人人都该懂的科学哲学(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：（美）杰弗里·戈勒姆（Geoffrey Gorham）

出版社：浙江人民出版社

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人人都该懂的科学哲学试读：

A　泰勒斯

B　柏拉图

C　毕达哥拉斯

D　亚里士多德2、以下哪一条说法最能说明智慧设计论不是科学？

A　美国联邦法院裁定，在公立学校教授智慧设计论课程违反了美国宪法

B　就算进化论无法解释眼睛是如何出现的，也不代表眼睛就是被设计而成的

C　智慧设计论无法提出任何可供检验的预测

D　生物体上有很多笨拙的"设计”，一点儿也不“智慧”3、以下哪一条有关演绎主义或归纳主义的说法是正确的？

A　演绎推理是数学、纯粹逻辑学等领域的常用方法

B　牛顿认为纯粹理性在科学中发挥着比经验更重要的作用

C　演绎推理不能保证基于已知前提得出的结论一定为真

D　归纳推理能够保证基于已知前提得出的结论一定为真4、以下哪一条最不能反映科学会受到社会的影响？

A　科学的本质是一种人类活动，而人类天生是一种社会动物

B　如今的大学实验室中，通常都是数十位甚至数百位科学家一起共事

C　哥白尼、牛顿和笛卡尔的工作是在比较封闭的环境中完成的

D　现如今，研究成果若要发表，需先经这同行评审程序的评估5、人类面临着许多威胁，请问以下哪一项威胁不是人类技术的产物？

A　核战争

B　全球变暖

C　小行星撞地球

D　实验室中的致命病毒泄露答案 前言科学哲学是什么？

在人类文化发展过程中，科学是一个相对“年轻”的产物，理解自己身边的自然环境似乎是源自内心深处的冲动，是人类所独有的本性。亚里士多德可能算是人类史上第一位伟大的科学家（和科学哲学家），他曾说过：“求知是人类的本性。”就是在这种好奇心的驱使下，人类开始对科学进行哲学反思。人类有理解自然的渴望和能力，而自然也能为人类所理解，这一点似乎总能让科学家为之惊叹。阿尔伯特·爱因斯坦曾说过一句自相矛盾的话：“这个世界的永恒之谜就是，它竟可以被理解。”这个谜正是科学哲学的基本问题之一，也是一个需要我们一直努力解决的难题。也许正如亚里士多德之前的一些哲学家的推测，大自然有其固有的一套语言或理念（logos），正好可以为人类所理解，虽然我们无法解释个中缘由；又或许，科学理论只是将人类的分类方式投射到另一个莫测高深的客观世界。这个世界是由科学发现或建构的吗？时至今日，这个古老的问题仍是科学哲学界热议的话题之一。

再来说说哲学（philosophy）这个词。这个词来自希腊语中的爱（philia）和知识，或者说智慧（sophia），因此，从字面上说，哲学家应该是热爱知识的人。不过，这一解释并没有抓住哲学探究（philosophical inquiry）的准确本质。除了哲学家以外，医生、律师，甚至可能还包括政治家等也大都是热爱知识的人。不过，这些领域通常只需要你集中学习或掌握某些特定学科的知识或专业技能，而哲学的范畴却非常广，涵盖了人类所关切的一切领域。可能正是因为这一点逻辑上的例外，哲学才没有像数学或历史一样确立知识体系。确实，就连面对哲学领域最基本的一些问题，哲学家们都很少达成一致。

哲学区别于其他学科之处就在于，它关心位于一切人类活动或兴趣核心的基本问题和概念：知识的本质、现实的结构、生命的意义和价值等。诚然，哲学会提出一些确定的理论和主张，有一些可能是对的，还有许多可能令人费解。不过，这些都是非常哲学化的理论和主张，它们符合人类对理解和阐明真正基本问题的渴望。简而言之，哲学就是一门追根究底的学问。

相应地，科学哲学的目的就是回答关于科学的基本问题。科学知识与其他类型的知识有区别吗？科学正在一步步接近绝对真理吗？科学会受政治和性别的影响吗？多种多样的科学门类之间是如何彼此关联的？另外，某些科学领域本身就存在一些待解答的哲学问题，比如心理学（机器可以思考吗？）、物理学（这个世界是决定论的吗？）和生物学（进化有趋于复杂的内在倾向吗？）。在本书中，我们会经常谈及这些与特定领域相关的问题。不过，我们主要关心的依然是与科学本质相关的“大问题”。

在20世纪，科学哲学是作为学院哲学（academic philosophy）的专业分支而存在的，它拥有自己的期刊、课程和协会，不过，科学哲学本身其实与哲学一样历史悠久。从古至今，热爱知识的哲学家们折服于科学知识的力量。西方传统中许多最为伟大的哲学家（至少曾经）也是科学哲学家：亚里士多德、笛卡儿、休谟、康德、约翰·穆勒和伯特兰·罗素等。其实，直到最近人们才开始区分哲学和科学。19世纪以前只有哲学或“自然哲学”，牛顿的力学名著就取名为《自然哲学的数学原理》（The Mathematical Principles of Natural Philosophy）。

尽管日常的科学实践中不会常常提到哲学，但前沿的科学问题常常会引出一些深刻的哲学问题，比如有关时空、因果和经验的问题。这就无怪乎一些最伟大的科学家会在其研究方向上表现出非常深刻的哲学性。这些人除了牛顿，还有伽利略、达尔文、尼尔斯·玻尔、阿尔伯特·爱因斯坦、史蒂芬·杰伊·古尔德和史蒂芬·霍金等。正如本书中提到的，最早的科学家就是对自然界有特殊兴趣的哲学家。

尤其是在近来的实践中，你会发现哲学其实是极其抽象的。它在大多数情况下都是如此，毕竟哲学探讨的不是事件的某一个特定状态，而是普遍存在的概念和问题。

正如20世纪杰出的哲学家威尔弗里德·塞拉斯（Wilfrid Sellars）所说，哲学的目的是“理解最广泛意义下的事物是如何在最广泛意义下结合起来的”。科学哲学确实如此。因此，本书的核心章节，也就是第2章到第4章，将在非常普遍的意义上，探讨三个有关科学是如何结合在一起的基本问题：科学的本质是什么？科学的方法是什么？科学的目的是什么？

然而，哲学家也得谨记，科学是人类文化的具体产物，不是抽象的，它有确切的历史，并对人类（和非人类）的福祉产生过巨大影响。因此，本书开篇将先探讨科学的起源，以及它是如何一步步脱离宗教和哲学的。第5章探讨的是，社会和政治力量对科学的渗透有多深，或者说应该有多深。第6章将抛出一个问题，未来可能实现的科学发展对人类来说预示着什么。在本书最后，我们将探讨科学与人类价值观之间的关系。

