科学史(上)-第25章
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成年以后就不再相信亚里斯多德的学说，而把握了新的原则；他了解在现代
的研究中需129 要集中精力，因此，他就比较完备而有条理地研究了一些仔
细选择的狭窄问题，而不象无所不能的天才列奥纳多那样把精力分散在许多
科目上。哥白尼的天文学是根据数学简单性这一“先验”原则建立起来的，
伽利略却用望远镜去加以实际的检验。最重要的是，他把吉尔伯特的实验方
法和归纳方法与数学的演绎方法结合起来，因而发现、并建立了物理科学的
真正方法。
伽利略真可算是第一位近代人物；我们读他的著作，本能地感觉畅快；
我们知道他已经达到了至令还在应用的物理科学方法。过去，人们总是先采
纳一个完备的和自圆其说的知识体系，中世纪新柏拉图主义和经院哲学都有
这样的特色，现在，伽利略放弃了这种方法。事实不再是从权威的和理性的
综合中推演出来的了，也不必再符合于这种权威的和理性的综合了，象在经
院哲学中那样；事实甚至不再是靠这种综合来取得意义了，象在刻卜勒的头
脑中那样。由观察或实验得来的每个事实及其直接的和不可避免的推论都按
照本来面目被人接受，不管人们怎样想把自然界一下子收服在理性的管辖之
下。许多孤立的事实的协和是慢慢显露出来的，围绕着每个事实的窄小的知
识范围，零散地发生接触，也许就融合成一个较大的范围。可是，要把所有
的科学的和哲学的知识融合成一个更高的、统摄一切的统一体，即使还不是
绝不可能的，也须推迟到遥远的将来。中世纪经院哲学是理性的：现代科学
在本质上是经验的。前者崇拜人的理性，在权威规定的界限内活动；后者接
受无情的事实，不管它是否合于理性①。
伽利略首先发明温度计。这是一根玻璃管，顶端有一个空气泡，开口端
则浸没于水内，1609 年他听人说一位荷兰人发明了一种能把远处物体放大的
镜子。伽利略就根据他对光的折射的知识，立刻制成一个同样的仪器，而且
很快就制出一个相当好的仪器，能将物体的直径放大三十倍。从此，新发现
立刻接踵而来②。月球的表面，哲学家从来就认为是完全平滑而无瑕疵的，现
在看出盖满了130 斑点，说明有崎岖的山脉和荒凉的山谷。从前所看不见的
无数星星，现在也闪烁在眼前了；自古以来不可解的银河问题，现在也得到
解答了。人们现在看见，木星在它的轨道上伴随有四个卫星，并有其可量度
的周期；这是地球和月球象哥白尼所说的那样围绕太阳运行的模型，只不过
更加复杂和可以看见而已。帕多瓦的哲学教授不愿意去看一看伽利略的望远
镜，而他的比萨同事们则在大公爵面前竭力想用逻辑的论据证明，“他仿佛
① A 。N。 whitehead， Science and the Modern World； Cambrirde ；1927。
②
Galileo Galilei； The Sidereal Messenger； Venice，1610，cuoted in Reo…dings in the Literature of
Science；bridge 1924。
是靠了巫术的符咒似的，把新行星从天空咒了出来”。
靠了望远镜的帮助，伽利略用人人可以复按的事实证明了天文学的新学
说，而在那时以前天文学的学说是仅仅建立在先验的数学简单性的根据上
的。差不多和伽利略同时，英国数学家，在把代数学改进为现代形式方面有
很大贡献的哈里奥特（ThomasHarriot），也用一具望远镜观察了月球与木星
的卫星，不过他生前没有把他的发现刊布出来③。
伽利略的主要的和最具独创性的工作是为动力学奠定了基础①。这时，静
力学方面已经有一些进步，布鲁日的史特芬即史特维纳斯（1586 年）尤其有
贡献，他在斜面和力的合成，以及流体静力学的水压方面都做了一些工作，
可是人们关于运动的观念，仍然是未曾经受训练的观察和亚里斯多德理论拼
凑而成的大杂烩。物体被认为有所谓本质的重或轻，并且用和自身的轻重成
比例的速度下降或上升，因为它们以不同的力量，“寻找它们天然的位置”。
1590 年左右，史特芬与德·格鲁特（deGroot）在德尔夫特（Delft）
证明轻重两物同时坠落，则同时到达地面②。伽利略也许重做了这个实验
（好象不是在比萨斜塔上），因为他早说过炮弹并不比枪弹落得更快③。
哥白尼与刻卜勒证明地球与其他行星的运动可以用数学方式表达。伽利
略觉得地球的各部分在“局部运动”中也是按数学方式运动的。于是他想要
发现的不是物体为什么降落，而是怎样降落，即是依照怎样的数学关系而降
落：这是科学方法上的一个大发131 展。
物体以不断增加的速度降落。这种增加的定律是怎样的？伽利略的第一
个假设，就本身言是很合理的。这个假设认为速度与降落的距离成比例。但
这个假设含有一个矛盾④，于是他试用另一个假设，即速度与降落的时间成比
