近代科学的思想与方法

----从培根、笛卡尔到伽利略和牛顿

在17世纪行将结束的时候，在众多自然科学家和哲学家的共同努力下，逐步形成了一套崭新的自然观和方法论，不仅在近代自然知识领域发挥了重要作用，而且促进了近代科学的飞速发展。这一科学的思想与方法，就是机械自然观和实验—数学方法论。

一、培根：知识的采集、消化与处理

近代自然科学有别于中世纪知识传统的第一个特征就是注重实验。培根（1561年—1621年）起到了引人注目的作用。1605年培根发表《学术的进展》中意识到科学技术将成为一种最重要的历史力量，因此而高度赞扬和评价了印刷术、火药和指南针的发明，并说“在所能给予人类的一切利益中，我认为最伟大的莫过于发现新技术、新的才能和以改善人类生活为目的的物品。”进而提出了“知识就是力量”的这一著名的论断。

1、实验归纳方法论

培根批判了经院哲学所坚持的亚里士多德的科学推理程序，提出了自己的实验归纳方法论。将自己的著作取名为《新工具》而相左与亚氏的《工具篇》。

培根认为经院哲学家就像是蜘蛛织网那样，网丝和编织十分精细，但却空洞无物，毫无益处。科学研究必须重视观察、经验，自然的知识只有通过对事物有效的观察才能发现。他批评亚氏事实不够、归纳匆忙，反对假设演绎，不重视数学在科学实验中的地位和作用。

2、打破四种“偶像”

培根认为正确的认识方法是不带偏见的，可是人心中总是为种种偏见所纠缠，他列举了四种“偶像”：

（1）种族偶像：整个人类所共有的，认为人的感觉是万物的尺度，所以在研究中往往会以有目的、拟人的方式来解释自然现象；

（2）洞穴偶像：这是因为个人偏爱某个问题所导致的。比如，吉尔伯特因为只对磁有兴趣，就试图建立一个以磁为统帅的自然哲学。

（3）市场偶像：这是由于语言产生的偏见。有些词语并没有实际指称，人们却以为其真实存在。

（4）剧场偶像：是由于接受了特殊的思想体系而产生，所有的思想体系都不过是一场戏剧，并以一种不真实的布景方式重新表达世界。

3、采集、消化与处理

培根认为，正确的认识方法不能是单纯的经验主义，像蚂蚁那样虽忙忙碌碌但没有目标，也不是单纯的理性主义，像蜘蛛那样虽织工精巧但空洞无物。必须将它们结合起来，像蜜蜂那样，从花园和田野里采集花粉，然后用自己的力量消化和处理它们。具体的研究应该具备下来列步骤：

（1）尽量不带偏见地收集事实，越多越好

（2）有了足够的事实后，必须分类和鉴别，然后是归纳

4、倡导有组织地集体协作研究

培根在《新大西岛》中，虚构了一个科学技术高度发达的国度，这个国家由“所罗门宫”里的科学家进行管理，而所罗门宫是一个有组织的科学研究机构。该书出版后不到半个世纪，英国实验科学家们便仿照所罗门宫成立了一个“无形学院”，他们定期聚会讨论问题，交流最新研究成果。1663年，无形学院被正式承认，成为著名的皇家学会。

培根虽然本人未投入当时的科学实验，但他的思想具有深远的意义，他被誉为科学实验的鼓动家，未来科学时代的预言家，被人称赞为同希腊瘸腿诗人第泰尔斯一样的“自己不能打仗，但他的诗篇鼓舞了士兵英勇作战”的科学诗人。

二、伽利略：实验+数学（理想化实验）

伽利略（1654年—1642年）最先倡导并实践的是实验加数学的科学研究方法，但他的实验并不是培根的观察实验，而是理想化的实验。比如，地球上的任何力学实验都不能避免摩擦力的影响，但要认识基本的力学规律，首先要从观念上排除这种摩擦力，这就要全新的概念体系来支撑将要做的实验，包括设计、实施和解释实验结果。伽利略认为，只有这种理想化的实验才能与数学处理相配套。

