第06章 科學(xué)的興盛
近代世界與先前各世紀(jì)的區(qū)別，幾乎每一點(diǎn)都能歸源于科學(xué)，科學(xué)在十七世紀(jì)收到了極奇?zhèn)邀惖某晒?。意大利文藝?fù)興時(shí)期雖然不是中古光景，可是也沒有近代氣象；倒比較類似希臘的全盛年代。十六世紀(jì)耽溺在神學(xué)里面，中古風(fēng)比馬基雅弗利的世界還重。按思想見解講，近代從十七世紀(jì)開始。文藝復(fù)興時(shí)期的意大利人，沒一個(gè)會(huì)讓柏拉圖或亞里士多德感覺不可解；路德會(huì)嚇壞托馬斯·阿奎那，但是阿奎那要理解路德總不是難事。論十七世紀(jì)，那就不同了：柏拉圖和亞里士多德、阿奎那和奧卡姆，對(duì)牛頓會(huì)根本摸不著頭腦。
科學(xué)帶來的新概念對(duì)近代哲學(xué)發(fā)生了深刻的影響。笛卡爾在某個(gè)意義上可說是近代哲學(xué)的始祖，他本人就是十七世紀(jì)科學(xué)的一個(gè)創(chuàng)造者。為了能夠理解近代哲學(xué)發(fā)源時(shí)期的精神氣氛，必須先就天文學(xué)和物理學(xué)的方法與成果談一談。
在創(chuàng)立科學(xué)方面，有四個(gè)不同凡響的偉人，即哥白尼、開普勒、伽利略和牛頓。其中哥白尼是屬于十六世紀(jì)的人，不過他在生前并沒有什么威望。
哥白尼（1473—1543）是一位波蘭教士，抱著真純無瑕的正統(tǒng)信仰。他在年輕的時(shí)候旅居意大利，接受了一些文藝復(fù)興氣氛的熏陶。1500年，他在羅馬獲得數(shù)學(xué)講
他的時(shí)光有一大部分好像花在抗擊德意志人和改革幣制上面，但是他利用余暇致力于天文學(xué)。他很早就已經(jīng)相信太陽處在宇宙中央，而地球則作雙重運(yùn)動(dòng)，即每日間的自轉(zhuǎn)和一年一度的繞日回轉(zhuǎn)。盡管他也讓大家知道他個(gè)人的意見，但由于害怕教會(huì)的譴責(zé)，他遲遲沒有公開發(fā)表。他的主要著作《天體回轉(zhuǎn)論》（De Revolutioni bus Orbium CB lestium）是在他逝世那年（1543）出版的，附有他的朋友奧羨德寫的一篇序，序里講太陽中心說無非是當(dāng)作一個(gè)假說提出來的。哥白尼對(duì)這點(diǎn)聲明究竟有幾分認(rèn)可固然不確實(shí)知道，但他自己在書的正文中也作了一些類似的聲明，所以這問題不大關(guān)緊要。這本書題獻(xiàn)給教皇，在伽利略時(shí)代以前逃過了天主教會(huì)的正式斷罪。哥白尼生存時(shí)代的教會(huì)，和土倫特宗教會(huì)議、耶穌會(huì)人以及復(fù)活的異端審判所發(fā)揮出作用后的教會(huì)相比，算是比較寬大的。
哥白尼的著作的氣氛并不是近代氣氛，也許倒不如說它是一種畢達(dá)哥拉斯哲學(xué)的氣氛。一切天體運(yùn)動(dòng)必是等速圓周運(yùn)動(dòng)，這在他認(rèn)為是公理；而且他也像希臘人一樣，聽任自己為審美上的動(dòng)機(jī)所左右。在他的體系中仍舊有“周轉(zhuǎn)圓”，只不過其中心是太陽，或說得確切一點(diǎn)，鄰近太陽。太陽不恰在中央，這件事破壞了他的學(xué)說的單純性。哥白尼雖然對(duì)畢達(dá)哥拉斯的理論有耳聞，他似乎并不知道亞里士達(dá)克的太陽中心說，但是他的理論當(dāng)中沒有絲毫東西是希臘的天文學(xué)家所不可能想到的。他的成就的重要處在于將地球攆下了幾何學(xué)位置獨(dú)尊的寶座。從長(zhǎng)遠(yuǎn)說，這一來基督教神學(xué)中賦予人類在宇宙間的重要地位便難以歸到人身上了。但是他的學(xué)說所產(chǎn)生的這種后果，哥白尼是不會(huì)承認(rèn)的；他的正統(tǒng)信仰很真誠(chéng)，他反對(duì)認(rèn)為他的學(xué)說與圣經(jīng)抵觸的看法。
哥白尼理論中有一些真正的困難。最大的困難是見不到恒星視差。假定位于軌道上任意一點(diǎn)的地球，和半年后的地球所在點(diǎn)距離
關(guān)于落體，又生出另一個(gè)困難。假若地球自西往東轉(zhuǎn)動(dòng)不停，從高處掉落下來的物體不應(yīng)當(dāng)落在起始點(diǎn)的正下方一點(diǎn)，而該落在稍偏西一點(diǎn)才對(duì)，因?yàn)樵谙侣鋾r(shí)間內(nèi)，地球要轉(zhuǎn)過一段距離。這個(gè)問題由伽利略的慣性定律找到解答，但是在哥白尼的時(shí)代，任何答案還拿不出來。
有一本E．A．柏特（Burtt）寫的饒有趣味的書，叫《近代物理學(xué)的形而上學(xué)基礎(chǔ)》（The Meta physicalEoundationsoe Mod－ern Physical Science）（1925），這本書論述了創(chuàng)立近代科學(xué)的那些人所作的許多難保證的假定，講得非常有力量。
