作者 | 宇宙物理學

毋庸置疑，牛頓是人類曆史上最偉大的物理學家之一。牛頓的力學三大定律和萬有引力定律，開啟了人類的科學時代；他的微積分，成為分析宇宙的最重要數學工具之一。

作為一名物理學家，為什麼牛頓将自己的力學著作，起名為《自然哲學的數學原理》？這到底是一本科學著作還是哲學著作？哲學和科學到底是什麼關系？本文為你一一道來。

在西方的思想史上，神學、哲學、科學一脈相承。要想了解科學，必須先了解前面的兩者。

神學是人類用智的一個重要方式，我們稱之為信主——也就是在宗教信仰和神靈建構下整理思想和文化。

遠古時代，人類用智的方式基本上都是信主，也就是認為世界是由神靈、或者上帝、或者主來締造的。隻需要确信這一點，一切問題都得到了解決——因此我們無需探究。上帝和神把一切都安排的井井有條，能做什麼、不能做什麼已經被劃分出清晰的界限。

在這種思維方式下，大部分文明都不再真正的追究終極，這就是信主文化對智慧發展的遮蔽效應。但也有唯一的特例，那就是古希臘文明中出現的「哲學」。

哲學，Philosophy，它是希臘文Phlio和Sophia兩個詞的合成，最早使用這個詞彙的，很可能是古希臘第一位唯理論哲學家畢達哥拉斯。這個詞中的phlio是“愛”的意思，Sophia是“智慧”的意思。所以，所謂的「哲學」，從字面意思上，就是「愛智」。

在哲學出現的最早時期，其實是為了完成對神的追問。

神學認為世界的終極就是神靈，而哲學追問的是神靈是如何操縱這個世界的。所以，最早哲學隻是神學的婢女，也就是神學的仆人。

這種對神學展開哲學追問的現象，僅僅見于古希臘，在其他地方從未出現。最終，在哲學的土壤中，長出了科學的萌芽。畢達哥拉斯的數論，歐幾裡得的幾何（圖論），牛頓的力學（力論）其實是一脈相傳的思想序列。

古希臘的神靈都是很有趣的，甚至是可笑的。大多數古希臘神靈都是人格化的一種表現，是人類某種特性在天空的展示。他們易怒、好色、好奇、懶惰......是調皮的人類在天界的表征。因此，古希臘當年的神學不構成壓抑狀态，反而成為智慧調動的一個啟動點。

蘇格拉底曾經講過，當人用智慧調動到極端，追問到神那裡仍然不罷休，而要想搞清楚神的能力所在的時候，就是哲學探讨問題的開端。

由此，古希臘成為哲學——也就是「愛智」文化——的發源點，完成了神學到哲學的進化。

02古希臘哲學的三個基本内核

古希臘哲學有三個基本内核：「知識觀」，「本體真存」和「精密邏輯證明」。這三個内核對牛頓力學的建立産生了深遠的影響。

知識觀：

「知識觀」就是你對知識的基本态度和基本看法是什麼。

我們中國人很難理解一句話，蘇格拉底的一句名言：“我知道我一無所知”，這居然是古希臘哲學的一個重要起點。

蘇格拉底總是跟别人讨論問題，他說我無知因此我向你請教問題，對方一定表現出全知道，于是就回答蘇格拉底的問題。蘇格拉底不斷的追問、換着角度追問，最後回答者承認自己無知。蘇格拉底的這種方式被後人總結為“知識助産法”。

認為一切從「無知」開端——這就是古希臘的知識觀。

本體真存：

古希臘哲學家認為見到的東西是假象，絕不是真存。

他們認為一個真正的存在一定是不變的、不可分割的永恒的那個東西，才是存在。因此他們要追問這個眼睛看見世界背後的那個主導着流變世界，而它本身又不變的那個内核，認為那個東西才叫存在。

正因如此，古西方哲學的第一期就叫本體論，這個理論認為那個看不見的現象背後的東西才是真存，這個概念引出近代“本質”這個概念。

精密邏輯證明：

既然是不承認感官提供證明，而要運用假設和假設後面的邏輯來進行證明，那麼邏輯怎樣證明？這就需要邏輯能夠有一個獨特的運行方式，這叫精密邏輯證明。而數學，就是精密邏輯證明的最佳方式。

