与近代科学革命有关——《机械宇宙》与《哲学·科学·常识》读书笔记

Goldmund_RUCer
2018-04-07 15:16:26

建构这个物质世界的代价似乎是把自我即心灵排除在外。

16至17世纪之间,以欧洲为发生地,人们在在物理学、天文学等方面的观念经历了根本性的改变,历史学家将这一过程称为近代科学革命。在科学革命之前人们的观念中,土、水、气、火四种元素组成了月球以下的世界,月上世界则由以太构成。以太是一种没有重量的纯净的物质,因纯净而永恒不变。16世纪以来,人们通过望远镜观测到月亮上的山脉和凹坑,发现月上世界是一些物质体,而非纯天界、纯精神的东西。伽利略—牛顿的力学体系从理论上揭示了天地遵循着相同的定律,天和地两界的区分不再存在,由此导致“宇宙的坍塌”。考夫曼说“近代无力科学的总进路是彻头彻尾机械论的”,他解释说,这里的机械论并非意指齿轮、杠杆、滑轮,而是指试图把全部现实还原为具体的物理定律。在那里,唯一真正重要的是那些我们能够用光谱仪、电流计、摄影胶片这类器械加以测量的性质。经过一个世纪,人们对世界的认识发生了根本性的转变。转变之前人们观念中的世界图景,这种转变何以发生,“宇宙坍塌”后人们对世界的认识,这些主题都令人着迷。

一、牛顿所处的时代

伽利略于1642年去世

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建构这个物质世界的代价似乎是把自我即心灵排除在外。

16至17世纪之间,以欧洲为发生地,人们在在物理学、天文学等方面的观念经历了根本性的改变,历史学家将这一过程称为近代科学革命。在科学革命之前人们的观念中,土、水、气、火四种元素组成了月球以下的世界,月上世界则由以太构成。以太是一种没有重量的纯净的物质,因纯净而永恒不变。16世纪以来,人们通过望远镜观测到月亮上的山脉和凹坑,发现月上世界是一些物质体,而非纯天界、纯精神的东西。伽利略—牛顿的力学体系从理论上揭示了天地遵循着相同的定律,天和地两界的区分不再存在,由此导致“宇宙的坍塌”。考夫曼说“近代无力科学的总进路是彻头彻尾机械论的”,他解释说,这里的机械论并非意指齿轮、杠杆、滑轮,而是指试图把全部现实还原为具体的物理定律。在那里,唯一真正重要的是那些我们能够用光谱仪、电流计、摄影胶片这类器械加以测量的性质。经过一个世纪,人们对世界的认识发生了根本性的转变。转变之前人们观念中的世界图景,这种转变何以发生,“宇宙坍塌”后人们对世界的认识,这些主题都令人着迷。

一、牛顿所处的时代

伽利略于1642年去世,牛顿于同年出生,罗素曾把这个事实推荐给相信灵魂转世的读者。伽利略和牛顿一先一后联手打造了近代科学。伽利略是一个巨人,他在广泛的领域引入了近代科学的观念和方法,牛顿也是一个巨人,他赋予了近代科学完整的形态。但是,牛顿所处的时代却飘摇在两个世界之间,一个是他出生成长的中世纪,另一个则是他只能窥见一角的新世界。这也让牛顿和他的科学家同僚们一方面相信天使、炼金术和魔鬼,另一方面也相信宇宙遵循着精确的数学法则运行。


正当17世纪的科学家们开始着手找出主宰宇宙的永恒法则时,他们自身却处在一个朝不保夕的世界。致命的瘟疫和大火激发着人们心中的恐惧,并以不同的方式迅速夺走大量生命。《圣经》中记载了审判日的征兆,“民要攻打民,国要攻打国;必有饥荒、瘟疫、地震”(《马太福音》24:7),“日头就变黑了,月亮也不放光,众星要从天上坠落,天势都要震动” (《马太福音》24:29)。学者们根据《圣经》推测,公元1660年时,世界末日就要到来。

1664年的秋天,欧洲大陆和英国都观测到天际有彗星划过。1665年3月,第二颗彗星出现。1664年4月直到11月,瘟疫席卷了英国,夺走了伦敦城10万人的生命。1665年6月,瘟疫蔓延到了剑桥大学,时年13岁的牛顿被迫离开了校园。

在这种情况下,当时几乎没有人相信进步的概念。恰恰相反,人们基本都相信自从亚当和夏娃被逐出伊甸园,世界已经分崩离析。在经历了彗星和瘟疫后,世界崩解的脚步加快,几乎人人都能感受到天启将近的迹象。