他指出一點(diǎn)十分正確，就是在哥白尼時(shí)代，并沒有既知的事實(shí)足以令人非采納他的體系不可，倒有若干個(gè)對(duì)此不利的事實(shí)。“當(dāng)代的經(jīng)驗(yàn)主義者假使生在十六世紀(jì)，會(huì)頭一個(gè)嘲笑這新宇宙哲學(xué)不值一談。”這書總的目的是在表示：近代科學(xué)里的發(fā)現(xiàn)都是從一些和中世紀(jì)的迷信同樣無稽的迷信中偶然產(chǎn)生的幸運(yùn)事件，借此貶低近代科學(xué)的聲價(jià)。我以為這表明對(duì)科學(xué)態(tài)度有誤解。顯出科學(xué)家本色的，并不在他所信的事，而在乎他抱什么態(tài)度信它、為什么理由信它?？茖W(xué)家的信念不是武斷信念，是嘗試性的信念；它不依據(jù)權(quán)威、不依據(jù)直觀，而建立在證據(jù)的基礎(chǔ)上。哥白尼把自己的理論叫作假說是對(duì)的；他的敵派認(rèn)為新的假說要不得，這是一個(gè)錯(cuò)誤。
創(chuàng)立近代科學(xué)的那些人有兩種不一定并存的長(zhǎng)處：作觀察時(shí)萬分耐心，設(shè)假說時(shí)有大無畏精神。其中第二種長(zhǎng)處最早期的希臘哲學(xué)家先前曾有過，第一種長(zhǎng)處在古代晚期的天文家身上也有相當(dāng)程度的表現(xiàn)。但是在古代人中間，也許除亞里士達(dá)克外，沒有人同時(shí)具備這兩種長(zhǎng)處，而中世紀(jì)的時(shí)候，更無人具備任何一種。哥白尼像他的一些偉大的后繼者，兩種兼有。關(guān)于各天體在天球上的外觀運(yùn)動(dòng)，用當(dāng)時(shí)已有的儀器所能知道的一切他全部知道；他并且認(rèn)識(shí)到，地球每日自轉(zhuǎn)一周這種講法和所有天體旋轉(zhuǎn)這講法比起來，是個(gè)較簡(jiǎn)便的假說。現(xiàn)代觀點(diǎn)把一切運(yùn)動(dòng)看成是相對(duì)的，按這觀點(diǎn)來講，他的假說產(chǎn)生的唯一好處就是單純；但這不是哥白尼的看法，也不是他的同時(shí)代人的看法。關(guān)于地球每年一度的公轉(zhuǎn)，這里也有一種單純化，不過不像自轉(zhuǎn)的單純化那么顯著。
哥白尼仍舊需要周轉(zhuǎn)圓，無非比托勒密體系所需要的少些罷了。新理論要等到開普勒發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)定律以后，才獲得充分的單純性。
新天文學(xué)除了對(duì)人們關(guān)于宇宙的想像產(chǎn)生革命性影響以外，有兩點(diǎn)偉大價(jià)值：第一，承認(rèn)自古以來便相信的東西也可能是錯(cuò)的；第二，承認(rèn)考查科學(xué)真理就是耐心搜集事實(shí)，再結(jié)合大膽猜度支配這些事實(shí)的法則。這兩點(diǎn)價(jià)值無論哪一點(diǎn)，就哥白尼講都還不及他的后繼者們發(fā)揮得充分，但是在他的事業(yè)中，這兩點(diǎn)都已經(jīng)有了高度表現(xiàn)。
哥白尼向一些人傳達(dá)了自己的學(xué)說，這里面有的是德意志的路德派信徒；但是當(dāng)路德獲悉這件事，他極為震憤。他說：“大家都要聽這么一個(gè)突然發(fā)跡的星相術(shù)士講話，他處心積慮要證明天空或蒼穹、太陽和月亮不轉(zhuǎn)，而是地球轉(zhuǎn)。哪個(gè)希望顯得伶俐，總要杜撰出什么新體系，它在一切體系當(dāng)中自然是頂好不過的羅。這蠢才想要把天文這門科學(xué)全部弄顛倒；但是圣經(jīng)里告訴我們，約書亞命令太陽靜止下來，沒有命令大地。”
同樣，加爾文也拿經(jīng)句“世界就堅(jiān)定，不得動(dòng)搖”（《詩篇》第九十三篇第1節(jié)），把哥白尼一口罵倒，他叫喊：“有誰膽敢將哥白尼的威信高駕在圣靈的威信之上？”新教牧師至少像舊教教士一樣冥頑不靈；盡管如此，在新教國(guó)家不久就比舊教國(guó)家有了大得多的思想自由，這是因?yàn)樾陆虈?guó)家中牧師的權(quán)力較小的緣故。新教的重要一面不在于樹立異端，而在于分裂教派；因?yàn)榻膛煞至言斐蓢?guó)家教會(huì)，而國(guó)家教會(huì)的力量夠不上控制俗界政權(quán)。這點(diǎn)全然是一種好處，因?yàn)闊o論何處，幾乎對(duì)一切有助于增進(jìn)人世間幸福和知識(shí)的革新，教會(huì)只要能反對(duì)總要反對(duì)。
