文化哺育科學(xué)

■孫慕天

文化哺育科學(xué)

■孫慕天

20世紀50年代，斯諾（C.P.Snow）發(fā)表了那篇膾炙人口的《兩種文化》的名文，他說：“在道德生活中，科學(xué)家基本是我們知識分子中間最健全的集團；科學(xué)本身的組成中就有道德成分，幾乎所有的科學(xué)家都由此形成自己對道德生活的判斷?！笨茖W(xué)和道德哪個在先，是個“雞生蛋，蛋生雞”的悖論，但一個沒有文化的民族不可能科學(xué)昌明，卻是歷史早已證明的定論。偉大的心靈蘊育偉大的思想，中國近年來的創(chuàng)新焦慮，其癥結(jié)就在于此?！叭酥疅o文，行之不遠”，陶醉在“屌絲文化”中的國家，是危險的。亞里士多德說過：“美比歷史更真實?！笔歉呱械睦硐胪苿又拿鞯臍v史不斷進步。我贊同哈維爾的話：“知識分子的作用就是發(fā)出警告”，我說了就拯救了我的靈魂。

人文文化哺育了近代物理學(xué)。

物理學(xué)屬于科學(xué)文化范疇，作為長達五百年的帶頭學(xué)科，在整個實證科學(xué)領(lǐng)域，物理學(xué)所取得的成功是無與倫比的。但是人們往往忘記，物理學(xué)的成功曾經(jīng)受惠于人文文化，甚至可以說，近代物理學(xué)是在人文主義的文化襁褓中孕育和發(fā)展起來的。

一、文化啟蒙

科學(xué)的物理思想誕生，溯源于文藝復(fù)興時代波瀾壯闊的思想革命。1662年英國皇家學(xué)會首任秘書奧爾登伯格在致斯賓諾莎的信中說：“杰出的先生，來吧，打消驚擾我們時代庸人的一切疑懼；為無知和愚昧而做出犧牲的時間已經(jīng)夠長了；讓我們揚起真知之帆，比所有前人都更深入地去探索大自然的真諦?！边@是一種彌漫整個歐洲的精神氣氛，思想解放的力量，摧枯拉朽，所向披靡。達蘭貝爾描述說：“自然科學(xué)一天天地積累起豐富的新材料。幾何學(xué)擴展了自己的范圍，攜帶著火炬進入了它最鄰近的學(xué)科——物理學(xué)的各個領(lǐng)域。人們對世界的真實認識更清楚了，表述得更完美了?！痪湓?，從地球到土星，從天體史到昆蟲史，自然哲學(xué)的這些領(lǐng)域都發(fā)生了革命；幾乎所有其他的知識也都出現(xiàn)新的面貌……一種新的哲學(xué)思維方式的發(fā)現(xiàn)和運用，伴隨著這些發(fā)現(xiàn)而來的那種激情，以及宇宙的景象使我們的觀念發(fā)生的某種升華，所有這些原因使人們頭腦里產(chǎn)生了一種強烈的亢奮。這種亢奮有如一條河流沖決堤壩，在大自然中朝四面八方激流勇進，洶涌地掃蕩擋住它去路的一切?！谑?，從世俗科學(xué)的原理到宗教啟示的基礎(chǔ)，從形而上學(xué)到鑒賞力問題，從音樂到道德，從神學(xué)家們的繁瑣爭辯到商業(yè)問題，從君王的法律到民眾的法律，從自然法到各國的任意法……這一切都受到了人們的討論和分析，或者至少也都被人們所提到。人們頭腦中的這種普遍的亢奮，其產(chǎn)物和余波使人們對某些問題有新的認識，而在另一些問題上則留下新的陰影，正像漲潮落潮會在岸邊留下一些東西，同時也要沖走一些東西一樣。”

