3.从伽利略到牛顿

伽利略的工作标志着文艺复兴从文艺转向了科学。在伽利略的时代，经院哲学已经在经验论和唯名论的攻击下摇摇欲坠。哥白尼体系以数学简单性改变了人们的宇宙观。吉尔伯特（William Gilbert，1544—1603）对磁学的实验研究，展示了知识可以以实证的方法增加。实验的作用已经为许多哲学家所认识。伽利略更进一步，他里程碑式的研究工作使他获得了“近代自然科学之父”的美誉。

伽利略本是医学专业的学生，后来他转向他更感兴趣的数学和物理学研究。1592年到1610年，伽利略是帕多瓦大学的教授，其间他改进了望远镜、发明了空气温度计，并且进行了力学研究和实验。1609年，伽利略用改进的望远镜实际检验哥白尼的天文学，并在次年出版的《星际信使》中介绍了令当时人震惊且困惑的新天文现象：月球表面崎岖不平、木星的四颗卫星、夜空中可以看到更多的星星等。这些发现否定了以太构成完美天体、恒星数量有限的思辨观点。在1632年出版的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书中，伽利略总结了他的天文学研究，以三人辩论的形式为哥白尼体系辩护，批判亚里士多德的天文学。1638年，伽利略的《关于两种新科学的对话》出版，该书仍以对话的形式，介绍了他创立的动力学系统和数学物理思想，反驳了亚里士多德的许多物理学断言，这成为他主要的和最具独创性的工作。

伽利略研究方法的独到之处在于，他用数学的定量方法从经验现象中导出物理规律，这种追求实证化和数学精确化的研究方法成为近代以来科学的基本特征。具体而言，主要有三个步骤：直观或解析、论证以及实验。面对经验世界，首先，人们应该尽可能完整地孤立和考察某一个典型现象，将关键的要素以数学形式定量化；然后，通过数学推导进行论证，得到现象的规律；最后，以实验的实证方式检验结论的可靠性。这也反映了伽利略自然观的特点，他眼中的自然界是由数学语言写就的伟大之书，自然事物简单且遵循精确的数学规则。

伽利略的自然观引导他做出两种性质的区分。他认为诸如颜色、气味、冷热等第二性质，不过是感官上的主观效应，与绝对的、客观的、与物体不可分离的第一性质——比如数量、形状、位置和运动等——截然不同。伽利略发现，古希腊的原子论思想可以很简单地解释感觉中的不同经验如何形成。他还详细讨论了原子在数量、重量、形状和速度方面的差别，如何造成味觉、嗅觉和听觉上的不同感受。

两种性质的区分对近代哲学而言具有相当重要的意义，为笛卡尔提出彻底的二元论做了思想上的准备。笛卡尔是比伽利略年轻的同时代人，他坚持机械主义的方法论，认为物理学可以归结为机械学，而人体与机器是类似的，二者的不同之处在于人具有与肉体完全不同的灵魂。笛卡尔也认为物体的第一性质是数学实在，而第二性质只是第一性质经过人类感官的翻译。但他主张思想和物质同样实在，物质与思想彻底分离。身体和心灵的二元区分以及二者的相互作用问题，从此成了近代哲学的核心内容。在数学上，笛卡尔也有重大的成就，他将代数方法应用于几何学，从而创立了解析几何学。这对于解决物理学问题意义重大，因为几何是对物理世界的直观抽象，而代数则通过数学推演将精确性赋予这种抽象，从而能够得到直观之外的正确推论。后来，牛顿研究了笛卡尔的解析几何，并把它应用到自己的研究中。

笛卡尔在物理学上的成就远不如他在哲学和数学上的成就。他发展了惯性概念，但是没有正确理解表现作用力与反作用力关系的碰撞运动。他用于解释天体运行的旋涡说并没有成功解释现象，也没有导致发现新的真理。但是旋涡说具有重要的哲学意义，因为它引入了充满空间的以太介质，用类似于风或水的力学解释宇宙。这种将地上的力学用于研究天上物体的方法，对于破除万物有灵论以及亚里士多德的目的论体系是有益的。笛卡尔学派和莱布尼茨学派就衡量物体运动的功效问题，曾发生过一场持续半个世纪的争论，但两个学派的观点都是正确的，分别强调了功和距离与时间的关系。^[1]

伽利略去世的1642年，牛顿出生了。1665年至1666年，牛顿从剑桥大学回到家乡躲避瘟疫，其间他形成了万有引力思想，还进行了分光实验以研究颜色现象，并形成了微积分的初步思想，这为他在力学和光学上的伟大成就做了理论上的准备。借由卓越的才华，牛顿将伽利略、开普勒等前人的工作和自己的研究融合在一起，实现了物理学上的第一次大综合。

在牛顿所处的时代，经院哲学和亚里士多德的物理学体系已经遭到了批判和质疑；司各脱和奥卡姆复活了更重视经验的唯名论；哥白尼和开普勒推崇数学和谐对于自然界的重要地位；培根、吉尔伯特、哈维强调经验和实验方法对于科学研究的重要性；伽利略则将数学方法和经验方法结合起来，将数学简单性的思想贯彻到描述地上物体的动力学之中，并发现了惯性定律，而且加速度定律已经进入正确的研究方向；科学的目的被调整为发现机制而非解释最终原因；笛卡尔的身心二元论将精神和物质对立起来，赋予物质世界机械论的性质，霍布斯（Thomas Hobbes，1588—1679）批判了这种二元论，并用伽利略的动力学以及原子论解释精神、心灵，从而创造了一个更为彻底的唯物论的机械哲学；近代化学的开创者罗伯特·波义耳（Robert Boyle，1627—1691）也阐明了机械论的世界观；自然哲学的研究者人数大增，许多学会或学院相继建立起来，科学共同体逐渐形成，孤立的思考被集体交流所代替。

这种种自然哲学的、形而上学的、认识论的、神学的思想观点的变化，逐渐形成了一个若隐若现的巨大体系，它十分明确的部分在于：上帝并非自然过程的积极参与者，也不是第一因或最后因，而是以创造者的角色开启了类似于钟表机械的自然世界，并赋予其规则任由其演化，人的理性可以认识这些规则。整个时代已经做好准备，等待牛顿揭开这个宏伟的物理学和哲学体系的神秘面纱。

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注释

[1]弗·卡约里.物理学史.戴念祖，译.北京：中国人民大学出版社，2010：58-60.