是什么促成了科学革命?

发布: | 发布时间:2021-02-28,星期日 | 阅读:74

撰文 | 爱德华·格兰特(科学史专家)翻译 | 张卜天

READING导读

科学在西方社会中扎根的最终原因必须在发展起来的科学和自然哲学的本性中去寻找。因此,考察中世纪科学和自然哲学的基本特征也是至关重要的。关于它们,有哪些方面使我们可以说,中世纪对于17世纪兴起的新科学做出了贡献呢?

01
精密科学

如果不考虑医学,那么中世纪的科学可以恰当地分为精密科学(主要是数学、天文学、静力学和光学)和自然哲学。我将集中在自然哲学上。尽管拉丁中世纪保存了精密科学的主要文本,甚至还增加了自己的东西,但我不知道有哪些源于这些著作的方法或技巧变化被证明对于科学革命是重要的。保存这些文本,研究它们,甚至撰写新的相关论著,本身就是重要的贡献。

这些活动不仅使精密科学保持了活力,而且显示有一群人在中世纪有能力在这些科学上开展工作。至少,精密科学的专门知识被保存了下来,这样新科学的那些哥白尼们、伽利略们和开普勒们才有东西可以研究和改进。的确,如果没有这些东西,他们该做什么呢?然而在中世纪,自然哲学的革新要比精密科学多得多。较之精密科学,中世纪的自然哲学更能影响后来的发展。

02
自然哲学:一切科学之母

自然哲学与精密科学在中世纪所扮演的角色截然不同。在自然哲学方面,我们关注的并不仅仅是对希腊—阿拉伯知识的保存,更关注如何将这种遗产变得最终有利于近代科学的发展。在第七章,我们描述了自然哲学的本质特征。现在我们来谈谈它与16、17世纪科学剧变之间的关联。

我还没有讨论自然哲学的一个重要特征,因为在此之前它还不甚相关。然而,在自然哲学与科学革命的关系这个更大的背景上,它极为重要。我把自然哲学称为一切科学之母。当亚里士多德的自然哲学传到西欧时,天文学、数学、几何光学和医学在希腊—阿拉伯传统中早已是独立的科学。

作为“中间科学”,天文学和光学介于数学与自然哲学之间,它们有时被看作自然哲学的一部分。而总是与自然哲学有着密切关系的医学,也是一门独立学科,至少从公元前5世纪起就是如此。中世纪大学有自己的医学院,便体现了对这种独立性的认可。

如果不考虑天文学、数学、光学和医学,那么几乎所有其他科学——物理学、化学、生物学、地质学、气象学、心理学以及它们的所有子学科和分支——都是在16世纪到19世纪作为独立学科从自然哲学这个母体中出现的,只不过出现得很缓慢,大多数学科在19世纪之前并不明显罢了。到了19世纪中叶,自然哲学仍然在美国大学中普遍讲授。宾州的狄金森学院在1845—1846年的授课中是这样定义自然哲学的:

自然哲学被认为是这样一门科学,它考察物体一般的、持久的属性,支配物体的定律,以及在物质不发生改变时物体间的相互作用(距离可大可小)。

这一定义极大地缩小了中世纪自然哲学观念的范围,而且也有显著不同,因为“在中世纪,自然哲学可以划分为力学、流体静力学、流体动力学、水力学、气体力学、声学、光学、天文学、电学、流电学、磁学和色彩学”。到了1850年,也就是自然哲学成为中世纪大学课程之后的大约600年,这个一切科学之母已经子孙兴旺,许多后代显然不愿离开这个舒适的母体,到新的陌生环境中安家落户。不过我们惊奇地看到,经历了中世纪的天各一方,光学和天文学又回来与“母亲”待在了一起。

在数个世纪中孕育这些科学的自然哲学是在中世纪晚期的西欧大学里发展起来的。在人类历史上,这是独一无二的。大学艺学院的自然哲学家将亚里士多德的自然哲学变成了针对自然提出的大量疑问,它们所涉及的各个学科后来都凝结成刚才提到的那些科学。对于每一个疑问,通常都会给出两个以上的结论。当这些在中世纪的自然哲学家看来可以接受的结论在16、17世纪的学者看来不恰当时,革命性变化就发生了。

