《人類科學(xué)技術(shù)史-231》機械自然觀的確立與牛頓的綜合

機械自然觀的確立與牛頓的綜合

牛頓生活在英國資產(chǎn)階級革命后的王政復(fù)辟時代。他在哲學(xué)思想上主要受從培根、霍布斯(1588-1679年）到洛克(1632-1704年）的唯物主義經(jīng)驗論的影響。正是在這種唯物主義經(jīng)驗論的影響下，才形成了他在自然觀與方法論上的自然科學(xué)的唯物主義基礎(chǔ)。

牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書，不僅奠定了近代力學(xué)的基礎(chǔ)，它還展示了近代科學(xué)上最早的理論體系。這本書首次告訴人們，與從演繹原理出發(fā)人為構(gòu)成的哲學(xué)體系相區(qū)別的，一個始終以實際經(jīng)驗為基礎(chǔ)，由邏輯推理構(gòu)成的科學(xué)理論的體系究竟應(yīng)該是怎樣的。

《原理》全書共分為三部分，這三部分前面還有兩節(jié)——定義和公理(或運動定律）這些內(nèi)容具有極為重要的意義。在前面，在卷首，有致讀者的序文。牛頓在序文中表明了自己用數(shù)學(xué)形式論述力學(xué)的基礎(chǔ)上來說明整個自然現(xiàn)象的愿望。

在《原理》的第三卷中，牛頓曾列出自然哲學(xué)(實為自然科學(xué)）的四條基本推理法則：

"法則1：除那些真實而已足夠說明其現(xiàn)象者外，不必去尋求自然界其他原因。"

"法則2：對于自然界中同一類結(jié)果，必須盡可能歸之于同一種原因。"

"法則3：物體的屬性，凡既不能增強也不能減弱者，又為我們的實驗所能及的范圍內(nèi)的一切物體所具有者，就應(yīng)視為所有物體的普遍性。"

"法則4：在實驗哲學(xué)中，我們必須把那些從多種現(xiàn)象中運用一般歸納而導(dǎo)出的命題看作是完全正確的，或者是非常接近于正確的；雖然可以想象出任何與之相反的假說，但是沒有出現(xiàn)其他現(xiàn)象足以使之更為正確或者出現(xiàn)例外之前，仍然應(yīng)當(dāng)給與如此對待。"

從牛頓所列的這些推理法則可以看出，牛頓堅信物質(zhì)世界的客觀性、統(tǒng)一性、因果性和規(guī)律性。正是從自然科學(xué)的唯物主義的這些基本信念出發(fā)，牛頓實現(xiàn)了機械自然觀與科學(xué)方法論的綜合。

在近代科學(xué)革命興起之初，哥白尼和維薩里等人雖然動搖了神學(xué)自然觀的基礎(chǔ)，但他們并沒有建立起一套新的自然觀。直到19世紀(jì)初年，當(dāng)法國哲學(xué)家伽桑狄使以伊壁鳩魯為代表的古希臘哲學(xué)中的原子論復(fù)興后，特別是伽利略的運動力學(xué)與開普勒的天體力學(xué)的影響日趨增大之后，一種以力學(xué)觀念為基礎(chǔ)的機械自然觀即處于初步形成之中，而笛卡爾則是一種自然觀在初步形成時期的代表人物。笛卡爾認(rèn)為，物質(zhì)的唯一屬性是廣延，因此他以廣延為基礎(chǔ)，提出空間、時間、重量和速度是物質(zhì)世界的基本量綱。正是從這些基本量綱出發(fā)，笛卡爾為物質(zhì)世界建立起了一幅最初的機械圖景，并因此奠走了機械自然觀的初步基礎(chǔ)，但他卻沒有使機械自然界觀最終確立。

牛頓批判了笛卡爾把物質(zhì)與空間等同的思想，吸取了笛卡爾的空間和時間是基本量綱的思想，建立了絕對時空觀。牛頓認(rèn)為：所謂"絕對的空間"就其本性而言，是與外界任何事物無關(guān)而永遠(yuǎn)是相同的和不動的"；牛頓也提出過相對空間的概念，不過他認(rèn)為相對空間只是絕對空間的可動部分或者量度。為了證實絕對空間的存在，牛頓還設(shè)想過著名的水桶實驗。牛頓設(shè)想，若有一桶水，讓它做旋轉(zhuǎn)運動，開始時水桶旋轉(zhuǎn)而水不動，此時，水與桶壁之間雖有相對運動，但水面與水桶靜止時相同，是一個平面。隨后，水被桶壁帶動并與桶一道旋轉(zhuǎn)，這時水與桶之間雖無相對運動，但水面卻與桶靜止時不同，是一個凹面。這樣，即使在水與桶沒有相對運動的情形下，也可判定水桶體系有無相對于絕對空間的運動。

