自然的数学化与近代自然科学的建构_陈俊

网络出版时间：2012-11-12 13:10网络出版地址：/kcms/detail/43.1447.C.20121112.1310.001.html自然的数学化与近代自然科学的建构陈俊（湖北省道德与文明研究中心、湖北大学哲学学院湖北武汉430072）摘要：近代自然科学的建构无疑是人类思想史上一次深刻的观念革命。

这一革命的最初动机就是近代科学革命的先驱们对“简单、和谐的宇宙”这一古希腊理想的不懈追求。

哥白尼率先在天文学领域拉开了革命的序幕，他的后继者们在对自然数学化的追求中以哥白尼本人并未意识到的方式建立起了宇宙空间的背景化和物质自然的对象化这两个对建构近代自然科学极为重要的形而上学基础。

关键词：宇宙空间；物质自然；数学化；背景化；对象化作者简介：陈俊（1976－）男，湖北孝感人，湖北省道德与文明研究中心研究员、湖北大学哲学学院副教授、中国社科院哲学所博士后，主要从事科学技术哲学与科技伦理学研究。

在沉寂了近千年之后，人类，至少是欧洲人的心灵在十六、十七世纪经历了一场深层的思想革命。

这场革命改变了人类的思维框架和模式。

任何革命都是有其思想基础的。

而这场革命最初的思想基础就是对自然数学化这一古希腊理想的复兴。

近代自然数学化过程的直接后果就是在欧洲人的思维框架中建立起近代自然科学的两个重要的形而上学基础即：宇宙空间的背景化和物质自然的对象化。

本文试对这一思想历程进行初步的探讨。

一、自然数学化的古希腊背景近代科学的思想渊源可以追溯到古希腊，古希腊是科学精神的发源地。

正如有的学者所说：“整个世界的科学发展就是毕达哥拉斯数学主义的诠释史和德谟克利特的原子主义的论证史。

”近代自然科学的数学化就是直接复兴古希腊数学主义思想的结果。

公元前6世纪，古希腊自然哲学开始出现。

这种哲学的出现并不是对远古时代的神话的一种简单取代。

而本质上是一种新的哲学思维模式的出现。

[1]这种新的思维模式的主旨在于它对宇宙的解释不再诉诸于神灵，而是诉诸于自然主义的解释。

最先对宇宙的起源诉诸自然主义解释的是米利都学派的自然哲学家们。

米利都学派的第一个哲学家泰勒斯首先提出“万物源于水”的思想。

而他的弟子阿那克西曼德则相信万物的基即是“无定形”。

阿那克西米尼则认为基本的质料是“气”，它可以被“稀释”和“浓缩”，从而产生我们所知世界中各种各样的物质。

阿那克西米尼的思想实际上开始导向毕达哥拉斯学派。

因为他不仅研究了“万物起源于何物”这样的问题，而且还研究了“是什么使得万物彼此呈现出差别”，即所谓“变化问题”。

“变化问题”首先由赫拉克利特提出。

他认为“万物皆变”。

但赫拉克利特所肯定的东西遭到巴门尼德的坚决反对。

巴门尼德坚持认为所有变化在逻辑上是不可能的。

巴门尼德对变化可能性的否定对西方哲学思想史有着巨大的影响。

他实际上提出了“变化无常的万物背后不变的原因”这个根本的哲学问题。

在某种程度上讲，这是西方科学理性的第一次显现。

毕达哥拉斯学派的自然哲学家们对这个根本的哲学问题给出了肯定的回答。

即“是数学结构的不同导致了它们表现上的不同”，因而“数才是万物不变的本源”。

他们认为世界上显然存在两类不同的东西，一类是可感知的千变万化的表象世界，另一类则是不可感知的无形的、没有运动变化的世界，而这个世界本质上是处于支配地位的“数的世界”。

