第三节 历史上的科学（2）在线视频

各位同学 上节课 我们主要讲述了科学

也就是science 与自然哲学之间的关系

以及 古希腊自然哲学的基本特征

这节课 我们将会接着上节课的主题

首先 在对两种自然哲学进行比较的基础上

考察一下近代自然哲学的基本历程

并概要讲述一下

自然哲学被科学这一称谓

所取代的历史原因及其过程

与古希腊自然哲学相比

实验和数学

是近代自然哲学的两种最为典型的研究方法

我们首先从日心说的发展历程来看一下

观察数据或实验

在近代自然哲学产生过程中的作用

谈到近代自然哲学

人们首先想到的就是哥白尼

但哥白尼的工作在很大程度上

可以说是对古希腊自然哲学的继承和发展

实际上 毕达哥拉斯学派就已经提出了地动说

后来的阿利斯塔克更是直接提出了日心说

同时 哥白尼尽管在宇宙的中心这一问题上

与托勒密划清了界限

但是 在其他方面

如匀速圆周运动 两球模型等方面

与托勒密体系并没有太大的不同

不过 哥白尼的宇宙模型

却表现出了极大的简单性

正是这种简单性

使得哥白尼获得了少数数学家的支持

他们与哥白尼一样

有着或多或少的毕达哥拉斯主义

或柏拉图主义的倾向

他们认为 越简单的理论越是好的理论

但是哥白尼的体系

却面临着许多现实问题的反驳

例如 如果地球是运动的

那么我们松手放开的物体

应该会落到与地球运动方向相反的后方

因为我们随着地球前行了

另外 哥白尼所预测的恒星视差也没有发现

由于这些原因

天文观测家 第谷·布拉赫 拒绝哥白尼的体系

而是提出了一个

进入地心说和日心说之间的新的模型

这个模型后来被传教士带到中国

成为明末《崇祯历书》的理论基础

尽管第谷的模型存在问题

但是他积累了大量的天文观测资料

其后继者开普勒

在这些数据的基础上进行数学运算

得出了行星运行的三定律

指出 行星的运行轨道并非正圆 而是椭圆

至此 日心体系才真正突破了古希腊的传统

可以看出 在这种突破的过程中

观察数据起到了至关重要的作用

这也是近代自然哲学的第一个典型特点

近代早期的许多学者

都强调了观察或实验的重要性

例如 培根就强调

真正的科学方法必须从系统的观察和实验开始

达到普遍性有限的真理

再从这些真理出发 通过渐缓的逐次归纳

达到更为广阔的概括

伽利略到底有没有做比萨斜塔的实验呢

学术界对此有不同的意见

但是 他对观察和实验数据的强调

得到了科学史家的高度评价

科学史家丹皮尔这样说

在伽利略那里

由观察或实验得来的每个事实

及其直接的和不可避免的推论

都按照本来面目被人接受

在此意义上

伽利略是第一位近代人物

波义耳更是主张将实验和理论解释相结合

宣告了近代化学的诞生

他为探讨真空问题所做的空气泵实验

可谓是那个时代最为复杂的实验之一了

牛顿同样如此

在其著作《光学》的开篇

牛顿这样写道

我之所以要写这部书

并不是想要通过假说来解释光的性质

而是要靠智慧和实验提出并证明这些性质

下面再来看一下数学

近代自然哲学家对数学的使用

与古希腊自然哲学家有了很大的不同

在古希腊哲学家那里

数学是实现一个预先规定好的

和谐完美的宇宙秩序的工具

就如拯救现象这一问题

古希腊哲学家们认为

天体必须以完美的圆形轨道运行

而行星在希腊语里的意思是漫游者

它们并不遵循圆形轨道

因此数学的任务

就是如何将行星的不规则运行方式

转变为规则的运行方式

而到了近代自然哲学那里

尽管宗教与形而上学的因素仍然存在

但它们的影响

在很多情况下已经不再是规定性的

数学开始与观察和实验结合到一起

成为整理数据

从而 找到自然规律的一种工具

正如牛顿在《自然哲学的数学原理》中

所强调的

凡不能从现象导出的 被称为假设

且假设 无论是形而上学的 或者是物理学的

无论是隐藏的属性的

或者是力学的

在实验哲学中都是没有地位的

在这一哲学中

命题由现象导出

且由归纳法实现一般化

可以看出 牛顿的实验哲学是现象与归纳

以及 观察或实验与归纳相结合的产物

而归纳的最重要的方法就是数学

近代自然哲学家不仅将数学视为一种工具

更是作为了世界本身的一种构造方式

这就是自然的数学化

他们对这一问题的处理包含两个层面

第一 数学可以用来研究自然

并且 他们要对数学如何研究自然作出说明

第二 数学之所以能够研究自然

是因为自然本身就是一种数学的结构

就第一个层面而言

开普勒和伽利略都对此作出了贡献

在开普勒眼中

真实的世界是一个只有量的特征的世界

其差异只是数的差异

因此 所有确定的知识

都必定是关于它们的量的特征的知识

