人类科学地认识世界和自身的第一步。

后的岁月中,科学的超越之路和科学本身在人文社会科学结出硕果,人与自然的关系终于超出本身的边界,推动人际关系的根本变化。


[1]罗伯特·E·勒纳、斯坦迪什·米查姆、爱德华·麦克纳尔·伯恩斯.西方文明史. 1卷.北京:中国青年出版社,2003424

[2]陈志华.外国建筑史.北京:中国机械工业出版社,1979133134

[3]埃利克森西方世界的文明与社会伊利诺斯大学.1978.337

[4]本采.旋律史.北京:人民音乐出版社,1983114123

[5]陈昌曙,阮德玉.自然科学发展史.沈阳:辽宁科技出版社,1984114

[6]丹皮尔科学史北京:商务印书馆,1989.248

[7]丹皮尔科学史北京:商务印书馆,1989.347

[8]丹皮尔.科学史.北京:商务印书馆,1989241247

[9]转引自丹皮尔.科学史.北京:商务印书馆,1989249

[10]恩格斯.自然辩证法.北京:人民出版社,197110

[11]斯鲁威尔西方无神论简史北京:中国社会科学出版社,1982.78

[12]霍伊卡.宗教与现代科学的兴起.成都:四川人民出版社,199114

[13]诺思.经济史上的结构和变革.历以平译.北京:商务印书馆,1992151

[14]关于超越之路之“维”,得益于2007319与谢理哲博士的讨论




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