讀古今文學網 > 西方哲學簡史 > 第06章 科學的昌明 >

第06章 科學的昌明

科學是近代世界與以前世界所有差異的根源,在十七世紀取得了極大的成就。從思想方面看,十七世紀才是近代社會的開始。

的確如此,科學的新概念對近代哲學產生了深遠的影響。要理解近代哲學的發源,就要先瞭解一些天文學和物理學,還要瞭解哥白尼(1473—1543年)、開普勒(1571—1630年)、伽利略(1564—1642年)和牛頓(1642—1727年)這四個創立十七世紀科學的偉大人物。

有著純真無瑕的正統信仰的波蘭教士哥白尼生活在十六世紀,但在生前一直默默無聞。在年輕時,哥白尼旅居意大利,受到了文藝復興的熏陶,並在1500年獲得羅馬數學講師的工作。回到祖國後,哥白尼成了弗倫堡大教堂的僧侶會員。那段時間,他利用閒暇時間研究天文學,並開始相信太陽是宇宙的中心,而地球則有自轉和公轉兩種狀態。雖然他很想將此意見公佈於眾,但他害怕教會的壓力,因此遲遲不敢公開。

直到哥白尼逝世的1543年,他的著作《天體運行論》才正式出版。在他的朋友奧希爾德寫的序言裡,人們知道「太陽中心說」只是哥白尼的一個假設,而且在正文裡也有類似的說法。但對此說法,就不知道哥白尼本人在多大程度上認同了。由於這本書是獻給教皇的,因此,在伽利略之前,天主教會並不認為哥白尼有罪。

哥白尼認為,天體都做著等速圓周運動,「周轉圓」的中心是太陽或鄰近太陽的一點。雖然哥白尼聽說過畢達哥拉斯的觀點,但他似乎沒有聽說過阿里斯塔克斯的「太陽中心說」,他的主張都是希臘天文學家能夠想到的。因此,哥白尼的最大成就就是把地球推下了幾何學的寶座。這樣一來,基督教神學賦予人類的宇宙重要位置便不再歸人類所有了。不過,哥白尼應該不會承認這種後果與他有關,他會反對他的學說與《聖經》牴觸的說法。

哥白尼最大的困難之一是觀測不到恆星的視差現象,但這並不妨礙他作出「恆星比太陽遙遠很多」的推斷。直到十九世紀,人們才通過精密的測量技術觀測到了少數最近的恆星的視差。另一個困難是關於落體的,在哥白尼時代,這個問題是無解的,直到伽利略提出慣性定律才找到了答案。

有本名為《近代物理科學的形而上學基礎》的書記載了近代科學的創立者們作出的很多大膽的假設。這本書指出,即使在哥白尼時代,也沒有足以讓人們相信他的體系的任何已知事實,相反倒有很多與此對立的事實。這本書的最終目的是想貶低近代科學,但這是對科學的態度的誤解。科學家的本色不在於他信什麼,而在於他是以什麼樣的態度和理由相信的。科學家的信念是依據事實提出的,而不是權威和直觀感覺,這是一種嘗試性的信念。哥白尼稱自己的主張為假設沒有錯,但敵對派不允許出現新的假設就不對了。

《天文學家哥白尼:與神對話》(波蘭,馬泰伊科繪)。哥白尼(1473—1543年),全名尼古拉·哥白尼,波蘭天文學家,第一個打破地球中心論提出太陽中心論——日心說的歐洲天文學家,代表作《天體運行論》

近代科學的創立者有極度耐心的觀察力和勇敢無畏的假設觀這兩個不一定共存的優點。和他的一些後繼者一樣,哥白尼同時擁有這兩種優點。當時的儀器知道的關於天體的外觀運動哥白尼也都知道,而且他認識到,地球每天自轉一圈是個較為簡單的假設。

除了影響人們對宇宙的想像以外,新天文學還有兩大貢獻,一是承認相信已久的東西也未必是對的;二是承認驗證科學的經過就是耐心收集證據的經過。然而,無論是哪一點,儘管都體現在了哥白尼的事業中,但哥白尼都沒有他的後繼者發揮得充分。

包括路德派信徒在內的一些人聽說了哥白尼的觀點,路德大為震怒,他表示:哥白尼是一個突然發跡的星相術士,他想在天文學上顛倒黑白,這是違背《聖經》記載的。除了路德,加爾文也對哥白尼嗤之以鼻。

由於哥白尼沒有確鑿的證據證明他的假設,因此天文學界都遲遲不認可他的主張。另一位名叫泰寇·布剌(1546—1601年)的天文學家採取折中立場,認為太陽和月亮繞地球轉動,而別的行星繞太陽轉動。針對亞里士多德「月球以上萬物不變」的觀點,第谷·布拉赫提出兩點反對意見,一是1572年出現的一顆新星沒有週日視差,可以斷定比月球遠;二是觀測發現,彗星也很遙遠。