所有这些问题，我都有自己的见解，读者在阅读本书时，将一次又一次地清晰看到和感受到。不过，我的目的并不是说服你接受我的任何一个观点，而是想让你看到，科学和大自然一样，本身也会产生源源不断的哲学之谜。第1章科学的起源科学起源于何方？为什么说许多伟大的哲学家也是科学哲学家？科学革命是怎么样一步步开启的？

要谈论科学，最基本的问题就是科学是什么？显然，下定义是确定事物本质的方式之一。好的定义会告诉我们成为这个事物必须具备的充分和必要条件。举个例子，“煤矿工人”的定义会告诉我们，要具备哪些独特技能的人才是而且只是煤矿工人。因此，我们也许可以通过定义来明确什么是成为真正科学所需具备的充分和必要条件，进而解释科学是什么。也就是说，我们要划出确定的界限，说明什么在科学界限内，什么在科学界限外。类似地，如果某人想要了解加拿大是什么，我可以直接告诉他加拿大的国界在哪儿：加拿大就是在这些界限内的所有领土之和，落在这些界限之外的不属于加拿大。

在第2章中读者还将看到，就像很多国界是模糊且有争议的一样，要想准确定义科学也会遭遇意想不到的困难。幸运的是，要了解某个事物的本质，除了下定义，还有一种方法可以运用，那就是研究它的历史。我们可以通过一些历史问题来了解加拿大，比如：这块如今被我们称为“加拿大”的领土是如何形成的？它早期的周边国家、经济和社会力量、对内和对外战争等是如何影响其领土轮廓和界限的形成的？

作为开篇第1章，我将用研究历史的方式，通过探索科学的起源及其早期发展，尽可能多地解说科学的本质。既然我们现在的目的是找到科学有别于其他事物的特征，而不是其内在的演化和细化，那么我们重点探讨的阶段将是：从科学脱离古希腊宗教和哲学时起，到科学在17世纪欧洲科学革命（Scientific Revolution）中兴盛时止。待我们基本熟悉科学这一人类奇迹的诞生和成长后，后续章节将继续探讨现代科学的发展。古之源头

我们身处的世界是如何发展成今天这个样子的？它为什么会是今天这样的构造？这些都是宇宙学的问题，宇宙学是最古老的科学。最早的宇宙学家理所当然地认为，自然界里存在的衣物、住所和工具都是由智慧生物设计并制造出来的。改造整个世界是一项极其浩大的工程，假设真的存在这样的智慧生物或神明，他们既然有力量改造整个世界，自然是值得恐惧和崇拜的对象。而在改造世界的过程中，他们也像人类一样，有时需要协作，但在多数情况下是彼此对抗。这一点也体现在各国的传说中。古巴比伦的传说认为，创造这个世界的是至高神马杜克（Marduk），他将对手提亚玛特（Ti’amat）的身体一分为二，便有了天与地。苏美尔人也有自己的“埃里度创世记”（Eridu Genesis），埃及人有努恩（Nun）,努恩在无边无际的汪洋中创造了世界，同时将一些不重要的任务委派给了他的属下。

古代文化利用这些拟人化的神明来解释自然界的起源，以及自然界的变化和循环。为了按时序记录神圣的活动和神迹，并标记与农业活动周期有关的宗教节日，古巴比伦人、古埃及人和古叙利亚人编制过极其详细的星位图，记录天体的运动。当时的算数、几何学，甚至代数都取得了惊人的发展，而这些成果被用到星位图的绘制中，推动了早期天文学的发展。在近代科学出现以前，数学就已经成为人类理解自然不可或缺的工具。不过，虽然有越来越多的早期天文学家选择用数学去描述自然，但他们在解释自然现象的发生过程时，仍然采用超自然和神话的方式。

希腊人当然也有自己的神明和神话创作者。其中最著名的神明要数宙斯和阿波罗，最著名的神话创作者要数荷马和赫西奥德。公元前6世纪时，一种崭新的解释宇宙的方法出现了，这个方法与希腊传统中的神明完全无关或者说几乎无关。如今的土耳其西海岸曾出现过古希腊城邦米利都，那里的一群哲学家建立了宏大的宇宙模型，这些模型中的驱动力主要是自然力和真实存在的事物，而非拥有超人力量的智慧生物或神明。他们认为，一切自然现象都是单一基础物质的不同表现。

比如，古希腊哲学家泰勒斯（Thales）认为这种物质是水，他之所以持此观点，可能是曾观察到水在固态、液态和气态之间转换。他提出，地震是由海洋波动引发的，人们之所以能看见事物，是由于眼球上含水物质的反射。另一位哲学家阿那克萨哥拉（Anaxagoras）并不满足于“单一物质为万物本原”这么简单的理论，他认为所有的物质都是由土、空气、火和水这些基本元素以特定形式混合而成的，有点像是“化学”的概念。他还假设存在着一种基础力——努斯（nous），努斯并不是一个神，而是支配万事万物的准则，或者说，努斯决定了万事万物的命运。另一学派也提出了自己的假设：世界是由微小且不可分割的原子构成的，这些原子处于无止境的运动和碰撞中。这个假设对后来的理论发展具有指导作用，并在17世纪再度重提。这些早期的古希腊宇宙学家们虽然提出了不同的宇宙模型，但他们的目的是一致的：用尽可能简单的、而且非神化的原理去解释人们所处的这个世界。这也是此后宇宙学发展的目标，以及科学发展的总体目标。

古希腊人也很擅长数学，尤其是几何学。欧几里得的《几何原本》（Elements）为几何学奠定了基础，提出了一个演绎推理的模型，从不证自明的公理或假设，一步一步地推理出某些惊人的结论。约翰·奥布里（John Aubrey）曾写过一段著名的趣闻，主角是17世纪的哲学家托马斯·霍布斯（Thomas Hobbes），这个故事充分展示了欧几里得方法的魅力。某天，霍布斯来到朋友家，看到办公桌上有一本摊开的《几何原本》，他瞥了一眼，读到了一则定理，令他非常惊讶。他惊呼道：“这不可能！”于是，霍布斯按照书中的定理证明方法从后往前推导，一个定理接一个定理地验证，执拗地推导到了书的前几页，这才最终相信那则定理的正确性。“而这，”奥布里说，“也让他爱上了几何学。”在之后的两千年里，欧几里得提出的定理一直被认为可能是唯一能够保持一致性的几何学，直到19世纪，人们才发现了其他的几何学理论。

