赵若舟：机械自然观的确立及批判

赵若舟：机械自然观的确立及批判
2007年7月12日 作者：赵若舟 人类生存危机反思,战争，环境，艾滋病 浏览选项： 颜色 Black Red Yellow Pink Green Orange Purple Blue Beige Brown Teal Navy Maroon LimeGreen  本文已被浏览 99 次

  

机械自然观的确立及批判
十六世纪文艺复兴运动以后，自然科学开始从宗教神学的禁锢中解放出来，建立了以实验为基础，以形式逻辑为骨架的近代科学体系。正如爱因斯坦于1953年说过的那样：“西方科学的发展因于两个伟大的成就为基础，那就是希腊哲学家发明的形式逻辑体系，以及通过系统的实验发现有可能找出的因果关系”。这一基本原则一直为科学的发展所遵循，直至现代科学仍未能改变这一模式。
科学兴起于近代，而其理性主义的传统却可追溯到公元前600多年以前的古希腊。欧几里德的《几何原本》是希腊理性主义的典范。它仅从10个常人看来显而易见的公理出发，经过演绎推理，推出467个命题，涉及三角形、圆、相似形、立体几何等复杂图形和复杂问题。理性第一次在解决人类的空间问题上发挥了巨大的魔力。
从公元5世纪到15世纪中叶，在长达1000多年的欧洲中世纪是封建神学的天下，基督教的信仰精神冲断了古希腊的理性主义发展的锁链。而文艺复兴运动恰似这千年长冬后的初春，使理性主义这颗种子又重新萌发。
哥白尼是近代科学第一位伟大的科学家，在哥白尼之前，人们一直信仰托勒密的地心说。在解释恒星问题上地心说是成功的，而在解释太阳、月亮和五大行星的运动时，人们不得不用多达77个圆来描述，方能使理论的轨道与观察数据相吻合。这套理论就像哥白尼在他的经典著作《天体运行论》的序言中所说，达到了令人难堪的繁琐。而如果假定太阳是不动的，地球绕太阳旋转的同时自转，问题就大大简化了。
哥白尼之后，开普勒继续进行长时间的天文观察和研究。他提出了行星运动三定律，甚至用T2=KD3（T是行星绕太阳转动的周期，D是其与太阳的平均距离）这样简单的数学公式表达行星运动的普遍规律。
问题的完美解决是牛顿完成的。他提出了F=GmM/r2（m和M任何两个物体质量，r是两物体间的距离，G是常数）这样的万有引力定律。牛顿用万有引力定律和他的运动三定律，用数学方法可以推导出开普勒的行星运动三定律。
斗转星移、春秋冬夏、潮张潮落，所有的一切都得出的近于完美的解释。是地球绕太阳公转的同时自转，而不是日月星辰绕一个不动的地球转。旋转的地球不会把人类抛向空中，是因为地球对人具有万有引力的缘故，不用担心你跳起来你脚下的地球就会转到另一个地方，因为惯性原理，我们也作同样速度的运动。同样绕太阳公转的地球和行星因为万有引力的缘故不会背离太阳。抛起的石块总要落回地面这就是万有引力的原故。当然，由于人的质量太小，你不会感到别人对你的引力。
海洋潮汐现象是月亮引力的结果，潮汐的千年之谜因此也得到圆满的解释。牛顿还用数学的方法计算出彗星的轨道与万有引力保持一致，因此，彗星也是我们太阳系的一个合法成员。牛顿接着说明了月亮和太阳对地球赤道隆起带的吸引力使地球的自转轴形成一个周期大于26000年的锥，其不总指向天空中的同一颗星，地轴轴向的这种周期性变化使每年的春分和秋分都发生些微小的变化，这一事实喜帕恰斯早在1800多年前就观察到了，这样牛顿就解释了岁差。
