量子猫:从科学到社会

冲破宗教神学黑暗的科学思想的光芒（哥白尼、培根、开普勒评传）

量子猫

科学思想从宗教意识和哲学中分离出来并逐步强大，取决于其在人们日常生活和社会事务中的作用的重要程度。人类进化出来的神经系统，除了产生确定的由图像、声音等构成的意识概念和有意识或无意识（不可用语言表述的甚至不经过大脑的）的行为外，还通过支配腺体分泌激素从整体上影响着人的意识和行为，也就是人们通常所说的情绪和情感，这是动物长期进化中形成的与生殖和生存竞争有关的自我保护、防卫机制。不像宗教学说以人类本能的这个重要方面——情绪感受和情感体验为重要基础而充满了想象和传奇色彩，作为科学核心的物理学虽然也同样产生于人们的本能——神经系统对周围事物的反应，即感觉经验，但这种感觉经验不因某个个人情绪情感的变化而改变，即对于所有——不管过去还是将来参与交流的人都是一样的。这种来自于最广泛的经验的公共约定即公理并以此为基础的逻辑演绎的认识特征，在史前时代就已经萌芽，如基本的空间、时间、物体、物体构造、运动、数、量及其变化和相互关系等等，到了古希腊的阿基米德时期，已经非常明显，只不过这种认识还非常有限和肤浅，多用于解决实际生活或事物中的具体问题，没有像亚里斯多德哲学那样形成了一整套的思想体系，不足以作为人们对周围世界和人自身的存在的神秘感、自我意识、情感寄托和行为选择做出解释并进行判断的依据，所以相对丰富和完备的宗教教义吸收了亚里斯多德思想体系主导了人们的世界观、人生理念和精神生活。

但科学这种以观察获得的经验所形成的公理和逻辑演绎积累所形成的知识系统，在人们的生活生产贸易或战争活动中变得日益重要。特别是比如通过星体判断位置和方向，在与战争、贸易有关的航海活动中，起着决定性作用。随着经典物理学的产生，这种认识特征和知识系统在人们的意识理念或精神生活中也就变得日益明显和清晰，并作为一种基本的认识理念，扩展到人们日常生活和社会事务的各个层面，推动和主导了文明的革命性发展。

在西方文明中，首先把人类的认识从宗教的桎梏中释放出来的是现代天文学创始人、也可以说是物理学巨星哥白尼（1473-1543）。

哥白尼1473年出生于波兰的一个富裕家庭，小时候受到良好的学校教育，常常独自仰望繁星密布的夜空，希望“一辈子研究天时气象，叫人们望着天空不害怕。……让星空跟人交朋友，让它给海船校正航线，给水手指引航程。”哥白尼18岁时就读于波兰旧都的克莱考大学，学习医学，但对天文学的兴趣更加浓厚。23岁时到意大利的博洛尼亚大学和帕多瓦大学攻读法律、医学和神学，从博洛尼亚大学的天文学家徳·诺瓦拉（de Novara，1454-1540）那里学到了天文观测技术以及希腊的天文学理论。在费拉拉大学获宗教法博士学位之后，成为了一名医生，由于医术高明，被人们誉名为“神医”。在业余时间里，以希腊哲学家阿里斯塔克斯（Aristarchus, 约 310 - 230 BC.）的地球和其他行星都围绕太阳运转的学说为基础，经过长年的观察和计算，完成了他的伟大著作《天体运行论》，正确地论述了地球绕其轴心自转，月亮绕地球运转，地球和其他所有行星都绕太阳运转，并给出了精确度惊人的数值。例如，恒星年的时间为365天6小时9分40秒，比现在的精确值约多30秒，误差只有百万分之一；月亮到地球的平均距离是地球半径的60.30倍，和现在的60.27倍相比，误差只有万分之五。

哥白尼的《天体运行论》，用数学对天体运行进行精确的描述和预测，标志着现代天文学（也是经典物理学重要组成部分）的诞生，同时动摇了以亚里斯多德的地心说（后经托勒密丰富和发展）为基本宇宙观的西方宗教的基础。对于宗教来说，这当然是异端邪说，传播哥白尼日心说的布鲁诺，被罗马宗教裁判所活活烧死。后来宣扬、传播并发明望远镜用大量新的观察事实支持哥白尼学说的伽利略，也身陷囹圄，在监狱中度过余生。

但“青山遮不住，毕竟东流去”。这时的欧洲，手工业和贸易已非常发达，印刷术的广泛应用，使新思想的传播比以往任何时候都更加迅速，束缚了西方一千多年的宗教神学和传统教条在人们的心目中开始动摇，更多的人们开始独立思考、独立思想。