在天文学领域，欧多克索斯（Eudoxus）和克罗狄斯·托勒密（Claudius Ptolemy）很早就将几何学极为准确地引入了天文学研究。托勒密的地心说，即“以地球为中心”的行星系（planetary system）模型将常识和经验正确度结合了起来，该理论为整个16世纪的天文学探究提供了指导，甚至为今天的航海提供了便利。毕达哥拉斯（Pythagoras）是古希腊哲学家、数学家，那个著名的有关三角形的定理也是以他的名字命名。毕达哥拉斯的追随者们带着宗教信徒般的狂热孜孜不倦地研究几何学和算术。他们甚至假设，从某种意义上说，自然界就是由数字构成的，并想象行星轨道会像里拉琴的琴弦一样，演奏出和谐美妙的音乐。毕达哥拉斯学派的学者们坚信大自然在本质上是数学的，是可以理解的，这一点也获得了伽利略、牛顿等科学革命领军人物的认同，并且存在于弦理论等现代物理学基础理论之中。这些，在后文中会进一步加以阐述。

然而，这一普适性的科学观点没有得到苏格拉底的认同。苏格拉底是古希腊最著名的哲学家。比起宇宙结构，苏格拉底更关心美德和正义的本质。他对这些理想的执着追求激怒了雅典城邦的长老们，并因“腐蚀年轻人心灵”而被判死刑。其中一个“被腐蚀”的年轻人就是苏格拉底的学生——伟大的哲学家柏拉图，他用一系列精彩睿智的对话讲述了这些意义重大的事件，这些对话大都收录在《苏格拉底的审判和死亡》（The Trial and Death of Socrates）一书中。

在柏拉图所著的《斐多篇》（Phaedo）中记载了苏格拉底对早期哲学家自然主义方法的幻灭缘由：“过去，我极其热衷于他们所谓的‘自然科学’智慧。我觉得若能知道万事万物的因由，知道它们为什么发生、为什么灭亡、为什么存在，那必将是一件绝妙之事。”但苏格拉底发现，科学只能解释不同事物如何融合，同一事物如何分裂，但不能解释它们为何会具有这样的性质。比如，我们说某样东西是一个“基本单元”，或者说它很大或者很美丽，而这些并不能用它各组成部分的物理或化学结构来阐释。苏格拉底总结道：“我再也也说服不了我自己，我再不相信旧的探究方法可以告诉我一个单元或其他任何东西当前形态的成因，以及它们为何会消失，甚至为何会存在，我再也无法接受这样的方法了。”

因科学声称能解释万事万物的根本性质而对其幻灭的不只有苏格拉底，还有柏拉图。柏拉图其实相当关注宇宙学，他认为在远古时代有一个能工巧匠或者说创世主为混乱的世界带来了秩序。不过，他秉持的形而上学视角还是让他低估了科学知识的价值。树和河流我们都十分熟悉，但柏拉图认为，我们用感官感知到的树和河流至多不过是“理想形式”的树和河流的拙劣模仿。不幸的是，只有当死亡将我们从肉体的“囚牢”中释放时，我们才能充分了解这些理想形式是何模样。而在死亡之日降临前，纯理性的哲学和数学探究模式就是我们最能接近这些理想形式的方式了。根据《斐多篇》所述，苏格拉底在临终前称哲学的特点就是“练习死亡”，并讽刺道，许多人说“哲学家活着实际已经死了”。在柏拉图著名的寓言中，我们绝大多数人就像穴居人一样，凝视着洞穴壁上晃动的影子却对它们永恒而完美的来源无知无觉。可能出于对自己所处时代科学家们的嘲讽，柏拉图称，也许有的穴居人“非常敏锐，在经过时发现了穴壁上的影子，还记下了哪些影子先出现，哪些后出现，哪些同时出现”，但若我们因此而崇拜他们就太荒谬了。

有一种说法是，晚于古希腊的所有哲学都“只是”给柏拉图哲学加的“脚注”。而另一种说法是，若追根溯源，后世所有的自然科学都受到柏拉图弟子亚里士多德的启发。亚里士多德得以流传至今的思想似乎都源自他的讲义而非正式论文，所以可能显得有些杂乱无章、晦涩难懂，但它们所展示的科学智慧具有无与伦比的广度和洞察力。

文艺复兴时期的画家拉斐尔将柏拉图和亚里士多德这对师生相左的思想浓缩到了优美的画作中，也就是著名的《雅典学派》。花白胡须的柏拉图将手虔诚地指向天，代表理念（forms），年轻而富有男子气魄的亚里士多德站在自己老师身边，但向前微微迈了一步，将我们的注意力带回到眼前的环境中，代表感觉（senses）。在亚里士多德看来，所有的知识都源于经验，而对自然界的细致研究是智慧和快乐的源泉。作为医生之子，他对生物格外着迷：“我们应该敢于研究每一种生物，不带有反感或厌恶。”他在《论动物的部分》（Parts of Animals）中说：“每一种动物都会向我们展示出一些自然而美丽的东西。”

不过，细致研究的意义并不仅仅是带来快乐，科学家的真正目的是找到自然现象发生的真正原因。亚里士多德认为，任何自然现象都能用4个原因或理由去解释：质料因（material cause）、动力因（efficient cause）、形式因（formal cause）和目的因（final cause）。以动物的繁衍为例，亚里士多德对此进行过非常细致的研究。质料因是指这一过程中所涉及的“物质”，而在绝大多数情况下，这一物质指雌性的卵子。动力因是指动作或变化产生的直接源泉或“触发点”，亚里士多德认为这是雄性的精子。形式因是指某样事物区别于其他事物的特征。在动物的这个例子中，不同物种各自所特有的特征就是形式因。比如说，理性和两腿直立行走就是人类形式因的一部分。虽然形式因与柏拉图用来解释事物性质的理念论功能相类似，但亚里士多德否认形式因可“脱离”物质本身而独立存在。

最后一个，自然过程的目的因是指它的最终结果或目的。在动物繁衍问题上，这个最终结果就是成年生物体。亚里士多德不相信宇宙有“智慧设计者”，但他确实认为整个自然界有其最终结果或目的。动物的各个部分都有其目的因，心脏的目的是泵血，眼睛是看，诸如此类。将繁衍看作整体，它也有目的因，即永远延续。纯粹的物理过程也有目的因：行星的目的是尽善尽美地完成永恒的圆周运动，而下落物体的目的是“奔赴”地球中心它们“自然静止”的位置，而火是要力争向上。将世界看作一个整体，它的运动取决于神圣的“不动的推动者”（unmoved mover），它就是这个世界的目的因，是万事万物想要成为的对象，因此，它们都会被吸引过去。若以现代眼光去看，认为并非有计划的无意识过程有其目的和目标似乎很怪异，但亚里士多德认为目的是解释自然过程必不可少的因素。正如我们将看到的，放弃最终因果论是现代科学出现的重大转折点。