幾何學為什麼在古希臘特别重要，是因為人類早年的數學是在幾何學上展開的。這也就是為什麼在柏拉圖的學園外牆上寫一句話，“不懂幾何學者不得入内”。這句話相當于寫着不懂數學不得入内，也就是不懂“精密邏輯”的人不得入内。

03從哲學的追問到科學的開端

亞裡士多德對哲學作一個總結，他把哲學叫Metaphysic，是什麼意思——「物理學之後」（physic，意為物理學）。請注意物理學之後這個說法，說明哲學就是在讨論直觀現象背後的精密邏輯。

也就是說，在哲學的範疇下，任何存在，必須經過精密邏輯證明。

當本體論發生的時候，當自然哲學在古希臘發生的時候，它的前提條件是不承認看見的東西為真實，它是要追問後面的東西，而追問本身隻能通過假設來進行。

如果隻是假設，如果我們的感官和感知過程展開都不足以證明恰恰提供的都是虛象，那麼證明就得通過純邏輯來完成，一個純邏輯的假設，後面跟上一個純邏輯的證明，正是這種哲學的追問構成了科學的開端。

畢達哥拉斯的《數論》

畢達哥拉斯的《數論》就是用數來作為萬物的本源，所謂“萬物皆數”。

這種運思的方式，現在叫數學，其實當時就是哲學的研究方法。或者說數學，其實就是一種哲學語言。

柏拉圖的「理念論」

柏拉圖承接了畢達哥拉斯學派精密數論邏輯的系統，提出「理念論」，明确把理念論提出，成為科學思想方式和追究深在本質的重要思路導向。這就是為什麼到近代西方著名哲學家懷特海，他曾經說一句話：整個西方哲學和科學的發展過程，實際上隻不過是給柏拉圖思想所做的注腳這句話的含義。

柏拉圖的學生亞裡士多德，他又往前進了一步，亞裡士多德轉變了原來事物的本體在假象後面的說法，提出實體論。所謂“實體論”就是前面所謂假象的這個世界，是後面理念的實體表達，你不能完全看空它，你得通過對它的追究才能找見本體。

這個非常重要，我們所謂的科學，就是建立在這個不能看空的實體上的。

亞裡士多德建立分科之學——科學

所謂的科學，其實就是分科之學，把博物學或者哲學讨論的事情分類進行讨論。最早進行分科的正是亞裡士多德，他從實體論角度探讨分科之學，他當時已經分科物理學，包括第一物理學、第二物理學、形而上學、生物學、政治學、倫理學……居然達19門之多，分科之學由此出現起點，科學的表達方式由此建立。

歐幾裡得《幾何原本》

歐幾裡得把精密邏輯證明發展到了極緻。

首先，他創造了世界上并不存在的概念：抽象的點、線、面。然後，他又給了五條公設和23項定義。最後，他在這個基礎上，推導出後面無數的結論（定理、定理和命題），描述這個世界的本質。

這種由公理向後推演，嚴格邏輯自洽的方式，現在被我們稱為「公理系統」。整個科學可以說就是建立在一個更大的公理系統上的。

托勒密的《天文學大全》

再說說托勒密，大家知道托勒密的地心說，我們今天視為笑談。但是，大多數人都不知道，托勒密的地心說，其實是一個巨大的精密邏輯工程，阿拉伯人把它翻譯為《天文學大全》，這個名字是不對的，希臘原文叫《數學彙編十三卷》。

托勒密當年把整個天體運動分成多層天輪，進行精确數學與數學計算，建立了精密的地心說天文體系，影響西方長達1400年，其精确程度幾乎在大多數情況下能預測月食、日食，這是西方天文學乃至自然科學的明确啟動。

小結

從諸位哲學家的思想和著作來看，盡管方式不同，但是追究終極的目的是相同的。

無論是「理念論」還是「本體論」，都是追究終極的一種方式方法；無論是「數論」、「圖論」還是「地心宇宙說」，都是用精密數學邏輯來描述世界的一套理論。

它們都暗含着哲學三大内核的精華，為科學的産生的提供充足的養分。

牛頓力學正是在吸收了這些養分之後，才綻放出無比華麗的光彩。

04牛頓力學背後的哲學思辨

包括牛頓、愛因斯坦在内的一大批最頂級的科學家，都曾贊歎過歐幾裡得的《幾何原本》對他們産生的影響。這種嚴密的邏輯推導方式，是科學的基礎——科學，隻不過是分科化大信息處理的哲學思維模型。