到了17世纪末,新的物理学和宇宙论观念极大地改变了自然哲学。亚里士多德的宇宙论和物理学在很大程度上被抛弃了。但他关于自然许多其他方面(比如物质变化、动物学、心理学等等)的思想仍然受到重视。在生物学方面,亚里士多德的影响一直持续到19世纪。

尽管中世纪自然哲学发生了转变,后来催生出一系列新的独立的科学学科,但亚里士多德的自然哲学在14世纪就已发生显著转变。这种转变无疑在未来的革命中发挥了作用。但这并非是因为任何特定的科学成就,尽管它们绝非微不足道。中世纪的自然哲学家关注我们认识和通达自然的方式,亦即所谓的科学方法。他们试图说明我们是如何理解自然的,即使他们很少探究这些方法论洞见会引出什么结果。中世纪自然哲学家的方法论成就在第七章中已经谈过。它们是中世纪留给近代早期世纪的遗产的重要部分,这里可以简要提一下。

有些方法变化与数学有关。在对运动作新的数学描述时,布雷德沃丁意识到,自然过程必须用普遍适用的连续数学函数来表示,从而偏离了亚里士多德。经院学者经常将无穷大和无穷小引入自然,像处理有限量那样来处理无穷大和无穷小。

对质的数学处理是中世纪自然哲学的典型特征。尽管这些问题通常是假说性的和假想的,但用数学来解决这些问题却已司空见惯。到了16、17世纪,数学的思想方式(如果不是数学本身的话)已经融入自然哲学。接下来就可以将自然哲学始终如一地应用于实际的物理问题,而不是假想的质的变化了。

然而,对科学的大部分方法论贡献是哲学方面的。经院自然哲学提出了对因果性、必然性、偶然性等概念的恰当解释。一些学者(14世纪巴黎大学著名的艺学教师布里丹便是其中之一)主张,目的因是多余的和不必要的。在他们看来,单凭动力因已经足以确定变化的动因。布里丹还提出了另一种重要的方法论发展,他坚持说,科学真理并不像数学真理那样是绝对确定的,而是只具有一定程度的确定性。

布里丹所说的确定性由一些无法证明的原理所组成,它们是自然科学的基础,例如火是热的,天在运动等等。在布里丹看来,这些原理不是绝对的,而是来自于归纳概括,他说:“它们之所以被接受,是因为在很多情况下都可以观察到它们为真,而没有一处为假。”

正如我们在第七章(下面有介绍)中看到的,布里丹认为这些归纳概括出来的原理是偶然的,因为它们的真是基于“自然的日常进程”而被断言的,这一深刻假定有效消除了不可预测的神的干预对科学的影响。简而言之,在追求自然哲学的过程中不再需要担心奇迹。它还消除了可能偶尔阻碍自然原因起自然作用的偶然事件的作用。只是因为人有时生来有十一个手指,并不能否认在自然的日常进程中,我们应当期待有十个手指。

基于此,布里丹宣称真理是有确定性的。利用理性、经验和归纳概括,布里丹试图通过奥卡姆的剃刀原则,即通过符合现象的最简单的解释来“拯救现象”。布里丹只是挑明了经院哲学家一直在暗示的东西。简单性原理的广泛使用是中世纪自然哲学的典型特征,也是17世纪科学所特有的,开普勒就宣称:“自然会利用尽可能少的手段,这是自然科学中的最高公理。”

于是,中世纪自然哲学家试图研究“自然的日常进程”,而不是异常行为或奇迹。他们将这一方案称为“合乎自然地说”(loquendo naturaliter),即通过自然科学而非信仰或神学来言说。这种表述之所以能够在中世纪自然哲学中出现并且被广泛使用,要归功于这样一些学者,他们认为自己的首要任务就是用纯理性和世俗的术语去解释世界的结构和运作。