亚里士多德是第一个详细阐述科学方法的哲学家。依他之见，论证或三段论法的使用对科学推理来说至关重要，它们可以将普遍适用的前提（所有的哺乳动物都会哺育自己的幼崽）与具体的或较为局限的前提（狗是哺乳动物）结合起来，推论出一些事实（狗会哺育自己的幼崽）。注意这类论证的逻辑力量：如果前提为真，结论就必然为真。亚里士多德说，科学论证中的前提即便无法不证自明，也有其必然性。前提既然是必然的，结论也就是必然的，我们也就可以声称推论出的事实是可靠的。

但这就产生了一个显而易见的问题：我们如何能知道科学论证中的前提都是必然的呢？亚里士多德认为这个必然性不能从观察到的实例中归纳而来，因为我们永远无法确定自己是否见过了所有的相关实例。在一场对亚里士多德来说都很晦涩的讨论中，他提出用更直接且依赖直觉力的方法来理解科学的基本原理：“唯有直觉才能比科学知识更真实，因此用以理解科学论证基本前提的也应是直觉。”在这个问题上，亚里士多德表现出的也许是柏拉图对他的影响，与他本身更追求经验、“实事求是”的知识观念相反。不过，他所提出的这个问题，科学如何兼顾必然和经验，成为科学哲学领域长期存在的问题，我将在第3章中再来讨论。

尽管亚里士多德对后世科学发展的影响甚深，但现代科学的两个重要特征对他来说是相当陌生的：实验法和数学定律。在研究动物繁衍时，他一丝不苟地观察并记录了鸡胚胎的变化过程，但从未将鸡蛋置于不同的环境中，观察不同环境对其发育的影响。亚里士多德之所以不愿意做这种实验，部分原因是他认为科学只应该关注自然变化和自然过程，不能人工创造条件。他认为，如果精心设计实验，过度操纵自然条件，我们就不是真正在做科学，而更像是在做艺术或工艺。

另外，亚里士多德虽然提出了一些运动定律，但在阐释这些定律时并没有用到数学定律，都是用非量化的特性进行描述。他似乎认为数学与科学的关联非常有限，至少在天文学以外的领域是如此，这些领域的运动并不像天文学领域的运动一样那么有规律和简单。数学是理想化的，或者说是抽象化的，但大自然的变化是复杂的，受各种因素的影响。举个例子，燃烧是一个复杂的变化过程，涉及土、空气和火，而且与水是相对立的。数字该如何解释这些呢？亚里士多德据此驳斥了毕达哥拉斯学派的观点，称：“他们没有说过任何与火、土这类物质有关的内容，我认为个中原因是他们无话可说，尤其在把他们的理论用于可感知事物上时更是如此。”科学哲学新视野 Philosophy of Science突破到宇宙另一侧

与绝大多数古宇宙学家一样，亚里士多德也主张宇宙是一个有限的球体，其最外层界限周围是区别于其他4大元素的第5种元素。亚里士多德否认虚无空间的存在，认为推测宇宙边界以外什么样子毫无意义，因为根本没有“那样的”地方存在。从亚里士多德时代到17世纪，无限、虚无空间概念的主要支撑是一个思想实验。人们通常认为这一思想实验的提出者是希腊数学家阿契塔（Archytas）。假设宇宙边界处站着一名剑客，他的剑是否可以刺穿边界，伸到另一侧去？如果可以，那边界之外就有空间存在。加之该剑客可以无限次地在新确认的边界处重复戳刺动作，宇宙必定是无限的。如果他的剑刺不过去，就必然有某种坚固的屏障在阻碍它。但这个屏障在剑尖所及之处外，必然还有一个外侧边缘，那么就可以对这个外边缘运用同一个思想实验，并不断重复。关于这一思想实验和类似思想实验的争论贯穿了整个中世纪，最终被约翰·洛克（John Locke）和牛顿援引来支撑现代的无限、绝对空间（和时间）的概念。

亚里士多德对科学的各个领域都有研究，包括宇宙学、物理学、解剖学和心理学，但他对生物学尤为着迷。至于医学，尽管他父亲是医生，但他自己在这方面的研究相对有限。不过，古希腊时期也有伟大的医学家。古医学的发展遵循了与宇宙学类似的道路，对事物的解释从超自然逐渐发展到自然。埃及和美索不达米亚的医术是生理学、鬼神学和巫术的混合体，诊断和治疗依赖于超自然的假说。但古希腊的医学天才希波克拉底（Hippocrates）不同，他坚持通过仔细检查病患身体症状寻找其身体内外的病因，而他当时所写的医生誓言依然被现代医生奉为神圣至理。希波克拉底认为，疾病通常是由人体内化学成分不平衡所致，最好的治疗方法是激发身体自身的免疫系统，而不是动用手术或其他侵入性治疗手段。

这种整体性、系统性的医学方法后来由盖仑（Galen）等人发展概括为疾病的“四体液说”，该理论主导了医学界千年之久。该理论认为，正如在非生物界有4种基本元素（土、空气、火和水），人体内也有达到微妙平衡的4种化学元素：黑胆汁、黄胆汁、血液和黏液。当时的医学带有些微诙谐，这一点即便没有留存到现代医学操作中，至少还在医学术语中保留了些许痕迹：比如“胆汁质”（bilious）和“黏液质”（phlegmatic）。尽管以现代医学的眼光看，希波克拉底有时所用的一些疗法可能显得野蛮，比如放血疗法，但当今医学仍非常关注荷尔蒙、抗体、神经递质等成分间的不平衡。科学哲学新视野 Philosophy of Science芝诺的运动悖论

柏拉图否认理念的世界会受变化影响，在这一点上他深受哲学家巴门尼德（Parmenides）的影响。巴门尼德发现自己难以谈论或想象什么是“非存在”，即便构思虚构生物也并非全然无中生有，因此，他得出了一个激进的结论，世上只存在一样东西，他将之命名为“存在”。依他推论，如果世上存在两样东西，它们势必“不同”，但你无法真正想象出与存在不同的是什么。此外，“存在”是不变的，否则它会先是这个样子，然后又变成“不同”的另一个样子。巴门尼德的推论显然很难理解。但他的学生，也就是才华横溢的芝诺（Zeno）构思了一系列著名论证，以支持自己老师的观点，这些论据旨在证明相信多重性和变化有多么荒谬。

其中几个论据旨在反驳运动的可能性。巴门尼德认为运动是变化的一种，因此否认运动的存在。这些著名的“运动悖论”之一围绕一场赛跑展开：比赛双方是荷马史诗众英雄中速度最快的阿基里斯（Achilles）和乌龟。假设赛程为20米，阿基里斯让乌龟领先5米起跑。

