?左：牛頓（Isaac Newton），右：愛(ài)因斯坦（Albert Einstein）

導(dǎo)言：

終其一生，愛(ài)因斯坦一直注視著牛頓。這是一種精神上的繼承，一種哲學(xué)的沉思。愛(ài)氏想要問(wèn)的，是什么最終讓科學(xué)變成了科學(xué)。作為人類(lèi)對(duì)自然的世代相襲的叩問(wèn)，破舊立新是科學(xué)的發(fā)展最顯著的特色；而愛(ài)氏要問(wèn)的卻是，什么是這一發(fā)展過(guò)程中貫穿始終卓然不變的要素，而正是這些要素，定義了科學(xué)，并且成為構(gòu)造現(xiàn)代文明的一個(gè)不可或缺的方面。

下文是吳以義先生為所著牛頓傳2013年再版寫(xiě)的前言。從事具體科學(xué)研究的人，對(duì)科學(xué)發(fā)展感興趣的人，都可以由此產(chǎn)生更深入的哲理性的思考。

撰文 | 吳以義

責(zé)編 | 艾維

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和復(fù)旦大學(xué)出版社史麗立編輯一起，幾經(jīng)斟酌，把這本小冊(cè)子的書(shū)名改為《科學(xué)從此成為科學(xué)》。三民書(shū)局的初版受叢書(shū)體例的限制，只能作《牛頓》，但現(xiàn)在這個(gè)書(shū)名顯然更好地反映了寫(xiě)作的主旨。

?新版封面。來(lái)源：復(fù)旦大學(xué)出版社

科學(xué)當(dāng)然不是一蹴而就地出現(xiàn)在歷史上的。究竟什么時(shí)候科學(xué)成為科學(xué)，說(shuō)實(shí)在的無(wú)法也不必作排他性的認(rèn)定。本書(shū)說(shuō)科學(xué)自牛頓起成為科學(xué)，意在強(qiáng)調(diào)科學(xué)的幾項(xiàng)基本特征至此充分展現(xiàn)；其中比較有意思的有三：作為對(duì)象的自然界，理性的權(quán)威地位，以及對(duì)科學(xué)的探索本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。而對(duì)此的討論，對(duì)牛頓的評(píng)價(jià)，則當(dāng)以來(lái)自“一個(gè)在科學(xué)上同牛頓相匹敵的人”為上選。[1]愛(ài)因斯坦對(duì)牛頓贊譽(yù)有加，惺惺相惜，自然值得特別的留意，而其論述也常在這三個(gè)方面。讓我們做稍微細(xì)致些的考察。

科學(xué)把我們的感官所反映的自然界確立為自己的研究對(duì)象，這一觀念由來(lái)已久。亞里士多德[2]就明確地說(shuō)，“既然我們是在尋求感覺(jué)物體的本原，既然感覺(jué)是可觸的意思，而可觸又是感官觸及的東西，”研究的對(duì)象就是這些東西。所謂研究這些東西，就是要揭發(fā)它們之間的因果聯(lián)系。他后來(lái)又說(shuō)：“顯然，我們應(yīng)須求取原因的知識(shí)，因?yàn)槲覀冎荒茉谡J(rèn)明一事物的基本原因后才能說(shuō)知道了這事物?！?從這些事實(shí)說(shuō)來(lái)，我們將謂萬(wàn)物的唯一原因就只是物質(zhì)，……” [3]愛(ài)因斯坦強(qiáng)調(diào)說(shuō)，“牛頓的概念體系中邏輯上的完備性就在于：一個(gè)體系中各個(gè)物體的加速度的唯一原因就是這些物體本身。” [4]

但是，嚴(yán)格界定科學(xué)研究的對(duì)象，把除了感官所提供的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)以外的一切全部摒棄在科學(xué)之外，并沒(méi)有把牛頓的研究局限在一種狹小的視野之中。近150年在科學(xué)和技術(shù)高度發(fā)達(dá)的同時(shí)，對(duì)自然的研究也日益專(zhuān)門(mén)化?？茖W(xué)家看見(jiàn)的，是他所專(zhuān)注的一個(gè)或幾個(gè)極其專(zhuān)門(mén)的問(wèn)題，而且常常是和現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)或政治利益緊密相關(guān)的問(wèn)題，這和牛頓的時(shí)代很不一樣。牛頓面對(duì)的，始終是整個(gè)自然。從星辰的運(yùn)動(dòng)到潮汐，從原子的吸引到丹藥，從光的本質(zhì)到視覺(jué)，牛頓的研究在愛(ài)因斯坦眼里，是和自然的直接的無(wú)障礙的溝通：[5]