哥白尼提不出什么支持他的假說的確鑿證據(jù)，因此長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)天文學(xué)家否定這假說。其次的一個(gè)重要天文家是泰寇·布剌（Tycho Brahe，1546—1601），他采取折衷立場(chǎng)：認(rèn)為太陽和月亮環(huán)繞地球，但是各行星環(huán)繞太陽。至于理論方面，泰寇·布剌不大有創(chuàng)見。不過，他給亞里士多德所謂的月球以上萬物不變這個(gè)意見舉出了兩點(diǎn)正當(dāng)?shù)姆磳?duì)理由。一個(gè)理由是1572年出現(xiàn)一顆新星，發(fā)覺這顆星沒有周日視差，因此它一定比月球遠(yuǎn)。另一個(gè)理由是從觀測(cè)彗星得到的，發(fā)覺彗星也很遙遠(yuǎn)。讀者會(huì)記起亞里士多德講的嬗變朽敗限于月球下界的學(xué)說；這學(xué)說正像亞里士多德對(duì)科學(xué)問題發(fā)表的一切別的意見，到底還是對(duì)進(jìn)步的障礙。
泰寇·布剌的重要地位不是按理論家說的，而是按觀測(cè)家說的；他先在丹麥國(guó)王獎(jiǎng)助下、后來在盧多勒夫二世皇帝獎(jiǎng)助下從事天文觀測(cè)。他制訂了一個(gè)恒星表，又把許多年間各行星的位置記下來。在他死前不久，當(dāng)時(shí)還是個(gè)青年的開普勒做了他的助手。對(duì)開普勒講，泰寇·布剌的觀測(cè)結(jié)果是無價(jià)之寶。
開普勒（1571—1630）是說明人假若沒有多大天才，憑毅力能達(dá)到什么成就的一個(gè)最顯著的實(shí)例。他是繼哥白尼之后采用太陽中心說的頭一個(gè)重要天文學(xué)家，但是泰寇· 布剌的觀測(cè)資料表明，太陽中心說按哥白尼所定的形式，不會(huì)十分正確。開普勒受畢達(dá)哥拉斯哲學(xué)的影響，雖是個(gè)虔誠(chéng)的新教徒，卻有點(diǎn)異想天開地傾向太陽崇拜。這些動(dòng)機(jī)當(dāng)然讓他對(duì)太陽中心說有了偏愛。他的畢達(dá)哥拉斯哲學(xué)又引動(dòng)他追隨柏拉圖的《蒂邁歐篇》，設(shè)想宇宙的意義必定寄托在五種正多面體上。他利用這五種正多面體設(shè)想種種假說；最后仗好運(yùn)，有一個(gè)假說正管用。
開普勒的偉大成就是發(fā)現(xiàn)他的行星運(yùn)動(dòng)三定律。其中有兩條定律是他在1609年發(fā)表的，第三條定律發(fā)表于1619年。
他的第一定律說：行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，太陽占居這橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)。第二定律說：一個(gè)行星和太陽之間的連結(jié)線，在相等時(shí)間內(nèi)掃出相等面積。第三定律說：一個(gè)行星的公轉(zhuǎn)周期平方與這行星和太陽之間的平均距離立方成正比。
下面必須略說幾句，解釋一下這幾條定律的重要意義。
在開普勒時(shí)代，前兩條定律只能夠按火星的情況來·證·明；
關(guān)于其它幾個(gè)行星，觀測(cè)結(jié)果和這兩條定律也不抵觸，但那種觀測(cè)結(jié)果還不算明白確立這兩條定律。然而不久以后就找到?jīng)Q定性的證據(jù)。
發(fā)現(xiàn)第一定律，就是說行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，需要有的擺脫傳統(tǒng)的努力是現(xiàn)代人不容易充分體會(huì)到的。所有天文學(xué)家無例外取得意見一致的唯有一件事，就是一切天體運(yùn)動(dòng)是圓周運(yùn)動(dòng)，或是圓周運(yùn)動(dòng)組合成的運(yùn)動(dòng)。遇到用圓不夠說明行星運(yùn)動(dòng)的情況，就利用周轉(zhuǎn)圓。所謂周轉(zhuǎn)圓就是在圓上面滾動(dòng)的另一個(gè)圓的圓周上一點(diǎn)所畫出的曲線。舉個(gè)例子：拿一個(gè)大的車輪平放固定在地面上；再取一個(gè)小車輪，輪上穿透著一顆釘，讓小車輪（也平放在地上）沿大車輪滾動(dòng)，釘尖接觸著地面。這時(shí)釘子在地上的痕跡就畫成周轉(zhuǎn)圓。月球?qū)μ柖?，它的軌道大致屬這類軌道：粗略地說，地球圍繞太陽畫圓，同時(shí)月球圍繞地球畫圓。然而這不過是近似的講法。隨著觀測(cè)精密起來，才知道沒有一種周轉(zhuǎn)圓組配系統(tǒng)會(huì)完全符合事實(shí)。開普勒發(fā)現(xiàn)，他的假說比托勒密的假說跟火星的記錄位置密合得多，甚至比哥白尼的假說也密合得多。
用橢圓代替圓，從畢達(dá)哥拉斯以來一直支配著天文學(xué)的審美偏見就勢(shì)必得拋棄。圓是完美的形狀，天體是完美的物體——本來都是神，即便依柏拉圖或亞里士多德講，和神也有親近關(guān)系。完美的物體必須作完美形狀的運(yùn)動(dòng)，這似乎是明顯的事。況且，既然天體未被推也未被拉，自由地運(yùn)動(dòng)，它們的運(yùn)動(dòng)一定是“自然的”。可是容易設(shè)想圓有某種“自然的”地方，在橢圓就不好想像。這樣，許多根深蒂固的成見先須丟掉，才能夠接受開普勒第一定律。古代的人連薩摩島的亞里士達(dá)克在內(nèi)，誰也不曾預(yù)見到這種假說。