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不管阿基里斯跑得多快，当他跑到5米处时，乌龟都已向前移动了一段距离，假设是2.5米。当他跑到7.5米处时，乌龟又利用这段时间移动了1.25米。如此循环往复。芝诺推论，阿基里斯若要追上乌龟，就得在有限的时间里跑到无限远，但这是不可能的，也就是说，阿基里斯永远追不上乌龟。这就是荒谬之所在：跑得快的永远追不上跑得慢的。这个悖论其实是建立在一个数学错误之上，若是熟悉现代数学的读者就很容易发现。 5 + 2.5 + 1.25 +……之和并不等于无穷，而是10（现代微积分所认为的“极限”）。因此，阿基里斯会在10米处超过乌龟。亚里士多德也发现了这一悖论的谬误之处，尽管他的理解有些晦涩，他认为，阿基里斯有足够的时间超过乌龟，因为时间与空间一样，都是可以无限分割的：他有无限的时间去覆盖无限分割的空间。

不过，换一种描述方式这一悖论就没有那么容易解决了。假设阿基里斯在起跑时右手握着一根接力棒，并在5米处换到左手，再在7.5米处换回右手，如此循环往复。当他在10米处追上乌龟的瞬间，接力棒在他的哪只手上？这个问题看似没有答案，但肯定是有的！从芝诺悖论中衍生出的这一谜题与类似谜题仍然是现代空间、时间和无穷问题的探究核心。中世纪和文艺复兴

在第一个千禧年的头几个世纪中，除古希腊艺术和文学之外，古希腊哲学和科学的基本要素也为罗马文明所采纳和转化，与此同时，希腊自己也对柏拉图和亚里士多德的哲学进行了发展和完善。不过，随着罗马帝国的衰落，随着犹太教、基督教和伊斯兰教的政治权力日益增强，人们越来越忽视或蔑视对古希腊文化的学习。“雅典与耶路撒冷有什么关系，”早期基督教领袖德尔图良（Tertullian）问道，“或者说，学会与教会有什么关系？”尽管希腊思想对圣奥古斯丁（St. Augustine）、波爱修斯（Boethius）等重要人物有过巨大影响，但主要是在神学方面。科学至多是“神学的侍女”。

从5世纪到第一个千禧年结束，欧洲几乎看不到独立的科学探究。不过，大概在9世纪前后，伊斯兰世界，尤其是叙利亚和巴格达，开始广泛翻译和传播亚里士多德的著作。此举带来了哲学活动的兴盛，引发了伊斯兰哲学家阿尔法拉比（Al-Farabi）、阿维森纳（Avicenna）、阿威罗伊（Averroes）和犹太思想家迈蒙尼德（Maimonides）等人关于亚里士多德哲学和宇宙学所蕴含神学意义的争论，这些成了“伊斯兰黄金时代”的组成部分。在千禧年之交前后，科学、数学、天文学、医学也在蓬勃发展，给托勒密的地心说、盖仑的四体液说带来了严峻挑战。不过，黄金时代对科学和宗教之间关系相对开放的态度最终还是被神学所取代，加上十字军和蒙古军入侵的压力，伊斯兰科学在12与13世纪迅速衰落了。

学习之风在中东衰落时，在欧洲却开始了复苏。黄金时代时，现存的亚里士多德著作被翻译成拉丁语，并在过去以柏拉图式基督教神学为主导的欧洲学校和修道院中被广泛学习和研究。伊斯兰教思想一般认为自然哲学或自然科学应当与神学“保持一定距离的”，不过，亚里士多德思想中的经验主义和自然主义倾向却被基督教神学吸收同化了。圣托马斯·阿奎那（St. Thomas Aquinas）经常尊称亚里士多德为“大哲学家”（The Philosopher），他认为科学和宗教，或更广义上的，理性和信仰，是人类认知上帝和宇宙万物的一对互补途径。既然人是上帝按自己的形象创造的，那我们利用自己的智慧去认识世界也是合理的。另外，上帝在创造万事万物时为其注入真正的威力和特殊的性质也是合理的，而这些威力和性质正是科学希望认识的。罗伯特·格罗斯泰斯特（Robert Grosseteste）、罗吉尔·培根（Roger Bacon）等与科学更直接相关的哲学家们倡导实验科学，一是支持实验科学本身，二是因为实验科学可以很好地与宗教共存。

位于牛津、巴黎和博洛尼亚的主要大学是在这种崭新的知识氛围中、在城市中心和贸易急剧增长的影响下建立的，它们除了设置传统的神学课程之外，科学技术类课程也越来越多。14世纪时，有一群人将运动学（自由运动）和动力学（力作用下的运动）间的根本区别引入了物理学，这群人如今被称为“牛津计算师”（Oxford Calculators）。这一区别的引入，让人们自亚里士多德后，第一次可以不考虑运动“原因”的问题，用纯数学的方式分析运动，这样的分析也得出了与现代自由落体定律非常近似的结论。此外，为什么抛掷物在离手后还会继续向上运动，远离其自然静止的位置呢？这是一直困扰亚里士多德物理学的问题，为解决它，让·布里丹（Jean Buridan）提出了冲力理论（impetus theory），这是现代惯性概念的前身。尼克尔·奥里斯姆（Nicole Oresme）也提出了第一批关于地球运动的系统性论点。科学哲学新视野 Philosophy of Science谴责亚里士多德

中世纪时，亚里士多德的哲学是不可能被广泛接受的。有时，这种“异教徒”思想的支持者还会遭到迫害和囚禁，比如罗吉尔·培根。针对受古希腊思想影响的特定学说和文稿的官方谴责，通常来自罗马天主教会。举个例子，1277年，巴黎大主教艾蒂安·唐皮耶（etienne Tempier）谴责了219个神学和科学的“主张”，他认为其中许多与“激进的亚里士多德哲学”有关。格外有趣的是他对下列主张的谴责：● 上帝并不能让天空做直线运动，否则就会在原处留下一片虚空。● 如果天空是静止不动的，火就无法燃烧亚麻，因为在这种情况下时间就不会存在。

这些主张均源于亚里士多德的观点，亚里士多德认为，没有物质的空间和没有运动的时间都是不可能存在的。唐皮耶拒绝接受这些学说，因为它们否认了上帝的无限威力：只要上帝愿意，他怎么就不能创造一个空无一物的空间，一段没有运动的“空闲时间”呢？

尽管这样的谴责似乎是神学对科学领域的非法侵入，但出人意料的是，据皮埃尔·迪昂（Pierre Duhem）等杰出历史学家称，它们可能对推动现代科学诞生有一定助益。在它们的刺激下，科学家和哲学家开始探索“上帝全能”所隐含的物理学和宇宙学意义。举个例子，若上帝可以移动整个宇宙，并随心所欲地停止和恢复它的运动，那么似乎就必须有能让他施展这一威力的空的空间和时间。同样有悖于亚里士多德观点的是，若球状的天空可以仅凭上帝的意志而移动，无须其他力的作用，那么这种运动就没有理由不一直持续下去。对亚里士多德哲学的谴责，帮助奠定了现代惯性概念与绝对空间和时间概念的基础，因为这些都是被亚里士多德哲学排除的内容。

