——读韦斯特福尔《近代科学的建构：机械论与力学》一书随想

现代有很多人，包括通过教科书来了解科学的青年学生，往往对科学持有一种非历史的眼光，以为科学是少数头脑极为聪明的天才的专利，以为这些人发现新理论、创造新东西是信手拈来、是非常容易的一件事情，以为科学理论是与生俱来的正确、是万古不变的永恒真理，一旦问世就永驻神圣不可侵犯的地位。这实际上是一种缺乏历史感和批判精神的体现。历史意识是一个人、一个民族成熟的标志。罗马作家西塞罗说：“一个人不了解他出生之前的事情，那他始终只是一个孩子”，弗兰西斯·培根也说：“读史使人明智”，因为历史感之中包含着一种清醒的判断能力，也就是根据背景和情境来对事物进行判定的能力，这种判断有助于我们避免失之片面和武断。

在科学发展的历程中，经常发生的是真理与谬误相互交织的过程，科学理论的演变就像是积木拼图游戏一样，先是在黑暗中摸索，继而渐渐地浮现出来。近代科学的诞生就是这样，这一发生于17世纪的科学革命，在数学化传统和机械论哲学两个追求不同目的的思想运动的互相冲突之中开始蓬勃发展。《近代科学的建构：机械论与力学》为我们再现了17世纪近代科学发展的历史图景。

1．机械论哲学与数学化传统

在《近代科学的建构》的导言中，韦斯特福尔开门见山地说：“两个主题统治着17世纪的科学革命――柏拉图―毕达哥拉斯传统和机械论哲学。柏拉图―毕达哥拉斯传统以几何关系来看待自然界，确信宇宙是按照数学秩序原理建构的；机械论哲学则确信自然是一架巨大的机器，并寻求解释现象后面隐藏的机制。……这两种倾向并非总是融洽吻合的……科学革命的充分完成要求消除这两个主导倾向之间的张力。”

笛卡尔是机械论哲学的代表人物。机械论哲学所要寻求的是，以物体构成的部分为依据来解释物体的属性和活动。笛卡尔反对终极因或目的论的解释，并且抨击了占统治地位的亚里士多德学派或经院哲学家们用诸如“实体形式”和“神秘的属性”等同语解释现象的模型。认为万物都可以还原为长宽高以及运动这几样基本元素。“给我运动和广延，我就能构造出世界。”因为，“机械论哲学的基本主张之一就是物质的同质性，物质被区分开来仅仅是凭藉物质粒子的形状、大小、运动。”

数学化传统的代表人物是伽利略。他首先把数学引入到物理学中，确立了数学与经验的关系，认为“在把数学证明应用于物理学推论的那些学科中是非常有用和非常必要的”。用数学公式来概括实验数据、用实验数据来赋予数学公式以物理含义、用实验数据来检验理论演绎是现代科学的重要特征。

在《近代科学的建构》一书中，作者向我们展示了这两种思想在多个方面的不融洽，同时也描述了这两种思想在冲突之中的相互融合和取长补短。比如笛卡尔所谓的自然规律本身就是通过数学方法所揭示的数量上的机械规律；赞同机械论哲学观点的波意耳对空气做出了数学描述，把压强和体积联系起来，借此为空气压强定律提供了物理解释；到了牛顿这里，通过系统地重构“力”这个概念，数学化和机械论已经水乳交融，再不可分割了。“由于牛顿的工作，由伽利略所代表的数学描述的传统和笛卡尔所代表的机械论哲学的传统两者之间的协调才成为可能。”

2．科学与大学的关系

在中世纪，伴随着古希腊文化特别是亚里士多德哲学主题的再次被挖掘，大学逐渐兴盛起来，并成为学习的中心。在21世纪的今天，我们已经习惯于把大学看作是科学研究的主要中心。但“17世纪的情况截然不同。不仅欧洲的大学不是科学活动的中心，不仅自然科学不得不发展自己的独立于大学之外的活动中心，而且大学还是反对近代科学所构建的自然新观念的主要中心。”究其原因，大学比较保守，沉浸于神学、形式逻辑、修辞、法学等等，为中世纪化的亚里士多德统治。亚里士多德“洗礼”成了基督徒，并被贴上了无数论著中所称的“哲学家”的标签。“17世纪几乎每一位重要科学家都是大学培养的。然而，同样真实的是，科学既没有进入大学的普通教室，也没有进入大学课程中。”

科学是在沙龙（各类科学社团等）里面发展的，如罗马的“山猫学会”、蒙托学会、皇家科学院等等，这些团体以及相互之间的合作交流成为后世科学研究工作的一个本质特征。人们在沙龙里讨论文学艺术和科学，介绍自己的新发现，发表自己对一些问题的看法。比如帕斯卡指导他的妻弟到山上去测量气压，发现登得越高气压越低，他把这些实验讲给别人听，和别人交流实验的程序，阐述其中的道理。