對于時間，牛頓認(rèn)為，笛卡爾的數(shù)字演繹法處于彼此分離的狀態(tài)。培根輕視數(shù)學(xué)演繹為："絕對的、真正的和數(shù)學(xué)的時間自身在流逝著，而且由于其本性而在均勻地，與任何其他外界事物無關(guān)地流逝著。"在批判笛卡爾把物質(zhì)與空間等同的思想時，牛頓還吸取了伊壁鳩魯?shù)脑诱撍枷耄⒘宋镔|(zhì)的微粒觀。牛頓說："一切物體的最小微粒也具有廣延性、不可入性、能動性，并且賦有其固有的慣性，這是整個哲學(xué)的基礎(chǔ)。"物質(zhì)微粒觀不僅是牛頓的科學(xué)自然觀的一個重要方面，而且也是他的力學(xué)中的質(zhì)點觀念與光學(xué)中的微粒觀念的直接理論基礎(chǔ)。

同時，牛頓還以他的絕對時空觀為基礎(chǔ)，提出了絕對運動觀。他說，所謂"絕對運動是一個物體從某一絕對的處所向另一絕對的處所移動。"為了說明絕對運動的存在，他除了借助于絕對時空觀之外，也借助了他所提出的相對運動觀念。實際上，無論是絕對運動觀還是相對運動觀，牛頓都是從他的絕對時空觀出發(fā)的。

正是在絕對時空觀、物質(zhì)微粒觀、絕對運動觀相繼形成的基礎(chǔ)上，牛頓把自然界的所有作用都規(guī)定為力的作用，并指出："哲學(xué)的全部任務(wù)，看來就在于從各種運動現(xiàn)象來研究各種自然之力，然后用這些方法去論證其他的現(xiàn)象。"正是從這一宗旨出發(fā)，牛頓寫作了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書，而正是在這一巨著中，牛頓建立了關(guān)于物質(zhì)世界的一幅完整的機械力學(xué)的圖景。

可見，機械自然觀的最終確立，對于牛頓前半生的以經(jīng)典力學(xué)為代表的科學(xué)成果的取得，確實是起過積極的作用。

在科學(xué)方法論方面，培根重視實驗歸納法的作用，笛卡爾輕視實驗歸納法的作用，而牛頓則首次在理論上，特別是在實踐上實現(xiàn)了兩種科學(xué)方法論的綜合。

牛頓重視實驗的作用，同時也重視數(shù)學(xué)的作用。牛頓認(rèn)為，"物體的屬性只有通過實驗才能為我們所了解。"又說："探求事物屬性的準(zhǔn)確方法是從實驗中把它們推導(dǎo)出來。"正是在這種方法論思想的指導(dǎo)下，牛頓進行了一系列受控實驗，設(shè)想了不少理想實驗，與此同時，牛頓也十分重視數(shù)學(xué)的作用，認(rèn)為數(shù)學(xué)方法是自然科學(xué)的基礎(chǔ)方法，并由此探索了整個數(shù)學(xué)方法統(tǒng)一的數(shù)學(xué)原理。這樣，牛頓也就實現(xiàn)了實驗方法與數(shù)學(xué)方法的結(jié)合。

在科學(xué)邏輯方面，牛頓既重視培根的歸納法，也重視笛卡爾的演繹法。牛頓曾把歸納法作為他的推理法則的第四條準(zhǔn)則，并進而指出："在實驗哲學(xué)中，命題都從現(xiàn)象推出，然后通過實驗而使之成為一般。"與此同時，盡管牛頓本人曾反復(fù)聲稱："應(yīng)當(dāng)力戒去考慮假說"，說他自己"不作任何假說"，但在實際上，牛頓不僅在其科學(xué)理論的研究中經(jīng)常運用假說，而且在理論上也承認(rèn)過建立假說的必要性。1672年，牛頓在給皇家學(xué)會秘書歐登堡的一封信中說："進行哲學(xué)研究的最好和最可靠的方法，看來第一是，勤懇地去探索事物的屬性，并用實驗來證明這些屬性，然后進而建立一些假說，用以解釋這些事物本身。"可見，牛頓所反對的假說只是那些沒有實驗依據(jù)的臆測。

在科學(xué)邏輯方面，牛頓不僅較好地處理歸納與演繹的關(guān)系，而且較好地處理了分析與綜合的關(guān)系。牛頓認(rèn)為："從結(jié)果到原因，從特殊原因到普遍原因，一直論證到最普遍的原因為止，這就是分析的方法；而綜合的方法則是假定原因已經(jīng)找出，并且已把它們立為原理，再用這些原理去解釋由它們發(fā)生的現(xiàn)象。并證明這些解釋的正確性。"而在自然科學(xué)研究中，"總是先用分析的方法，然后才用綜合的方法。"

牛頓不僅在理論上提出了分析與綜合相結(jié)合的方法論思想，而且在其科學(xué)實驗中應(yīng)用了這一基本方法。就一定的意義來說，牛頓在光學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)和力學(xué)方面的成就，都是他的分析與綜合相結(jié)合的方法的結(jié)果。