在17世纪人们的观念里,上帝不仅仅支配地震、火灾和疾病,毋宁说,上帝是宇宙及其中所有物体的创造者和人们日常生活大小事件的参与者。与伽利略同时期的开普勒获得了第谷观测的天文数据,在他之后,列文虎克将显微镜探向一滴池水。科学家们发现宇宙中的行星按照椭圆形的轨道运行,地球与太阳之间的连线(矢径)在相同的时间内会扫过相同大小的面积,显微镜下的盐粒呈“正方体、菱形晶体、金字塔、五角星、六角形…”,“精确的数学比最富技艺的巧手更能描绘他们”。整个宇宙像一架庞大、和谐、用数学设计而成的机器,其构造如此精巧以至于不可能由巧合造成。17世纪的科学家们深信不疑,上帝创造了人类,并赋予其理性的力量。作为理性的表征,科学的使命是为了荣耀上帝,而敬拜他最好的方式就是发现和宣告上帝安排的完美性。

二、由亚里士多德自然哲学到牛顿力学


1662年,英王查理二世特许皇家学会设立。即便如此,作为一名科学爱好者、拥有自己实验室的英王也会放声嘲笑皇家学会“只花时间为空气称重,一坐下来就什么事也不做”。乔纳森·斯威夫特(1667-1745)在《格列佛游记》中奚落科学家想弄懂光合作用的神秘过程,格列佛遇见一个人“已经花费8年时间研究从黄瓜中提取的阳光,将之放入小瓶中密封,以在气候不佳的夏日将之释放出以暖化空气”。

科学引发嘲笑和敌视的部分理由非常简单,因为它是崭新的,且与人们对世界的日常看法格格不入。在人们的日常经验中,水往低处流,冰块寒冷,鲸鱼是鱼的一种,重球比轻球下落的更快。但在科学体系中,虹吸管中的水往高处流,冰含有热量,鲸鱼是哺乳动物,轻重两球从比萨斜塔上下坠后同时落地。在科学的世界里,日常可感的经验不再可信,过往的语词也被重新赋予了意义:元素成为了化学科学的基本概念,不再是中世纪炼金术士试图净化之物,也不再是古希腊形而上学中的始基。


理论的特征之一是整体性,它为世界提供一个整体的解释。在史前社会,神话系统为一个民族说明世界的起源、人类的起源、种族的起源和人们的生活规范。人类对世界的整体认识在不断改变,在神话之后,哲学和科学分别在不同阶段为人类社会提供了整体性的说明。

神话通过传说和想象来编织对世界的整体解释,作为一种传统智慧,神话经过代代相传为人们提供了世界图景和人生规范。哲学则基于经验和事实来编织这种解释。古希腊哲学家们营建理性的理论,以此取代神话。古希腊文的“哲学”一词Philosophia即由philo“爱”和sophia“智慧”两部分组成。古希腊哲学家们坚持一种批判的、反省的认知,认为源远流长的东西可能是错的,真理需要通过批判才能够获得。这种共同的探讨方式,构建了哲学家这个团体。

后来的“科学态度”与哲学态度一脉相承,科学家团体也同样是“共同的探讨方式”意义上的团体。只不过16、17世纪时的科学似乎还与哲学、艺术处于同一平台之上。那时的科学并不像今天这样局限在大学里发展,而是在各处沙龙中展现其活力。科学家(Scientist)一词也要直到19世纪才为人所用,此时的研究者们尚被称为自然哲学家(Natural philosophers)。在17世纪的沙龙里,皇家学会的成员向大家展示活的变色龙、测试蜘蛛是否会从独角兽角磨成的粉末围出的圆圈中逃脱。1672年的一个冬日午后,深居简出的牛顿第一次在皇家学会发表研究成果,他向众人解释如何使用棱镜发现光真正的性质——白光并不纯粹,而是由所有彩虹的颜色组成。同年,皇家学会创办的杂志《哲学学报》刊登了牛顿关于光学实验的研究成果。研究牛顿的历史学家伯纳德·科恩说这是“重大科学发现第一次在印刷期刊中宣布”。皇家学会的成员们当着众人的面用实验测试自己的想法,彼此砥砺,促成更多想法的滋生和繁殖。他们之间互相通信,在科学杂志上发表文章,逐渐发展出一种论文的文体。