第五章和第七章所描述的被广泛假设的“自然的不可能性”或反事实、或有时所说的“思想实验”,是中世纪方法论的一个重要方面。如果一个假想事件在亚里士多德的物理学和宇宙论的现有框架下不可接受,那么就会认为它是“自然地不可能”。自然的不可能性主要源于体现在1277年大谴责中的上帝的绝对权能观念。反事实使得想象力被激发出来。

在中世纪,这些思考导致亚里士多德物理学的各个方面都受到了挑战。虽然亚里士多德已经表明其他世界是不可能的,但中世纪的经院学者却表明,其他世界不仅是可能的,而且还能与我们的世界相容。反事实的物理学和宇宙论中出现的新颖回答虽然并未颠覆亚里士多德的世界观,但它的某些基本原理的确受到了挑战。人们开始意识到,事物或许与亚里士多德哲学的说法极为不同。除了影响16、17世纪的经院学者,这种典型的中世纪方法还影响了一些重要的非经院学者,他们很清楚经院学者所讨论的主题。

中世纪留给17世纪的最有成果的思想之一是,上帝可能消灭物质而留下虚空。例如洛克就基于上帝可能消灭物质任何部分的假设来证明三维虚空的存在。假如上帝果真摧毁一个物体,那么就会留下一个虚空,“因为被消灭物体的各个部分所填满的空间显然会保留下来,它将是一个没有物体的空间”。法国哲学家皮埃尔·伽桑狄(Pierre Gassendi)也以一种稍为复杂的类似方式得出结论说,存在着一个无限的三维虚空。

他分步证明了这一结论的有效性,即先是想象月下世界的物质超自然地消失,然后是月球之上的天界,最后是他想象中越来越大的世界。因为“如果有一个更大的世界,然后还有一个更大的世界,然后还有……以至无穷,上帝相继将它们变为乌有,那么我们可知,空间将变得越来越大,一直到无穷”,所以我们可以“类似地设想,空间及其尺寸沿着各个方向向无限拓展”。同一原理也可用于世界内部。伽桑狄解释说:

哲学经常有必要以这种方式进行,一如他们要我们想象没有任何形式的质料,以使我们理解其本性……因此没有任何东西阻碍我们认为,在月球下方或天球之间包围的整个区域是一个虚空,一旦作出这一假定,我相信任何人以我的方式看待事物都会很容易。

英国大哲学家托马斯·霍布斯(1588—1679)也利用物质的消灭进行分析。尽管他没有把上帝当作消灭者,但霍布斯在作如下断言时,不觉中已经感谢了他的经院前辈:“在讲授自然哲学时,我最好从缺乏开始(正如我已经表明的那样),也就是说,从假定世界被消灭开始。”这使得霍布斯能够提出他的空间和时间概念。

1277年大谴责中的第49条是一种重要的自然不可能性,1277年之后必须承认,上帝能够直线地推动世界,尽管可能留下虚空。上帝绝对权能的这种假想的显现在17世纪的回想不绝于耳。伽桑狄宣称:“如果上帝从目前的位置推动世界运动,那么空间并不会相应地随之运动。”这是在用世界的超自然运动来支持他关于无限空间绝对静止的信念。

作为牛顿的代言人,克拉克在与莱布尼茨的论战中也捍卫了绝对空间的存在性,他主张:“如果空间仅仅是共存事物的秩序(如莱布尼茨所坚持的),那么如果上帝移除整个物质世界,无论速度有多快,空间仍将在同一位置中继续存在。”

最后,反事实的力量最鲜明地体现在牛顿《自然哲学的数学原理》中作为第一运动定律而提出的惯性原理中:“每个物体都继续(或保持)其静止或匀速直线运动的状态,除非有力加于其上迫使其改变这种状态。”在中世纪的思想文化中,观察和实验不起什么作用,反事实就是一种强大的工具,因为反事实强调形而上学、逻辑和神学,而这些学科都是中世纪自然哲学家所擅长的。

这里以及第七章中所描述的科学方法即使贯彻下去也不会产生新知识。任何方法都不大可能做到这一点。但它们的确产生了新的概念以及关于自然和世界的诸种假设。伽利略等科学革命者继承了这些态度,他们大多数人对此都是赞成的。

