兆葉孤春T8
2016-05-06
萬有引力定律是牛頓最著名的發現。牛頓警告，不可用此發現把宇宙看成只是機器，猶如一個大時鐘。他說：“重力解釋行星的執行，但不能解釋誰使行星執行。上帝治理萬物，知道一切可做或能做的事。”但是牛頓不相信三位一體論和救恩，而且諷刺的是，他是神聖的劍橋大學三一學院的院士。著名科學哲學家李察·威斯科稱牛頓為“原型自然神論者”（proto-deist），所謂“自然神論”，是相信神創造這世界之後，就讓自然規律去統治這個世界，自己再不插手，世界在自然規律的支配下運轉。牛頓正是抱著這種宇宙觀，所以牛頓對事情的解釋是自然規律加機率，當然沒禱告什麼事。在他那部著名的著作裡面，牛頓明確地說：他認為天體之所以會運動，是因為上帝創造了萬物以後， 也設定了各種自然規律， 比如運動定律等等。上帝先把它們一推，然後天體就按“動者恆動”的定律一直運動下去，事物都就按照自然規律和機率順其自然的發生。上帝不再作任何事情。牛頓的宇宙觀，屬於宗教的另外一個分支，也叫做“機械宇宙觀”、或者“鐘錶宇宙觀”。這種見解當然與基督教的基本教義相去甚遠，難怪循道會創始人約翰·衛斯理（John Welsey）對牛頓的信仰表示懷疑。
牛頓生活的年代相當於明亡之前一年到清雍正5年，《自然哲學的數學原理》一書發表的時間相當於康熙25年。從牛頓《原理》發表的1687年到1840年的150餘年間，牛頓物理學和天文學知識幾乎沒有傳到中國。《原理》一書的基本內容直到鴉片戰爭之後才在中國傳播。
哥白尼的太陽中心說、開普勒的橢圓軌道、牛頓的萬有引力三者相繼傳入中國，它們和中土奉為圭臬的“天動地靜”、“天圓地方”、“陰陽相感”的傳統有天壤之別。這就不能不引起中國人的巨大反響。牛頓學說在中國的傳播決不只是影響了學術界，喚醒了人們對於科學真理的認識。更重要的是，也為中國資產階級改革派發起的戊戌變法（1898年）提供了一種輿論準備。這個運動的主將康有為、梁啟超和譚嗣同等人，無一例外地從牛頓學說中尋找維新變法的根據，尤其是牛頓在科學上革故圖新的精神鼓舞了清代一切希望變革社會的有志之士。
科學與神學
牛頓活了80歲，但他40年用於科學研究，另外40年他居然沉迷於神學。他用許多“科學現象”來證明上帝的存在，甚至在研究地球有多少歲時，他居然用《聖經》推算出6000年。這樣鮮明的對比，很難讓人們把這些事與這個科學巨人聯絡起來。
唯一的遺憾
牛頓一生科學貢獻卓越， 智商290的他是近代科學的鼻祖， 他開拓了向科學進軍的新紀元， 但卻因羞於向女孩表白而白白失去結婚的機會， 然後終生未婚也未育， 便沒有他的後人。 亞里士多德的哲學講求事物的和諧，求和諧思想是正確的，但亞里士多德認為天上的日、月、星辰的執行軌道是圓形，因為只有圓運動才是完美的、和諧的，而地上的運動，例如重物直線下落是凡俗的。古希臘哲學家的和諧思想不能在天與地之間連貫。到了17世紀，牛頓用引力理論和運動三定律把天上行星和它們的衛星運動規律，同地上重力下墜的現象統一起來，實現了天上人間的統一，這是牛頓在自然哲學上的偉大貢獻。眾所周知，牛頓在理解光的本質上持微粒說。但他在同胡、惠更斯等討論光的本質時，說光具有這種或那種本能激發以太的振動。這意味著以太是光振動的媒質（見以太論）。於此，似乎牛頓對光的雙重性有所理解；其實不然，他對以太媒質之存在極似空氣之無所不在，只是遠為稀薄、微細而具有強有力的彈。他又申說，就是由於以太的動物氣質才使肌肉收縮和伸長，動物得以運動。他又進一步以以太來解釋光的反射與折射，透明與不透明，以及顏色的產生，他甚至於設想地球的引力是由於有如以大氣質不斷凝聚使然。《原理》第二編第六章詮釋的結尾說，從記憶中他曾做實驗傾向於以太充斥於所有物體的空隙之中的說法，雖然以太對於引力沒有覺察的影響。14、15世紀以來歐洲的學者對以太著了迷，以太學說風靡一時。當時科學巨擘笛卡兒對以太存在深信不疑。他認為行星之執行可以以太旋渦來解釋。以太學說成為一時哲學思潮。尊重實驗的牛頓也不免捲入這股哲學思潮激流中去，傾向於它存在。當時人們對超距作用看法不一。牛頓曾經指出他的引力相互作用定律，並不認為是最終的解釋，而只是從實驗中歸納出來的一條規則。因此，牛頓並未就引力本質作出結論。