對(duì)于他，自然界是一本打開(kāi)的書(shū)，一本他讀起來(lái)毫不費(fèi)力的書(shū)。他用來(lái)使經(jīng)驗(yàn)材料變得有秩序的概念，仿佛是從經(jīng)驗(yàn)本身，從他那些像擺弄玩具似的而又親切地加以詳盡描述的美麗的實(shí)驗(yàn)中，自動(dòng)地涌溢出來(lái)一樣。 他把實(shí)驗(yàn)家、理論家、工匠和講解能手兼于一身。

對(duì)于愛(ài)因斯坦來(lái)說(shuō)，科學(xué)所面對(duì)的就是這樣的作為一體的自然：[6]

我想知道上帝是怎么創(chuàng)造世界的。我對(duì)這一或那一個(gè)現(xiàn)象無(wú)甚興趣，對(duì)這一或那一種元素的光譜無(wú)甚興趣，我想要知道的是上帝的想法，余皆細(xì)枝末節(jié)。

?愛(ài)因斯坦、牛頓的漫畫(huà)。來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院物理研究所

當(dāng)牛頓和愛(ài)因斯坦面對(duì)整個(gè)自然時(shí)，他們當(dāng)然不是只注視一個(gè)或幾個(gè)孤立的現(xiàn)象或客體，科學(xué)所要求的，不是對(duì)現(xiàn)象或客體的孤立的描述，不是感官所提供的直接感受，而是對(duì)存在于現(xiàn)象之間的因果關(guān)系的確認(rèn)。因果關(guān)系是科學(xué)地理解自然的本質(zhì)特征，也是科學(xué)所孜孜追求的終極目標(biāo)。愛(ài)因斯坦認(rèn)為，正是牛頓，最終完成了亞里士多德的這一要求：“我們必須明白，在牛頓以前，并沒(méi)有一個(gè)關(guān)于物理因果性的完整體系，能夠表示經(jīng)驗(yàn)世界的任何深刻特征?！薄霸谂ｎD以前，還沒(méi)有什么實(shí)際的結(jié)果來(lái)支持那種認(rèn)為物理因果關(guān)系有完整鏈條的信念。” [7]愛(ài)因斯坦簡(jiǎn)要地歸納了牛頓建立這種因果關(guān)系的工作：[8]

牛頓設(shè)想，作用在一個(gè)物體上的力是由一切離該物體足夠近的物體的位置所決定的，這種思想無(wú)疑是受了行星運(yùn)動(dòng)定律的啟發(fā)。只有在這種觀念建立起來(lái)以后，才能得到關(guān)于運(yùn)動(dòng)的完整的因果概念。大家都知道，牛頓怎樣從開(kāi)普勒的行星運(yùn)動(dòng)定律出發(fā)解決了引力問(wèn)題，并且由此發(fā)現(xiàn)了作用在星球上的推動(dòng)力和引力在本質(zhì)上是相同的?！?以這里所簡(jiǎn)要說(shuō)明的基礎(chǔ)為根據(jù)，牛頓成功地解釋了行星、衛(wèi)星和彗星的運(yùn)動(dòng)，直至其最微末的細(xì)節(jié)，同樣也解釋了潮汐和地球的進(jìn)動(dòng)，—— 這是無(wú)比輝煌的演繹成就。

他后來(lái)又補(bǔ)充說(shuō)，[9]

科學(xué)家卻一心一意相信普遍的因果關(guān)系。在他看來(lái)，未來(lái)同過(guò)去一樣，它的每一個(gè)細(xì)節(jié)都是必然的和確定的。

進(jìn)一步，愛(ài)因斯坦認(rèn)為，從紛繁的現(xiàn)象中整理出因果規(guī)律，“不能單從經(jīng)驗(yàn)中得出，而只能從理智的發(fā)明同觀察到的事實(shí)兩者的比較中得出?！盵10] 這就是理性的作用。正是理性，這種人類(lèi)獨(dú)有的分析能力，可以對(duì)自然材料加工，可以揭示自然現(xiàn)象的聯(lián)系。這一人類(lèi)特有的智力活動(dòng)，就是科學(xué)。而這一活動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，有賴(lài)于兩個(gè)基本的假定：一是自然界的規(guī)律確實(shí)是存在的，自然變化確為因果律所統(tǒng)帥；二是這種規(guī)律是可以認(rèn)識(shí)的，自然現(xiàn)象對(duì)于人來(lái)說(shuō)，或多或少，或遲或早，在本質(zhì)上是可以理解的。