伽利略

03
中世纪自然哲学与科学语言

中世纪留给近代早期科学的另一份遗产是一套广泛而复杂的术语,它们构成了科学讨论的基础,比如“潜能”“现实”“实体”“属性”“偶性”“原因”“类比”“质料”“形式”“本质”“属”“种”“关系”“量”“质”“位置”“虚空”“无限”等等。这些亚里士多德的术语是经院自然哲学的重要组成部分。但中世纪自然哲学的语言并不只是由翻译过来的亚里士多德术语组成的。

新的概念、词项和定义被加入进来,特别是在变化和运动领域。中世纪自然哲学家区分了动力学(讨论运动的原因)和运动学(讨论运动的时空结果),还区分了对质的强度的度量(质的幅度(本义为“宽度”),latitudo qualitatis)和分布于整个物体(质的长度,longitudo qualitatis)的质的总量。

例如,中世纪自然哲学家区分了热的强度(温度)和热的量,区分了总重量(广度因子)和比重(强度因子)。他们还提出了一系列在物理学史上很重要的新的运动学定义,包括匀速运动(motus uniformis)、匀加速运动(motus uniformiter difformis)和瞬时速度(velocitas instantanea)等等。在动力学方面,他们运用了被注入的力或冲力概念,一直到17世纪,它在物理学中仍然起着作用。到了17世纪下半叶,这些术语、概念和定义已经渗透在欧洲自然哲学家的语言和思维过程中。

04
中世纪自然哲学与科学问题

中世纪自然哲学在过渡到近代早期科学的过程中还扮演了另一个关键角色。至少有一些基本问题训练了16、17世纪非经院自然哲学家的头脑。为了说明中世纪的问题如何影响了新科学的发展,我们只需提到第六章对伽利略处理运动的讨论,他关注的乃是在充满物质的空间和虚空中运动的传统中世纪问题。这些问题的解决是伽利略构建的新物理学的核心。与关于地界和天界的无数问题一样,虚空问题也是中世纪留下的遗产。物理学和宇宙论革命并非是用新问题来取代中世纪的问题,而是给旧问题寻找新答案,至少开始时是这样。这些答案有时会涉及实验,这在中世纪是罕见的。

“自然厌恶虚空”这一中世纪原理提供了很好的说明。有无数这类经验可以用这条原理来解释为什么虚空不可能存在,比如封闭容器中的一支燃烧的蜡烛;水在虹吸管中上升;血在吸杯中上升;滴漏计时器(水钟)以及两个平面的分离等等。这些现象尽管各不相同,却都可以通过自然厌恶虚空来作传统解释。为了阻止虚空形成,物质将以奇特的、甚至是自然不可能的方式来行为。然而到了16世纪,许多自然哲学家通过人造真空解释了同一现象。以前被否认的现在被肯定了。旧问题有了新答案。

中世纪自然哲学家提出了关于自然的数百个特定疑问,他们给出的回答包含了大量科学信息。这些疑问大都有多种回答,如何选出最好的答案并不清楚。在16、17世纪,那些不同意亚里士多德的学者又给出了新的回答。改变的大都是回答,而不是问题。虽然回答改变了,但中世纪学者和科学革命时期的学者对许多基本问题并不陌生。从1200年左右开始,大学里的中世纪自然哲学家对物理世界的本性和结构表现出极大关注。科学革命的缔造者继续了这一传统,它那时已经成为西方社会思想生活不可分割的一部分。

05
探索的自由和理性的自治

中世纪不仅流传下来历经数个世纪的传统自然哲学(其中许多以疑问形式写成),而且留下了一份非凡遗产,那就是相对自由的理性探索。中世纪的哲学传统是在大学艺学院中形成的。几乎从一开始,艺学教师就在尽可能地争取学术自由。他们试图保存和拓展哲学研究。艺学教师自认为是这门学科的守护者,他们力图将理性运用于物理世界的问题。艺学院的独立地位以及无数权利和特权使他们在中世纪获得了惊人的自由度。