牛頓在科學上的成就須由他的哲學思想和科學方法來尋根求源。牛頓的學生R。科茨曾在《原理》第2版序言中道出了其中的奧妙。古希臘、古羅馬的哲學家憑著對自然現象的觀察和思考（中國戰國時期也有類似之處）總結出論斷，例如泰勒斯的學說：萬物的根源是水。即使像德謨克利特、盧克萊修的原子論，總的來說來評價還是很高的。但是他們的方法憑天才的臆測、思維與辯論，稱之為思辨哲學。到了中世，經院哲學統治著歐洲。科學、哲學淪為神學的奴婢。到15、16世紀，哥白尼、G。布魯諾、伽利略等人不畏入獄、火刑等堅持不屈地向教會作鬥爭，掙脫了侍奉上帝的桎梏。對自然現象的觀察、測量和實驗的風氣逐漸形成了。在物理學科中伽利略的實驗工作是實驗物理學的開端，牛頓深受其影響。隨後牛頓使作為實驗科學的物理學形成一個光輝體系，同時也使科學實驗方法闖入了哲學思想的殿堂。
牛頓認為從現象中可以得出科學原理，或者說科學基本原理可以從現象中導得或推出。牛頓在《原理》和《光學》兩書中明白表達他的做學問的方法，即要明白無誤地區別猜測、假設和實驗結果（及由此而歸納得出的結論），還有從某些假設條件下所得到數學推導。《原理》第一編十四章中處理細微粒子的運動和第二編命題23中設想氣體中有相互排斥質點的模型都是牛頓運用具有物理實質性的數學模型的例子，但是他對這些問題缺少實質性的實驗證據，未能寫出無可辯駁的論述。論者可能認為牛頓只注重從實驗運用歸納法得出定律，而無視演繹法的重要性。這是有違事實的。1713年牛頓在出版《原理》第2版時在給他的學生科茨的信中提到運動定律是居於首位的定律或稱之為公理，並說它們都是從現象中推斷或稱演繹而來的，並運用歸納法使之普適化。牛頓說：“這是一個命題在哲學中所能達到的最高境界的例證。”誠然，必須看到歸納與演繹不能人為地對立起來。恩格斯指出“歸納和演繹正如分析和綜合一樣，是必然相互聯絡著的。不應當犧牲一個而把另一個捧到天上去”。牛頓在此早著先鞭。關於實驗與假設之間的關係，牛頓在各種場合都有論述。他在給奧爾登堡的信中說：“進行哲學研究的最好和最可靠的方法，看來第一是勤勤懇懇地探索事物的屬性並用實驗來證明這些屬性。然後進而建立一些假說，用以解釋這些事物的本性。”給科茨信中說：“任何不是從現象中推論出來的說法都應稱之為假說，而這樣一種假說無論是形而上學的還是物理學的，無論屬於隱蔽性質的還是力學性質的，在實驗哲學中都沒有它們的地位。”牛頓這些論述奠定了自然哲學的基礎，啟開了實驗科學的大門，300年來為自然科學的繁榮立下了不朽功勳。牛頓研究事物規律的方法不同於那些只從簡單的物理假設出發的人，而是透過邏輯的演繹法得到對事物現象的解釋。愛因斯坦指出：“牛頓才第一個成功地找到了一個用公式清楚表述的基礎，從這基礎出發他用數學的思維，邏輯地、定量地演繹出範圍很廣的現象並且同經驗相符合。”“在牛頓之前還沒有什麼實際的結果支援那種認為物理因果關係有完整鏈條的信念。”牛頓是完整的物理因果關係創始人；而因果關係正是經典物理學的基石。牛頓出身於篤信基督教的家庭。在劍橋求學時代，他就懷著宗教生活裡亦如科學實驗一樣可以自由自在的幻想和工作。《原理》完成後，他便著手有關基督教《聖經》的研究，並開始寫這方面的著作，手稿達150萬字之多，絕大部分未發表。可見牛頓在宗教著述上花費了大量時間的精力。關於牛頓在1692～1693年間答覆本特萊大主教4封信論造物主（安拉，真主，上帝，亞伯拉罕）之存在，最為後人所詬病。所謂神臂就是第一推動出於第四封信中。從現代宇宙學來說，第一推動完全可能在物理框架中解決，而無需“神助”。
牛頓反對當時的英國國教。他反對三一教義，但不鮮明表白自己的意志，只是隱蔽地表明不願擔任聖職。總之，在對於宗教問題上牛頓比之於他的先驅者如哥白尼、布魯諾、伽利略等赴湯蹈火而不辭的精神，則遜色多了。
1942年愛因斯坦為紀念牛頓誕生300週年而寫的文章，對牛頓的一生作如下的評價“只有把他的一生看作為永恆真理而鬥爭的舞臺上一幕才能理解他”。此讚語最恰當不過的了。
牛頓的哲學思想和科學方法：
牛頓在科學上的巨大成就連同他的樸素的唯物主義哲學觀點和一套初具規模的物理學方法論體系，給物理學及整個自然科學的發展，給18世紀的工業革命、社會經濟變革及機械唯物論思潮的發展以巨大影響。這裡只簡略勾畫一些輪廓。