第谷·布拉赫還制訂了一個「恆星表」,用於記錄許多年間各行星的位置。在他即將死去之時,他提拔年輕的開普勒做了助手,第谷·布拉赫的所有成果都成了開普勒的無價之寶。開普勒是繼哥白尼之後主張「太陽中心說」的第一個重要的天文學家,但通過研究第谷·布拉赫的觀測資料,開普勒發現,哥白尼所謂的「太陽中心說」並不是完全正確的。

開普勒最重要的成就是發現「行星運動三定律」。第一定律是:行星是沿橢圓軌道運行的,而太陽就在這個軌道上的一個焦點。第二定律是:在相等時間內,行星與太陽之間的連接線掃出的面積是相等的。第三定律是:行星的公轉週期的平方,與它和太陽之間的平均距離的立方成正比。當時,只有火星的情況可以證明前兩條定律。

第谷·布拉赫的天文觀測站。第谷(1546—1601年),丹麥貴族,天文學家。他主張地心說,認為所有的行星都繞太陽運動,而太陽則率領眾行星繞地球運動。後來提出行星運動三大定律的開普勒曾是他的助手之一

現代人體會不了因為發現第一定律而要承受的傳統壓力。「一切天體都做著圓周運動」(或者「一切天體都做著圓周運動組成的運動」)是所有天文學家唯一取得一致的事情。如果遇到圓周運動不能說明的情況,就用周轉圓加以說明。簡單而近似地說,月球繞著地球做圓周運動,地球又繞著太陽做圓周運動。經過精密觀測,人們發現,所有周轉圓都不符合事實。開普勒的假設要比托勒密和哥白尼的假設更接近事實。

天文學界要放棄從畢達哥拉斯以來的審美偏見,因為要接受橢圓取代圓的觀念。圓是完美的弧線,天體也是完美的,顯而易見,完美的天體就應該做完美的弧線運動。人們很容易想像,圓弧是很自然的運動,而橢圓運動是不可想像的。但是,要接受第一定律,就必須放棄這種成見。

第二定律反映的是行星在軌道的不同位置上的速度變化。第二定律得出結論說,在距離太陽最近時,行星的運動速度最快,反之最慢。

相比之下,第三定律很重要,因為它比較了不同行星的運動。這條定律說:如果某個行星與太陽的平均距離是r,運行週期是T,那麼對於不同的行星而言,r3除以T2的結果都一樣。

在近代科學的奠基人中,除了牛頓,大概就屬伽利略最偉大了。伽利略是重要的天文學家,但他還有另一個更為重要的身份——近代科學之父。

伽利略是第一個發現加速度在動力學上的重要性的人。人們原先一直認為,地面上的物體做直線運動,但會逐漸停止。而伽利略認為,如果任由這些物體自然運動,它們將一直勻速運動下去;在這期間的任何變化都是由於受某種力的作用。這一規律被牛頓命名為「第一運動定律」,也就是慣性定律。

伽利略還是第一個確定落體定律的人。落體定律說,如果除去空氣阻力的因素,那麼物體在自由下落過程中的加速度是不變的。落體定律認為,如果物體在真空中下落,速度會逐漸按一定比例加快。第一秒末,速度是每秒32英尺,第二秒末是每秒64英尺,第三秒末是每秒96英尺;以此類推,每過一段相等的時間,速度的增加率(即加速度)是一樣的。

人們一直認為,水平打出去的子彈,會沿水平方向飛行一段時間,然後突然垂直落地。而伽利略認為,除去空氣阻力的因素,根據慣性定律,水平速度是保持不變的,但還要加上一個按照落體定律逐漸增大的垂直速度。的確如此,粗略計算的結果是,子彈的飛行軌跡是一條拋物線。

上述內容其實講的是這樣一條原理:多個力同時發生作用時,效果跟這些力按順序發生作用時一樣。這一原理是更普遍的「平行四邊形律」的一部分。這個原理同樣也適用於力。

伽利略積極接受了「太陽中心說」,認可開普勒的所有成就。伽利略製作了一架望遠鏡,通過望遠鏡,伽利略發現,銀河是由無數顆星星彙集而成的。他還觀測到了金星,證明了哥白尼的一些推論。接著,他發現了遵守開普勒定律的一些木星衛星,並取名為「美第奇家族之星」。

一直以來,人們都說太空有太陽、月球和五個行星共七個天體,這是個神聖的數字。但如果再加上木星的四顆衛星,就變成了普普通通的數字十一。這是人們不願意接受的。因此,守舊派不肯承認伽利略的發現,還斷言由望遠鏡看到的都是假象。

1616年,伽利略受到異端審判所的秘密審判,17年後又被公開審判。在第二次審判時,伽利略表示要悔改。就這樣,異端審判所終於如願以償。意大利的科學之旅結束了。不過,值得欣慰的是,這並沒能阻止科學家們接受「太陽中心說」。