当时的人们对什么都感兴趣，天文、气体、枪炮的反冲力、人口、解剖、海运、矿业、羊毛织品、机械，新的思考方式在形形色色的领域中发展起来。学者们聚在一起讨论他们的新发现、新思路。更多时候是通过书信。后来，学会开始出版刊物，学者们逐渐发展出一种后来被称作论文的文体。

3．仪器与实验

近代科学的发展与新仪器制造和实验方法的改进有着密不可分的关系，也是与古代科学一个显著的不同之处。在17世纪，望远镜、显微镜、温度计、气压计、抽气机、钟摆被相继制造出来。对月亮、行星的观察研究，改变了人们对天地有别的认识，宇宙空间的新观念就自然而然地产生了，这为牛顿的空间观做好了准备。人们通过显微镜看到了毛细血管、肌肉纤维、血球、精子，看到了细菌，逐渐明白植物和动物是由一些当时叫作cell（细胞）的东西构成的，这改变了我们对植物、动物、身体的理解。

仪器和实验是连在一起的，大多数仪器本来就是为进行某种实验发明出来的。托里切利进行了真空实验；维维安尼进行了气压实验、冰膨胀系数测量、凹镜聚焦实验；利用气压计，人们测定了气压随山的高度不断变化；波意耳在胡克的帮助下，改进了空气唧筒，完成了他的著名实验，确定了波意耳定律……。

除了有形的仪器之外，无形的仪器——实验方法更为重要。全盘抛弃早期的自然哲学是17世纪科学革命的一个中心特征，这是因为经过数个世纪的研究，人们发现并没有建立起什么具体的东西，原因在哪里？首先被怀疑的就是研究的方法。培根作为实验方法的创始人享有很高的声誉，但盛名之下其实难副。在17世纪对实验方法的最好的陈述可能出自波意耳的手稿，而最好的实验研究应该是牛顿的一系列颜色起源实验。这些观察、实验、新思路、新概念，总体上对宗教权威构成威胁。韦斯特福尔总结说，从17世纪起，科学就开始“将原来以基督教为中心的文化变革成为现在这样以科学为中心的文化”。

4．伽利略和牛顿

研究近代科学，就不能不研究伽利略和牛顿。伽利略于1642年去世（1564－1642），牛顿于同年诞生（1642－1727），罗素曾把这个事实推荐给相信灵魂转世的读者。这个巧合的确太富有象征意义。伽利略和牛顿可说是一先一后“联手打造”了近代科学。

从伽利略的盛年开始，近代科学开始蓬勃发展，一个巨大的新世界开始展现，各种思想互相激荡，所有怀抱新观念的学者都极其兴奋。回顾伽利略到牛顿的时期，我们可以数出很多鼎鼎大名的人物，如培根、开普勒、哈维、霍布斯、笛卡尔、波意耳、伽桑迪、马勒伯朗士、巴斯卡、惠更斯、斯宾诺莎、洛克、巴罗、胡克、莱布尼茨等。这些名字表明，近代科学的前进方向已经不可扭转。

著名物理学家霍金认为：“伽利略可能比任何其他的人更有资格称为近代科学的奠基人。” 这是因为近代科学建立在精确细致的实验数据和严密的逻辑体系之上。伽利略至少在以下四个独特的领域著称于世，即望远镜天文学，运动原理和运动规律，数学与经验的关系的模式，以及实验科学或实验法科学。哲学家们倾向于把弗朗西斯·培根列为倡导近代实验科学的第一人，但他对实际从事实验科学的人影响甚微，而伽利略是首先提倡新的实验科学技术并身体力行的科学家，开创了实验科学之先河；在力学方面，伽利略的贡献是应用数学知识和实验测量提出了惯性、加速度等概念，发现了自由落体运动规律；在天文学方面，伽利略自制了天文望远镜，进行了大量的观测，他观察到了4颗围绕木星运动的卫星；花了6年时间写出了著名的《对话》，以高超的技巧给出支持哥白尼学说的实验证据。他在数学方面的工作在前面已经进行了描述。

牛顿既是数学天才，也是实验天才。像伽利略一样，他把数学和实验结合起来，为近代科学的研究工作树立了典范。尽管在科学时代，大多数思想家都意识到数学应该成为科学的语言，但真正做到这一点的是牛顿。从牛顿开始，我们有了一幅科学的世界图景。柯瓦雷在回顾这幅宏大图景时不无感叹：它“把一个我们生活、相爱并且消亡在其中的质的可感世界，替换成了一个量的、几何实体化了的世界，在这个世界里，任何一样事物都有自己的位置，唯独人失去了位置。”牛顿不仅带来了17世纪这场科学革命的顶峰，而且一直是人类思想史中具有最深远意义的革命之一，也为此后几百年的科学思想提供了总体的框架。

当然，牛顿在科学史上享有如此特殊的地位，还有一个很重要的因素，就是他几乎从不毁掉一份手稿。这为后人了解他的思想以及思想的演变带来了很多的方便，为我们展示了一幅有关这位伟人的详尽的图画。

《近代科学的建构：机械论与力学》[美]理查德·S·韦斯特福尔/著 彭万华/译 复旦大学出版社 2000.2