完美的知识总是数学的

那么

面对纷繁复杂而又多姿多彩的物质世界

数学如何能够胜任这一任务呢

这就需要对世界本身进行分割

伽利略指出

只要我一想到某种物质实体或有形的实体

我就会同时感到有必要将它设想为

它有着明确的边界 形状 大小

它处于哪个时空点上 它的运动状态

它与其他物体的关系 数量等方面

而它的味道 气味 颜色等等

只存在于主体的一边

如果我们消灭了生物

那么 所有这些性质也将烟消云散

伽利略这段话的重要之处在于

它区分了事物的第一性质和第二性质

前者是一种纯粹数量的关系

是完全可以用数学来进行研究的

后者则是主体与物体接触之后

所产生的一种主观感受

必须从自然哲学的研究中排除出去

这样 世界就成为了一个纯粹数量关系的世界

数学研究也就成为可能了

涉及世界本身的数学结构

伽利略同样做出了最经典的表述

他说

宇宙这部书的语言和字母是数学的语言

如三角形 圆以及其他几何图形

在此意义上 可以说 几何形式与质量是同质的

柯瓦雷将这一立场称为 空间的几何化

进而 在数学和实验观察的基础上

地上的物理学和天上的物理学

在牛顿这里被统一起来

于是 古希腊哲学家那里

一个处处充满秩序的有限的宇宙被打破

而被一个同质的无限的宇宙所代替

可以看出

数学加实验造就了近代自然哲学

但是 这种转变并不是一蹴而就的

实验的不确定性成为许多哲学家批评的对象

从更深的层次来看

这实际上意味着

不同的知识生产方式之间的争论

因此 早期的许多自然哲学家

都对这种知识生产方式的

合法性与合理性进行了讨论

牛顿在自然哲学的数学原理中

就专门列出了一个部分 叫做 研究哲学的规则

也就是 研究自然哲学的方法论

其中 第四条规则专门对归纳问题进行了讨论

他是这样说的

在实验哲学中 由现象通过归纳推得的命题

在其他现象使这些命题更为精确

或者出现例外之前

应被认为是完全真实的

或者非常接近于真实的

在这里 很明显可以看出

牛顿知道归纳方法的缺陷

因为 归纳所得的结论

超出了前提所断定的那个范围

但是 如果因为归纳的逻辑不可靠性

就取消了归纳法 无异于因噎废食

因此 牛顿仍然将之视为科学研究的合理方法

关于实验方法能否作为自然哲学研究的基础

著名哲学家霍布斯与近代化学的奠基者

波义耳之间

曾经发生过一场著名的争论

霍布斯认为波义耳通过空气泵实验制造真空

进而获得知识的方法是不可靠的

因为波义耳知识的获得要依赖于

实验的操作能力以及实验见证者的集体认可

这本身就带有很大的不确定性

这并不是传统哲学研究

所要求的那种必然性的知识

这样 同学们就能够理解

为什么近代早期的很多自然哲学家

也就是后来人们所说的科学家了

都非常关心哲学问题

甚至其中许多人 比如笛卡尔等

本身就是哲学家

其原因之一就在于

他们需要为这种新的知识生产方式作辩护

而这种辩护只能是一种哲学层面的辩护

到了今天

科学知识的生产方式已经获得了普遍认可

因此 也就不需要再进行这种辩护了

不管经历了如何复杂艰辛的过程

近代自然哲学的新的知识生产方式

还是确立了

知识生产方式的差异

使得自然哲学开始从哲学中逐渐分化出来

英国哲学家沃尔夫

这样评价这段历史

人们逐渐把直接来自观察和经验事实的理论

同离这些材料比较遥远的

进一步的理论区分开来

前者属于科学的范畴 即通常所称的自然哲学

后者则属于思辨哲学的范畴

它有各种不同的名称

神学 形而上学或第一哲学

自然哲学开始独立于一般意义上的哲学

成为了一个独立的新的研究领域

至于 为什么采用科学来替代自然哲学

这一方面是因为自然哲学家们认为自己的知识

具有高度的确定性

因此 要寻找一个能够将自己与道德哲学等领域

区分开来的新的称谓

另一方面 这也可能是因为如下两个原因

第一 这可能是受了法国人的影响

1666年法国成立了法兰西科学院

其名称中使用的就是法语中的Science

英国人从法语中借鉴了这个词

也就是Science

1831年 英国科学促进会成立

用的就是Science这个词

第二 随着科学职业化程度的加深

1840年英国哲学家惠威尔创造了科学家

Scientist 这样一个词

用它来指代包括数学家 物理学家

等等在内的这个群体

随着Scientist一词逐渐被大家所接受

Science也就日渐被大家所接受了

关于科学职业化的内容

我们在后面的授课中会再行讲授

好 前面两节课我们主要从历史的角度

考察了自然哲学与科学概念内涵的变迁

下节课 我们将会着重考察一下

科学这一概念在当代所具有的内涵

同学们 下节课再见