例。这个假设经证明没有什么困难，于是伽利略演绎出它的结论，并和实验
的结果比较。
物体自由降落时速度太大，用当时已有的仪器不易量度，更难得到精确
的结果，所以须将这个速度减少到便利的限度以内。伽利略起先认为物体沿
斜面降落所得到的速度，与垂直降落同一距离所得到的速度一样。他于是用
斜面实验，并发现他量度的结果与根据下列假设及其数学谁论计算出的结果
相符。这个假设就是：速度与降落的时间成比例；这个假设的数学的推论是：
物体降落经过的空间按时间的平方而增加。他还再度发现另外一个事实：摆
的振荡周期与摆幅无关（小摆动时）；可见在等时间内重力以等量增加摆锤
的速度。
伽利略还发现：如果摩擦力小到可以忽略时，球滚下一个斜面之后，可
以滚上另一个斜面直到和出发点一样高的地方，而与斜面的倾斜度无关。如
果第二面是水平的，这个球将以恒速在这面上不断地向前跑去。
③ Dichionary of National Biography。
① E。N。da C。 Andrade； Science in the Setienfeenth Century，1938；E。Mach，Die Mechanik ininhrer Entwickelung
1883，TL MeConmack，London， 1902。
②
Whewell；上引书Ⅱ卷46 页；G。Sattol1， Isis， No。 61， 1934，P。 244。
③ E。N。Dda C。 Andrade， quoting Wohlwill， Galilei（vol；I；Hamburg，1909）；Gerland， Geschichte der
Physik；1913；Isis， 1935； P。 164； Nature 4Jan。 1936。
④
伽利略的证明是不能令人满意的，但帕布罗德（Broad）所指出的，从静止开始。物体不能有速度，除非
已经落了一段距离，而且不能阵落一段距离，除非已经获得一点速度。
除了希腊的原子论者与少数的现代人如列奥纳多和邦内德提
（Benedetti，1585 年）之外，人们一向假定每个运动都须有继续不断的力
去维持它。行星必须有业里斯多德的“不动的原动者”或刻卜勒的太阳经过
以太的作用，来维持它们的运行。但经过伽利略的研究，人们才明白：需要
外力的不是运动，而是运动的产生或停止或运动方向的改变。物质既然具有
惯性，行星系一旦开始运动，就不需要力去维持行星的运动；虽然必须找到
一个原因去解释它们为什么不断地离开直线路径，而在围绕太阳的轨道上运
行。在此以前就是正确地提出这个问题也不可能，但现在解决的途径已打开
了，而解决的人就在眼前，因为牛顿就出生在1642 年，即伽利略死去的那一
年。
伽利略在动力学上还有另外一个重要的发现。在他以前抛射体的路径，
已经是一个猜测纷纭的问题。伽利略看出抛射体的运动可以分析为两个成
份：一个在水平向，速度恒定不变，一个在垂直向，遵循落体的定律。这两
个分量综合之后，即得路径为抛物线。
伽利略的哲学思想，一方面接近刻卜勒。另一方面接近牛顿。和刻卜勒
一样，他要寻找自然现象间的数学关系，但他所找的不是神秘的原因，而是
要了解支配自然变化的永恒定律，不管“自然的理由是人类所能了解或不能
了解的”①。
由此可见伽利略已经远远离开了经院派以人为中心的哲学。在这哲学
里，整个自然界都是为人而创造的。但是，在伽利略看来，上帝把这种严格
的数学必然性赋予自然，而后通过自然，创造“人类的理解力，使人类的理
解力在付出了极大的努力之后，可以探寻出一点自然的秘密”。
欧几里得与其前人把几何学归到数学的领域。希帕克、哥白尼与刻卜勒
表明天文学可以归结为几何学。伽利略也同样地对待地上的动力学，把它变
为数学的一个部门。要从构成一种新科学的题材的观察到的一团混乱的现象
和一团混乱的模糊的观念中，创造出一种新科学，第一步总是要抓着可给以
确切界晓的几个概念，这种界说至少应在一个时期内是有效的：如果可能的
话，这种界说应使我们可以对这些概念给予数学上的量的处理。为了要把他
的落体的加速度问题变成可研究的问题，伽利略首先将古来关于距离与时间
的概念给予确切的数学形式。亚里斯多德与经院哲学家的主要兴趣在于最后
因，他们认为地上的运动和天文学上的天体运动并不相似，而是形而上学的
一个分支。于是他们就借助作用、动因、目的、自然位置等含糊观念，从本
质的角度去分析运动，关于运动本身，他们很少说到或想到，而只是举出了
运动的几种区别，如自然的运动与剧烈的运动的区别，直线运动与圆运动的
133 区别等。在伽利略看来，这些都是无用的，他所要研究的不是运动为什
么发生而是怎样发生。定性的方法使得空间与时间在亚里斯多德思想中成为
某些不重要的范畴。伽利略使得时间和空间在物理科学中具有了本原而根本