就这样毕达哥拉斯学派第一次提出了“自然数学化”的命题。

柏拉图把毕达哥拉斯学派的思想发扬光大，使其对后世产生了巨大而深刻的影响。

在《蒂迈欧篇》中柏拉图描述了宇宙的创生过程。

他首先强烈反对前苏格拉底哲学家们的思想。

按照这些哲学家们的说法，世界万物都是按照它们内在的本性运作，宇宙的秩序是内在的，不是外部作用者强加于它的。

柏拉图把宇宙描述为是一位神匠即造物主的手工品。

一个超越的形式世界（理念世界）是造物主创造世界的基本条件。

造物主则努力克服一个处于混沌状态的、还尚未被赋予形式的质料的内在局限性，按照形式世界的模型创造整个世界。

被创生的世界是完美的形式世界的不完美模仿。

所以柏拉图认为宇宙是理性计划的产物，宇宙中的秩序就是理性的秩序，是从外部强加给不顺从的质料，理性所追求的真理必然存在于形式世界之中。

更重要的是，柏拉图所描述的造物主不仅是一位理性的工匠，而且也是一位数学家。

他是按照几何原理构造宇宙的。

这也是为什么注重追求宇宙理性的柏拉图拒绝不懂数学者进入他的学园的原因。

受毕达哥拉斯学派的影响，柏拉图将构成世界的四元素：土、水、气、火还原为更为基本的东西——三角形。

他认为，用不同的三角形的组合可以造出五种正多面体中的四种，而上述的四种元素实际上分别就是四种正多面体中的一种：土是立方体，火是四面体，气是八面体，水则是正二十面体。

而世界最初的形式是球体，因为球体最为均匀又无差别。

就这样，柏拉图系统地阐述了一个“几何原子论”。

柏拉图的几何原子论代表了人类向自然数学化迈出了重要的一步。

毕达哥拉斯学派所倡导的将一切事物还原为数的纲领在柏拉图这里得以完美的实现，而由爱利亚学派的哲学家们所提出的“变化问题”也由柏拉图给出了完美的回答，即千变万化的表象世界背后是一个不变的数学实在世界。

作为自然数学化运动的先驱，古希腊人不仅给后人留下了毕达哥拉斯——柏拉图主义这样伟大的哲学遗产，而且他们自己也将柏拉图的这种理想贯彻到对自然的研究中，从而开创了数理天文学。

古希腊的数理天文学的一个基本假设认为：宇宙的结构就是一个真实的几何结构，天体的运动可以在几何学中得以描述和预测。

柏拉图首先提出“拯救现象”的任务，为古希腊数理天文学规划了研究纲领，即用简单的数学模型来解释和说明天体的复杂运动。

托勒密的地心宇宙体系就是这一纲领最杰出的代表，也是自然数学化运动中优秀的范例。

而亚里士多德则为“拯救现象”的几何宇宙体系给出了物理学论证，表明宇宙理论不仅只是符合天文学现象的数学体系，而且也是在物理学上合理的、可理解的实在体系。

因此，近代科学起源于天文学革命并不是偶然的。

二、宇宙空间的背景化近代自然科学建构的一个形而上学假设是：存在一个“均一、无限”的宇宙空间，即一个背景化的宇宙空间。

在这个宇宙空间中，惰性的、受数学规律支配的物质微粒永恒做着机械运动，从而形成对于人类而言丰富多彩的表象世界。

而这一形而上学假设就是自然数学化运动的一个直接后果。

在哥白尼提出他的新宇宙体系之前，整个西方基本上是承袭了里亚士多德的宇宙体系。

亚里士多德的宇宙首先是一个处处充满着“质”、其空间结构体现着完美与价值的等级宇宙。

在亚里士多德看来，整个宇宙是由恒星所在的水晶球壳所包裹着一个巨大的球体。

这个球体内部被月球所在的球壳分为有着本质区别的上下两个区域。

月上区由不变的第五元素——以太——所构成的，体现着完美、不朽和高贵的永不变化的循环区域。

而月下区则是由土、水、火、气构成的，充斥着生与死以及各种短暂的变化的区域。

在这样的宇宙中，推动行星和月下区物体运动的最终力量是所谓的“不动的推动者。

”这个“不动的推动者”是整个宇宙秩序和规则的源泉，也是整个自然界运动变化的动力之源。

在亚里士多德看来，整个宇宙就是一个从最低级的纯质料（它本身不是任何物，而只是构成事物的条件）向最高级的纯形式（它是整个宇宙运动、变化之最高目的，即“不动的推动者”）不断上升的等级系统。

