自然科学与自然哲学的分水岭是什么？

马海飞

（http://blog.sina.com.cn/gfis  2020年1月3日）

自然科学(natural science)的前身是自然哲学(natural philosophy)。虽然科学（science）这个词早在1340年就已经作为一个英语词汇开始使用了，但在英文中，科学家（scientist）这个词一直到1834-1840年之间才出现。在scientist这个词出现之前，人们对这些人的称谓是“自然哲学家”（natural philosopher）。由此可见，那时候的人认为对大自然的研究属于自然哲学范畴。这也是为什么牛顿所写的那本改变世界的巨著的书名叫做《自然哲学的数学原理》而不是“自然科学的数学原理”的原因。显然，牛顿头上的那个“伟大科学家”的称号实际上是后来的人给他追加的。在牛顿本人看来，他所从事的研究并不是自然科学研究，而是自然哲学研究。

显而易见，自然科学是从自然哲学中演变过来的。这就出现了这样一些问题：为什么随着人类对自然世界认识的不断深入，要把自然哲学改成自然科学呢？让自然哲学向自然科学转型的决定性原因是什么？自然科学到底与自然哲学之间有什么本质上的不同？或者说，自然科学与自然哲学之间的分水岭是什么？搞清楚这些问题对认清什么是自然科学具有非常重大的现实意义。

根据我的研究发现，自然科学与自然哲学的根本不同就在“量化”这个问题上。也就是说，量化是自然科学与自然哲学的分水岭。所谓量化也就是数学运算。这样我们就可以这样来区别自然哲学和自然科学了：所有不依赖超能力针对自然所进行的研究，只要是不含有定量也就是数学运算过程的研究及其形成的理论都属于自然哲学的。而既含有自然哲学又含有定量也就是数学运算过程的则属于自然科学。自然哲学与自然科学的简单关系就是：自然科学=自然哲学+定量（数学运算）。自然科学就是在自然哲学中加入了定量（数学运算）成分的新学科。所以说，无论是离开了自然哲学还是离开了数学运算的研究方式都不属于自然科学。

我认为，把定量与自然哲学结合在一起从事研究的创始人应该是伽利略。所以可以说，自然科学是从伽利略开始的。伽利略把自然哲学与定量结合在一起的一个最好的例子就是他对亚里士多德的落体理论做出的哲学分析和定量分析。亚里士多德认为：越重的物体下落速度越快。对此，伽利略做出的哲学与定量分析是：按照亚里士多德的这个说法，如果把一个重物体和一个轻物体绑在一起的话，它们下落的结果会怎样呢？经过逻辑分析后发现，亚里士多德的说法在定量的速度问题上存在着无法解决的矛盾。在此基础上，伽利略再从实地的物理实验中发现，用相同材料制作的两个重量不同的球实际下落的速度是相同的。亚里士多德的理论是无法用一个数学公式表达出来的。而伽利略的自由落体理论却可以用一个数学公式做出描述。后人对伽利略的高度评价通常都立足于他的物理实验上。认为真正的科学研究是伴随着物理实验才开始的。而我认为，物理实验在表面上看很重要，而从自然科学的角度上来说，它实际上就是一个“定量”的过程。所有具有科学意义的物理实验结果最终都要以定量的形式表现出来。因此可以说，物理实验以及实地观察的目的都是为了采集数据。而采集数据的目的都是为了数学运算。数学运算是对自然规律做出最精确和最严谨的表达方式。单纯的自然哲学理论可以是公说公有理婆说婆有理，但数学运算结果只有一个。由此可见，伽利略做物理实验在自然科学中的现实意义就是定量。自从伽利略把物理实验引入到自然哲学的研究中之后，自然哲学就开始以自然哲学加定量的方式向自然科学转型了。

当针对自然的研究发展到牛顿时代的时候，牛顿成为了把自然哲学与数学运算结合在一起的最有力推手。他在伽利略和开普勒等先辈的基础上，以《自然哲学的数学原理》这本书作为象征，把自然哲学和数学运算完美地结合在了一起。这样就使得以自然哲学方法为主的研究体系从此迈入了一个规范的自然科学研究体系。这就是自然哲学加数学运算的研究体系。这实际上就是从自然哲学全面进入自然科学的时代。一直到今天还是如此。自然科学与自然哲学的分水岭就是定量（数学运算）。

根据定量这个分水岭可以解释非常多之前解释不清的问题。例如，为什么资历比牛顿深的胡克不可能成为牛顿那么著名的科学家？现在我们用“量化”（数学运算）这个分水岭可以很容易看出，由于在胡克的研究中缺少了数学运算的部分，因此，他从事的研究实际上是自然哲学研究，而不是真正的自然科学研究。相比之下，牛顿从事的才是自然科学的研究。这就是为什么牛顿在科学史上比胡克名气大的原因。虽然，自然哲学与自然科学有一定的联系，但自然哲学毕竟不是自然科学。所以，就算是胡克在自然哲学上超越了牛顿，但在自然科学上还是不如牛顿。自然科学=自然哲学+定量（数学运算）。牛顿做到了。但胡克却没做到。