牛頓的哲學觀點與他在力學上的奠基性成就是分不開的，一切自然現象他都力圖力學觀點加以解釋，這就形成了牛頓哲學上的自發的唯物主義，同時也導致了機械論的盛行。事實上，牛頓把一切化學、熱、電等現象都看作“與吸引或排斥力有關的事物”。例如他最早闡述了化學親和力，把化學置換反應描述為兩種吸引作用的相互競爭；認為“透過運動或發酵而發熱”；火藥爆炸也是硫磺、炭等粒子相互猛烈撞擊、分解、放熱、膨脹的過程，等等。
這種機械觀，即把一切的物質運動形式都歸為機械運動的觀點，把解釋機械運動問題所必需的絕對時空觀、原子論、由初始條件可以決定以後任何時刻運動狀態的機械決定論、事物發展的因果律等等，作為整個物理學的通用思考模式。可以認為，牛頓是開始比較完整地建立物理因果關係體系的第一人，而因果關係正是經典物理學的基石。
牛頓在科學方法論上的貢獻正如他在物理學特別是力學中的貢獻一樣，不只是創立了某一種或兩種新方法，而是形成了一套研究事物的方法論體系，提出了幾條方法論原理。在牛頓《原理》一書中集中體現了以下幾種科學方法：
①實驗——理論——應用的方法。牛頓在《原理》序言中說：“哲學的全部任務看來就在於從各種運動現象來研究各種自然之力，而後用這些方法論證其他的現象。”科學史家 I。B。Cohen正確地指出，牛頓“主要是將實際世界與其簡化數學表示反覆加以比較”。牛頓是從事實驗和歸納實際材料的巨匠，也是將其理論應用於天體、流體、引力等實際問題的能手。
②分析——綜合方法。分析是從整體到部分（如微分、原子觀點），綜合是從部分到整體（如積分，也包括天與地的綜合、三條運動定律的建立等）。牛頓在《原理》中說過：“在自然科學裡，應該像在數學裡一樣，在研究困難的事物時，總是應當先用分析的方法，然後才用綜合的方法……。一般地說，從結果到原因，從特殊原因到普遍原因，一直論證到最普遍的原因為止，這就是分析的方法；而綜合的方法則假定原因已找到，並且已經把它們定為原理，再用這些原理去解釋由它們發生的現象，並證明這些解釋的正確性”。
③歸納——演繹方法。上述分析一綜合法與歸納一演繹法是相互結合的。牛頓從觀察和實驗出發。“用歸納法去從中作出普通的結論”，即得到概念和規律，然後用演繹法推演出種種結論，再透過實驗加以檢驗、解釋和預測，這些預言的大部分都在後來得到證實。當時牛頓表述的定律他稱為公理，即表明由歸納法得出的普遍結論，又可用演繹法去推演出其他結論。
④物理——數學方法。牛頓將物理學範圍中的概念和定律都“儘量用數學演出”。愛因斯坦說：“牛頓才第一個成功地找到了一個用公式清楚表述的基礎，從這個基礎出發他用數學的思維，邏輯地、定量地演繹出範圍很廣的現象並且同經驗相符合”，“只有微分定律的形式才能完全滿足近代物理學家對因果性的要求，微分定律的明晰概念是牛頓最偉大的理智成就之一”。牛頓把他的書稱為《自然哲學的數學原理》正好說明這一點。
牛頓的方法論原理集中表述在《原理》第三篇“哲學中的推理法則”中的四條法則中，此處不再轉引。概括起來，可以稱之為簡單性原理（法則1），因果性原理（法則2），普遍性原理（法則3），否證法原理（法則4，無反例證明者即成立）。有人還主張把牛頓在下一段話的思想稱之為結構性原理：“自然哲學的目的在於發現自然界的結構的作用，並且儘可能把它們歸結為一些普遍的法規和一般的定律——用觀察和實驗來建立這些法則，從而匯出事物的原因和結果”。
牛頓的哲學思想和方法論體系被愛因斯坦贊為“理論物理學領域中每一工作者的綱領”。這是一個指引著一代一代科學工作者前進的開放的綱領。但牛頓的哲學思想和方法論不可避免地有著明顯的時代侷限性和不徹底性，這是科學處於幼年時代的最高成就。牛頓當時只對物質最簡單的機械運動作了初步系統研究，並且把時空、物質絕對化，企圖把粒子說外推到一切領域（如連他自己也不能解釋他所發現的“牛頓環”），這些都是他的致命傷。牛頓在看到事物的“第一原因”“不一定是機械的”時，提出了“這些事情都是這樣地井井有條……是否好像有一位……無所不在的上帝”的問題，（《光學》，疑問29），並長期轉到神學的“科學”研究中，費了大量精力。但是，牛頓的歷史侷限性和他的歷史成就一樣，都是啟迪後人不斷前進的教材。
