在观念碰撞中被改变的世界

整理·吴华

在16～17世纪，一些欧洲人认识世界和宇宙的方式发生了革命性的变化。从16世纪开始，西方基督宗教陷于分崩离析，近代科学兴起。科学方面，哥白尼与维萨留斯代表了当时的新宇宙观，强调直接观察的科学精神。布鲁诺因为坚持自由构思的玄想而成为了殉道者。宗教改革虽然极其重要，但只被视为欧洲民族的家务事。它并不要求新宗教的出现，只是恢复那些被人遗忘的东西而已。

如果说宗教改革是一种群众性的骚动，让整个欧洲在一个半世纪中沐浴在血泊里，那么科学运动的兴起最初则只限于知识界的少数精英。一边是30年战争的征伐，另一边则是科学变革的平静。伽利略遭受光荣的拘禁与和缓的谴责是这场变革的平静开幕式，但它却完全改变了人类的思想面貌，最终以科学的飞跃进步爆发出来。新面貌的出现孕育于许多失之毫厘、差之千里的微小变化步骤中，比如心理学家威廉·詹姆斯在给弟弟的信中写道：“我必须根据无情而客观的事实，来铸成每一个句子。”近代的新面貌，正是这种对于普遍原则与无情而客观的事实之间关系的强烈兴趣，以及对具体事实和抽象概括的极度倾心。

进入17世纪，欧洲的社会风气主要存在着两种不同的认识自然的方式。每一种认识方式产生不同的知识和结果。思维风格、技艺、工作方式和限制任意性的方式也各不相同，彼此之间壁垒森严。这种壁垒第一次见于古典世界中“雅典”和“亚历山大”的各行其是。到了惠更斯和年轻的牛顿，他们不仅从事了“实在论－数学的”认识，而且参与了探索型实验，但都是各行其是，各自遵循在他们那里流行的思维风格和行为方式。惠更斯、牛顿，再加上波义耳和胡克，有史以来第一次打破了不同自然认识方式之间的壁垒。

打破思维方式的壁垒首先与政治宗教背景有关，可以称之为“威斯特伐利亚精神”。其次，在三种革命性自然认识方式内部有一些主题可以做些跨越，如测量和通过运动微粒来思考，认识自然的不同方式之间的分界线第一次被跨越，这种跨越带来了新的革命性的转变。在碰撞、圆周运动、光和化学反应等特定主题中，两种不同的自然认识方式成功地结合在一起。

1648年的《威斯特伐利亚和约》和1660年英国王政复辟共同展示了激进转变的前景，和解的意愿和准备做出一定程度的妥协越来越决定着欧洲的气氛。这种新精神首先体现在政治和宗教领域，很快扩展到了与之密切相关的自然认识领域。法国修士马林·梅森是一个具有和解精神的典范。大约从1625年至1648年，梅森在巴黎的修道院几乎与欧洲所有对新的自然认识感兴趣的人都有过通信。他到多德雷赫特拜访了贝克曼，在那里浏览了贝克曼的日记。他是笛卡尔的朋友，在荷兰逗留期间，他成了最新巴黎闲话的信息源，特别是流传的那些关于笛卡尔的闲话。梅森试图把自己的通信网络扩展到伽利略那里，但没有成功。他爱好和平，真正关心别人，所以很讨人喜欢。在许多一心只想着自己和自己的使命、急躁鲁莽的自大狂当中，他是希望的曙光。梅森本人有时对宇宙和谐的不无睿智的研究把混合数学与实验（通常是探索型的，但偶尔也有检验型的）做了一种不太一致的结合；只要可能，还配有计算。只是对于贝克曼和笛卡尔所宣传的不断运动的微粒，他觉得很难办。

自《威斯特伐利亚和约》出现和英国王政复辟以来，这种对不同方法的实用主义处理是司空见惯的。自然哲学家与擅自闯入自然哲学领地的革新者之间的激烈争论终止了。托马斯·霍布斯仍然属于古典自然哲学风格的思想家。基于他本人的运动微粒理论版本，他曾就空气泵的钟形罩下是否有真空这一问题与波义耳展开了一场争论。伽利略的确认为这个世界是数学的体现，但这并不意味着他同时也会对相应的量感兴趣。他推导出了下落速度与距离和时间的关系，但并未提出下落物体在一秒钟之内走过多少距离的问题。注意到伽利略的工作之后，耶稣会的里乔利神父和梅森修士都想弄清楚这个问题。两人都辛辛苦苦做了极为费时的摆的实验，记录的结果却并不准确。根据他们充满了复杂计算的详细报告，惠更斯了解了这个问题。由于受过伽利略思想的训练，惠更斯立刻把它从混合数学和探索型实验的领域重新拉回到“实在论－数学的”自然认识领域。正是从这个朴素的问题出发，他开始了三个月的研究，数学比例和量的确定在他的研究过程中彼此靠近。