按照牛顿的理论，克莱洛计算出哈雷彗星将于1759年4月中旬返回到它的近日点，这比实际回归时间仅早了一个月，一个月对于一颗77年才能一见的彗星已经足够准确了。
1781年，赫谢耳发现了天王星，但是天王星的轨迹与人们所预测的并不相符。于是，布瓦德提出一个假想，还有一颗未知的行星在干扰着天王星的运动，人们通过观测和计算，得出这颗未知行星可能的大小轨道和位置。德国天文学家加勒于1846年9月23日根据计算的位置，发现了海王星，其方位与预测仅差55分。
科学在天文学上取得了近乎完美的成功。
说到近代科学，我们就不能不提伽俐略。发现了自由落体定律是伽俐略的力学成就之一。亚里士多德认为物体下落速度与重量成正比，这个观点几千年都没有人怀疑过，伽俐略通过逻辑推理和实验两个方面的工作否定了亚里士多德的观点。
在逻辑证明方面，他作了如下推理：把一个轻物和一个重物捆在一起自由下落，由于重物下落的快，所以要拉着轻物下落，因此，重物比原来下落的慢了。但如果把轻物和重物看作一个整体，它的重量要大于重物的重量，因此，重物要比原来下落的快。亚里士多德的观点就通过这样推理不攻自破了。
伽俐略还设计了精细的实验，他让不同质量的铜球从光滑的木板上滚下，在同样的时间内都滚过同样的距离。通过定量实验证明，斜面上滚下的物体的位移符合这样的公式：S=1/2×at2(t是时间，S为位移，a为常数)，伽俐略认为增大木板的角度，这个公式仍然正确，如果木板与水平成90度角，小球就是自由落体运动，自由落体的位移S=1/2×gt2。
伽俐略还发现了惯性运动，成功解释了斜抛运动，他还证明了抛射仰角为45度时，射程最远。伽俐略创立的实验和数学相结合的科学研究方法，成为科学研究的基本方法，直到今天仍在科学研究中发挥重要作用。
在哥白尼、伽俐略、开普勒、惠更斯、胡克等人研究的基础上，牛顿提出了运动三定律，矢量合成原理和万有引力定律，创建了经典力学的体系，这些成果都发表在1687年，牛顿出版的《自然哲学的数学原理》一书中。
牛顿的成功激励着一批又一批的科学家通过理性的方法去揭示大自然的奥秘。19世纪中叶，在卡诺、焦尔等人的努力下，提出了能量守恒定律。焦耳化了5年时间，作了科学史上有名的搅拌实验，精确测定了机械能转化为热能的当量为1卡4.157焦耳。1800年，伏打制造了世界上第一个电池。1785年库仑提出了库仑定律。1820年，奥斯特发现了电流的磁效应。19世纪中叶,法拉第提出了电流的磁效应。19世纪中叶，法拉第提出了电磁感应定律。
麦克斯韦总结了法拉第等人的成果，提出了麦克斯韦方程。它用两组偏微分方程，把全部电磁学概括为一组方程式，并由这组方程式导出了电场和磁场的波动方程，推算出电磁波的传播速度恰好等于光速。麦克斯韦预言：光波就是电磁波。1873年，麦克斯韦出版了他的巨著《电磁学通论》，揭示了自然界电、磁、光的统一性。1888年，赫兹用实验证实了电磁波的存在。那已是麦克斯韦去世第9个年头。
19世纪科学技术的发展是科学史上的辉煌篇章，不少科学家被这一胜利所陶醉，认为科学大厦即将竣工，剩下的工作只是测准一些物理常数，或把一些定律进行应用。牛顿在前人的基础上构建了力学体系，麦克斯韦总结了电磁学的全部成就。关于热现象已可由热力学定律予以说明。
人们也更加坚信，以实验为基础，以数学为推理工具，我们可以解决自然界的所有问题。
根据已有的科学知识，人们逐渐创立了机械的自然观。