15世纪时，随着欧洲学习之风的“重生”（复兴），科学开始蓬勃发展，百花齐放。柏拉图取代亚里士多德成了哲学灵感的主要源泉。当时的当权派知识分子支持的是个体理性和直接观察，而柏拉图哲学中却常常混有巫术、基督教、犹太教（犹太神秘哲学）和中东的元素，这一折中主义与人们对这些知识分子的普遍不信任脱不开关系。科学在导航技术和军事技术上的应用日益广泛，让科学家们得以在教会、大学以外寻得资金支持，这在一定程度上激发了人们的创新精神。在这种富有冒险精神的知识氛围下，科学的各个领域都有了重大发现，艺术和文学自然更不用说了。不过，这种氛围也阻碍了传统权威巩固自身权力，因而引发了冲突。其中最著名的例子就是一场天文学革命，这一革命否认了地球是宇宙中心，让科学走上了自古典主义时期以来前所未见的独立之路。哥白尼革命

托勒密以地球为中心的宇宙模型得到了常识和亚里士多德的支持，似乎也得到了《圣经》的支持，《约书亚记》第10章第12至13节中便有记载，上帝让太阳“静止”了一整天。数百年来，地心模型在预测行星运动方面表现出极高的准确度，但随着观测技术的改进，支持托勒密的天文学家们不得不对该模型进行无数次有针对性的调整，以维持其准确度。

举个例子，以地球为中心去观察，会发现数颗行星在“逆行”运动，它们会呈之字形和倒回状穿过夜空，而非保持连续的环形轨迹。为了解释这种异常，天文学家们给行星轨道添加了“本轮”（epicycle），行星会沿本轮运动，本轮的中心则是围绕地球运动，就像在“翻筋斗”一样。随着观测到的异常现象不断累加，越来越多的本轮和各种各样的数学手段被引入天文学。波兰天文学家哥白尼将无数次调整后变得极为复杂的模型比作一幅肖像画，画中之人是参照众多各有千秋的美人绘制而成，“最终画成的会是怪物而非人类”。

1514年，哥白尼手写了一本短小精悍的小册子，在其中悄悄阐述了他的日心模型。后来，他对该模型进行了更为深入的研究，并最终写成了一部技术性的专著《天体运行论》（On the Revolution of the Heavenly Spheres），该书于1543年成功问世，据说哥白尼逝世于见到典型的本轮轨道印刷成品的那天。这本书的编辑是德国神学家安德里亚斯·奥西安德（Andreas Osiander），他未经哥白尼同意为该书作了序，其中一句带有歉意：“假设不一定需要是真的，甚至不一定需要有充分依据。相反，只要它们能提供与观察结果相符的预测，那就够了。”至于哥白尼对他的这一表态会作何反应，现在的我们也只能猜测了。奥西安德在此提出的观点是，科学理论的目标仅仅是与观察结果相符，而非与真理相符，尽管这并非是哥白尼的立场，但当科学理论与正统观念相冲突时，这确实是一个很有用的立场。距此100年后，伽利略也正因拒绝采用这样的立场而招致了谴责。

如果与观察结果相符是天文学的唯一目标，那么哥白尼模型想要推翻托勒密模型就几乎毫无胜算了，毕竟后者为与观察结果相符一直在做“翻新”。但德国天文学家开普勒的研究成果大大改变了这一局面。丹麦贵族第谷在汶岛（Hven）拥有自己的天文台，他经仔细观测有了新的发现。开普勒根据他的发现提出，行星轨道应该是稍带椭圆，而非严格的圆形。一旦摆脱亚里士多德对圆形的执着，哥白尼模型至少拥有了不输托勒密模型的准确度。此外，开普勒发现行星的椭圆轨道与它们的运行速度有如下关系：行星与太阳连线在相同时间内“扫过”的区域面积相等。这一定律正如开普勒所期望能发现的那般出人意料而又简洁精妙：他秉持的是毕达哥拉斯的自然观，甚至希望有一天能探测到“天体音乐”。

真正为哥白尼体系带来最终胜利的是其最杰出的捍卫者——伽利略。伽利略1564年出生于意大利比萨，其父是音乐家兼理论家文森佐·伽利莱（Vincenzo Galilei），文森佐在自己的专业领域里也是一个反传统者。起初，伽利略在比萨大学学的是医学，虽然没有证据证明他著名的比萨斜塔实验是在此期间进行的，但他确实很快便转攻了数学和科学领域。他还在一场讲座上根据但丁的《地狱篇》（Inferno）讨论了地狱的位置与尺寸，因而小有名气。后来，他前往著名的帕多瓦大学任教，为天文学完善了望远镜基础技术，并写了一部专著《星空信使》（Starry Messenger）。有了望远镜的观测结果支持，他开始公开捍卫哥白尼体系。他观察到金星有不同的相位，让“地球静止说”难以自圆其说；他观察到木星也有卫星，并将之命名为“美第奇星”（Medicean Stars），以讨好当地贵族美第奇家族；他还观察到月球上有山脉，证明长期流传的亚里士多德学说“天空与陆地具有截然不同的性质”是错误的。

伽利略与哥白尼不同，他精于阐述，有可靠的科学声誉和不断增加的声望。天主教会迫于宗教改革的压力，不得已对他采取了行动。1616年，伽利略的研究成果正式被禁，意大利宗教法庭红衣主教贝拉明（Bellarmine）亲自下令，禁止他“认同、维护、教授”哥白尼体系。对此，伽利略不敢掉以轻心：1600年时，“异端”的自然哲学家布鲁诺被宗教法庭烧死在了火刑柱上，贝拉明正是布鲁诺案审判法官之一。

在接到贝拉明命令后的许多年里，天赋卓绝的伽利略投身于政治敏感性较低的科学问题研究中，比如纯粹数学、流体静力学、运动的本质以及物质的结构。后来，他的故友乌尔班八世（Urban VIII）当选教皇，让他重获了研究哥白尼体系的信心。新教皇或许是想奉行中庸之道，他劝伽利略改用更哲学的阐述，就像奥西安德自作主张为哥白尼做的解释那样。伽利略可以探讨哥白尼体系，但不得声称望远镜观察结果能够证明其体系的正确性，因为“上帝完全可以用截然不同的方式让事物产生我们肉眼所见的效果”。贝拉明也给了他同样的建议：“换个明智的说法，说地球运动、太阳静止比椭圆轨道和本轮更能解释所有天体运动的表象，这样就不会产生任何风险了。”伽利略很快发现，贝拉明所谓的风险是声称哥白尼的假说为真理。科学哲学新视野 Philosophy of Science伽利略和思想实验

