《人類科學技術史-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階級革命后的王政復辟時代。他在哲學思想上主要受從培根、霍布斯(1588-1679年）到洛克(1632-1704年）的唯物主義經驗論的影響。正是在這種唯物主義經驗論的影響下，才形成了他在自然觀與方法論上的自然科學的唯物主義基礎。

牛頓的《自然哲學的數學原理》一書，不僅奠定了近代力學的基礎，它還展示了近代科學上最早的理論體系。這本書首次告訴人們，與從演繹原理出發人為構成的哲學體系相區別的，一個始終以實際經驗為基礎，由邏輯推理構成的科學理論的體系究竟應該是怎樣的。

《原理》全書共分為三部分，這三部分前面還有兩節——定義和公理(或運動定律）這些內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學形式論述力學的基礎上來說明整個自然現象的愿望。

在《原理》的第三卷中，牛頓曾列出自然哲學(實為自然科學）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的一切物體所具有者，就應視為所有物體的普遍性。"

"法則4：在實驗哲學中，我們必須把那些從多種現象中運用一般歸納而導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，但是沒有出現其他現象足以使之更為正確或者出現例外之前，仍然應當給與如此對待。"

從牛頓所列的這些推理法則可以看出，牛頓堅信物質世界的客觀性、統一性、因果性和規律性。正是從自然科學的唯物主義的這些基本信念出發，牛頓實現了機械自然觀與科學方法論的綜合。

在近代科學革命興起之初，哥白尼和維薩里等人雖然動搖了神學自然觀的基礎，但他們并沒有建立起一套新的自然觀。直到19世紀初年，當法國哲學家伽桑狄使以伊壁鳩魯為代表的古希臘哲學中的原子論復興后，特別是伽利略的運動力學與開普勒的天體力學的影響日趨增大之后，一種以力學觀念為基礎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。笛卡爾認為，物質的唯一屬性是廣延，因此他以廣延為基礎，提出空間、時間、重量和速度是物質世界的基本量綱。正是從這些基本量綱出發，笛卡爾為物質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，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。牛頓認為：所謂"絕對的空間"就其本性而言，是與外界任何事物無關而永遠是相同的和不動的"；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，牛頓還設想過著名的水桶實驗。牛頓設想，若有一桶水，讓它做旋轉運動，開始時水桶旋轉而水不動，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，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，牛頓認為，笛卡爾的數字演繹法處于彼此分離的狀態。培根輕視數學演繹為："絕對的、真正的和數學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地流逝著。"在批判笛卡爾把物質與空間等同的思想時，牛頓還吸取了伊壁鳩魯的原子論思想，建立了物質的微粒觀。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，這是整個哲學的基礎。"物質微粒觀不僅是牛頓的科學自然觀的一個重要方面，而且也是他的力學中的質點觀念與光學中的微粒觀念的直接理論基礎。

同時，牛頓還以他的絕對時空觀為基礎，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的。

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

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

在科學方法論方面，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了兩種科學方法論的綜合。

牛頓重視實驗的作用，同時也重視數學的作用。牛頓認為，"物體的屬性只有通過實驗才能為我們所了解。"又說："探求事物屬性的準確方法是從實驗中把它們推導出來。"正是在這種方法論思想的指導下，牛頓進行了一系列受控實驗，設想了不少理想實驗，與此同時，牛頓也十分重視數學的作用，認為數學方法是自然科學的基礎方法，并由此探索了整個數學方法統一的數學原理。這樣，牛頓也就實現了實驗方法與數學方法的結合。

在科學邏輯方面，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則，并進而指出："在實驗哲學中，命題都從現象推出，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聲稱："應當力戒去考慮假說"，說他自己"不作任何假說"，但在實際上，牛頓不僅在其科學理論的研究中經常運用假說，而且在理論上也承認過建立假說的必要性。1672年，牛頓在給皇家學會秘書歐登堡的一封信中說："進行哲學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的臆測。

在科學邏輯方面，牛頓不僅較好地處理歸納與演繹的關系，而且較好地處理了分析與綜合的關系。牛頓認為："從結果到原因，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生的現象。并證明這些解釋的正確性。"而在自然科學研究中，"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合的方法論思想，而且在其科學實驗中應用了這一基本方法。就一定的意義來說，牛頓在光學、數學、天文學和力學方面的成就，都是他的分析與綜合相結合的方法的結果。