比牛顿大13岁的惠更斯大约在1675年，也就是《原理》问世前12年，就已在一份匆匆写就的笔记中引入了一种新概念，接近于“加速的推动力”。接下来他列举了几个例子，然后笔记中断了。他没有继续思考下去，可能因为缺乏“以太”这个含糊不清的概念；而牛顿正是经由带着“主动本原”的以太才发现了力的作用。惠更斯一直停留在意义明确、简单直观的运动微粒机制上。牛顿的《自然哲学的数学原理》问世以后，“引力常数”这个概念正是源于惠更斯的发现。测量和量化这种新的认识工具最强烈地表现于望远镜天文学。从技艺领域发明出来后不久，望远镜成为一种主要为数学的自然认识服务的仪器。惠更斯进一步发展了它，为其配备了精确的刻度，从而在17世纪60年代中期把望远镜变成了一种测量仪器。

与测量相比，“运动微粒”的哲学概念更适合做这样一种思维方式的跨越，它为探索型的实验者解释某种实验结果提供了背景。“运动微粒”的自然哲学是欧洲大陆的产物，它是由贝克曼、伽桑狄，特别是笛卡尔发展出来的。最先了解它的英国人是一批流亡者。17世纪40年代，贝克曼最先构想的“运动微粒”哲学在公众中逐渐流行。1644年，查理一世的许多支持者在一场战役中落败，此后背井离乡。与1660年作为查理二世归来的皇太子一样，纽卡斯公爵威廉·卡文迪许也逃亡巴黎。卡文迪许家族一点一滴地热切吸收着这种哲学，50年代初返回家乡后将其公之于众，将它从神学的概念变成了不再顾及不朽灵魂的无神论哲学。笛卡尔的精细物质微粒则与古希腊斯多亚派的普纽玛和柏拉图的世界灵魂一起混合成了一种极为精细的、无孔不入的东西。这种东西是物质性的，如果需要，可以作为各种精灵现象（幽灵）甚至是魔法效应的载体。它通常被称为“以太”。六七十年代，以太学说与以实践为导向的探索型实验研究结合在一起，产生了“培根式的混合”。

“雅典”风格的微粒哲学家经常争论这样一个问题：世界到底是一个飞舞着原子的空的空间（伽桑狄），还是完全充满着涡旋（笛卡尔）？波义耳本着典型的“威斯特伐利亚”精神认为，强调这两个微粒理论版本之间的共同点远比针对差异喋喋不休地争吵更富成效。他把这两个相互竞争的版本归结为它们的基本观念，即所谓“物质”和“运动”这两个“普遍本原”。波义耳认为，最小的微粒聚集成了更大的比较稳定的单元——“初级凝结物”。通过燃烧、蒸馏等诸如此类的过程，在许多化学反应中会产生各种不同的组合，但最后并不会产生全新的东西。

列文虎克总是用微粒来解释他通过奇妙的透镜所看到的一切，把微粒与自己的观察联结在一起。惠更斯和年轻的牛顿先是认识到可以通过数学来限制运动微粒，然后，波义耳、胡克和牛顿又认识到可以通过探索型实验来限制运动微粒。

要把运动微粒的哲学与另两种自然认识方式中的一种牢牢联结在一起，一个必不可少的前提是先把它从“雅典”的认识结构中解放出来，即对全知和绝对确定性的古老要求必须首先从中剥离。1652年到1656年，惠更斯完成了这一杰作，其诱因是碰撞问题。

惠更斯在莱顿学习时接触了数学的自然认识。他先是以“亚历山大”的方式从事这种自然认识，天才地完善了阿基米德的工作。1652年，23岁的惠更斯从这种新的角度再次研究了笛卡尔的碰撞定律，经过仔细审查，他发现了一些奇怪的事情。笛卡尔宣称，当一个小球碰上一个大球时，小球会以相同的速度弹回，而大球则留在原处不动；如果用两个悬挂在细绳上的弹子球做实验，将会发现，大球肯定也会运动。笛卡尔以完美的雅典方式由他的第一原理导出了他的碰撞定律——这预先赋予了它们以确定性。但与此同时，他很清楚自己关于弹子球的大多数定律是失效的。在他的涡旋世界中，永远都有碰撞发生，但这种碰撞从来都不纯粹，因为毕竟所有微粒都同时在运动。根据伽利略的方法，必须把所有干扰因素从思想中去掉，但在笛卡尔的世界中却无法除去涡旋。它们绝非可以抽象掉的干扰因素，恰恰相反，它们是自然界的核心。