区分自然科学与自然哲学的不同对今天的科学研究来说也非常重要。无论是对官方科学家还是民间科学家都是如此。

从民间科学家们发布的“研究成果”来看，绝大多数民间科学家做的事情实际上都是属于自然哲学而不是自然科学。他们基本上都与自然哲学家的做法相同，凭借想象力，用逻辑推理之类的哲学方法建立五花八门的理论。但最后都无法使用定量的方法来表达他们的理论。例如，许多民科用各种各样的理论来解释万有引力现象。有的说万有引力现象不是引力导致的，而是斥力导致的。还有人说是电磁力导致的。或是电场导致的。或是以太导致的。或是某种波动导致的等等。五花八门。但这些人却无法用他们理论中的相应原因计算出已知质量物体的重量。这些人也无法给出相应的计算公式。总之，来自民科的所有理论几乎全都无法使用定量的方法做出表达。从”定量”这个分水岭上看，他们的理论都不属于科学理论。他们建造理论的方法与当年的自然哲学家们使用的方法一样。

现在很多主流科学家面对民科理论很头痛。不知道应该如何回应民科提出的理论。一个主要原因就是因为实际上大多数的官方科学家也不知道自然科学与自然哲学的分水岭是什么的缘故。我给官科的建议是，只要使用“定量”这个分水岭就可以区别科学理论还是哲学理论。任何无法定量表达的理论都不是科学理论。既然不是科学理论也就没有讨论的必要了。主流科学家完全可以用“请你先想好如何定量表达你的理论之后再来找我”的方式回复民科。

从定量（数学运算）是区别自然科学与自然哲学的分水岭这一点上来看，数学在自然科学中的地位非常重要。但也不可忘记，自然科学并不仅仅是数学运算，还有一个同样重要的部分是自然哲学。一个只注重数学运算，而不注重自然哲学的理论也必定不是一个正确的理论。遗憾的是，很多官方科学家恰恰没有意识到这一点。官科与民科相反，他们只重视数学运算，而不重视自然哲学。在近代物理学权威的理论中，数学运算占据了主要部分，而在自然哲学上则是一窍不通。例如，宇宙大爆炸理论就是一个只注重数学运算，不注重自然哲学的理论。所有不注重自然哲学的理论的一个共同特点就是理论自身充满了相互矛盾。宇宙大爆炸原始奇点的形成与它的爆炸就是一对矛盾。如果奇点可以自然形成的话，它就不可能会自然爆炸。如果它会自然爆炸的话，奇点就不可能自然形成。如果在奇点的形成或爆炸过程中需要借助超自然的力量，那就不是自然科学而是宗教了。所以说，宇宙大爆炸理论根本就不能算是一个科学理论。爱因斯坦的相对论也是如此。爱因斯坦在狭义相对论中否定以太的存在，在广义相对论中又离不开以太的存在。一方面说光速在绝对真空中的传递速度总也不变。另一方面说光速在弯曲时空中的速度也总是不变。难道弯曲时空也是绝对真空吗？绝对真空还能弯曲吗？可见，从自然哲学上，爱因斯坦的理论是完全说不通的。几乎所有现有的现代物理学理论在自然哲学上都无法说清楚。无论是量子力学理论还是爱因斯坦的相对论都是如此。现代物理学家对自然哲学的不尊重让他们的理论全都偏离了科学。

现在主流理论物理学家在某种程度上与民科有着非常类似的地方。他们都是患有偏执狂症状的人。民科偏执于他们的自然哲学理论。而看不到数学运算在建立科学理论中的重要性。主流理论物理学家则偏执于数学运算，而看不到他们的理论在自然哲学上的各种问题。

据说有个别数学功底非常好的民科效仿官方理论物理学家的做法建立起了新的物理学理论。他把那个新理论拿给官方物理学家看，官方物理学家不认可。却也说不出令人信服的意见和看法。在我看来，这里的主要原因就是因为官方的理论物理学家自己也不知道自然科学=自然哲学+数学运算这个事实。那个民科制造的新理论完全是靠数学模型。彻底忽视了自然哲学的部分。因此，如果用自然哲学进行分析的话，他的理论根本就不可能成了。可是，因为官方的物理学家自己也不重视自然哲学，他所掌握的理论也经不起自然哲学的分析。因此他们当然也就无法用确定的方法回复那位民科了。结果让那位民科始终都耿耿于怀。既浪费他自己的时间，也浪费官方科学家的时间。

由此可见，认清自然科学与自然哲学的分水岭对从事科学基础理论研究的人来说非常重要。无论是民科还是官科，都必须清楚地知道，自然科学=自然哲学+数学运算。而且，绝对不可以偏颇。仅仅在自然哲学上很合理，而无法用数学进行表达，以及虽然在数学运算上是正确的，但却无法用自然哲学方法合理描述的科学理论必定都不可能是正确的理论。与不懂得定量的自然哲学家谈论自然科学问题以及与不懂得自然哲学的数学家谈论自然科学问题都属于对牛弹琴，只不过是浪费时间而已。