伽利略天赋卓绝，既是敏锐的观察者、杰出的数学家、拥有独创性的实验者兼技术员，还是出色的作家，这些天赋很少集中在同一个科学家身上。此外，他还是科学界伟大的“思想实验”设计者之一。面对高度抽象或高度理想化的情况，科学家们无法设计真实的实验，只能在头脑里构思在这样的情况下应该会出现怎样的现象。以爱因斯坦为例，他认为对于运动与静止的观察者来说，光的速度都是一致的，为了了解这个观点会带出怎样的结果，他曾想象自己搭乘在光束上。此类思想实验的意义往往不是检验理论，而是完善理论，看看从逻辑角度，这个理论（或其替代理论）会“导”出什么结果。但它也可能引发经验检验，就像爱因斯坦的思想实验一样。它也可能揭示出，该理论所给出的预测在逻辑上是不可能的。

伽利略也使用了思想实验以反驳普遍为人们所认可的一个假设：不同质量物体下落速度自然不同。他的脑海中出现了2枚炮弹，一枚10磅，一枚1磅，由坚固的长杆连在一起。然后他问：与单独的10磅炮弹相比，这个物体会下落得更快还是更慢？遵从主流的自由落体假设思考，一方面，它更重，因此会下落得更快；另一方面，较小的炮弹应该会对较大的炮弹产生轻微的“拉力”，减缓其下落速度，因此整体而言会比单个10磅炮弹下落得更慢。无须真实实验，这个思想实验就可证明原假设会带来自相矛盾的结果，因此原假设必定存在某种问题。

1632年，伽利略出版了《关于两种世界体系的对话》（Dialogue Concerning the Two Chief World Systems），这是一本通俗易懂的对话体著作，他在书中连珠炮似的抛出了诸多经验性和概念性的论证，这些论证最终决定了托勒密体系的命运。这显然违背了1616年红衣主教贝拉明给他下的命令，他也因此被传唤到罗马宗教法庭，受到了审问和谴责。宗教法庭还命令伽利略公开放弃哥白尼观点，他服从了，称：“我诅咒并憎恶自己说过的谬论。”尽管因谴责而伤心欲绝，健康也因此恶化，但他并未就此放弃研究。聊以慰藉的是，他被软禁之地是佛罗伦萨附近的乡间别墅，离他的修女女儿很近，他在那里一直工作到1642年去世。

伽利略受审的正式罪名是违背了贝拉明的命令，但真正的问题还是源自科学与宗教间的关系，这一点至关重要。伽利略写给大公爵夫人克里斯蒂娜（Christina）的信广为流传，在信中，伽利略公然主张在研究自然过程时科学应占上风。他并没有遵从《圣经》的所谓自然真理，违背了贝拉明的命令，认为科学应成为解释《圣经》的指南：“物理学上已确认的真理才是最适合辅助我们解释《圣经》真理的工具。”同样备受争议的还有科学本身的性质。伽利略认为科学不仅仅要“解释表象”，还应探究“业已证明的”关于这个世界的“真理”。上述争议持续至今，在第4章中我会继续探讨。

伽利略最终撤回了自己的言论，但他绝没有屈从于指控他的人，在科学争论中，他依旧极其固执，甚至傲慢。保存着他著作的意大利博物馆或许也应该保存下他的中指。科学革命

哥白尼革命让地球从宇宙的核心位置掉到了第三位，鼓励了新观念的形成：整个宇宙遵循同样的规则，受同样的力作用。这一观念与亚里士多德的科学截然相反。伽利略的另一伟大成就是逐步发现了适用范围最广的一般规律，既适用于地球附近的天体运动，也适用于发生在任何地方的一切运动。伽利略通过钟摆、斜面和抛射体等一系列实验，证明所有物体（在真空中）下落时的加速度都是一样的，与它们的质量和构成无关。

他解决这个问题的方法有两点违背传统科学或者说亚里士多德科学的关键之处。第一，他的主要关注点在对现象进行精确数学描述，而非对它们本身进行解释或追究原因。亚里士多德认为，大自然远比纯数学对象“繁杂”得多。对于这一点，伽利略能够理解，但他一直坚信，自然之书本质上还是“用数学语言书写的”。第二，他赞赏亚里士多德对自然与人工之间区别的重视，但他认为实验设计对区分和修正物理学基本定律来说必不可少。

伟大的法国哲学家笛卡儿并不只是远远避开了因果思维和形而上学思维，更是认为，只有用全新的自然概念取代有问题的亚里士多德理论框架，科学革命才能成功。亚里士多德及其中世纪的追随者们给大自然填塞了大量性质、力量和界限，但笛卡儿坚称，世界就像运动中的简单广延物（res extensa）一样，适用于极简的数学概念。他认为，任何无法简化为运动中物质的现象，如思想和意志，都是完全脱离自然世界的科学禁区。

这种严格的“机械”自然观在科学领域成果极其丰硕，但也令笛卡儿作出了一些惊人的假设。例如，在这种自然观的驱使下，他将动物视作了“没有头脑的机器”（bête-machines）。传统观念认为，人类、动物、植物都有各自的灵魂。但对于笛卡儿来说，灵魂是一种要么全有、要么全无的物质，他以宗教为由，反对动物拥有灵魂的观点：“蠕虫、苍蝇、毛虫及其他动物像机器般运动的可能性比它们都拥有不朽灵魂的可能性更高。”笛卡儿也否定了血液循环发现者威廉·哈维（William Harvey）认为心脏的运动像泵一样的观点。笛卡儿认为心跳源自一种持续不断的发酵和迅速扩张的过程，而哈维的观点更像是赋予了心脏自己的意志，这一点他无法认同。

尽管存在上述争议，机械哲学还是成了科学革命的指导框架，并用以解释碰撞、气压、重力和化学反应。不过，虽然笛卡儿认为世界是完全由物质填满的“充满物质的空间”（plenum），但同一时期的英国科学家们更赞同“微粒”版本的机械哲学，这种哲学认为所有的现象都可以追溯到微小粒子间的相互作用。罗伯特·波义耳（Robert Boyle）利用这一方法发现了以他名字命名的气体定律，牛顿则是提出了光的微粒说。

笛卡儿哲学中另一富有影响力的代表观点则有关神学、哲学和科学之间的关系，这是自中世纪以来一直极具争议的问题。在《哲学原理》（Principles of Philosophy）一书中，他把所有的知识比作一棵树，“形而上学是根，物理学是树干，其他所有科学就是树干上长出的枝杈”。笛卡儿也曾试图从某些所谓不证自明的上帝的本质和行动中推导出自然法则，进而推导出所有具体现象的定律。神学和形而上学并没有预先将科学成果建立在《圣经》权威或亚里士多德学派权威的基础上，而是自己成了这一科学课题不可或缺的一部分。