惠更斯断断续续用了四年时间研究碰撞问题。在此期间，他曾为他的双重忠诚而作思想斗争。一方面是笛卡尔的《哲学原理》给他留下的深刻印象，另一方面则是新近出现的一种信念，即运用伽利略的方法，数学的自然认识也可以实际研究自然。伽利略并没有研究来自不同方向的不同大小的球碰撞时会发生什么——这个问题在运动微粒的世界中会更明显；但伽利略研究运动现象的一般方法是有推论的。以“亚历山大”的框架来看，弹子球实际上是一次实验检验，表明笛卡尔的定律站不住脚。极为坚硬和光滑的象牙球在极为光滑的呢绒上的滚动从来没有完全符合理论预期的结果。惠更斯承认，就此而言，笛卡尔是相当正确的。但他现在极具革新性地进一步主张，如果有两套规则，而且在台球桌上已经发现，其中一套与经验直接冲突，另一套则与经验相当接近，那么就等于明确暗示，第一套规则弄错了，应当暂时假定第二套规则是对的。由此我们看到，惠更斯正在完善和革新思维工具：验证性实验的结果与理论预言会有点偏离，但我们可以重新用一个数字模型来试图表达这种偏离。

运动的相对性是伽利略运动理论的核心。运动的相对性表明，无论是小球碰大球还是大球碰小球，这两种情况是一样的，只不过改变了一下参照系。但是在笛卡尔的规则体系中，哪个球碰哪个球却关系甚大。

惠更斯开始借助这条运动的相对性原理来寻找也能使台球手满意的新的碰撞定律。如果不考虑数学表述，则他所提出的定律直到今天仍然会在物理课上讲授。惠更斯从一个特殊情况出发，即两个不同大小的弹子球彼此接近，且两者的重量与速度的乘积是相同的。在这种情况下，两球会各自以碰撞前的速度弹回。现在，如果给小球在其中发生互相碰撞的空间一个任意的速度，就可以确定其他任意一种可能设想的情况。如果小球在特殊情况下彼此远离，它们在所有情况下都会彼此远离，而且是以完全相同的速度。惠更斯对其碰撞规则的推导并不只是基于这种对运动的相对性原理的一致运用。起初，他在推导时曾试图运用“碰撞力”（collision force）这个概念。他假定在速度传递的瞬间，一球对另一球施加了一个力使之弹回。但他很快就放弃了这种想法。在更仔细地思考之后，他认为“力”这个概念太过模糊，不想在这里吃亏。我们不由得想起了在魔法世界图景中起关键作用的隐秘的吸引力和排斥力，笛卡尔曾经试图用其涡旋世界彻底根除这些力。

惠更斯对笛卡尔的决裂是他在研究碰撞的过程中完成的。惠更斯不再相信自己知道世界是如何构造的，不再以“雅典”式的第一原理为基础。他大体上知道世界是由遵循着某些运动定律的微粒构成的，而这些定律必须能用数学来表达。无论是这些定律本身，还是表达这些定律的精确机制，都不能由一种关于世界构造的先入之见推导出来，更不要说确定地推导出来了，我们最多只能称“有可能”。

这些都是激进的，甚至是革命性的观点，却有一副“没有发生什么特别之事”的外表，自然认识史上的重大突破起初并没有被注意到。如果考察自柏拉图以来的自然哲学史，我们就会看到，此前从未有人如此自由地处理过这两种自然认识。各种自然哲学经常混合在一起，同时保留着它们的“思辨性的－教条的”认识结构。一小部分自然哲学偶尔会被用来装点一种潜在的世界图景，或者填补数学推理中的漏洞；但是现在，一种完整的自然哲学第一次被用作假说，其可用性不是事先就被接受下来，而是需要一次次地实验。对一个现代读者来说，这是自然而然的，但在17世纪50年代之前，这种做法的可能性甚至还根本无法设想。

所有这些都使惠更斯形成了一种工作纲领。不仅是碰撞，在任何一个运动领域，笛卡尔的方法都无法与伽利略的相容；惠更斯的任务是将两者的方法调和起来，像笛卡尔那样从运动微粒出发，然后像伽利略那样进行数学处理。通过逐渐运用微粒，惠更斯做出一些伟大的成就。