第二定律講行星在軌道的不同點(diǎn)上的速度變化。設(shè)S表示太陽，P1，P2，P3，P4，P 5表示在相等的時(shí)間間隔——譬如說每隔一個(gè)月——行星的相繼位置，開普勒的這條定律說P1SP2，P2SP3，P3SP4，P4SP5這幾塊面積全相等。所以行星離太陽最近時(shí)運(yùn)動(dòng)得最快，離太陽最遠(yuǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)得最慢。這又太不像話；行星應(yīng)該威嚴(yán)堂堂，決不能一時(shí)急促，一時(shí)拖懶。
前兩條定律單另講每個(gè)行星，而第三定律把不同行星的運(yùn)動(dòng)作了比較，所以這條定律很重要。第三定律說：假設(shè)一個(gè)行星與太陽之間的平均距離是r，這行星的周期是T，那么r3被T2除得的商，在不同的行星是一樣的。這條定律證明了牛頓的萬有引力平方反比律（僅就太陽系說）。但是這點(diǎn)我們以后再講。
可能除牛頓以外，伽利略（1564—1642）要算是近代科學(xué)的最偉大奠基者了。他大約就誕生在米凱蘭基羅逝世的同一天，而又在牛頓誕生那年逝世。我把這兩件事實(shí)推薦給還信生死輪回的人，（假使有這種人）。伽利略是重要的天文學(xué)家，但他作為動(dòng)力學(xué)的始祖，或許更重要。
伽利略首先發(fā)現(xiàn)·加·速·度在動(dòng)力學(xué)上的重要性。“加速度”的意思即速度變化，不管速度大小的變化還是速度方向的變化；例如沿圓周作等速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)時(shí)有一個(gè)傾向圓心的加速度。用伽利略時(shí)代以前素來習(xí)慣的用語，不妨說無論是地上或天上，他都把直線上的等速運(yùn)動(dòng)看成是唯一“自然的”運(yùn)動(dòng)。早先一直認(rèn)為天體作圓周運(yùn)動(dòng)、地上的物體沿直線運(yùn)動(dòng)，是“自然的”；但又認(rèn)為地上的運(yùn)動(dòng)物體若聽其自然，會(huì)漸漸停止運(yùn)動(dòng)。伽利略一反這種意見，認(rèn)為一切物體如果聽其自然，都要沿直線按均勻速度運(yùn)動(dòng)下去；運(yùn)動(dòng)快慢或運(yùn)動(dòng)方向的任何變化，必須解釋成由于某個(gè)“力”的作用。這條定律經(jīng)牛頓宣布為“第一運(yùn)動(dòng)定律”，也叫慣性定律。后面我還要再講到它的旨趣，但是首先關(guān)于伽利略的各種發(fā)現(xiàn)的詳情必須說一說。
伽利略是確立落體定律的第一人。只要有了“加速度”概念，這定律單純之至。定律說，物體在自由下落當(dāng)中，若把空齊阻力可能產(chǎn)生的影響除外，它的加速度是始終如一的；進(jìn)一步講，一切物體不問輕重大小，這個(gè)加速度全相同。直到發(fā)明了抽氣機(jī)后，才可能給這條定律作完全證明，抽氣機(jī)的發(fā)明是大約1654年的事。從此以后，便能夠觀察在幾乎等于真空的空間里下落的物體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)羽毛和鉛落得一般快。伽利略當(dāng)時(shí)所證明的是，大塊和小塊的同種物質(zhì)之間沒有測(cè)量得到的區(qū)別。直到他那個(gè)時(shí)代，向來以為大鉛塊總比小鉛塊落得快的多，但是伽利略用實(shí)驗(yàn)證明這不合事實(shí)。在伽利略的時(shí)代，測(cè)量技術(shù)并不是像后來那樣的精密；盡管如此，他仍然得出了真實(shí)的落體定律。假設(shè)物體在真空中下落，它的速度按一定比率增大。在第一秒末，物體的速度是每秒
伽利略又研究了子彈飛行問題，這對(duì)他的雇主塔斯卡尼公說來是個(gè)重要的問題。向來認(rèn)為水平發(fā)射出去的子彈，暫時(shí)間沿水平方向運(yùn)動(dòng)，然后突然開始垂直下落。伽利略證明，撇開空氣阻力不計(jì)，水平速度要遵從慣性定律保持不變，不過還要加上一個(gè)垂直速度，這速度按照落體定律增大。要想求出子彈飛行一段時(shí)間以后某個(gè)短時(shí)間（譬如說一秒鐘）內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況，可采取以下步驟：首先，假令子彈不往下落，它會(huì)走一段和飛行的第一秒鐘內(nèi)走過的水平距離相等的水平距離。其次，假令子彈不作水平運(yùn)動(dòng)，只往下落，那么它就會(huì)按照與飛行開始后的時(shí)間成正比的速度垂直降落。事實(shí)上，子彈的位置變化正好像子彈先按起始速度水平運(yùn)動(dòng)一秒鐘，然后再按照與飛行已經(jīng)歷的時(shí)間成正比的速度垂直降落一秒鐘那時(shí)應(yīng)有的位置一樣。由簡(jiǎn)單計(jì)算知道，結(jié)果形成的子彈路徑是一條拋物線，把空氣阻力的干擾部分除外，這點(diǎn)可由觀察證實(shí)。
