《人类科学技术史-231》机械自然观的确立与牛顿的综合

机械自然观的确立与牛顿的综合

牛顿生活在英国资产阶级革命后的王政复辟时代。他在哲学思想上主要受从培根、霍布斯(1588-1679年）到洛克(1632-1704年）的唯物主义经验论的影响。正是在这种唯物主义经验论的影响下，才形成了他在自然观与方法论上的自然科学的唯物主义基础。

牛顿的《自然哲学的数学原理》一书，不仅奠定了近代力学的基础，它还展示了近代科学上最早的理论体系。这本书首次告诉人们，与从演绎原理出发人为构成的哲学体系相区别的，一个始终以实际经验为基础，由逻辑推理构成的科学理论的体系究竟应该是怎样的。

《原理》全书共分为三部分，这三部分前面还有两节——定义和公理(或运动定律）这些内容具有极为重要的意义。在前面，在卷首，有致读者的序文。牛顿在序文中表明了自己用数学形式论述力学的基础上来说明整个自然现象的愿望。

在《原理》的第三卷中，牛顿曾列出自然哲学(实为自然科学）的四条基本推理法则：

"法则1：除那些真实而已足够说明其现象者外，不必去寻求自然界其他原因。"

"法则2：对于自然界中同一类结果，必须尽可能归之于同一种原因。"

"法则3：物体的属性，凡既不能增强也不能减弱者，又为我们的实验所能及的范围内的一切物体所具有者，就应视为所有物体的普遍性。"

"法则4：在实验哲学中，我们必须把那些从多种现象中运用一般归纳而导出的命题看作是完全正确的，或者是非常接近于正确的；虽然可以想象出任何与之相反的假说，但是没有出现其他现象足以使之更为正确或者出现例外之前，仍然应当给与如此对待。"

从牛顿所列的这些推理法则可以看出，牛顿坚信物质世界的客观性、统一性、因果性和规律性。正是从自然科学的唯物主义的这些基本信念出发，牛顿实现了机械自然观与科学方法论的综合。

在近代科学革命兴起之初，哥白尼和维萨里等人虽然动摇了神学自然观的基础，但他们并没有建立起一套新的自然观。直到19世纪初年，当法国哲学家伽桑狄使以伊壁鸠鲁为代表的古希腊哲学中的原子论复兴后，特别是伽利略的运动力学与开普勒的天体力学的影响日趋增大之后，一种以力学观念为基础的机械自然观即处于初步形成之中，而笛卡尔则是一种自然观在初步形成时期的代表人物。笛卡尔认为，物质的唯一属性是广延，因此他以广延为基础，提出空间、时间、重量和速度是物质世界的基本量纲。正是从这些基本量纲出发，笛卡尔为物质世界建立起了一幅最初的机械图景，并因此奠走了机械自然观的初步基础，但他却没有使机械自然界观最终确立。

牛顿批判了笛卡尔把物质与空间等同的思想，吸取了笛卡尔的空间和时间是基本量纲的思想，建立了绝对时空观。牛顿认为：所谓"绝对的空间"就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的"；牛顿也提出过相对空间的概念，不过他认为相对空间只是绝对空间的可动部分或者量度。为了证实绝对空间的存在，牛顿还设想过著名的水桶实验。牛顿设想，若有一桶水，让它做旋转运动，开始时水桶旋转而水不动，此时，水与桶壁之间虽有相对运动，但水面与水桶静止时相同，是一个平面。随后，水被桶壁带动并与桶一道旋转，这时水与桶之间虽无相对运动，但水面却与桶静止时不同，是一个凹面。这样，即使在水与桶没有相对运动的情形下，也可判定水桶体系有无相对于绝对空间的运动。

对于时间，牛顿认为，笛卡尔的数字演绎法处于彼此分离的状态。培根轻视数学演绎为："绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地，与任何其他外界事物无关地流逝着。"在批判笛卡尔把物质与空间等同的思想时，牛顿还吸取了伊壁鸠鲁的原子论思想，建立了物质的微粒观。牛顿说："一切物体的最小微粒也具有广延性、不可入性、能动性，并且赋有其固有的惯性，这是整个哲学的基础。"物质微粒观不仅是牛顿的科学自然观的一个重要方面，而且也是他的力学中的质点观念与光学中的微粒观念的直接理论基础。

同时，牛顿还以他的绝对时空观为基础，提出了绝对运动观。他说，所谓"绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对的处所移动。"为了说明绝对运动的存在，他除了借助于绝对时空观之外，也借助了他所提出的相对运动观念。实际上，无论是绝对运动观还是相对运动观，牛顿都是从他的绝对时空观出发的。

正是在绝对时空观、物质微粒观、绝对运动观相继形成的基础上，牛顿把自然界的所有作用都规定为力的作用，并指出："哲学的全部任务，看来就在于从各种运动现象来研究各种自然之力，然后用这些方法去论证其他的现象。"正是从这一宗旨出发，牛顿写作了《自然哲学的数学原理》一书，而正是在这一巨著中，牛顿建立了关于物质世界的一幅完整的机械力学的图景。

可见，机械自然观的最终确立，对于牛顿前半生的以经典力学为代表的科学成果的取得，确实是起过积极的作用。

在科学方法论方面，培根重视实验归纳法的作用，笛卡尔轻视实验归纳法的作用，而牛顿则首次在理论上，特别是在实践上实现了两种科学方法论的综合。

牛顿重视实验的作用，同时也重视数学的作用。牛顿认为，"物体的属性只有通过实验才能为我们所了解。"又说："探求事物属性的准确方法是从实验中把它们推导出来。"正是在这种方法论思想的指导下，牛顿进行了一系列受控实验，设想了不少理想实验，与此同时，牛顿也十分重视数学的作用，认为数学方法是自然科学的基础方法，并由此探索了整个数学方法统一的数学原理。这样，牛顿也就实现了实验方法与数学方法的结合。

在科学逻辑方面，牛顿既重视培根的归纳法，也重视笛卡尔的演绎法。牛顿曾把归纳法作为他的推理法则的第四条准则，并进而指出："在实验哲学中，命题都从现象推出，然后通过实验而使之成为一般。"与此同时，尽管牛顿本人曾反复声称："应当力戒去考虑假说"，说他自己"不作任何假说"，但在实际上，牛顿不仅在其科学理论的研究中经常运用假说，而且在理论上也承认过建立假说的必要性。1672年，牛顿在给皇家学会秘书欧登堡的一封信中说："进行哲学研究的最好和最可靠的方法，看来第一是，勤恳地去探索事物的属性，并用实验来证明这些属性，然后进而建立一些假说，用以解释这些事物本身。"可见，牛顿所反对的假说只是那些没有实验依据的臆测。

在科学逻辑方面，牛顿不仅较好地处理归纳与演绎的关系，而且较好地处理了分析与综合的关系。牛顿认为："从结果到原因，从特殊原因到普遍原因，一直论证到最普遍的原因为止，这就是分析的方法；而综合的方法则是假定原因已经找出，并且已把它们立为原理，再用这些原理去解释由它们发生的现象。并证明这些解释的正确性。"而在自然科学研究中，"总是先用分析的方法，然后才用综合的方法。"

牛顿不仅在理论上提出了分析与综合相结合的方法论思想，而且在其科学实验中应用了这一基本方法。就一定的意义来说，牛顿在光学、数学、天文学和力学方面的成就，都是他的分析与综合相结合的方法的结果。