尽管神学一直是自然哲学研究的一个潜在障碍,但神学家并不怎么反对自然哲学,很大程度上是因为他们对此也有深入研究。中世纪著名神学家大阿尔伯特认为,自然哲学独立于神学。到了13世纪中叶,他认为自己在神学上已经足够专业,能够在神学领域给出可靠的观点,但他承认,在物理学领域,他更信任“逍遥学派的观点”,而不是他自己的观点。到了13世纪末,大学的艺学院实际上已经独立于神学院。1277年大谴责是神学家禁止艺学教师探索自然哲学的最后一次重要努力。神学家所谴责的一些条目不经意间揭示了许多自然哲学家对自己作用的看法。其中最有趣的有:

40. 没有任何状态比投身于哲学更好。

145. 任何可以通过理性去争辩的问题,哲学家都会去争辩和解决……

150. 不应满足于诉诸权威而对任何问题有确定看法。

不难看出,如果这些观点被自然哲学家广泛接受,为什么神学家会感到不安。哲学被认为高于神学,而且不论是教会的还是《圣经》的权威,都不能作为论证的最终根据。只有合乎理性的论证才是可接受的。我们可以看到,如果自然哲学家能够基于这些看法自由地建立他们自己的学科标准,那么神学将起不到什么作用。即使神学起了作用,理性也会被用于启示,导致灾难性的后果,就像17、18世纪所发生的那样。自然哲学的理念是仅仅使用合乎理性的论证。中世纪自然哲学是最为典型的理性事业。

如果说自然哲学家的崇高目标在中世纪没有完全实现,那么实现它的道路显然是在那一时期铺就的。到了13世纪末,哲学(包括其主要的分支自然哲学)已经成为大学中的一门独立学科。尽管艺学教师一直受到宗教教义的限制,但出现教义问题的学科领域是有限的。在13世纪,艺学教师已经学会了如何应对亚里士多德思想中成问题的方面——他们或者假说性地处理问题,或者宣布他们只是在重复亚里士多德的观点,甚至当他们详细阐述他的论证时也是如此。

在中世纪,自然哲学仍然是亚里士多德给出的样子:一门本质上世俗的理性学科。之所以如此,是因为艺学教师力争保存它。在这一过程中,他们将自然哲学改造成为一门独立学科,将理性探究物理世界的一切问题作为自己的目标。14世纪30年代,奥卡姆表达了大多数艺学教师和许多神学家关于自然哲学的看法,即一门独立的理性学科:

与神学无关的关于自然哲学的断言不应遭到严厉谴责,或不允许任何人去研究,因为在这些事情上,任何人都应当随心所欲地自由发表意见。

自然哲学中自由探索的精神始于中世纪的艺学院。学者们给出了在学科限度内所能给出的最好回答。在第七章中,我描述了对待亚里士多德权威的各种不同进路。然而,应当强调的是,自然哲学家认为在论证中使用理性而非信仰是他们的义务。撰写自然哲学著作的神学家通常采取这一进路。尽管他们明白亚里士多德的思想会给信仰带来麻烦,但他们认识到,诉诸信仰并不能构成论证。

奥雷斯姆在用理性来驳斥亚里士多德关于世界永恒的论证时就采取了这种态度。正如他所说:“我希望用自然哲学和数学来证明相反的结论。这样可以清楚地表明,亚里士多德的论证并非决定性的。”撇开神学和信仰不谈,亚里士多德的解答有时被认为存在缺陷。例如,在关于《物理学》的疑问的前言中,布里丹说,几乎在任何一个疑问中,亚里士多德的回答都不能让人满意。正如在第七章中所提到的,奥雷斯姆暗示亚里士多德可能误解了他本人在《物理学》第七卷中所提出的运动规则。

经院哲学家也知道他们自己的局限性。布里丹在一个困难的疑问中表达了自己相当的不确定,他说,“由于每一方都可能给出多种论证,而且得到清晰证明的论证还不够”,他不应当支持任何一方。在另一处,他给出了自己的解释,“除非有人找到更好的解释”这些怀疑并不经常出现,但已经足以使我们想到,中世纪的自然哲学家至少意识到了给每一个疑问提供解答的困难。然而,尽管有些犹豫不决,他们仍然认为自由探讨各种形式的问题并给出回答是他们的义务。