以上所講的是動(dòng)力學(xué)中一條效用極廣的原理的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例，那是這樣一條原理：在幾個(gè)力同時(shí)作用的情況下，其效果同假令各力順次作用相同。它是一個(gè)叫作“平行四邊形律”的更普遍的原理的一部分。舉例說，假設(shè)你在一只進(jìn)行中的船的甲板上，橫穿甲板走過。當(dāng)你走的時(shí)候船已往前進(jìn)了，所以你對(duì)于水來說，你既順著船運(yùn)動(dòng)的方向往前動(dòng)了，也橫過船行的方向動(dòng)了。你假若想知道對(duì)于水面說你到達(dá)了什么位置，你可以設(shè)想起先在船進(jìn)行當(dāng)中你立定不動(dòng)，然后在一段相等時(shí)間內(nèi)，你橫著走過船而船不動(dòng)。同一個(gè)原理對(duì)于力也適用。這一來，便能夠求出若干個(gè)力的總效果，并且若發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體所受的幾個(gè)力的各自的定律，便也可能分析物理現(xiàn)象了。創(chuàng)始這個(gè)極有效的方法者是伽利略。
在以上所說的話里，我盡量使用接近十七世紀(jì)的用語。現(xiàn)代用語在一些重要方面與此不同，但是為說明十七世紀(jì)的成就，宜暫且采用當(dāng)時(shí)的表達(dá)方式。
慣性定律解開一個(gè)在伽利略以前哥白尼體系一直無法解釋的啞謎。前面談過，假如你從塔頂上丟落一塊石頭，石頭落在塔腳下，并不落在塔腳略偏西的地方；然而，如果說地球在旋轉(zhuǎn)著，那么在石頭下落當(dāng)中它本應(yīng)該轉(zhuǎn)過一段距離才是。所以不如此，理由就在于石頭保持著在丟落以前和地面上其它一切東西共有的那個(gè)旋轉(zhuǎn)速度。實(shí)際上，假使塔真夠高，那就會(huì)出現(xiàn)與哥白尼的敵派所推想的恰相反的結(jié)果。塔頂因?yàn)楸人_更遠(yuǎn)離地心，運(yùn)動(dòng)得快些，所以石頭應(yīng)該落在塔腳稍偏東的地方。不過這種效果太小，恐怕測(cè)量不到。
伽利略熱心采納太陽中心體系；他與開普勒通信，承認(rèn)他的各種發(fā)現(xiàn)。伽利略聽到有個(gè)荷蘭人最近發(fā)明了一種望遠(yuǎn)鏡，他自己也制了一架，很快就發(fā)現(xiàn)許多重要事情。他發(fā)現(xiàn)銀河是千千萬萬顆單個(gè)的星集合成的。他觀察到金星的周相，這種現(xiàn)象哥白尼原先知道是他的學(xué)說的必然推論，但是憑肉眼無法辯識(shí)。伽利略發(fā)現(xiàn)木星的各個(gè)衛(wèi)星，為對(duì)他的雇主表示敬意，他給這些衛(wèi)星取名“sideramedicea”（梅狄奇家之星）。據(jù)了解這些衛(wèi)星遵守開普勒定律?？墒怯袀€(gè)難處。向來總是說有五大行星、太陽和月球七個(gè)天體； “七”乃是個(gè)神圣數(shù)字。安息日不就是第七天嗎？過去不是有七枝燈臺(tái)和亞細(xì)亞七教會(huì)嗎？那么，還有什么比果然有七個(gè)天體會(huì)更得當(dāng)呢？但是假若須添上木星的四個(gè)衛(wèi)星，便湊成十一——一個(gè)不帶神秘性質(zhì)的數(shù)目。根據(jù)這理由，守舊派痛斥望遠(yuǎn)鏡，死不肯通過它看東西，斷言望遠(yuǎn)鏡只讓人看到幻象。伽利略寫信給開普勒，愿他們對(duì)這些“群氓” 的愚蠢能共同大笑一場(chǎng)；
從信的其余部分看來很明白，“群氓”就是用“強(qiáng)詞詭辯的道理，仿佛是魔法咒語”，竭力要把木星的衛(wèi)星咒跑的哲學(xué)教授們。
大家知道，伽利略先在1616年受到異端審判所秘密斷罪，后來又在1633年被公開斷罪；在這第二次斷罪時(shí)，他聲明悔過改念，答應(yīng)決不再主張地球自轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)。異端審判所如愿以償結(jié)束了意大利的科學(xué)，科學(xué)在意大利經(jīng)幾個(gè)世紀(jì)未復(fù)活。但是異端審判所并沒能阻止科學(xué)家采納太陽中心說，還由于自己的愚昧給教會(huì)造成不少損害。幸虧存在有新教國(guó)家，那里的牧師不管多么急切要危害科學(xué)，卻不能得到國(guó)家的支配權(quán)。
