自然數字化與現代自然科學的組建范文

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柏拉圖把畢達哥拉斯學派的思想發揚光大，使其對后世產生了巨大而深刻的影響。在《蒂邁歐篇》中柏拉圖描述了宇宙的創生過程。他首先強烈反對前蘇格拉底哲學家們的思想。按照這些哲學家們的說法，世界萬物都是按照它們內在的本性運作，宇宙的秩序是內在的，不是外部作用者強加于它的。柏拉圖把宇宙描述為是一位神匠即造物主的手工品。一個超越的形式世界（理念世界）是造物主創造世界的基本條件。造物主則努力克服一個處于混沌狀態的、還尚未被賦予形式的質料的內在局限性，按照形式世界的模型創造整個世界。被創生的世界是完美的形式世界的不完美模仿。所以柏拉圖認為宇宙是理性計劃的產物，宇宙中的秩序就是理性的秩序，是從外部強加給不順從的質料，理性所追求的真理必然存在于形式世界之中。更重要的是，柏拉圖所描述的造物主不僅是一位理性的工匠，而且也是一位數學家。他是按照幾何原理構造宇宙的。這也是為什么注重追求宇宙理性的柏拉圖拒絕不懂數學者進入他的學園的原因。受畢達哥拉斯學派的影響，柏拉圖將構成世界的四元素：土、水、氣、火還原為更為基本的東西——三角形。他認為，用不同的三角形的組合可以造出五種正多面體中的四種，而上述的四種元素實際上分別就是四種正多面體中的一種：土是立方體，火是四面體，氣是八面體，水則是正二十面體。而世界最初的形式是球體，因為球體最為均勻又無差別。就這樣，柏拉圖系統地闡述了一個“幾何原子論”。柏拉圖的幾何原子論代表了人類向自然數學化邁出了重要的一步。

畢達哥拉斯學派所倡導的將一切事物還原為數的綱領在柏拉圖這里得以完美的實現，而由愛利亞學派的哲學家們所提出的“變化問題”也由柏拉圖給出了完美的回答，即千變萬化的表象世界背后是一個不變的數學實在世界。作為自然數學化運動的先驅，古希臘人不僅給后人留下了畢達哥拉斯——柏拉圖主義這樣偉大的哲學遺產，而且他們自己也將柏拉圖的這種理想貫徹到對自然的研究中，從而開創了數理天文學。古希臘的數理天文學的一個基本假設認為：宇宙的結構就是一個真實的幾何結構，天體的運動可以在幾何學中得以描述和預測。柏拉圖首先提出“拯救現象”的任務，為古希臘數理天文學規劃了研究綱領，即用簡單的數學模型來解釋和說明天體的復雜運動。托勒密的地心宇宙體系就是這一綱領最杰出的代表，也是自然數學化運動中優秀的范例。而亞里士多德則為“拯救現象”的幾何宇宙體系給出了物理學論證，表明宇宙理論不僅只是符合天文學現象的數學體系，而且也是在物理學上合理的、可理解的實在體系。因此，近代科學起源于天文學革命并不是偶然的。