机械唯物主义是牛顿力学的一个莽撞的结论。牛顿力学是一个决定论的科学，牛顿力学认为任何物体在力的作用下，其运动轨迹都是唯一的。在这样的科学启迪下，笛卡尔提出了自己的机械唯物主义哲学。在他看来，复杂的动物和人同无机物一样受物理定律支配，人和动物的肉体本质就是一台机器，他甚至把动物看成完全受物理定律支配，缺乏情感和意识的自动机。他认为，假使我们的知识真够丰富，我们就可以使化学和生物学转化为力学，胚种发育成动物或植物的过程是纯机械过程。
笛卡尔说，“除用数学证明中所推理出的以外，我不相信任何事。而且到现在，通过这种方法我们可以解释自然界的一切现象……我不认为我们还可以承认什么其他的客观原理，或者说我们还有理由再寻找其他任何一条”。 “既不承认也不希望在物理学中还有除几何上的或抽象数学中以外的什么原理。”笛卡尔把世界看成一不动的空间，现实世界是在时空中可用数学描述的物体运动的总和，整个宇宙是通过数学原理建立起来的庞大的、和谐的机器，科学任何用来建立顺序和测量的原理都可归于数学。
在很长一段时间里，科学的发展证明，笛卡儿的机械唯物观是正确的和有效的。科技发展的成功，不仅仅是在简单系统和人造系统的物理学和化学领域，即使在复杂的人体医学中，通过机械的手术的方法，都取得了满意的疗效。问题是这种方法是否是无害的并能解决所有问题。我们可以千百万次重复最复杂的物理试验，但我们不能拿地球和人类的命运作试验，况且机械唯物观从理论和实践中的错误都显示出端倪。
由于机械唯物论看来，自然和人是两个不相联系的部分，征服和统治自然也就成为技术发展的必然，并且从牛顿力学看不出这样做有任何的危害。只到环境问题的出现，我们才认识到我们错了。莱奥波尔德就一针见血地指出：“在人类历史上，我们已经懂得（我希望懂得），征服者的任务最终是征服自己。”并提出自己的大地伦理学理论。他说：“当我们把大地看作是我们所归属的共同体时，我们就会开始带着爱和尊敬去利用它，没有别的方法使大地从用机械装备的人的影响下保存下去”。“学会改变人类的地位，从他是大地——社会的征服者转变到他是其中的普通一员和公民。这意味着人类应该尊重他的生物同伴，而且也以同样的态度尊重大地社会。”
到今天，科学本身的发展已否定了笛卡尔的机械唯物主义哲学。
辩证法告诉我们，世界是必然性和偶然性的统一，这一点在量子力学里得到证实，在微观世界里，粒子的运动轨迹是不确定的，从而使笛卡尔决定论的彻底破产。
卡普拉是对笛卡尔——牛顿的机械唯物主义批判最激烈的一位学者。他认为，现在社会是一个病态的社会，它的种种危机的文化根源就是机械论的世界观，要改变现代社会的危机局面，人们就必须超越旧的世界观，而转向生态学的世界观，并在这种新的世界观的指导下，去进行一场真正世界意义上的文化革命。他指出，本来整体是首要的，部分是次要的，而在笛卡尔的世界观里恰恰相反，整体来源于部分的性质。
因为宇宙庞大的机器按牛顿制定的数学公式精确地运转起来，从有机体到机器，笛卡尔的机械世界观改变了人们对待环境的态度，诱惑了人们对自然进行破坏性开发的工业化过程，刺激了物质技术的发展。
卡普拉说，经济学在其发展过程中一直采用笛卡尔的还原主义方法，把经济现实从整个生态系统的有机联系中分离出去，采用狭隘的经济变量，如人均GNP、利润等来描述经济现象，规划经济任务，激起了全球性的对经济增长的着迷，自然资源加速耗竭，生态破坏惨重，生活质量降低，生存和健康受到越来越严重的威胁。在这样的情势下，如果人类还不改变传统的经济模式，那么就只能像不适应环境的恐龙一样灭绝。