這是自然科學(xué)之所以可能的先驗(yàn)的認(rèn)識(shí)論基礎(chǔ)。愛(ài)因斯坦認(rèn)為，這是唯一的不可理解的命題：[11]

借助于思維，我們的全部感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)就能夠整理出秩序來(lái)，這是一個(gè)使我們嘆服的事實(shí)，但卻是一個(gè)我們永遠(yuǎn)無(wú)法理解的事實(shí)?？梢哉f(shuō)，“世界的永久秘密就在于它的可理解性。”要是沒(méi)有這種可理解性，關(guān)于實(shí)在的外部世界的假設(shè)就會(huì)是毫無(wú)意義的，……

所以，在這個(gè)意義上，愛(ài)因斯坦把這種對(duì)可理解性的先驗(yàn)的信心比作一種宗教：[12]

你很難在造詣?shì)^深的科學(xué)家中間找到一個(gè)沒(méi)有自己宗教感情的人。但是這種宗教感情同普通人的不一樣。 …… 他的宗教感情所采取的形式是對(duì)自然規(guī)律的和諧所感到的狂喜和驚奇，因?yàn)檫@種和諧顯示出這樣一種高超的理性，同它相比，人類(lèi)一切有系統(tǒng)的思想和行動(dòng)都只是它的一種微不足道的反映。

愛(ài)氏回憶說(shuō)，在十二歲的時(shí)候他第一次讀到歐氏幾何關(guān)于三角形三條高交于一點(diǎn)的證明?！八鼈儽旧黼m然并不是顯而易見(jiàn)的，但是可以很可靠地加以證明，以致任何懷疑似乎都不可能。這種明晰性和可靠性給我造成了一種難以形容的印象?！?[13]他以后的工作就是建立在這樣一種對(duì)理性的“宗教感情”之上：[14]

相信世界是一個(gè)有秩序的和可認(rèn)識(shí)的實(shí)體，這是一切科學(xué)工作的基礎(chǔ)，也是一種宗教情感。我的宗教感情就是對(duì)這種秩序的謙恭的贊賞，這一秩序在現(xiàn)實(shí)的一鱗半爪中顯現(xiàn)，而這一小塊現(xiàn)實(shí)和我們微不足道的理性正旗鼓相當(dāng)。[15]

?少年時(shí)期的愛(ài)因斯坦。來(lái)源：faculty.randolphcollege.edu

所以，求得自然現(xiàn)象的因果解釋?zhuān)强茖W(xué)的終極目的，而在這一追求中，理性貫穿始終。愛(ài)因斯坦對(duì)牛頓及其工作所懷有的，正是這種“謙恭的贊賞”：[16]

想起他就要想起他的工作?！?牛頓第一個(gè)成功地找到了一個(gè)可以用公式清楚表達(dá)的基礎(chǔ)；從這個(gè)基礎(chǔ)出發(fā)，他能用數(shù)學(xué)的思維，邏輯地、定量地演繹出范圍很廣的現(xiàn)象，并且能同經(jīng)驗(yàn)相符合?！纱?，目標(biāo)就達(dá)到了，天體力學(xué)這門(mén)科學(xué)也就誕生了，這門(mén)科學(xué)已無(wú)數(shù)次地為牛頓自己和他以后的人所證實(shí)。

在愛(ài)因斯坦看來(lái)，理論為實(shí)踐所證實(shí)，是理性發(fā)展的必然。如果理性不能把我們引向正確的結(jié)果，那倒是理性所不能理解的了：[17]

科學(xué)……鼓勵(lì)人們根據(jù)因果關(guān)系來(lái)思考和觀察事物。在一切比較高級(jí)的科學(xué)工作的背后，必定有一種關(guān)于世界的合理性或者可理解性的信念，這有點(diǎn)像宗教的感情。同深摯的感情結(jié)合在一起的，是對(duì)經(jīng)驗(yàn)世界顯示出來(lái)的深邃的理性的堅(jiān)定信仰，這就是我的上帝。