新時代精神顛覆了中世紀意識形態(tài)的核心，為新物理學(xué)的誕生掃清了道路，其集中表現(xiàn)是兩大思想主潮：

（一）世俗觀念

中世紀基督教哲學(xué)的價值核心是出世，人不應(yīng)屈從于情欲，而應(yīng)過屬靈生活，禁欲并“為罪受苦”。極端的苦修派甚至在柱上靜坐30年，長了癰疽任其腐爛生蛆。隨著資本主義生產(chǎn)方式的發(fā)展，文藝復(fù)興謳歌人性，向往塵世幸福，鼓勵功利事業(yè)，以致如韋伯所說的全社會的普遍的成功意識，成為現(xiàn)代化的基本前提。這是人的覺醒。莎士比亞借漢姆萊特之口說：“人類是一件多么了不起的杰作！多么高貴的理性！多么偉大的力量！多么優(yōu)美的儀表！多么文雅的舉止！在行動上多么像一個天使！在智慧上多么像一個天神！宇宙的精華！萬物的靈長！”在這樣的普遍氣氛中，出現(xiàn)了第一波清教主義科技熱，手工技藝和機械技藝成了值得稱道的專長，那些勇于進行實驗研究的學(xué)者自稱“蹈火哲學(xué)家”。清教思想家斯普拉特（T.Sprat）稱贊英國皇家學(xué)會是“人類的技能和理智的聯(lián)姻”，并說：“當(dāng)從事機械工作的勞動者擁有哲學(xué)頭腦，而哲學(xué)家們擁有能夠從事機械工作的雙手之時，哲學(xué)便臻于完美?！?/p>

（二）理性精神

中世紀是蒙昧?xí)r代，教父的名言是“正是因為荒謬所以我才相信”，人們認為《圣經(jīng)》和亞里士多德是兩個至高無上、不可逾越的權(quán)威，理性的空間。《從黎明到衰落》的作者雅克·巴爾贊對那個時代歐洲的世情做過生動的描述：“可憐偏見、愚昧、迷信、荒誕支配著公眾，擠壓了科學(xué)的罪人，害怕震怒的上帝會用瘟疫、饑饉和地震來懲罰他們；他們相信撒旦‘狂暴地在世界上任意游蕩’，把他的受害者打入地獄永世不得翻身；他們?yōu)榱饲蟮檬ト撕褪ノ锏谋Ｓ佣?jīng)歷千辛萬苦，又是去朝圣，又是自貶自卑；處于這種狀況的人有什么驕傲可言呢？”這種陰暗的思想氛圍最典型的表現(xiàn)就是對所謂“女巫”的迫害。教皇英諾森八世（1484～1492年在位）主持制定的《女巫懲治法》，是歐洲文明史上最野蠻的文件。宗教法庭用各種稀奇古怪的殘酷刑法對婦女們進行殘害，她們被剃毛、抽血、針刺、絞殺、燒死，僅17世紀一個監(jiān)視官就絞死了220多個英格蘭和蘇格蘭婦女；1598年，德國小城維爾茨堡一地，就發(fā)生28起公開處決女巫的事件，平均每次有4到6名受害者。伽利略1597年致信開普勒慨嘆說：“委實可憐的是，孜孜不倦地追求真理，準備拋棄錯誤的搞哲學(xué)的方法的人寥若晨星?！?/p>

文藝復(fù)興意識形態(tài)上最偉大的成就正是弘揚理性?？档抡J為啟蒙運動的座右銘是Sapere aude——敢于認識。黑格爾說：“自從太陽照耀在天空而行星圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)的時候起，還沒有看見過人用頭立地，即按照思想去構(gòu)造現(xiàn)實。阿那克薩哥拉第一個說，即理性支配著世界；可是直到現(xiàn)在人們才認識到思想應(yīng)當(dāng)支配精神的現(xiàn)實。這是一次壯麗的日出，一切能思維的生物都歡慶這個時代的來臨。這時籠罩著一種高尚的熱情，全世界都浸透了一種精神的熱忱，仿佛第一次達到了神意與人世的和諧?！币磺卸家诶硇缘姆ㄍド辖邮軐徟校缈ㄎ骼眨‥rnst Cassirer）所說，人們第一次把“自然王國”和“神恩王國”對立起來：“通過感知，并輔之以邏輯判斷和邏輯推論以及悟性的運用，我們就能認識自然王國。”伽利略豪情滿懷地說：“給我一個杠桿，再給我一個支點，我就能把地球翻轉(zhuǎn)過來?！倍绽姑鎸δ闷苼鲫P(guān)于上帝存在的提問時，則斬釘截鐵地回答說：“我不需要這個假設(shè)，陛下！”