哲学家约翰·洛克不认可笛卡儿想从形而上学中推导出物理学的计划，但他认可了修正后的哲学模型，因为该模型是在为科学服务，而不是指挥科学。洛克在自己代表作的序言中写道：“在科学领域，伟大的‘惠天才’（Huygenius）、无双的牛顿先生等都是建筑大师，而对哲学家来说，能够受聘为小工，负责稍微清理下地面，扫走一些挡在知识之路上的垃圾就已算野心勃勃了。”

这一新兴科学对宗教也很有用处。宗教可利用对大自然的深入了解证明其创造者的存在，提供关于其创造者的深刻洞见，就像我们通过阅读作品来了解作者一样。在大自然成为有关“上帝的另一本书”后，科学也就成了某种意义上的“自然神学”。正如弗朗西斯·培根所说，科学是“除上帝之言外，最能纠正迷信、最能滋养信仰的”。在大自然中寻找神的意志有时被称为“目的论”，这种做法在科学革命期间备受争议。虽然笛卡儿将自然规律建立在上帝永恒且连续地创造物质和运动上，但他并不赞同揣测上帝意图的行为，认为这样的行为极其放肆狂妄。超笛卡儿（hyper-Cartesian）哲学家斯宾诺莎断言，在科学中援引上帝意志等于躲在“无知庇护所”中寻求庇护，伏尔泰则把目的论比作非要将人类的鼻子解释为眼镜的理想支架。

真正给目的论以最后一击的是19世纪时达尔文提出的物竞天择的进化论。但在现代科学诞生初期，其中仍存在经验主义思想、哲学思想和目的论思想的混合体。一个很好的例证就是牛顿好友兼支持者塞缪尔·克拉克（Samuel Clarke）与伟大的德国通才戈特弗里德·莱布尼茨（Gottfried Leibniz）之间争论绝对的时间和空间是否存在的信件往来。莱布尼茨反对这些牛顿学说的主要论点之一就是，如果存在绝对的时间和空间，那么就说不清上帝为什么要在这个时间，而非另一个时间创造宇宙，也说不清上帝为什么要把宇宙创造在这个地方，而不是另一个地方了。莱布尼茨也不认同“上帝可以在没有充分理由的情况下随心所欲地促成某事”的观点，认为这种观点是荒谬的。而在科学革命期间，关于绝对时间和空间的这一争议也与其他争议一样，变成了混合有事实因素、神学因素和方法论因素的复杂体。

上文中洛克提到的“无双的牛顿先生”当然是指科学革命时期最伟大的天才艾萨克·牛顿。牛顿出生于普通的乡村家庭，但年幼时就已展现了不俗的数学天赋。牛顿想要揭开自然界各种运动的科学真相，而他发现，要做到这一点就必须发明一种新的数学方法，用统一的、有说服力的方式来表示加速度、瞬时速度、抛物线轨迹等。

1664年是奇迹迭出的一年，剑桥大学瘟疫肆虐，在这一隔离时期，牛顿待在自己的乡间别墅里发明了“流数术”，也就是我们今天所说的微积分。有了流数术这一工具，加上开普勒、伽利略及同为英国科学家的罗伯特·胡克（Robert Hooke）的研究所奠定的基础，1687年，牛顿出版了《自然哲学的数学原理》（下面简称为《原理》）。有了三大运动定律、一个“万有引力”定律和把时间和空间作为无限与绝对容器的模型，牛顿终于能用统一的方法去解释行星的椭圆轨道、伽利略的落体定律、月食和日食、每日的潮汐变化和炮弹的运动路径了。

与同为英国人的波义耳和洛克一样，牛顿坚持的通常是微粒说和经验主义方法论，他拒绝事物内在固有力量与能量的诱惑，认为这些都与经院哲学相关。因此，他在《原理》中宣称：“我不会杜撰任何假说。”不过，早期的《原理》批评家们无一不注意到，牛顿的体系依赖于一种相当神秘的宇宙力量，该力可以在无机械接触的距离上发挥作用。这其实就是地球引力，地球引力问题不但困扰着牛顿，在未来300年中许多物理学重大进步中也都有出现，包括相对论和最前沿的“弦理论”。在现代科学哲学中，使用假设进行推理的合理性一直是主要争议之一，这一点在第3章中会再探讨。

在《原理》出版后那些年中，诸多领域证实了牛顿定律的正确性。从亚里士多德时代开始，彗星一直是个谜。它们的运动没有规则但又有明显的轨道，在它们面前，传统的对天上与陆上物体运动的区分就不成立了。牛顿定律并不支持此类二分法：“大自然是极其简单的，且与其自身是一致的。适用于较大物体运动的推论往往也适用于较小物体。”1705年，牛顿好友埃德蒙·哈雷（Edmond Halley）用牛顿定律证明了之前3次观测到的彗星实际是同一颗，还预测它的第4次出现会在1758年末，而他早已去世，未能亲自观测。1758年圣诞节，彗星真的出现，不久便被命名为哈雷彗星，以纪念埃德蒙·哈雷。利用同样的定律和观测结果，天文学家也可以“倒推出”这颗彗星及其他彗星过往出现的时间，从而解释开普勒和许多中世纪科学家、古代科学家们所记录的观测结果。

牛顿有许多离经叛道的兴趣，比如炼金术和《圣经》考证，他对这些的激情不下于对力学的激情。但他的另一项持久成就来自古代光学领域。他利用一丝不苟的实验和精密的数学方法发现了白光是由各色光谱构成的，并提出了与光的波动说对立的光的微粒说。随着牛顿的发现得到证实并广为人知，它们不仅是科学界颂扬的对象，也成了国家的骄傲。诗人亚历山大·蒲柏（Alexander Pope）的下述诗句把握住了众人，尤其是英国民众对牛顿的热情崇拜：

大自然及其法则隐匿在黑夜；

上帝说，让牛顿来吧！

下一刻便光芒普照！

牛顿力学不仅为未来200年的物理学发展提供了基础理论框架，也设定了整个现代科学的模式。时至今日，一些无须使用爱因斯坦相对论解决的工程问题仍在使用牛顿定律。在现代观念中，科学应该提出普适定律。定律应该具备精确的数学公式，并能运用于复杂系统。假设如果存在着某种实体和力，那么它们的效果必须是可以直接观察并测量的。一种理论的最终评判应该是直接经验，而非哲学权威、政治权威或宗教权威。最后，现代科学主要采用微粒假设，即大型物体和变化过程的特征应该用它们较小部分的运动和相互作用去解释。在后续章节中，我将对这一科学观念所面临的诸多重大挑战进行评判。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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