的性质，自此以后时间和空间就始终在物理科学中具有这种性质。他和别的
人还认识到，在惯性里除了重量之外，还有某一个量。但质量的确切定义是
牛顿首先提出的，至于能量的概念，则到十九世纪中叶，才形成并得到定义。
虽然如此，伽利略毕竟在数学的动力学方面迈出了最初的、也是最难的
一步，这就是从经院哲学在分析变化和运动时所采用的模糊的目的论范畴，
①
Burtt；上引书64 页。
跳到关于时间和空间的确定的数学观念。贝尔特教授认为我们现今的许多哲
学困难都是由这一步骤带来的。我们或许可以回答说，这一步骤揭露并澄清
了亚里斯多德物理学所掩盖起来的许多困难。总之，一件事是确定的：如果
没有伽利略的新眼光、动力科学是不会有那样的发展的。如果他的某些继起
者把这门学科和形而上学的实在问题的关系估计得过高，那并不是伽利略的
过错。事实上对于只有根据轻率的推测才能解答或者只能由哲学体系演绎出
来的问题，他宁愿承认无知，耐心等待。他承认他对于力的本性，重力的原
因，宇宙的起源，毫无所知。他认为，与其夸大胡说，不如“宣布那个聪明
的、智巧的、谦逊的警句：‘我不知道’”。
也许在物理学的其他部门的哲理问题上，伽利略也和前人有同样重要的
不同。刻卜勒承认物体的第一性的质（或不可分离的性质）与第二性的质（或
不甚实在与不甚根本的性质）的差别。伽利略更进一步，认为第二性的质不
过是感宫上的主观效应，和不可与物体分离的第一性的质迥然不同。在这里，
他与古代原子论者是一致的，这是因为原子论者的哲学在不久以前又复活
了。伽利略说：
当我设想一件物质或一个有形体的物质时，我立刻觉得我必须设想按它的本性，
它是有界限、有形状的，和旁的东西比较起来是大还是小，处在什么地方和什么时问，
在运动还是静止，与其他物体接触还是分离，是单个、少数还是多数，总之，无论怎样，
我不能想象一种物体不具有这些条件。但关于自或红，苦或甜，有声或无声，香或臭，
我却不觉得我的心被迫承认这些情况是134与物体一定有关系的：如果感官不传达，也
许推理与想象始终不会达到这些。所以我想物体方面的这些味、臭、色等，好象真
的存在在物体中，其实只不过是名称而已，仅仅存在于有感觉的肉体中：因此，如果把
动物拿走，一切这样的质也就消除了，或消灭了。①。。
伽利略就接着这一思路重新发现了德谟克利特用原子和虚空言简意赅地
表述出来的那条原理②。伽利略还接受了关于物质的原子说，并且相当详细地
讨论了原子在数目、重量、形状和速度方面的差别，怎样造成味道、气味或
声音方面的差别。
在这里，伽利略也离开了他的同代人心目中的自然界的画面。在普通人
看来，色、声、味、臭、热、冷等特性是非常实在的，在伽利略看来，这些
特性只不过是观察者心目中的感觉而已，是原子的排列或运动引起的，而原
子的排列或运动本身又服从于不变的数学上的必然性。至少在他看来，原子
尽管是大自然的奴隶，却是实在的，而第二性的质只不过是感官的幻影而已。
一世纪以后，贝克莱主教又提出：归根结蒂，第一性的质同样也只不过是建
立在感官知觉基础上的心理概念而已。
伽利略对这些问题的处理方法受到人们的责备，因此，有些二无论的和
唯物主义的哲学十分肯定地是由这里产生出来的。这样做的结果也许就和法
国百科全书派陷入同样的错误中：把一门科学同整个科学的关系，把整个科
学同形而上学的实在问题的关系，弄错了。不过，我们将在本书后面的几章
中再对这些问题作比较详细的论述。
①
Burtt； loc。cit。p。 75。
② 参看上文，P．23。
从笛卡尔到波义耳
和伽利略同时代但比较年轻的笛卡尔（ReneDescartels，1596—1650
年），为现代批判哲学奠定了基础，并发明了一些在物理科学上有用的新的
数学方法，他生于法国都兰城（Touraine）的半贵族的家庭里，并在拉弗勒
希（La Fieche）从耶稣会教士学习，但他的主要工作却完成于旅居荷兰的
二十年内。他在服务于克里斯蒂娜（Christina）女王时死于斯德哥尔摩。
笛卡尔证明在公认的哲学观念下面还有许多没有得到证实的假定。他抛
弃了根据希腊哲学和教父理论建立起来的、在当时仍然有力的中世纪积累下
来的思想，而企图仅仅根据人的意识与经验，建立一种新的哲学，这个哲学
的范围从对于上帝的直接的心理135 领悟一直到物质世界的观察与实验。可
是经院哲学的痕迹仍然留在他的意识里①。在数学上笛卡尔大大前进一步，把
代数的方法应用于几何学（不谋而合的还有费马（Fermat），从而发展了在
印度、希腊与阿拉伯都可以找到的、并为现代人，特别是维埃特（Vieie）加
以推进的一些见解。在此以前每一几何学的问题都须应用新的技巧去解决，
但笛卡尔提出了一个方法，打破了孤立处理的局面。座标几何学（即解析几
何学）的�
