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陈方正:牛顿学说在欧陆的传播与启蒙运动的兴起

更新时间:2020-09-06 22:53:01
作者: 陈方正  

   作者简介:陈方正(1939- ),香港中文大学中国文化研究所前所长。

   原发信息:《科学文化评论》第20194期

   内容提要:经过将近半个世纪的反复争论,牛顿学说因为得到实测结果的证验而逐步在欧洲大陆被接受。在很大程度上,牛顿学说成为启蒙运动的触发点和意识形态根据,具有将欧洲甚至世界带入现代的巨大意义。

   After nearly half a century of repeated debates,Newtonian theory had been gradually accepted on the continent because of the verification of the measured results.To a large extent,Newtonian theory functioned as the trigger point and ideological basis of the Enlightenment Movement,which had great significance to bring Europe and even the world into modern era.

   关键词:牛顿/原理/科学革命/启蒙运动  Newton/Mathematical Principles of Nature Philosophy/scientific revolution/the Enlightenment

  

   牛顿的《原理》发表后震惊学界,英国人对他心悦诚服,奉若神明,但欧洲学者在钦佩之余,颇有保留。这是因为就物理原则而言,万有引力在当时观念中可谓匪夷所思,它的“实验哲学”基础也是不为人了解的崭新原理,而数学上他的综合证明法是以几何为根基,那不但逆潮流,而且正好碰上莱布尼兹的微积分学这强劲对手。这数股思潮在17-18世纪间复杂碰撞,导致了四方面结果。首先,牛顿和莱布尼兹两派为了争夺微积分学(亦即流数法)的发明权而产生十数年激烈论战,相持不下。其次,莱布尼兹的微积分学体系因简单明了,被大部分学者采纳。第三,经过将近半个世纪的反复争论,牛顿学说终于因为得到实测结果的证验而逐步被接受。最后,在很大程度上,牛顿学说成为启蒙运动的触发点和意识形态根据。这几个过程错综复杂,交互影响,但其将欧洲甚至世界带入现代的巨大意义则甚了然。我们在此不可能对它们作深入讨论,只能够略为提示其脉络而已。

  

   一、学界对《原理》的反应

   《原理》是一部大书,内容丰富,结构繁复,以艰难深奥见称,在发表之初,能够充分了解其意义的,只有极少数专家学者。在英国这当数沃利斯(J.Wallis,1616-1703)、雷恩、哈雷、格里高利,和更年轻的法提奥等,在欧陆则以惠更斯和莱布尼兹为首。但整体而言,学界对此书的反应可以说是非常参差混乱的。

   1.惠更斯的疑惑

   惠更斯是牛顿的前辈,《原理》面世时已经离开巴黎科学院返回荷兰居住,但数月内就收到了赠书。从他在此书页边上的批注,此后数年间与杜利埃、莱布尼兹的通信,以及在1689年和牛顿会面的情况可以推知,他对此书的精确推理、复杂计算以及所得结果深为钦佩,但对于万有引力观念则大不以为然:“至于对牛顿所提出的潮汐之成因,我一点都不满意。我对他以引力原理(那看来似乎是荒谬的)为根据的所有其他理论也不满意。……我经常感到诧异的是,他花如此功夫来作这么多研究和困难计算,而所根据的却是这样一个个原理。”①此外,他和牛顿所应用的几何论证方法表面上相似,精神也不尽相同。统而言之,这位前辈大师对《原理》采取了“接受其计算结果,拒绝其物理观念”的立场,那多少也可以代表大部分欧陆学者的立场②。

   2.莱布尼兹的竞争

   至于同辈的莱布尼兹,则反应更复杂了,他早在1684-1686年间,亦即《原理》出版之前,就已经在莱比锡《学报》出版了两篇论文,发表他以独创符号标记的微积分学。跟着,他又于1689年初在同一刊物上连续发表两篇力学论文。第一篇讨论质点在阻滞介质中的运动,包括单向运动与在固定重力场中的抛射运动,大部分结果与《原理》相同,但包括一个《原理》所没有讨论的困难情况。即阻力与速度平方成比例时的抛射运动。不幸他误以为速度平方也可以如速度那样分解为直交方向的两个分量,因此得到错误结果,这错误经惠更斯指出,他也不得不承认。其实,此问题相当困难,直到1719年方才由约翰·伯努利(Johann Bernoulli,1667-1748)解决。