牛頓（1642—1727）沿哥白尼、開普勒和伽利略開拓的成功道路，到達(dá)最后的完滿成功。牛頓從自己的運(yùn)動(dòng)三定律（前兩條定律該歸功于伽利略）出發(fā)，證明開普勒的三條定律相當(dāng)于下述定理：一切行星在每個(gè)時(shí)刻有一個(gè)趨向太陽的加速度，這個(gè)加速度隨它與太陽之間的距離平方反比。他指明，月球向地球和向太陽的加速度符合同一公式，能說明月球的運(yùn)動(dòng)；而地面上落體的加速度又按平方反比律和月球的加速度溝通連貫。牛頓把“力”定義成運(yùn)動(dòng)變化的起因，也就是加速度的起因。他于是得以提出他的萬有引力定律：“一切物體吸引其它一切物體，這引力和兩個(gè)物體的質(zhì)量乘積成正比，和其距離平方成反比。”由這公式他能夠把行星理論中的全部事情，如行星及其衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)、彗星軌道、潮汐現(xiàn)象等都推斷出來。后來又明白，甚至在行星方面，軌道與橢圓形的細(xì)微偏差也可以從牛頓定律推求。這成功實(shí)在完滿，牛頓便不免有危險(xiǎn)成為第二個(gè)亞里士多德，給進(jìn)步設(shè)下難破的壁障。在英國(guó)，直到他死后一個(gè)世紀(jì)，人們方充分?jǐn)[脫他的權(quán)威，在他研究過的問題上進(jìn)行重要的創(chuàng)造工作。
十七世紀(jì)不僅在天文學(xué)和動(dòng)力學(xué)上成績(jī)卓著，在有關(guān)科學(xué)的其它許多方面也值得注目。
首先談科學(xué)儀器問題。復(fù)式顯微鏡是十七世紀(jì)前不久，1590年左右發(fā)明的。
1608年有個(gè)叫李伯希（Lippershey）的荷蘭人發(fā)明望遠(yuǎn)鏡，不過在科學(xué)上首先正式利用望遠(yuǎn)鏡的是伽利略。伽利略又發(fā)明溫度計(jì)，至少說這件事看來極有可能。
他的弟子托里采利（Torricelli）發(fā)明氣壓計(jì)。蓋里克（GuerA icke，1602—86）發(fā)明抽氣機(jī)。時(shí)鐘雖然不是新東西，在十七世紀(jì)時(shí)主要靠伽利略的工作也大大改良。因?yàn)橛羞@些發(fā)明，科學(xué)觀測(cè)比已往任何時(shí)代都準(zhǔn)確、廣泛得不知多少。
其次，除天文學(xué)和動(dòng)力學(xué)以外，在其它科學(xué)里面也有了重大成果。吉爾伯特（Gilb ert，1540—1603）在1600年發(fā)表了論磁體的巨著。哈維（Harvey，1578—1657）發(fā)現(xiàn)血液循環(huán)，1628年公布了他的發(fā)現(xiàn)。雷文虎克（Leeuwenhoek，1632—1723）發(fā)現(xiàn)精細(xì)胞，不過另有一個(gè)叫史特芬·哈姆（StephenHamm）的人，好像早幾個(gè)月前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了。雷文虎克又發(fā)現(xiàn)原生動(dòng)物，即單細(xì)胞有機(jī)體，甚至發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌。羅伯特·波義爾（Robert， 1627—91）是“化學(xué)之父，寇克伯爵之子”，在我年幼的時(shí)候，是這樣教小孩子的；現(xiàn)在他為人們記憶，主要由于“波義爾定律”，這定律說：處在一定溫度下的一定量氣體，壓力和體積成反比。
到此為止，我還沒談到純數(shù)學(xué)的進(jìn)展，但是這方面的進(jìn)展確實(shí)非常大，而且對(duì)自然科學(xué)中許多工作來講，是絕對(duì)必需的。奈皮耳（Napier）在1614年公布了對(duì)數(shù)發(fā)明。坐標(biāo)幾何是由十七世紀(jì)幾位數(shù)學(xué)家的工作產(chǎn)生的成果，這些人當(dāng)中笛卡爾作出了最大的貢獻(xiàn)。微積分是牛頓和萊布尼茲各自獨(dú)立發(fā)明的；它幾乎是一切高等數(shù)學(xué)的工具。這些僅僅是純數(shù)學(xué)中最卓著的成就，別的重大成就不計(jì)其數(shù)。
以上講的科學(xué)事業(yè)帶來的結(jié)果，就是使有學(xué)識(shí)的人的眼光見解徹底一變。在十七世紀(jì)初，托馬斯·布勞恩爵士參與了女巫案審判；在世紀(jì)末，這種事就不會(huì)發(fā)生。在莎士比亞時(shí)代，彗星還是不祥朕兆；1687年牛頓的《原理》（Principia）出版以后，大家知道他和哈雷（Halley）已經(jīng)算出某些彗星的軌道，原來彗星和行星同樣遵守萬有引力定律。
法則的支配力量在人們的想像當(dāng)中牢牢生下了根，這一來魔法巫術(shù)之類的玩意兒便信不得了。1700年的時(shí)候，有學(xué)識(shí)的人思想見解完全近代化了；在1600年，除開極少數(shù)人以外，思想見解大體上還是中古式的。
在本章的下余篇幅里，我想簡(jiǎn)單說說那些看來是十七世紀(jì)的科學(xué)所產(chǎn)生的哲學(xué)信念，以及現(xiàn)代科學(xué)不同于牛頓科學(xué)的若干方面。