宇宙空間的背景化

近代自然科學建構的一個形而上學假設是：存在一個“均一、無限”的宇宙空間，即一個背景化的宇宙空間。在這個宇宙空間中，惰性的、受數學規律支配的物質微粒永恒做著機械運動，從而形成對于人類而言豐富多彩的表象世界。而這一形而上學假設就是自然數學化運動的一個直接后果。在哥白尼提出他的新宇宙體系之前，整個西方基本上是承襲了里亞士多德的宇宙體系。亞里士多德的宇宙首先是一個處處充滿著“質”、其空間結構體現著完美與價值的等級宇宙。在亞里士多德看來，整個宇宙是由恒星所在的水晶球殼所包裹著一個巨大的球體。這個球體內部被月球所在的球殼分為有著本質區別的上下兩個區域。月上區由不變的第五元素——以太——所構成的，體現著完美、不朽和高貴的永不變化的循環區域。而月下區則是由土、水、火、氣構成的，充斥著生與死以及各種短暫的變化的區域。在這樣的宇宙中，推動行星和月下區物體運動的最終力量是所謂的“不動的推動者。”這個“不動的推動者”是整個宇宙秩序和規則的源泉，也是整個自然界運動變化的動力之源。在亞里士多德看來，整個宇宙就是一個從最低級的純質料（它本身不是任何物，而只是構成事物的條件）向最高級的純形式（它是整個宇宙運動、變化之最高目的，即“不動的推動者”）不斷上升的等級系統。這個上升的過程是處于“潛能”狀態的形式即質料向處于已實現出來的潛能即形式的不斷運動過程。

運動包括質料和形式在內，它不是形式外在地加于質料之上，而是就潛在地（作為潛能）蘊含在質料之中，是質料的某種尚未實現出來的本性。這樣一切實體從本質上看都處于永恒運動之中，處于以潛能向實現的能動的過程之中，唯有純形式即“神”才是宇宙中不動的推動者。同時亞里士多德的宇宙也是一個在空間上封閉和有限宇宙。在他看來，“空間不是支撐一切對象的東西，也不是為它們所占據的某種東西，而是，空間是在任何對象和把該對象圍起來的那些對象之間的界限，對象本身是一個物質實體，而不是一個幾何物體”。

物體處在一個地方，就是被它物所包圍，而包圍者就是空間（處所）。空間屬于特定時刻的特定物體，在同一物體的另一時刻或同一時刻的另一物體所擁有的空間是不同的。因此，亞里士多德所謂的“空間”是指每個實體所占據的那塊“處所”，而“處所”并不是我們今天看來所有物體都在其中定位且都占據其一部分的背景空間，而是具有絕對的，獨特的性質的處所，物體與處所（空間）是同一的。由這樣的處所（空間）所構成的宇宙空間當然也就不是“均一、無限”的宇宙了，而是有著“質”的差別的、有限的宇宙了。在亞里多德之前，雖然柏拉圖的宇宙也是一個滲透著心靈的神性宇宙，但柏拉圖認為這樣一個充滿著心靈的宇宙仍然是一個數的王國。“宇宙根本上是幾何的；它的基本構成要素不是什么別的東西，只是空間的有限部分；作為一個整體，它呈現出一種簡單、美麗的幾何和諧。”但是，在亞里士多德的物理學宇宙取得支配地位之后，人們把運用數學對現象的拯救僅僅看作是一種權宜之計，而把對現象所做的物理解釋看作是對實在本身的真實把握。在亞里士多德看來，“量只是十個范疇之一，而且不是最重要的范疇。數學尊嚴只處于形而上學和物理學之間。自然根本上說是量的也是質的。”由此，數學化的宇宙與物理化的宇宙得以分離。而這種分離則阻障了人們對自然進行數學化達千年之久，直到哥白尼的出現。

自然的數學化在中世紀沉寂千年之后，哥白尼在近代自然數學化運動的復興過程中邁出了第一步。基于對“簡單、和諧的宇宙”這一畢達哥拉斯主義理想的追求，他提出了新的日心宇宙體系。新體系與舊的建立在亞里士多德宇宙論之上的地心宇宙體系的不同僅僅在于：哥白尼將原屬于地球在宇宙中的位置和功能賦予了太陽，同時還讓地球運動起來（公轉和自轉）。新體系的其它細節仍然是亞里士多德式的。從表面上講，新體系并不具有革命的意義。與舊體系相比，“新天文學顯然在精確上毫無收獲”，“在歷史上，沒有已知的天體現象不是由托勒密的方法來說明的。如果不使用更現代的儀器，托勒密的方法的確能夠達到人們所期待的那種精確性。天文學事件的預言被做出，從那些事件的實際發生來看，那些預言并不比一位哥白尼主義者所做出的預言誤差更大。”因此，新的體系在“拯救現象”上與舊體系是等價的。更為重要的是，從物理學角度而言，哥白尼的宇宙與亞里士多德的宇宙一樣，仍是一個有限的等級宇宙。它仍然保留了恒星天球，它把宇宙的中心給予了高貴的和更為神圣的太陽。因為“正是由于太陽有著超級的完美和價值——它是光和生命之源”。