沿著哥白尼、開普勒和伽利略開闢的道路,牛頓取得了最後的成功。牛頓認為,力是運動變化(即加速度)的起因,並由此提出「物體之間是相互吸引的,吸引力的大小與這兩個物體的質量的乘積成正比,與它們的距離的平方成反比」,這就是著名的「萬有引力定律」。利用這一定律,牛頓推導出了行星理論中的所有事實。後來,人們發現,由引力定律也能推導出行星的軌道與橢圓之間的微妙偏差。

十七世紀時,科學的其他方面也是遍地開花。

1590年左右,人們發明了複式顯微鏡;1608年,荷蘭人漢斯·利伯希發明了望遠鏡;蓋裡克發明了抽氣機。伽利略也沒有落後,他發明了溫度計,而他的弟子托裡切利發明了氣壓計。有了這些發明,科學觀測變得更準確和廣泛了。

此外,還有如下一些科學成就:1600年,吉爾伯特發表了關於磁體的著作;1628年,哈維發現了血液循環;列文虎克或史特芬·哈姆發現了精細胞;列文虎克還發現了原生動物(即單細胞有機體)和細菌;羅伯特·波義耳發現了由他的姓氏命名的定律;1614年,約翰·納皮爾發明了對數;以笛卡爾為主的一個數學家小組發明了坐標幾何;牛頓和萊布尼茨分別獨立發明了微積分。

荷蘭人漢斯·利伯希發明望遠鏡

科學的發展使知識分子的思想和見解發生了翻天覆地的變化。以前的知識分子常有的蠢事和無知的主張,在這以後都不會有了。

物理定律幾乎消滅了物活論。活的動物能自己運動,而死的動物只在受外力時才運動。亞里士多德認為,動物運動是由靈魂催動的,神靈是一切運動的根源,如果任其自然運動,沒有生命的物體很快就會靜止,除非靈魂對它持續發力。然而,「第一運動定律」改變了這一切。一旦讓無生物質運動起來,沒有外部因素的制止是停不下來的。只要能找到運動變化的外部原因,那麼它本身必然是物質性的。

人類在宇宙中的地位的認識也隨著科學的進步發生了變化。中古時代,人們認為地球是宇宙的中心,任何事物都與人有關聯。牛頓時代,人們認為地球只是一顆小小的衛星,龐大的宇宙系統絕不是為這個小小的衛星上的小生物安排的。人們可以仍然相信上天是為神而存在的,但人們卻不能干涉天文。也許宇宙另有其目的,但這在科學解釋中已經沒有任何位置了。

本來,哥白尼的學說傷害了人類的自尊,但實際不是這樣,科學的勝利使人恢復了自尊。因為神總是懲罰狂傲和愚蠢,因此在神面前謙卑是正當而明智的,而且還能避開現實的災難。然而,後來,神說「要有牛頓」、「一切都要光明」,人就不能保持謙卑了。當然,神也不會因為神學上的一點小過錯就懲罰誰。

現代理論物理與牛頓體繫在某些方面是不同的。牛頓認為,力是物體運動時起變化的根源。牛頓把力想像成了移動物體時所感受到的東西,因此,人們也多了一個反對萬有引力定律的根據,那就是有時吸引力是遠距離起作用的。牛頓也承認,一定有一種傳遞引力的介質。

後來,人們發現,即使沒有力的概念,方程也是可以寫出來的。通過觀察,人們得到了加速度和位置的關係,認為這種關係是力造成的結論沒有任何新鮮感。因此,現代的物理學家只是引用確定加速度的公式,從而避免了提到「力」。

一直以來,沒有什麼事物能改變前兩條定律的基本原理,但量子力學的誕生改變了這一切。如果用加速度來表達動力學的原理,那麼哥白尼和開普勒也該被當做是古代人。牛頓指出,用加速度表達的動力學原理並不超乎近似性定律。然而,關於加速度的「萬有引力定律」在牛頓之後的兩百年間還被認為是十分精確的。雖然能量守恆定律是關於速度的定律,但在應用時,使用的卻是加速度。量子力學的變革的確深刻,但同時也是並無定論的問題。

牛頓相信有一個由許多個點構成的空間,還有一個由許多個瞬間構成的時間,而且它們是獨立存在的。牛頓還認為,物理現象使人能分辨出絕對運動。但最新的觀點也認為,絕對運動會造成一些困難。然而,如果運動是相對的,那麼地球旋轉假設和天空回轉假設就只在字面上有差別,但我們又認為,天空回轉是不可能的。

對於這個問題的解答已經讓我們比較滿意了,因此幾乎所有物理學家都認為運動和空間是相對的。這一認識和「空時」使我們的宇宙觀與伽利略、牛頓的宇宙觀大不相同。