第一件該注意的事就是從物理定律中幾乎消除了一切物活論的痕跡。希臘人盡管沒明白地講，顯然把運(yùn)動(dòng)能力看成是生命的標(biāo)志。按常識(shí)來觀察，好像動(dòng)物自己運(yùn)動(dòng)，而死物只在受到外力強(qiáng)制的時(shí)候才運(yùn)動(dòng)。據(jù)亞里士多德的意見，動(dòng)物的靈魂有種種功能，其中有一項(xiàng)是催動(dòng)動(dòng)物的身體。在希臘人的思想中，往往認(rèn)為太陽和行星就是神，或至少是受諸神支配和遣動(dòng)的。阿那克薩哥拉不這樣認(rèn)為，但他是不敬神之輩。德謨克里特不這樣認(rèn)為，但是除伊壁鳩魯派的人以外，大家都輕視他而贊成柏拉圖和亞里士多德。亞里士多德的四十七個(gè)或五十五個(gè)不動(dòng)的推動(dòng)者是神靈，是天空中一切運(yùn)動(dòng)的最終根源。如果聽其自然，任何無生命物體很快會(huì)靜止不動(dòng)；所以要運(yùn)動(dòng)不停止，靈魂對(duì)物質(zhì)的作用須繼續(xù)不斷。
這一切都被第一運(yùn)動(dòng)定律改變了。無生物質(zhì)一旦讓它運(yùn)動(dòng)起來，倘若不被某種外部原因制止住，會(huì)永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。并且，促成運(yùn)動(dòng)變化的外部原因只要能夠確實(shí)找出來，本身總是物質(zhì)性的。不管怎樣，太陽系是靠本身的動(dòng)量和本身的定律運(yùn)行下去的；不必要有外界干涉。也許仍好像需要有神使這個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)起來；據(jù)牛頓說，行星起初是靠神的手拋出去的。但是當(dāng)神做罷這事，又宣布了萬有引力定律，一切就自己進(jìn)行，不需要神明再插手。當(dāng)拉普拉斯（Laplace）提出，或許正是目前在作用著的這種種的力，促成行星從太陽中產(chǎn)生出來，這時(shí)候神在自然歷程中的地位便再被壓低一等。神也許依舊是造物主；但是因?yàn)槭澜缬袥]有時(shí)間開端還不清楚，所以連這點(diǎn)也是疑問。盡管當(dāng)時(shí)大多數(shù)科學(xué)家全是虔誠(chéng)信仰的?？?，在他們的事業(yè)的感召下形成的見解對(duì)正統(tǒng)教義卻有妨害，所以神學(xué)家心感不安是有道理的。
科學(xué)引其的另一件事就是關(guān)于人類在宇宙間的地位的想法發(fā)生了深刻變化。在中古時(shí)代，地球是太空中心，萬事萬物都有關(guān)聯(lián)到人的目的。在牛頓時(shí)代，地球是一個(gè)并不特別顯赫的恒星的一顆小小衛(wèi)星；天文學(xué)距離之大使地球相形下不過是個(gè)針尖罷了?？磥頉Q不會(huì)，這個(gè)龐大的宇宙機(jī)構(gòu)是全為這針尖上的某些小生物的利益有意安排的。何況， “目的”從亞里士多德以來一直構(gòu)成科學(xué)概念的一個(gè)內(nèi)在部分，現(xiàn)在由科學(xué)方法中被驅(qū)逐出去。任何人都可以仍相信上天為宣示神的榮耀而存在，但是什么人也不能讓這信念干預(yù)天文計(jì)算，宇宙也許具有目的，但是“目的”不能在科學(xué)解釋中再占有地位了。
哥白尼學(xué)說本來應(yīng)當(dāng)有傷人類自尊心，但是實(shí)際上卻產(chǎn)生相反效果，因?yàn)榭茖W(xué)的輝煌勝利使人的自尊復(fù)活了。瀕死的古代世界像是罪孽感邪祟纏體，把罪孽感這種苦悶又遺贈(zèng)給了中世紀(jì)。在神前謙卑，既正當(dāng)又聰明，因?yàn)樯窨偸且獞土P驕傲的。疫癘、洪水、地震、土耳其人、韃靼人和彗星，把若干個(gè)陰郁的世紀(jì)鬧得狼狽無措，人感覺只有謙卑再謙卑才會(huì)避開這些現(xiàn)實(shí)的或?qū)⑴R的災(zāi)禍。但是當(dāng)人們高奏凱歌：
自然和自然律隱沒在黑暗中。
神說“要有牛頓”，萬物俱成光明
這時(shí)候要保持謙卑也不可能了。
至于永罰，偌大宇宙的造物主一定還有較好的事操心，總不致為了神學(xué)上一點(diǎn)輕微過錯(cuò)把人送進(jìn)地獄。加略人猶大可能要受永罰，但是牛頓哪怕是個(gè)阿利烏斯派信徒，也不會(huì)入地獄。
自滿當(dāng)然還有許多別的理由。韃靼人已被拘束在亞洲地界，土耳其人也漸漸不成威脅。彗星讓哈雷殺掉了尊嚴(yán)；至于地震，地震雖然仍舊令人恐駭，可是有趣得很，科學(xué)家對(duì)它簡(jiǎn)直談不上遺憾。西歐人急速地富足起來，逐漸成為全世界的主子：他們征服了北美和南美，他們?cè)诜侵藓陀《葎?shì)力浩大；在中國(guó)，受尊敬，在日本，人懼怕。所有這種種再加上科學(xué)的輝煌勝利，無怪十七世紀(jì)的人感覺自己并非在禮拜日還自稱的可卑罪人，而是十足的好樣人物。