伏爾泰盡情嘲笑“圣經(jīng)物理學(xué)”，思想的解放和理性的勝利催生了新物理學(xué)。伽利略提出了整個新物理學(xué)的第一個基本定律——慣性定律，指出力不是運動的原因，而是運動狀態(tài)改變的原因，正是因為他相信理性，勇敢地向亞里士多德的教條挑戰(zhàn)，明確反對“那些甘愿作亞里士多德的奴隸，并以亞里士多德的頭腦來思想，以亞里士多德的眼睛來觀察的人”。難怪當(dāng)時的革命性自然科學(xué)著作都以“新”命名：

1537 年，塔爾塔利，（N.Tartaglia）：《新科學(xué)》

1600年，吉伯（W.Gilbert）：《論磁石……一門被許多論據(jù)和實驗證實的新生理學(xué)》

1609年，開普勒（J.Kepler）：《新天文學(xué)》

1638年，伽利略（G.Galileo）：《關(guān)于兩種新科學(xué)的對話》

1672年，居里克（O.von Guericke）：《馬德堡的新實驗》

二、哲學(xué)啟發(fā)

理性主義的哲學(xué)是新物理學(xué)的接生婆。

（一）16～17世紀：慣性定律

慣性定律解釋了力的本質(zhì)，可以說是近代物理學(xué)的真正起點，而它的確立恰恰是伽利略理性主義認識論的偉大成果。愛因斯坦說：“伽利略發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，標志著物理學(xué)的真正開端?！?/p>

經(jīng)驗理性。理性的判斷不是訴求權(quán)威，而是求諸實驗。伽利略說：“只要一次單獨的實驗或與此相反的確證，都足以推翻這些理由以及許多其他可能的論據(jù)?！眮喞锸慷嗟抡f：“推一個物體的力不再去推它時，原來運動的物體就歸于靜止?！彼眯泵鎸嶒炌品藖喪系慕Y(jié)論。把兩個斜面相向置放，讓小球從一個斜面自由滾落，如果忽略摩擦，它能滾上另一斜面并達到同一高度。如果第二斜面的坡度減小，小球從起點滾過的時間就增長；若坡度減為零，就會沿平面無休止的運動。

理論理性。與傳說不同，伽利略并未在比薩斜塔上做落體實驗，做這個實驗的另有其人。但伽利略卻做了一個思想實驗，用純粹的演繹推理，從邏輯上推翻了亞里士多德的運動論，顯示了理性的威力。

（二）17～18世紀：萬有引力

亞歷山大·波普說：“自然和自然規(guī)律沉浸在一片黑暗之中。上帝說道：‘牛頓出世了！’于是，一切都變得明朗了?！倍谂ｎD諸多貢獻中萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)也許是最重大的了。愛因斯坦指出，伽利略改變了速度，造成加速度。牛頓則建立了普遍的運動定律，認為加速度是同作用于物體上的力成比例的?！斑@個表征物體加速能力的比例系數(shù)，完備地描述了這個（無大小的）物體的力學(xué)性質(zhì)：這樣就發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量這個基本概念。”牛頓認為萬有引力與“物質(zhì)的量”成正比，而“物質(zhì)的量與其密度及大小有關(guān)”，牛頓反對17世紀認為運動與物質(zhì)無關(guān)的經(jīng)典表述，認為萬有引力是“物質(zhì)的內(nèi)在力”：“物體內(nèi)在固有的基本力就是保持其處于靜止狀態(tài)或勻速直線狀態(tài)的力；它與物體的量成正比?！边@是牛頓直接從其自然哲學(xué)引申出來的結(jié)論，是無法從觀察和實驗歸納出來的。愛因斯坦認為，牛頓能從數(shù)學(xué)思維出發(fā)，邏輯地演繹出范圍很廣的現(xiàn)象，并且能同經(jīng)驗相符合。