“他的天文學所植根的宇宙論框架，他的物理學（無論是天還是地），甚至他為了使他的體系能夠給出準確的預測所使用的數學方法（本輪-均輪體系）都是在古代和中世紀科學家們建立起來的傳統之中。”哥白尼之所以堅持這樣一個并不怎么成功且遭到當時人們激烈反對的新體系的根本原因在于他堅信宇宙應該是一個簡單和諧的數學秩序體系。的確哥白尼的日心體系比舊體系顯得更為和諧、簡潔和一致。它不借助本輪就可以解釋行星運動主要的定性特征，尤其是行星的逆行運動，它被轉化為日心軌道的一個自然而又直接的推論，因此他的體系更符合畢達哥拉斯主義的理想。其實哥白尼日心宇宙體系并不是對畢達哥拉斯主義的簡單復歸，因為古希臘人的“簡單、和諧的宇宙空間”仍然是一個封閉的有限空間，并不具有背景化特征。

從根本上講，哥白尼的日心宇宙體系之所以具有革命意義就在于它開啟了宇宙空間背景化的歷程。新的日心宇宙體系蘊含了一些革命的因素，雖然哥白尼本人并未意識到。首先，哥白尼讓太陽替代地球處于宇宙的中心位置，這雖然在“拯救現象”上與舊體系是等價的，但它卻意味著宇宙可能并沒有中心。“如果天文學就是數學，那么它必須略帶幾分數學價值的相對性，那么按照我們的天體圖來表示的運動必定完全是相對的。這樣，就真理而言，把什么點看作是整個空間系統的參考點，并沒有什么區別。”

其次，中心點的互換，也預示著亞里士多德的負載著價值等級的宇宙結構的解體。既然地球現在成為月上區的成員，那么它也與其它神圣的天球一樣享有高貴的地位。同時，哥白尼堅信他所提出的日心體系并不只是一個為了“拯救現象”的權宜之計，而是對宇宙的真實描述。這樣，整個實在世界處處同質就是一個很自然的推論了。最后，日心宇宙體系讓恒星天球靜止不動也預示了一個無限的宇宙圖景。亞里士多德在為宇宙的有限性辯護時說：如果宇宙無限，那么恒星天球的運動速度將達到無限。而這在他看來是不可思議的。而哥白尼則反駁說：恒星天球根本用不著運動，恒星天球有可能是無限大的。這一點后來為英國哲學家托馬斯•迪其斯所發展，他宣稱恒星天球可以向上無休止的延長，恒星不一定都處在同一球面上，它們有高有低，從而造成我們觀察到的恒星都較小，而有些恒星則由于距離太遠，而不為我們所見。

暗含在哥白尼日心宇宙體系中的推論為后來的天文學家們進一步發展。布魯諾第一次旗幟鮮明地宣稱宇宙是無限的。他說：“只有一個普遍空間，一個廣褒的無限。我們可以隨意地稱之為虛空；在其中有著無數個像我們生活和生長于其上的地球。既然沒有理由、協定、感官也不是自然要給這個世界施加界限，那么我們就宣稱這個世界是無限的。因為沒有理由，也沒有因積極或消極的力量而導致自然饋贈的缺乏來阻礙空間中其他世界的存在，因此，這些世界在本性上和我們的世界相似，即到處充滿著物質或至少是以太。”