1665年，惠更斯应路易十四之邀来领导巴黎皇家科学院的研究，罗奥等教条的笛卡尔主义者并不接受他。与此同时，惠更斯也被选为英国皇家学会会员。随着调和工作的进行，惠更斯在研究下落时碰到了问题。什么特殊的微粒机制能够解释伽利略《谈话》中的珍品，即落体的匀加速呢？自牛顿以来，我们知道，如果不引入一种非常特殊的、定义非常明确的“力”的概念，调和是不可能成功的。但惠更斯最终没有让那种超越平衡状态的力的观念进入他的方案。

在同一时间的剑桥，牛顿开始将这两种方法结合在一起。他完全独立地研究了惠更斯大约10年前曾经研究过的那些问题。只不过，牛顿使用了一种自创的力的概念，试图使之服从数学度量和规则。对于碰撞、摆和圆周轨道来说，惠更斯和牛顿都在不知晓对方工作的情况下得出了相同的结果。牛顿一生中有两大创造性时期：1665年到1668年（他著名的“奇迹年”），牛顿独立于惠更斯完成了第四次思维方式的转变；1669年到1679年，他通过与波义耳和胡克的思想交流，参与了第五次转变。牛顿很快从一个自学的新手一举站到了欧洲革命性自然研究的顶峰，而惠更斯也已经确立了自己的声望。抽象与客观的世纪

17世纪是欧洲历史上一个天才的世纪。世纪之初，培根的《论学术之进展》和塞万提斯的《唐·吉诃德》于1605年出版；1616年，哈维在伦敦医院首度发表了血液循环论。牛顿出生前一年1642年，伽利略去世；此前一年，笛卡尔出版了《形而上学沉思》，两年后又出版了《哲学原理》。开普勒、帕斯卡尔、惠更斯、波义耳、洛克、斯宾诺莎、莱布尼茨……这些名字照亮了17世纪的天空。

在此之前，16世纪已经为17世纪准备好了思想土壤。经过中世纪的辗转演变，16世纪的历史性革命形成了三股潮流：一是数学的兴起；二是对自然秩序出自本能的信念；三是中世纪后期思想中过度的理性主义。理性主义是一种信念，认为发现真理的途径主要通过对事物本质做形而上学分析，借着这种分析才能决定事物如何活动与产生作用。16世纪的历史性革命放弃了这种方法，转而研究前因与后果的经验事实。在宗教中，这一革命表现为回溯基督教义之本源，在科学上则表现为求教于实验与归纳法推理。

在《自然史》第四章中，培根写的一段话，反映了17世纪的气象和特征：“无论任何物体，虽然它可能没有感觉，但一定有知觉；当一物体加于另一物体时，它会选择合意的部分相接纳，而排斥不合意的部分；不论这物体是改变他物的或者被他物改变的，在行动之前总有一种知觉存在，否则一切物体都要混同为一。有时这种知觉在某些物体中远较感觉更为精微；感觉与它相形之下是十分鲁钝的：我们只要看看温度计就能测出气候中最微细的冷热差别，这是单凭我们自己无法察觉的。……这是一种很高贵的探究，也是对更精微知觉的探究；知觉是开启自然界的另一把钥匙，与感觉并驾齐驱，有时甚且过之。”在这里，培根把“知觉或相互的感应”与“感官或认识的经验”做了区分，这虽然还不是物理学的思维，但已是唯物主义的观点。这在17世纪是一种全新的感知世界的方式，虽然今天的我们会感到有一种不证自明的理所当然。

17世纪留给后世的另一种思维方式是归纳法的理性根据。培根首先清楚地认识到，经院学派的演绎法与近代归纳法之间的对立性。在培根看来，只要搜集例证时尽量仔细，普遍的规律就会自然呈现。到了18世纪，归纳法暴露了它的问题，主要是通过休谟的批判而完成修正的。然而，在17世纪，作为对16世纪抛弃理性主义、把一切能得出结果的知识都建筑在过去的特殊事例这一遗产的拨乱反正，归纳法重新将理性拉回到认识的方法论中，相信事物的普遍性质可以被认识。这就必须回溯意大利中古主义者所说的那种经院神学的方法。这种经院神学的方法认为，“我们必须观察直接事态，以理性对其本质做普遍的叙述”。归纳法事先假定了一种形而上学；换言之，它是基于一种事先成立的理性主义。引证历史是无法得到理性根据的，除非形而上学已经证明有一种历史可以引证。对未来的猜测也应事先假定某种知识基础，亦即事先认定有一个遵循某些决定因素的未来存在。它是一种由过去某种特殊事例的性质，来推论未来某种特殊事例的性质的方法。在自然科学中，这一群事态可以说是在共同的“时-空”中彼此配合的一套事件；我们可以追溯从某一事态到另一事态的转变过程。我们所涉及的是知识的直接事态中所出现的那个共同的“时-空”。归纳推理从特殊事态推向特殊事态群，再由特殊事态群进向同群中各特殊事态之间的关系。