伽利略的三阶段研究程序

伽利略的研究程序可以分为三个阶段：

（1）直观分解：通过直观隔离出一些标准样本，将这些样本完全翻译成数学上容易处理的量，

（2）数学演绎：由这些量通过数学演绎推出其他一些现象

（3）实验证明：再用实验来证明这些现象是否确实如此

直观分解使丰富无比的感性自然界译成简单明了的、量的、数学世界，质的东西被抛在了一边，使自然界表现出其机械性。将自然数学化，全部近代物理科学都是建立在自然的数学化基础上的。

三、笛卡尔：我思故我在

在科学方法论上与培根形成对照的是笛卡尔（1596年-1650年）的数学演绎方法。

笛卡尔1634年写出了《论世界》，1637年又写出了《关于科学中正确运用理性和追求真理的方法论的谈话，进而，关于这一方法的论文，屈光学、气象学、几何学》简称《方法论》一书，1641年出版了《第哲学沉思录》1644年出版了《哲学原理》。

笛卡尔在数学和力学上都做出了重要的开创性的贡献，而且是一个机械自然观的第一个系统表述者，被誉为近代哲学的开创者。

1、数学演绎方法论

笛卡尔认为培根的《新工具》强调知识来自经验是正确的，但培根将科学推理的程序颠倒了。经验诚然很重要，但对于十分复杂的现象，经验又往往是不可靠的，以它为推理的基础很容易发生错误。而演绎法只要前提没有问题，结论就不可能出错，获得真正可靠的前提必须首先怀疑一切，然后从怀疑中找出那清楚明白、不证自明的东西。

比如，他找到的第一个不证自明的前提是“我思”，什么都可以怀疑，只有“怀疑”这件事不需怀疑，“怀疑”即是“我思”，而“我思”就意味着“我在”，因此，“我思故我在”是一个清楚明白的命题，从此确认了上帝和外在的世界，推出“物质—心灵”的二元论：物质的本质属性是广延，心灵的本质属性是思维。

靠着严密的数学推理，笛卡尔运用演绎方法直接推出了运动的惯性原理：静止的物体依然静止，运动的物体依然运动，除非有其他的物体作用；惯性运动是直线运动。这比伽利略通过实验所总结的定律更为明确和普遍。

2、笛卡尔的机械自然观

“机械的”，笛卡尔解释为“力学的”和“可以用机械加以模仿的”。所以，笛卡尔将运动定义为位移，位移运动即为力学运动，由此提出了运动守恒定律，他认为机器与自然界中的物体没有本质的差别，不同的是，机器的是我们可以明确看到的。

比如，人体本身就是一架机器，它的机能均可以用力学加以解释。

笛卡尔在数学上发明了直角坐标系，在直角坐标系的基础上将代数方程和几何曲线结合联系起来，为数学的发展开辟了无限广阔的前景。比如微积分的出现，就是得益于解析几何的建立。

四、牛顿：归纳—演绎法

牛顿（1642年—1727年）则完全不同意笛卡尔的先天—演绎法，他认为“虽然用归纳法来从实验和观察中进行论证不能算是普遍的结论，但它是事物的本性所许可的最好的论证方法，并且随着归纳的愈为普遍，这种论证也愈为有力。”因此，牛顿十分重视归纳，但不忽略数学演绎，与从前的演绎不同的是牛顿认为结果必需重新诉诸实验确证。

牛顿的方法论集中于《自然哲学的数学原理》，其基本法则有四条：

法则1：去除那些真实而已足够说明其现象者外，不必去寻求自然界事物的其他原因。（简洁论证）

法则2：对于自然界中同一类的结果，必须尽可能归之于同一种原因。（同果同因）

法则3：物体的属性，凡既不能增强也不能减弱者，又为我们实验所能及的范围的一切物体所具有者，就应该视为所有物体的普遍属性。（普遍意义）

法则4：在实验哲学中，我们必须把那些从各种现象中运用一般归纳而导出的命题看作是完全正确的，或者是非常接近于正确的；虽然可能想象出任何与之相反的假说，但是没有出现其他现象足以使之更为正确或者出现例外之前，仍然应当予以如此的对待。（尊重归纳）

综合近代科学的思想与方法，可以概括为四个方面：

1、人与自然分离；

2、自然界的数学设计；

3、物理世界的还原论说明；

4、自然界与机器的类比。