虽然科学承继了哲学追求真理的态度,但二者在整体上仍有很大的不同。亚里士多德的自然哲学是目的论的,其提问的方式是“为什么”(why):石头为什么在抛弃后会下落?火苗为什么会上升?在亚氏的自然哲学世界里,地球上的物体由土、气、水和火组成,天空由精粹、纯净、永恒的第五元素组成。地球上的物体之所以移动是因为其有自己的对应的位置(topos)或者说归属之所。王位有其内禀属性,惟具有某些特质的人与其相配。君位在上,相位在下,哪怕一时无君,王者之位也仍然在那,高高在上。宇宙之中,天在上位,地在下位。地界的事物出生、生长、朽坏、死亡、变动不居,而在高位的事物是稳定的、永恒的。石块和重物要回归地面,火焰要升向天空,其运动发自本性,偶然的运动则是外力迫使的。与亚里士多德相比,伽利略们则追问现象“如何发生”(how)。在追问的过程中,近代力学消除了各种事物的本性。根据牛顿第一定律,惯性成为物质固有的力,一切运动都是外力造成的。在近代力学的世界里,空间没有内禀属性,它只是一个坐标,用数学来表示。

哲学基于经验和事实进行思辨并提出观点,在亚里士多德的自然哲学中,物体通过接触来传递力,从而引发运动,这是人体可感,验证于经验的。牛顿在《自然哲学的数学原理》中定义惯性,“是物质固有的力,是一种抵抗的现象,它存在于每一物体当中,大小与该物体相当,并尽量使其保持现有的状态”,这种力人无论如何也经验不到,所以需要通过实验和计算来证明。前已述及科学家们思考的方式已由“为什么”转变为“如何发生”。定性研究已转为定量研究,而为了定量研究的开展,首先需要对世界进行测量。由此,事实以及对事实所作的数学处理逐渐取代了经验观念和哲学原理。笛卡尔说,“给我运动和广延,我将构成出宇宙”。罗吉尔·培根的话也经伽利略的重述而家喻户晓,“大自然这部书是用数学文字写成的”。伽利略、开普勒、笛卡尔以及其他诸多科学家选择了科学的数学化这一共同的方向。站在巨人肩膀上的牛顿由此将近代物理学中的概念和理论加以综合配置成为一个整体。

三、科学 哲学 常识

科学所挑战的不仅是宗教观念,它从根本上挑战我们对世界的日常看法。科学热衷于实验和观测仪器为我们提供的事实,并通过建立形式化、逻辑化的数学概念和理论来描述世界。我们的经验帮助我们理解日常现象:核桃的形状像脑子,吃了能补脑,苋菜是红的,应有补血的功效。但在数学建构起的世界里,科学所揭示的事实不再是我们经验到的。近代科学整体取代了亚里士多德自然哲学的思考方式,一个根本的转变就是理论概念逐渐脱去和现象的直接对应,概念越来越抽象,也越来越多地依赖于理论体系内部的结构。量子力学对量子事件的预测成功率几乎是百分之百,但费曼仍说,没有人懂得量子力学。我们接受了科学所揭示的世界,但对它所处理的课题不再理解。相应地,它们也不曾参与塑造我们的心智。

科学通过它所提供的世界图景改变我们对世界的认识。近几百年来,日心说、进化论、相对论和量子物理、基因理论,一步步为我们勾画出了一幅宇宙图景。宇宙物理学家认为他们已经弄清楚了大爆炸一毫秒以后宇宙发展的所有步骤。科学似乎给我们提供了世界的真相。但在这幅从大爆炸到基因的严整画面中没有哪里适合容纳我们的欢愉和悲苦,我们的道德诉求与艺术理想。“建构这个物质世界的代价就是把自我即心灵排除在外”。真和善似乎不得不彻底分离。科学越进步,感情、道德、艺术就显得越虚幻。科学所揭示的宇宙是一个没有目的没有意义的宇宙。世界不再被看作一个有意义的统一体,而是被当作一种具有因果联系的场所。即便如此,我们仍无法拒斥科学。神话和哲学无法为我们提供对这个世界真理性的理解,我们也同样无法拒绝科学技术生产的商品。牛顿希望通过科学研究证明上帝存在,这倒不是证明了他的“迷信”,反而说明科学研究方式的无可阻挡。

科学取代哲学成为新的意识形态,这是占主导地位的思考方式的转变,而非对知识领域的瓜分。科学接过了哲学建构普适理论的任务,但这并不意味着哲学意义的丧失。我们仍需以理性的态度进行经验反省和概念考察,从而历经值得一过的日常生活。

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