（三）19世紀：場觀念

愛因斯坦指出：“在麥克斯韋以前，人們以為，物理實在——就它應(yīng)當(dāng)代表自然界中的事件而論——是質(zhì)點，質(zhì)點的變化完全是由那些服從全微分方程的運動所組成的。在麥克斯韋以后，他們則認為，物理實在是由連續(xù)的場來代表的，它服從偏微分方程，不能對它作機械論的解釋。實在概念的這一變革，是物理學(xué)自牛頓以來的一次最富有成效的變革”。他感嘆地說：“物理學(xué)家們花了好幾十年時間才理解到麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的全部意義。由此可見，他的天才迫使他的同行們在概念上要做多么勇敢的躍進?！?/p>

如所周知，麥克斯韋最終做出的發(fā)現(xiàn)是位移電流，即交變電磁場，所謂“橫向交變”（transverse alternations),就是在兩個垂直的向度上連續(xù)傳遞的波場。

問題是場的概念首先是對舊自然哲學(xué)觀念的變革，原來17世紀以來，在物理學(xué)中就存在兩個自然哲學(xué)范式：超距論和近域論，超距論由牛頓的學(xué)生科茨（R.Cotes）公開倡導(dǎo)而得到了廣泛傳播，成為主流綱領(lǐng)，認為相互作用的傳遞是無需中介而瞬時完成的；近域論，最初是意大利哲學(xué)家波斯科維奇（Roger Boscovitch,1711-1787）倡導(dǎo)的,認為物質(zhì)可以分割為無限小的質(zhì)點，這個質(zhì)點因為能影響別的類似的質(zhì)點，因而是一種力的中心，即力點，因此作用的傳遞是通過連續(xù)的力點進行的一個過程。麥克斯韋明確指出，他所遵循的是波斯科維奇的近域論的綱領(lǐng)，而反對超距論。他說：“波斯科維奇提出的理論是，物質(zhì)是數(shù)學(xué)點的集合，每一個點都按照一定規(guī)律而對另一個點施以引力或者斥力?！彼凇峨姶艌龅膭恿W(xué)理論》中明確指出，“假定粒子以依賴于速度的力而發(fā)生超距作用”本身就是個悖論。他深刻指出：“從哲學(xué)觀點上對兩種方法進行比較，這是極端重要的?！瓱o論是就關(guān)于現(xiàn)象的實際本質(zhì)的基本觀念說，還是就與相應(yīng)的量有關(guān)的大量次要觀念說，這兩種方法都是迥然不同的?！?/p>

玻爾茲曼認為，麥克斯韋“在認識論上也和在理論物理領(lǐng)域一樣，是一個巨匠”。麥克斯韋對哲學(xué)有深刻的理解，他說：“人的思想曾為許多問題所困擾；空間是否是無限的？在什么意義上是無限的？物質(zhì)世界的范圍是無限的嗎？在這個范圍內(nèi)所有的地方都為物質(zhì)所充滿嗎？原子是否存在而物質(zhì)是否無限可分？遠自人類開始思維起，這些問題就一直在進行討論，而對我們每個人來說，一旦學(xué)會運用我們的天賦本領(lǐng)，這些問題就會重新提出來，它們構(gòu)成我們19世紀科學(xué)的一個本質(zhì)的部分，猶如先前曾作為15世紀科學(xué)的一個本質(zhì)部分一樣?！迸c當(dāng)時英國盛行的經(jīng)驗主義不同，麥克斯韋始終堅持理性主義的思辨精神，這使他在19世紀英國理論自然科學(xué)領(lǐng)域中遠遠超出儕輩，獨樹一幟，成為物理學(xué)史上與牛頓、愛因斯坦鼎足而三的科學(xué)巨星。

總之，沒有文化的啟蒙，就不能打開物理學(xué)發(fā)展的道路；沒有哲學(xué)的啟發(fā)，就沒有慣性、質(zhì)量和波場這三個近現(xiàn)代物理學(xué)的核心概念，從而也就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命。還是愛因斯坦說得好：“哲學(xué)是其他一切學(xué)科的母親，它生育并撫養(yǎng)了其他學(xué)科?！?/p>

（作者單位：哈爾濱師范大學(xué)）