有某些方面，現(xiàn)代理論物理學(xué)的概念與牛頓體系的概念是不同的。首先說十七世紀(jì)時(shí)占顯著地位的“力”這個(gè)概念吧，這已經(jīng)知道是多余的了。按牛頓講，“力”是運(yùn)動(dòng)在大小或方向上起變化的原因。把“因”這個(gè)概念看得很重要，而“力”則被想像成推什么或拉什么的時(shí)候所經(jīng)驗(yàn)到的那種東西。因?yàn)檫@緣故，引力超距離起作用這件事被當(dāng)成是萬有引力說的一個(gè)反對(duì)理由，而牛頓本人也承認(rèn)，必定存在著傳遞引力的某種媒質(zhì)。人們逐漸發(fā)現(xiàn)，不引入“力”概念，所有的方程也能夠?qū)懗鰜怼?shí)地觀察得到的是加速度與方位配置間的某種關(guān)系；說這種關(guān)系是通過“力”作媒介造成的，等于沒有給人的知識(shí)增添半點(diǎn)東西。由觀察知道行星時(shí)時(shí)有趨向太陽的加速度，這加速度隨行星和太陽之間的距離平方反變。說這事起因于萬有引力的“力”，正好像說鴉片因?yàn)橛写呙咝埽阅艽呷巳朊?，不過是字句問題。所以現(xiàn)代的物理學(xué)家只敘述確定加速度的公式，根本避免“力”字；“力”是關(guān)于運(yùn)動(dòng)原因方面活力論觀點(diǎn)的幽魂發(fā)顯，這個(gè)幽魂逐漸被祓除了。
在量子力學(xué)誕生以前，一直沒出現(xiàn)任何事情來略微變更頭兩條運(yùn)動(dòng)定律的根本旨趣：就是說，動(dòng)力學(xué)的定律要用加速度來表述。按這點(diǎn)講，哥白尼與開普勒仍應(yīng)當(dāng)和古代人劃歸一類；他們都尋求表述天體軌道形狀的定律。牛頓指明，表述成這種形式的定律決不會(huì)超乎近似性定律。行星由于其它行星的吸力所造成的攝動(dòng)，并不作·準(zhǔn)·確·的橢圓運(yùn)動(dòng)。同樣理由，行星軌道也決不準(zhǔn)確地重復(fù)。但是關(guān)于加速度的萬有引力定律非常簡(jiǎn)潔，牛頓時(shí)代以后二百年間一直被當(dāng)成十分精確。這個(gè)定律經(jīng)過愛因斯坦訂正，依舊是關(guān)于加速度的定律。
固然，能量守恒定律不是關(guān)于加速度而是關(guān)于速度的定律；但在應(yīng)用這條定律的計(jì)算中，必須使用的仍舊是加速度。
至于量子力學(xué)帶來的變革，確實(shí)非常深刻，不過多少可說還是爭(zhēng)論不定的問題。
有一個(gè)加到牛頓哲學(xué)上的變革，這里必須提起，就是廢棄絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)間。讀者會(huì)記得，我們?cè)Y(jié)合講德謨克里特談到過這個(gè)問題。牛頓相信有一個(gè)由許多“點(diǎn)”構(gòu)成的空間，一個(gè)由許多“瞬刻”構(gòu)成的時(shí)間，空間和時(shí)間不受占據(jù)它們的物體及事件影響，獨(dú)立存在。關(guān)于空間，他有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)論據(jù)支持其個(gè)人意見，即物理現(xiàn)象令人能辯認(rèn)出絕對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。假如轉(zhuǎn)動(dòng)桶里的水，水涌上四圍桶壁，中央下陷；可是若不讓水轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)桶，就沒有這個(gè)效果。在牛頓時(shí)代以后，設(shè)計(jì)出了傅科擺實(shí)驗(yàn)，大家一向認(rèn)為這實(shí)驗(yàn)證明了地球自轉(zhuǎn)。即便按最現(xiàn)代的意見，絕對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)問題仍然造成一些困難。
如果一切運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，地球旋轉(zhuǎn)假說和天空回轉(zhuǎn)假說的差別就純粹是辭句上的差別；大不過像“約翰是詹姆士的父親”和“詹姆士是約翰的兒子”之間的差別。但是假若天空回轉(zhuǎn)，星運(yùn)動(dòng)得比光還快，這在我們認(rèn)為是不可能的事。
不能說這個(gè)難題的現(xiàn)代解答是完全令人滿意的，但這種解答已讓人相當(dāng)滿意，因此幾乎所有物理學(xué)家都同意運(yùn)動(dòng)和空間純粹是相對(duì)的這個(gè)看法。這點(diǎn)再加上空間與時(shí)間融合成“空時(shí)”，使我們的宇宙觀和伽利略與牛頓的事業(yè)帶來的宇宙觀相比，發(fā)生大大改變。但是關(guān)于這點(diǎn)也如同關(guān)于量子論問題，現(xiàn)在我不再多談。
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