有代表性的当属英国的培根（Francis Bacon ，1561-1626）。在西方文艺复兴的大潮中，培根的光辉至少是属于月亮级别的。培根出生于伦敦一个官宦世家，父亲尼古拉·培根（1510-1579）是伊丽莎白女王的掌玺大臣，曾在剑桥大学攻读法律，思想倾向进步，反对教皇干涉英国内部事物。母亲安尼是一位当时很有名气的才女，精通希腊文和拉丁文。良好的家庭教育，使培根在小时候各方面都表现出异乎寻常的才智。12岁被送入剑桥大学三一学院深造，对传统的观念和信仰产生了怀疑，开始独自思考社会和人生的真谛。毕业后不久旅居法国，接触到很多新事物和新思想。不久父亲病故，仕途浮沉，更使他深入的思考了当时社会的现状和未来走向，后来潜心著述，以极其优美和高超的文笔，尖锐地批判了中世纪经院哲学和神学对科学和社会进步的严重阻碍，提出全面改造人类的知识，主张科学必须追求自然界事物的原因和规律，强调以观察材料和实验为基础，经过分析、比较、选择、排除，最后得出正确的结论。他集历世古人的智慧，结合自己对社会、人生的认识、理解和思考，以极凝炼的文字，浓缩成许多富有哲理的名言警句和优美的短文，广受欢迎。他还描绘了自己追求和向往的科学支配一切的理想的社会蓝图。他的富有思想性、战斗性、文笔优美的著作，和其他文艺复兴巨擘如达芬奇、伏尔泰等等一起，奏响了西方文明的科学文化艺术的“伟大复兴”的波澜壮阔的交响曲。

我们还是回到严格意义的科学的发展上来。哥白尼去世三年后出生在丹麦的第谷（1546-1601），对天文观测倾注了毕生的心血，积累了大量的天文观测资料，对天文学或经典物理学的建立可以说功勋卓著。我们不给予“星”的赞誉，在于他仍然在修补地心说体系，认为所有行星都绕太阳运动、而太阳率领众行星绕地球运动。

但新的天文学巨星很快就降生了。恰好是哥白尼发表《天体运行论》后的第二十八年，伟大的开普勒（1571-1630）出生在德国的威尔德斯达特镇。在大学学习期间，开普勒很快接受了哥白尼日心学说所做的合乎逻辑的阐述，并在毕业几年后完成了他的第一部天文学著作。虽然开普勒在该书中提出的学说完全错误，但他的数学才能和富有创见性的思想却从中非常清楚地呈显出来。伟大的第谷慧眼识英才，1600年，第谷邀请开普勒作为自己的助手。次年第谷逝世，开普勒接替了他的工作。开普勒通过对第谷大量观察资料的分析和数学计算发现，亚里斯多德和托勒密的地心说，哥白尼日心说，以及第谷本人的修补扩展的地心说，都是错误的。他通过采用新的参考系统，多次尝试用不同的轨道形状如卵圆形、椭圆形等与数据匹配。在当时全靠手工计算的情况下，这是一项极其需要耐心、细致和耗费心血的工作，因为误差就在几分弧度，很多人都会把它作为正当误差忽略了。但开普勒还是找出了问题核心，即托勒密、第谷、哥白尼以及所有的经典天文学家，都假定行星轨道是由圆或复合园组成的，但实际上行星轨道不是圆形而是椭圆形。

这是一个伟大的突破！从哥白尼到开普勒，通过修改基本公理，天文学前进了一大步。问题的结症找到了，他的数学功底，使他很容易从大量数据中归纳分析出了开普勒行星运动三大定律，并以精确的数学公式，给出了天空新的“立法”。并推测，引力就是太阳发出的类似于磁力的流，这些“磁力流”沿切线方向推动着行星公转，其强度随离太阳的距离而减弱。开普勒还曾企图用“磁作用”机制解释椭圆轨道的产生，以月球与海水间的“磁性”吸引解释潮汐现象。这可以看作是爱因斯坦引力场的原始图景。1645年，法国天文学家布里阿德（I.Bulliadus）在开普勒学说的基础上提出一个假设：“开普勒力的减少，和离太阳的距离的平方成反比”。这是第一次明确提出平方反比关系的思想。开普勒基于椭圆轨道的新的“天体立法”，对天文学或物理学是一个伟大的贡献，为牛顿的万有引力定律，奠定了直接而坚实的基础。就对引力作用规律的直接贡献来说，开普勒远胜后来的牛顿，不仅给出了初步的数学表述，还给出了非超距作用的大致的物理图景。大概只有后来爱因斯坦提出的广义相对论的贡献可以媲美。因为同一时期莱布尼茨也发明了微积分，只要拿来处理运动问题，就可以把伽利略时期已经很成熟的匀速、加速运动、自由落体运动和开普勒的天体椭圆轨道运动合并在一起，给出“万有引力定律”。但如果没有开普勒从第谷积累的观测数据中发现天体的椭圆轨道，微积分也无从对天体运动的万有引力定律的发现起作用。我们不给开普勒月亮的美誉，在于他在科学历史的现实中的光辉被牛顿掩盖了，就像科学先驱者阿基米德的光辉，被大哲学家亚里斯多德的光辉掩盖了一样。

如果说开普勒是作为物理学重要组成部分的天文学承前启后的巨星，那么，同一时期的伽利略，就是经典物理学的创始人或开山鼻祖了，也常被称为“现代科学之父”。伽利略通过圆摆结合自由落体、斜面实验等系统的建立起来了匀速运动、匀加速运动及初步提出惯性、运动的相对性等概念。到了牛顿，把微积分用于运动问题的处理，地上普通物体的运动和天体运动都可以通过统一的数学规律来描述并作出精确的预测，经典物理学发展到很完美的地步。科学思想，开始全面的取代了宗教神学思想，人类文明进入了新的历史阶段。

（摘自正在写作的《科学思想漫谈：太阳、月亮和星星之二，经典物理学的建立和科学思想的形成》）

此文于2008年11月18日星期二11:45 am发表于“科学与科普, 社会与文化, 人物评议”分类下。您可以通过RSS 2.0 feed来跟踪此文的所有评论。您可以留言，或者从您自己的网站trackback。