如果说在培根那里，客观性主要还在“质”，而不在“度量”，那么到了17世纪末，物理学已完全改变了这一点，建筑在量度的基础上。牛顿阐释了“质量”中的共同可量成分。物体的质料、形状、大小、表面等“质”的成分看来相同时，质量也极其相近——三项条件相同的程度越大，质量相等的程度也越大。作用于一物体上的力，不论是接触或是隔着距离，被视为等于物体的质量乘以该力所产生的加速度；这样一来，力就由它对物体运动所起的效果上看出来了。这一概念在整个近代时期，经历了牛顿的测量而获得了巨大成就。从万有引力，到天体力学、工程学与物理学，都是“量”的辉煌胜利。

数学家怀特海在《科学与现代世界》中写道，三大运动定律与万有引力定律的构成，这一思想的全部发展过程，刚好经历两代人物。起于伽利略，终于牛顿的《自然哲学的数学原理》；牛顿出生的年代，伽利略正好逝世。笛卡尔与惠更斯有生之年正好在前后这两人之间。这四人通力合作所获的成就，可以理直气壮地视为人类知识史上最伟大的史无前例的贡献。要估量它的大小，就须看到它的范围的全面性。它为我们提出一个物质宇宙的全貌，使我们能计算至每一个特殊的最微小细节。伽利略是这条思维道路上的先驱。他发现值得注意的决定点不是物体的运动，而是物体运动的改变。牛顿在第一运动定律中这样表述：“任何物体若未受到改变其状态的外力作用，则继续保持其静止状态或等速直线运动状态。”

这个公式革命性的地方在于，它谈到了科学理论中一个必备的基本概念，即一个观念上的独立系统。这个“系统”不是唯我主义的系统，以为万物无法离我独存；这种独立系统是在宇宙范围之内独立存在的。关于这个系统的真理，只要通过一致的系统关系图示去参照其余的事物，便可以成立。“独立系统”因此是在属性上与宇宙其他细部事物没有依存关系的系统。观察者完全抽离于所观察对象的客观性，是17世纪的特点；观察者自身成为所观察的系统一个变量的思维方式，则要到20世纪才会出现。这种观察方式，使得机械宇宙的图景有绝对的确定性。

17世纪终于产生的一种科学思想体系，是数学家为自己使用而拟定出来的。他们擅长处理抽象概念，并从抽象概念中演绎出一系列清晰的推理论证。科学抽象概念的巨大成就，一方面提出了物质与物质在时间空间中的简单定位，另一方面提出了能感觉、感受和推理，但不干涉外界的心灵。17世纪的科学哲学最后达到的实际成果，可以用洛克著述中对质量的一段论述来概括。他根据17世纪的物理学提出了物体第一属性和第二属性的理论。第一属性是实体的基本属性，其“时-空”关系组成了自然界，而这些关系的秩序性组成了自然秩序。自然界的事件以某种方式被生物体上的心灵所感知。在根本上，心灵的感知是相互关联的人体中某些部分产生的事件所引发的。但是心灵在感知时也经历了许多感觉，这些感觉只是心灵本身的性质。于是，物体被认为具有的某种性质，不过是心灵投射于其上的产物。诗人们的抒情实际是自我的抒情和歌颂，而客观的自然界是枯燥乏味的，没有声色，只有质料在毫无意义地、永不停歇地流转。

（参考资料：《世界的重新创造》，[荷]H.弗洛里斯·科恩著，张卜天译，商务印书馆，2020年；《科学与现代世界》，[英]A.N.怀特海著，傅佩荣译，上海人民出版社，2019年；《牛顿新传》，[英]罗布·艾利夫著，万兆元译，译林出版社，2015年） 物理定律科学伽利略·伽利雷牛顿笛卡尔数学家哲学家数学惠更斯原理碰撞理论牛顿运动定律