这个上升的过程是处于“潜能”状态的形式即质料向处于已实现出来的潜能即形式的不断运动过程。

运动包括质料和形式在内，它不是形式外在地加于质料之上，而是就潜在地（作为潜能）蕴含在质料之中，是质料的某种尚未实现出来的本性。

这样一切实体从本质上看都处于永恒运动之中，处于以潜能向实现的能动的过程之中，唯有纯形式即“神”才是宇宙中不动的推动者。

同时亚里士多德的宇宙也是一个在空间上封闭和有限宇宙。

在他看来，“空间不是支撑一切对象的东西，也不是为它们所占据的某种东西，而是，空间是在任何对象和把该对象围起来的那些对象之间的界限，对象本身是一个物质实体，而不是一个几何物体”。

[2]（P71）物体处在一个地方，就是被它物所包围，而包围者就是空间（处所）。

空间属于特定时刻的特定物体，在同一物体的另一时刻或同一时刻的另一物体所拥有的空间是不同的。

因此，亚里士多德所谓的“空间”是指每个实体所占据的那块“处所”，而“处所”并不是我们今天看来所有物体都在其中定位且都占据其一部分的背景空间，而是具有绝对的，独特的性质的处所，物体与处所（空间）是同一的。

由这样的处所（空间）所构成的宇宙空间当然也就不是“均一、无限”的宇宙了，而是有着“质”的差别的、有限的宇宙了。

在亚里多德之前，虽然柏拉图的宇宙也是一个渗透着心灵的神性宇宙，但柏拉图认为这样一个充满着心灵的宇宙仍然是一个数的王国。

“宇宙根本上是几何的；它的基本构成要素不是什么别的东西，只是空间的有限部分；作为一个整体，它呈现出一种简单、美丽的几何和谐。

”[2] （P37）但是，在亚里士多德的物理学宇宙取得支配地位之后，人们把运用数学对现象的拯救仅仅看作是一种权宜之计，而把对现象所做的物理解释看作是对实在本身的真实把握。

在亚里士多德看来，“量只是十个范畴之一，而且不是最重要的范畴。

数学尊严只处于形而上学和物理学之间。

自然根本上说是量的也是质的。

”[2] （P37）由此，数学化的宇宙与物理化的宇宙得以分离。

而这种分离则阻障了人们对自然进行数学化达千年之久，直到哥白尼的出现。

自然的数学化在中世纪沉寂千年之后，哥白尼在近代自然数学化运动的复兴过程中迈出了第一步。

基于对“简单、和谐的宇宙”这一毕达哥拉斯主义理想的追求，他提出了新的日心宇宙体系。

新体系与旧的建立在亚里士多德宇宙论之上的地心宇宙体系的不同仅仅在于：哥白尼将原属于地球在宇宙中的位置和功能赋予了太阳，同时还让地球运动起来（公转和自转）。

新体系的其它细节仍然是亚里士多德式的。

从表面上讲，新体系并不具有革命的意义。

与旧体系相比，“新天文学显然在精确上毫无收获”，“在历史上，没有已知的天体现象不是由托勒密的方法来说明的。

如果不使用更现代的仪器，托勒密的方法的确能够达到人们所期待的那种精确性。

天文学事件的预言被做出，从那些事件的实际发生来看，那些预言并不比一位哥白尼主义者所做出的预言误差更大。

”[2] （P22）因此，新的体系在“拯救现象”上与旧体系是等价的。

更为重要的是，从物理学角度而言，哥白尼的宇宙与亚里士多德的宇宙一样，仍是一个有限的等级宇宙。

它仍然保留了恒星天球，它把宇宙的中心给予了高贵的和更为神圣的太阳。

因为“正是由于太阳有着超级的完美和价值——它是光和生命之源”。

[3]“他的天文学所植根的宇宙论框架，他的物理学（无论是天还是地），甚至他为了使他的体系能够给出准确的预测所使用的数学方法（本轮-均轮体系）都是在古代和中世纪科学家们建立起来的传统之中。

”[4]哥白尼之所以坚持这样一个并不怎么成功且遭到当时人们激烈反对的新体系的根本原因在于他坚信宇宙应该是一个简单和谐的数学秩序体系。