至此我們談到了自然界，以及人對(duì)自然的認(rèn)識(shí)。既然這種認(rèn)識(shí)本質(zhì)上是自然現(xiàn)象之間的關(guān)系，而不是單一和孤立的現(xiàn)象，理性所追求的這種因果關(guān)系當(dāng)然就不能為感官所直接把握，就必須通過(guò)人特有的智力活動(dòng)認(rèn)識(shí)；這種活動(dòng)為理性所指導(dǎo)，為理性所貫穿。而在理性的帶領(lǐng)下對(duì)因果關(guān)系的認(rèn)識(shí)，基于一種對(duì)自然和自然規(guī)律的敬畏和對(duì)人的認(rèn)識(shí)能力的信心，常表現(xiàn)為一種從不知到知，從知之甚少到較多的過(guò)程。這一過(guò)程為科學(xué)的成果所標(biāo)志，但是這一進(jìn)程的本質(zhì)卻并非這些成果而是它們的不斷更新。開(kāi)普勒在討論行星運(yùn)動(dòng)時(shí)曾用 being 和 becoming來(lái)強(qiáng)調(diào)靜止的狀態(tài)和變化的過(guò)程，在這兒或可以作一不恰當(dāng)?shù)母阶ⅰ?[18]如果留意科學(xué)的本質(zhì)是這樣一種過(guò)程，我們就不會(huì)為牛頓學(xué)術(shù)生涯中的表觀不一致而困惑，事實(shí)上，他在天文學(xué)上的和煉金術(shù)和年代學(xué)方面的工作同樣都是理解自然的努力。

由此可見(jiàn)，科學(xué)活動(dòng)必然是一種探索。這種不斷完善的過(guò)程的起點(diǎn)，常在對(duì)于理論的弱點(diǎn)和不足的深刻認(rèn)識(shí)?？茖W(xué)理論從來(lái)不是自我封閉的。在理論成功的同時(shí)，認(rèn)識(shí)到其中的弱點(diǎn)，恰恰為理性的下一步的追求指明方向，這就使得科學(xué)成為一種連續(xù)的，指向明確的，世代相襲的社會(huì)活動(dòng)。愛(ài)因斯坦認(rèn)為，牛頓理論的弱點(diǎn)在于絕對(duì)時(shí)空的概念，這一概念是虛幻的；[19] 在于假定力的超距作用，這一假定和我們?nèi)粘Ｉ畹慕?jīng)驗(yàn)不合；還在于認(rèn)定引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量相等，牛頓對(duì)此沒(méi)有作任何物理的解釋?zhuān)对怼范x質(zhì)量的妙處恰恰在于其可操作性。不難看出，愛(ài)因斯坦所注意的，正是相對(duì)論的出發(fā)點(diǎn)，正是他所力圖解決的問(wèn)題。理論就是這樣成長(zhǎng)。作為牛頓事業(yè)的直接繼承人，愛(ài)因斯坦比任何人都更加親切地感受到牛頓的偉大：[20]

牛頓的基本原理從邏輯的觀點(diǎn)看來(lái)是如此完善，以至于檢驗(yàn)這些原理的動(dòng)力只能來(lái)自經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的要求?！?我必須強(qiáng)調(diào)指出，牛頓自己比他以后許多博學(xué)的科學(xué)家都更明白他的思想結(jié)構(gòu)中固有的弱點(diǎn)。這一事實(shí)時(shí)常引起我對(duì)他的深摯的敬意，……

?牛頓所著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》封面

值得留意的是，愛(ài)氏的敬意來(lái)自牛頓對(duì)自身理論的弱點(diǎn)的認(rèn)識(shí)和思考。牛頓關(guān)于以太的考慮，在愛(ài)因斯坦看來(lái)，這才是一種“挑戰(zhàn)”：[21]

去了解牛頓想的什么，以及他為什么要干某些事，那是最重要的?！?比如，牛頓是怎樣并且為什么提出他的以太概念的？盡管牛頓的引力理論得到了成功，他對(duì)引力概念還是不滿(mǎn)意?！?牛頓所最強(qiáng)烈反對(duì)的是一種能夠自己在空虛空間中傳遞的力的概念。牛頓希望用以太來(lái)把超距作用歸結(jié)為接觸力。…… 這里有一個(gè)牛頓思想過(guò)程的最有趣的說(shuō)法 ……

因此，盡管牛頓的以太概念后來(lái)被證明不成功，但是，如果注意到科學(xué)發(fā)展的本質(zhì)模式是探索，我們就不會(huì)在個(gè)別成果、個(gè)別概念上糾纏：[22]