弟谷•布拉赫在1572年對新星和1577年對慧星的仔細觀察證明這兩者都位于月界之外，而在亞里士多德看來月界之外是完美的、不易的。同時慧星的運動則顯然同水晶球體的存在是不相容的。這樣人們心目中的水晶天球被打碎了，月上區與月下區被統一起來。而開普勒行星運動定律的建立則從根本上捍衛了宇宙是一個數學上簡單、和諧且均一、同質的幾何宇宙的觀念。尤其是他的行星運動第三定律徹底將地球與天上的行星的運動統一在同一規律之下。而伽利略最后又將地球上的物質的運動統一在同一個數學規律之中，將整個宇宙變成了一個只有“量”的特征世界。它們的差異僅只是“量”的差異，從而將所有價值、完滿性、和諧、意義、目的等都從宇宙中驅逐出去。至此，一個獨立于物質世界的，成為物質容器的宇宙空間觀念形成了。整個宇宙空間成為世界物質之參考系的背景。在這一背景中，所有的物質都是同質的，都處于同一數學規律的支配之下。宇宙空間的背景化成為建構近代科學的一個極其重要的形式而上學基礎。

物質自然的對象化

近代自然科學的建構的一個重要方法論基礎是將自然科學嚴格限定在其特征能用數學表述的“第一性的質”的范圍內，即嚴格限定在人的精神之外的純粹的物質世界內。這一方法論首先是由伽利略提出的。他極力反對把目的論解釋引入物理學研究。在伽利略看來，“說一個運動的發生是為了某種可能實現的未來狀態并不是真正的科學解釋”。其實這一方法論基礎背后隱含了一個更為基本的形而上學假設，即精神世界與物質世界本質上是不同質的。真實的世界不是由人的思維所組成的精神世界，而是外在于精神世界的處處體現著“量”的同一性的物質世界。精神世界與物質世界的分離即自然對象化這一形而上學假設同樣也是自然數學化的一個很自然的推論。

當哥白尼及其后繼者所發起的天文學革命推毀了有限的、封閉的和有著等級秩序的宇宙體系，建立起一個處處同一的背景化宇宙時，確實在當時人們心靈中引起了巨大的恐慌。自己所居住的處于宇宙中心的地球成為宇宙中一個微不足道的行星，更為可怕的是人們心中靈魂的歸宿——天國也從此不再存在，人類在世界中徹底失去了他的位置，或者更確切地說人類失去了他生活于其中、并以之為思考對象的滲透和充滿心靈的世界。人不再是“偉大的存在之鏈”中的一環了。至哥白尼時代止，人們對宇宙、對自然的思考基本上是在古希臘人所建立自然觀中進行的。他們把自然界看作是一個活的世界，一個滲透著或充滿著心靈的世界，一個自我運動著的事物所構成的等級世界。“自然界不僅是活的而且是有理智的；不僅是一個自身有靈魂或生命的巨大動物，而且是一個自身有心靈的理性動物。居住在地球表面及其鄰近區域的造物，其生命和理智代表了這種充滿活力和理性機體的一個特定部分。”“一種植物或動物如同它們在物質分有世界‘軀體’的物理機體那樣，也依它們自身的等級，在生理上分有世界靈魂的生命歷程，以及在理智上分有世界心靈的活動。”

人也是這樣一個充滿秩序的宇宙中的一個組成部分，是“偉大的存在之鏈”中的一個微不足道的環節，它同樣也分有世界靈魂的生命歷程。可見在古人的認識中，心靈和自然是不可分割、內在一致的整體，沒有肉體與心靈的分別、沒有主體與客體的、精神與物質的分別。人與神性的自然是同一的。在這樣的宇宙中，一切對自然現象的解釋都是帶有神性的目的論解釋。例如，在亞里士多德看來，自然界是一個自我運動著的事物的世界，運動并不像我們現在所理解的那樣是由慣性而引起的，而是由于自身的本性而引起的，因為每一物體自身都具有一種以某種確定方式變化的趨向。重的物體向下運動，輕的物體向上運動都是回歸其“自然位置”的自然運動。幼小的動物努力長成成年的動物，也體現了其由潛能向現實的奮爭的過程。總之，亞里士多德的宇宙是一個處處充滿著“質”的世界，他的物理學研究就是運用目的因和形式因去理解事物的本性，而不是去探討物體運動的過程這些非本質因素。因此，亞里士多德的物理學不可能將物體的運動數學化。當哥白尼把運動賦予地球時，也就從根本上違背了宇宙的價值等級結構以及運動的基本原則。

要堅持新的日心宇宙體系，就必須重新賦予運動以新的意義，即把物體的運動從“質”的規定性中解放出來，將其還原為嚴密的“量”的規定性。完成這一革命性步驟的是伽利略。他將一切目的論解釋從可允許的物理學論說的領域中排除出去。在伽利略眼中，真實世界“是處于可以在數學上化簡的運動之中的物體的世界，這意味著真實世界是在空間和時間中運動的物體的世界”。宇宙“這本書是以數學語言來寫的，它的符號就是三角形、圓和其他幾何圖形，沒有這些符號的幫助，我們簡直無法理解它的片言只語；沒有這些符號，我們只能在黑夜的迷宮中徒勞地摸索。”

伽利略將地上物體的運動數學化的一個極其重要的推論則是將整個自然對象化，從而將人驅逐出自然，成為宇宙的旁觀者。伽利略的真實世界現在僅僅只是一個純粹“量”的世界，那么人們在日常生活中所感受到的各種各樣的“質”又是什么呢？伽利略當然意識到這個問題。由此將他引向了第一性質和第二性質的學說。伽利略將宇宙區分為真實的“量”的世界和表象的“質”的世界。“量”的世界就是由諸如“數、圓形、位置和運動等”這些第一性的質所構成的世界，而“質”的世界則是由諸如“冷、熱、味道、氣味、顏色等”第二性的質所構成的世界。第二性的質是人對第一性的質的感官效應，是不真實的、主觀的。宇宙的實在性就在于其第一性的質，自然的唯一根本特征是使某一數學知識成為可能的特征，因而是能為人的理性所正確把握的。

既然真實的世界只是一個具有第一性的質的世界，由人參與而引起的第二性的質只是第一性的質的一個不真實的效應，那么整個宇宙就變成了一個處處同質的，被必然的數學規律所支配的惰性世界。“現在，在把第一性的質和第二性的質的區分翻譯成適合于對自然做出新的數學解釋的術語的歷程中，我們就達到對人的理解的第一個階段：人是真實的、基本的王國之外的東西。”因為“人是一個充滿色彩和聲音、充滿快樂和悲傷、充滿熱愛、野心和奮斗的、一個不可能用定量方法來處理的生命。”

因此，真實世界必定是人之外的世界，人則成為這個真實世界的旁觀者，至此，人與自然完成了分離，自然被徹底的對象化。物質自然的對象化同樣也是建構近代科學的一個極其重要的形式而上學基礎。

結束語

近代自然科學的建構引起人類思想史上最為深刻的觀念革命，“它使基督教興起以來產生的一切事物相形見絀，同時把文藝復興和宗教改革降到僅僅是一支插曲，僅僅是中世紀基督教體系內部改朝換代的等級”。它由此形成了至今還深刻影響著人類思想的機械論自然觀。無論是在牛頓力學，還是在之后開辟的化學、生物學、電學、磁學都處處貫徹著機械自然觀的核心觀念：人與自然的分離；自然的數學設計；物理世界的還原論說明以及自然的機械類比。而這些體現著機械自然觀的核心觀念的最終的形而上學基礎就是近代自然數學化以及由此而形成的宇宙空間背景化和物質自然對象化的觀念。

作者：陳俊單位：湖北省道德與文明研究中心湖北大學哲學學院