哥白尼《天球运行论》手稿

16、17世纪的自然哲学学者是中世纪自然哲学家培养的自由探索精神的受益者。但大多数人都不知道他们的遗产,甚至是拒绝它的存在,而去嘲笑亚里士多德主义的经院哲学家和经院哲学。他们的批评并非没有道理。自然哲学的进程是该改变了。

一些经院自然哲学家试图适应哥白尼、第谷和伽利略等人建立的新的日心天文学。但适应已经不够了,中世纪自然哲学在17世纪发生了彻底转变。然而,中世纪的经院遗产仍然以自由探索的精神、强调理性、研究自然的各种方式、以及一些核心研究问题的形式被保存了下来。新科学还从中世纪继承了一种深刻的感受,即试图发现世界的运作方式是一项值得赞美的事业。

17世纪科学史家彼得·迪尔(Peter Dear)提出,在17世纪开始统治西方文明的新科学有六种关键的革新特征:

1. 有意的、可记录的实验;

2. 认为数学是揭示自然的有力工具;

3. 将事物的某些感觉属性的原因由事物本身重新交给观察者的知觉来把握(“第一性的质和第二性的质”的区分);

4. 与此相关联,将世界貌似合理地看成一种机器;

5. 把自然哲学看成一项研究事业而不是一个知识体;

6. 围绕着对合作研究的正面评价而重新建立起知识的社会基础。

这的确是一种“新的世界观”,但如果没有中世纪为之奠定的基础,这些革新都将是不可能的。在学者们可能有“把自然哲学看成一项研究事业”的观念之前,他们必须先有一种值得被称为“知识体”的自然哲学。这样一个知识体是在中世纪晚期形成的。迪尔列出的其他一些“近代”偏离在中世纪并非不为人知。他们偶尔也会做一些实验,并且经常把数学运用于假想的(尽管很少是实际的)自然哲学问题中。

在17世纪,新科学家将数学应用于实际的物理问题中,并为中世纪的分析和形而上学技巧补充了实验。这些发展并非凭空产生。它们虽然代表着真正深刻的科学变化,但应当被视为一个从中世纪开始的过程的发展结果。没有在本书中描述的那些在中世纪奠定的基础,17世纪的科学家就不可能挑战关于物理世界的流行观点,因为否则在物理学、天文学和宇宙论中就不会有什么东西可以作为挑战的对象。

由本章中提出的三个前提可知,12世纪末和13世纪的西欧出现了两种重要而独特的东西:大学和神学家-自然哲学家群体。它们的存在使得自然哲学能够以前所未有的方式繁荣发展起来。自然哲学的发展为17世纪卓有成效的科学探索奠定了基础。

近代科学在中世纪的基础

近代科学在中世纪的基础(科学史译丛)
[美] 爱德华·格兰特 著
张卜天 译

内容简介:

本书是一部经典的科学史著作。它考察了中世纪科学的成就,并从哲学、宗教、体制等方面令人信服地表明,与流行的看法相反,近代科学并非源于16、17世纪的科学革命,而是植根于古代和中世纪。有四种关键因素使中世纪欧洲为新科学做了准备:(1)希腊—阿拉伯的自然哲学著作于12、13世纪被译成拉丁文;(2)中世纪大学的发展;(3)基督教面对世俗学问所作出的调整;(4)亚里士多德自然哲学的转变。本书语言流畅,内容平易,适合对科学史和西方文化史感兴趣的人士阅读。

作者简介:

爱德华·格兰特(Edward Grant)是美国著名中世纪科学史家,印第安纳大学科学史和科学哲学系教授,1973—1979年和1987—1990年任系主任,专长中世纪科学、自然哲学、科学与宗教,1983年被任命为著名教授。获得多项荣誉和奖励,包括1992年的科学史最高奖萨顿奖。

制版编辑 | Morgan


来源:赛先生



 

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