因此，牛頓把自己的力學原理稱為《自然哲學的數學原理》，其實就是認為自己在做着和歐幾裡得一樣的事情。牛頓力學的内核是用力的方式來描述世界萬物的運行規律。

在牛頓之前

在牛頓之前，包括笛卡爾、伽利略、開普勒等人，都對引力的本質進行過猜想和探讨。

笛卡爾提出漩渦宇宙說，認為真空中充滿了空間物質，它們圍繞太陽形成漩渦，這種漩渦導緻了太陽系的形成，宇宙中所有恒星都是一個個漩渦中心。物質的質點處于統一的漩渦之中，在運動中分化出土、空氣和火三種元素，土形成行星，火則形成太陽和恒星。這種學說，本質上是來源于亞裡斯多德的“力維持運動”的千年謬誤。

伽利略也曾想要對引力的本質做出解釋，但是以失敗而告終。

開普勒提出行星運行的三大定律之後，對行星和太陽之間的作用提出了“生靈吸引”的假設，也淪于荒謬。

與牛頓同時代的胡克，從《創世紀》中尋找引力的本質，用光和大地的統一，推理出了平方反比定理，但是再也無法向前推進。

以上四位科學家都想從本質上解釋引力的成因，這是哲學追究終極的一種表現。

但是，我們要知道，即使是現在，我們對引力的本質沒有了解透徹，更别說三四百年前了。

所以，這個對終極原因的追究反而成了一種障礙，讓他們陷入了無窮的困境。

那麼，如何解決這個問題呢？牛頓給出了全新的回答。

牛頓的哲學觀

牛頓承認終極本源的存在，認為引力會有一個最初的原因。但是，牛頓退了一步，并沒有陷入對引力本源的無窮盡的形而上追究，而是默許了引力存在的現實。

類似于歐幾裡得從自己定義的概念和公理出發，得到幾何學的全部規律；牛頓定義了質量（慣性的度量）和力，以及一系列運動學基本量。

牛頓認為，既然我們都相信因果律，都相信第一因，那麼，我們就把它的存在當做前提。我們無需讨論什麼是第一因，也無需讨論為何有第一因，隻需讨論第一因産生的結果——那就是物體之間有引力。

換一種說法，牛頓不像伽利略、開普勒、胡克那樣，非要給引力一個明确的産生原因，而是默許了引力已經存在的事實，然後去讨論這個事實又會造成的結果。

正是使用這樣的哲學思想，牛頓定義了什麼是“力”——隻給數學表述，不涉及物體根源和地位。

下面是牛頓的原話：

我在此使用“吸引”一詞是廣義的，指物體所造成的相互趨近的一切企圖，不論這企圖來自物體自身的作用，……不論這媒介是物質的還是非物質的，……我使用“推斥”一詞同樣是廣義的，在本書中我并不想定義這些力的類别或物理屬性，而隻想研究這些力的量與數學關系……

稍後，他再次強調說：

這些吸引力是如何實現的，這裡我就不研究了。我們說的吸引力可以通過沖擊或其他我們不知道的方式來實現。我在這裡用這個字眼不過是一般地用它來表示任何一種能使物體彼此趨近的力，而不管其原因何在。

不論這原因是由中心物體或者别的尚不曾見過的事物引起。在此我隻給出這些力的數學表述，不涉及其物體根源和地位。

最後這種表達，用精密邏輯進行了描述和證明，形成了經典力學的三大定律和萬有引力定律。

05結語

牛頓的思想，在哲學上是一個不小的進步，直接奠定之後數百年科學研究的方法論。

牛頓認為：如果我們真的相信自然界中的現象都有因果聯系，那麼由可見的結果一定可以回溯到其原因。我們認定那個原因的存在，暫時不用去深究，這樣就使得科學研究的基本做法，從解釋變成了了描述，從對最後因的追求過渡到了對具體的、可以驗證的因果關系的嚴謹的推求——這後來成了了科學研究的⼀一種規範。

從這裡也可以清楚的看到，科學是脫胎于哲學的。

經典力學其實就是以上所述的牛頓的哲學觀念為基礎的，牛頓自己很清楚這一點——與其說在科學上取得了進步，不如說其在哲學上解決了認識世界的問題——因此，牛頓把自己的著作，命名為《自然哲學的數學原理》是非常自然和正确的。

（完）

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