文化哺育科學(xué)

■孫慕天

文化哺育科學(xué)

■孫慕天

20世紀(jì)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(shí)分子中間最健全的集團(tuán)；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(duì)道德生活的判斷。”科學(xué)和道德哪個(gè)在先，是個(gè)“雞生蛋，蛋生雞”的悖論，但一個(gè)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(yùn)育偉大的思想，中國(guó)近年來的創(chuàng)新焦慮，其癥結(jié)就在于此。“人之無文，行之不遠(yuǎn)”，陶醉在“屌絲文化”中的國(guó)家，是危險(xiǎn)的。亞里士多德說過：“美比歷史更真實(shí)。”是高尚的理想推動(dòng)著文明的歷史不斷進(jìn)步。我贊同哈維爾的話：“知識(shí)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(zhǎng)達(dá)五百年的帶頭學(xué)科，在整個(gè)實(shí)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(shí)代波瀾壯闊的思想革命。1662年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)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(shí)代庸人的一切疑懼；為無知和愚昧而做出犧牲的時(shí)間已經(jīng)夠長(zhǎng)了；讓我們揚(yáng)起真知之帆，比所有前人都更深入地去探索大自然的真諦。”這是一種彌漫整個(gè)歐洲的精神氣氛，思想解放的力量，摧枯拉朽，所向披靡。達(dá)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(kuò)展了自己的范圍，攜帶著火炬進(jìn)入了它最鄰近的學(xué)科——物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。人們對(duì)世界的真實(shí)認(rèn)識(shí)更清楚了，表述得更完美了。……一句話，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(shí)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(yùn)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(qiáng)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(jìn)，洶涌地掃蕩擋住它去路的一切。……于是，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(zhēng)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(guó)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(duì)某些問題有新的認(rèn)識(shí)，而在另一些問題上則留下新的陰影，正像漲潮落潮會(huì)在岸邊留下一些東西，同時(shí)也要沖走一些東西一樣。”

新時(shí)代精神顛覆了中世紀(jì)意識(shí)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(jì)基督教哲學(xué)的價(jià)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(zhǎng)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(lì)功利事業(yè)，以致如韋伯所說的全社會(huì)的普遍的成功意識(shí)，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(dòng)上多么像一個(gè)天使！在智慧上多么像一個(gè)天神！宇宙的精華！萬物的靈長(zhǎng)！”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(jī)械技藝成了值得稱道的專長(zhǎng)，那些勇于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(guó)皇家學(xué)會(huì)是“人類的技能和理智的聯(lián)姻”，并說：“當(dāng)從事機(jī)械工作的勞動(dòng)者擁有哲學(xué)頭腦，而哲學(xué)家們擁有能夠從事機(jī)械工作的雙手之時(shí)，哲學(xué)便臻于完美。”

（二）理性精神

中世紀(jì)是蒙昧?xí)r代，教父的名言是“正是因?yàn)榛闹囁晕也畔嘈拧保藗冋J(rèn)為《圣經(jīng)》和亞里士多德是兩個(gè)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(duì)那個(gè)時(shí)代歐洲的世情做過生動(dòng)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(huì)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(duì)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(duì)婦女們進(jìn)行殘害，她們被剃毛、抽血、針刺、絞殺、燒死，僅17世紀(jì)一個(gè)監(jiān)視官就絞死了220多個(gè)英格蘭和蘇格蘭婦女；1598年，德國(guó)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(shí)可憐的是，孜孜不倦地追求真理，準(zhǔn)備拋棄錯(cuò)誤的搞哲學(xué)的方法的人寥若晨星。”

文藝復(fù)興意識(shí)形態(tài)上最偉大的成就正是弘揚(yáng)理性。康德認(rèn)為啟蒙運(yùn)動(dòng)的座右銘是Sapere aude——敢于認(rèn)識(shí)。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(shí)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(shí)。阿那克薩哥拉第一個(gè)說，即理性支配著世界；可是直到現(xiàn)在人們才認(rèn)識(shí)到思想應(yīng)當(dāng)支配精神的現(xiàn)實(shí)。這是一次壯麗的日出，一切能思維的生物都?xì)g慶這個(gè)時(shí)代的來臨。這時(shí)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(dá)到了神意與人世的和諧。”一切都要在理性的法庭上接受審判，如卡西勒（Ernst Cassirer）所說，人們第一次把“自然王國(guó)”和“神恩王國(guó)”對(duì)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(yùn)用，我們就能認(rèn)識(shí)自然王國(guó)。”伽利略豪情滿懷地說：“給我一個(gè)杠桿，再給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能把地球翻轉(zhuǎn)過來。”而拉普拉斯面對(duì)拿破侖關(guān)于上帝存在的提問時(shí)，則斬釘截鐵地回答說：“我不需要這個(gè)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(gè)新物理學(xué)的第一個(gè)基本定律——慣性定律，指出力不是運(yùn)動(dòng)的原因，而是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因，正是因?yàn)樗嘈爬硇裕赂业叵騺喞锸慷嗟碌慕虠l挑戰(zhàn)，明確反對(duì)“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(shí)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(shí)驗(yàn)證實(shí)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(duì)話》

1672年，居里克（O.von Guericke）：《馬德堡的新實(shí)驗(yàn)》

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(jì)：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(diǎn)，而它的確立恰恰是伽利略理性主義認(rèn)識(shí)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(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。”

經(jīng)驗(yàn)理性。理性的判斷不是訴求權(quán)威，而是求諸實(shí)驗(yàn)。伽利略說：“只要一次單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)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)。”亞里士多德說：“推一個(gè)物體的力不再去推它時(shí)，原來運(yùn)動(dòng)的物體就歸于靜止。”他用斜面實(shí)驗(yàn)推翻了亞氏的結(jié)論。把兩個(gè)斜面相向置放，讓小球從一個(gè)斜面自由滾落，如果忽略摩擦，它能滾上另一斜面并達(dá)到同一高度。如果第二斜面的坡度減小，小球從起點(diǎn)滾過的時(shí)間就增長(zhǎng)；若坡度減為零，就會(huì)沿平面無休止的運(yùn)動(dòng)。

理論理性。與傳說不同，伽利略并未在比薩斜塔上做落體實(shí)驗(yàn)，做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的另有其人。但伽利略卻做了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，用純粹的演繹推理，從邏輯上推翻了亞里士多德的運(yùn)動(dòng)論，顯示了理性的威力。

（二）17～18世紀(jì)：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。”而在牛頓諸多貢獻(xiàn)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(yùn)動(dòng)定律，認(rèn)為加速度是同作用于物體上的力成比例的。“這個(gè)表征物體加速能力的比例系數(shù)，完備地描述了這個(gè)（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(gè)基本概念。”牛頓認(rèn)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(duì)17世紀(jì)認(rèn)為運(yùn)動(dòng)與物質(zhì)無關(guān)的經(jīng)典表述，認(rèn)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?fàn)顟B(tài)或勻速直線狀態(tài)的力；它與物體的量成正比。”這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(shí)驗(yàn)歸納出來的。愛因斯坦認(rèn)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(yàn)相符合。

（三）19世紀(jì)：場(chǎng)觀念

愛因斯坦指出：“在麥克斯韋以前，人們以為，物理實(shí)在——就它應(yīng)當(dāng)代表自然界中的事件而論——是質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)的變化完全是由那些服從全微分方程的運(yùn)動(dòng)所組成的。在麥克斯韋以后，他們則認(rèn)為，物理實(shí)在是由連續(xù)的場(chǎng)來代表的，它服從偏微分方程，不能對(duì)它作機(jī)械論的解釋。實(shí)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(shí)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?cè)诟拍钌弦龆嗝从赂业能S進(jìn)。”

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(chǎng)，所謂“橫向交變”（transverse alternations),就是在兩個(gè)垂直的向度上連續(xù)傳遞的波場(chǎng)。

問題是場(chǎng)的概念首先是對(duì)舊自然哲學(xué)觀念的變革，原來17世紀(jì)以來，在物理學(xué)中就存在兩個(gè)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(rèn)為相互作用的傳遞是無需中介而瞬時(shí)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(rèn)為物質(zhì)可以分割為無限小的質(zhì)點(diǎn)，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)因?yàn)槟苡绊憚e的類似的質(zhì)點(diǎn)，因而是一種力的中心，即力點(diǎn)，因此作用的傳遞是通過連續(xù)的力點(diǎn)進(jìn)行的一個(gè)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(duì)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(diǎn)的集合，每一個(gè)點(diǎn)都按照一定規(guī)律而對(duì)另一個(gè)點(diǎn)施以引力或者斥力。”他在《電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(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(gè)悖論。他深刻指出：“從哲學(xué)觀點(diǎn)上對(duì)兩種方法進(jìn)行比較，這是極端重要的。……無論是就關(guān)于現(xiàn)象的實(shí)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。”

玻爾茲曼認(rèn)為，麥克斯韋“在認(rèn)識(shí)論上也和在理論物理領(lǐng)域一樣，是一個(gè)巨匠”。麥克斯韋對(duì)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(gè)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(yuǎn)自人類開始思維起，這些問題就一直在進(jìn)行討論，而對(duì)我們每個(gè)人來說，一旦學(xué)會(huì)運(yùn)用我們的天賦本領(lǐng)，這些問題就會(huì)重新提出來，它們構(gòu)成我們19世紀(jì)科學(xué)的一個(gè)本質(zhì)的部分，猶如先前曾作為15世紀(jì)科學(xué)的一個(gè)本質(zhì)部分一樣。”與當(dāng)時(shí)英國(guó)盛行的經(jīng)驗(yàn)主義不同，麥克斯韋始終堅(jiān)持理性主義的思辨精神，這使他在19世紀(jì)英國(guó)理論自然科學(xué)領(lǐng)域中遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出儕輩，獨(dú)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(chǎng)這三個(gè)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。”

（作者單位：哈爾濱師范大學(xué)）