本來(lái)理智每一活動(dòng)的目標(biāo)，就是要把奇跡轉(zhuǎn)變?yōu)槔碇撬颜莆盏臇|西。如果在這種情況下，奇跡確實(shí)可以轉(zhuǎn)變，那么我們對(duì)牛頓的才智，就只會(huì)更加欽佩。

惺惺相惜。在愛(ài)因斯坦看來(lái)，正是牛頓，規(guī)范了“西方的思想?！迸ｎD所樹(shù)立的，是以后科學(xué)研究乃至一切學(xué)術(shù)研究的“規(guī)矩”和“典范”：[23]

我們覺(jué)得有必要在這樣的時(shí)刻來(lái)紀(jì)念這位杰出的天才，在他以前和以后，還沒(méi)有人能像他那樣地決定西方的思想、研究和實(shí)踐的方向。他不僅作為某些關(guān)鍵性方法的發(fā)明者來(lái)說(shuō)是杰出的，而且在善于運(yùn)用他那時(shí)的經(jīng)驗(yàn)材料上也是獨(dú)特的，同時(shí)還對(duì)數(shù)學(xué)和物理學(xué)的詳細(xì)的證明方法有驚人的創(chuàng)造才能。由于這些理由，他應(yīng)當(dāng)受到我們的最誠(chéng)摯的尊敬。

不須解釋?zhuān)绻钥茖W(xué)的最終目標(biāo)即自然界中的因果關(guān)系，科學(xué)的最高原則即理性的批判精神，以及科學(xué)的發(fā)展形態(tài)即嘗試和實(shí)驗(yàn)的探索模式來(lái)衡量，牛頓的工作確實(shí)標(biāo)志了一個(gè)時(shí)代。在牛頓誕生將近三百年的時(shí)候，愛(ài)因斯坦再次提到牛頓，深沉的眷戀溢于言表：[24]

牛頓的時(shí)代早已被淡忘了，他那一代人的充滿(mǎn)疑慮的努力和痛苦已經(jīng)從我們的記憶中漸漸消失；只有少數(shù)幾個(gè)偉大的思想家和藝術(shù)家的作品留了下來(lái)，給我們和我們的后代以歡愉和高尚。

但是，這種“歡愉和高尚”并不會(huì)自發(fā)自動(dòng)地向受眾轉(zhuǎn)移。愛(ài)因斯坦八十年前的擔(dān)憂(yōu)，現(xiàn)在聽(tīng)起來(lái)竟像是近乎先知式的警告了：[25]

我所以要說(shuō)這些話(huà)，是因?yàn)樵谖覀冞@個(gè)時(shí)代里，為知識(shí)而尊重知識(shí)的精神，已不再像文藝復(fù)興時(shí)代的那幾個(gè)世紀(jì)時(shí)那樣的強(qiáng)烈了。

的確，科學(xué)革命時(shí)代上承文藝復(fù)興的余緒，下開(kāi)啟蒙運(yùn)動(dòng)的先河。文藝復(fù)興的一個(gè)標(biāo)志是人的興趣極大地轉(zhuǎn)向自然。在此之前，人們?yōu)榱俗穼ど系鄱V諸自然，自然對(duì)于人而言，是上帝智慧的展示。當(dāng)牛頓的工作為世人所知曉，科學(xué)革命臻于完成的時(shí)候，情形丕變，人們?yōu)榱俗穼ぷ匀欢V諸上帝。在長(zhǎng)達(dá)一個(gè)半世紀(jì)的探索中，上帝退居原動(dòng)者和最后因，而理性作為這一探索的主線，始終貫穿。當(dāng)理性成為人類(lèi)活動(dòng)的最初動(dòng)因和最后判定者時(shí)，科學(xué)就成為了科學(xué)。

作者簡(jiǎn)介

吳以義

華東師范大學(xué)哲學(xué)碩士（1981年），師從張瑞琨先生，最初偏重于量子力學(xué)史。1984年起師從普林斯頓大學(xué)Charles Gillispie教授，1989年完成博士學(xué)位。隨即在賓夕法尼亞大學(xué)科學(xué)史和科學(xué)社會(huì)學(xué)系任席文先生博士后研究助理。之后在紐約市立大學(xué)，China Institute，復(fù)旦大學(xué)等處教書(shū)。