   至于第二篇则是以数学重构“漩涡说”,从而解释天体运动的企图,为此他引入了围绕太阳旋转的以太微粒推动力量,即所谓“和谐漩涡”(harmonic vortex)者。这工作也不成功,因为他虽然能够藉此解释开普勒的行星运行第一定律,却无法重现第三定律,更不可能以同一机制来解释行星的卫星之运行。这两篇论文是对《原理》的挑战,却都归于失败,事后亦为人淡忘③。更糟糕的是,他虽然坚称在文章发表前只见过莱比锡《学报》上评介《原理》的文章,而未见原书,而最近的研究却证明,这并非事实④。不过,这两篇文章其实仍然有重要象征性意义,因为它们是以符号微积分学,而不再是惠更斯、牛顿所推重的几何论证法,来计算复杂力学问题的滥觞,那正就是未来动力学发展的大方向。无论如何,他在《学报》所发表的这四篇文章,已经为日后的大争论埋下导火线了。

   3.四篇书评

   要衡量学界对此书的整体反应,我们还可以看它出版后短短一年间所引发的四篇书评。17世纪欧洲的学术传播和学会、学刊有极其密切关系。在英、法两国这起源于17世纪60年代:在英国是皇家学会成立与其《哲学通报》(Philosophical Transactions)的创办;在法国是巴黎皇家科学院成立与其《学术期刊》(Journal des S avans)创刊;至于德国则比较落后:它第一份学刊是拉丁文的《学报》(Acta Eruditorum),那是1682年由莱比锡大学哲学教授蒙克(Otto Mencke,1644-1707)以私人力量创办的。

   四篇书评有两篇出自英国同胞之手,此外德、法各一篇⑤。第一篇顺理成章,是负责此书编辑与出版的哈雷在《哲学通报》上发表的,属预告与介绍性质⑥。其次,当时还在荷兰躲避政治迫害的洛克在1688年3月为此书撰写了匿名简介,但他不懂数学,对书中的大量论证并不了解,因此内容仅限于将开头两卷的各节标题翻译为法文,以及为第三卷“现象”部分作摘要,但对其中要点(例如引力的作用)反而完全忽略⑦。至于最详细、重要的书评,则是莱比锡《学报》在同年6月间发表的18页长文,它是《原理》相当全面和客观的撮要,包括此书理论与“漩涡说”的分歧,以及万有引力的作用,但并无评论。此文没有署名,但现在已经考证出来,作者是莱比锡大学数学教授法欧兹(Christoph Pfautz,1645-1711)。他与该刊物主编蒙克相熟,也是莱布尼兹的好朋友,两人经常保持通讯,其水平当可代表欧洲学界的精英⑧。最后一篇则是1688年8月出版的巴黎《学术期刊》上的匿名法文书评,它语带讥诮,夹杂以夸张的赞扬,主要认为书中所根据的原则(特别是万有引力定律)带有随意性,所以不能够作为建构真正物理学的基础⑨。此文颇为粗糙,它发表在与法国皇家科学院关系密切的刊物上不免令人诧异,但也许正能够反映出一般欧陆学者对此书的观感和疑惑。总体来说,这四篇评论素质参差,只有德国那篇够得上最高的客观与专业水平。

   4.《原理》在英国

   至于在英国,《原理》很快就顺理成章成为显学,它的整体观念和方法为多数知名学者如沃利斯、雷恩、哈雷、格里高利、法提奥等接受、研读、讲授也不在话下,经过牛顿推荐的教授,则慢慢遍布各大学要津,这些都在上文先后提到过了。不过,除此之外,皇家学会大部分会员虽然对《原理》表示折服,却不一定具有足够数学能力来了解它,只能够选择其文字部分来作讨论。社会上其他人士如宾特利和洛克也大抵如此。

   事实上,对一般学者来说,它委实太艰深,太高不可攀了。如上一章一再提到,在牛津,剑桥各学院中,与学生关系最密切,影响他们最深的导师(tutors)大多数都很保守、落伍,所以在1690-1730这数十年间,他们通用的自然哲学教材仍然是著名笛卡尔派学者罗侯特(Jacques Rohault,1618-1672)著作的拉丁文译本,那正就是以机械世界观和漩涡说为主体。此书在1697年再次被牛顿的朋友,剑桥大学的克拉克(Samuel Clarke,1675-1729)翻译成拉丁文,并且由于赫伟斯顿的建议,书后方才加入了有关牛顿力学的一些评论。此新译在1703和1710年分别出增订版,此时有关牛顿力学的评论方才大加扩充,并且改为脚注,漩涡说与观测事实不符之处也被指出来。它到1723年又复被翻译成英文,名为《自然哲学体系》(A System of Natural Philosophy),此后直至1735年为止,还不时再版。有人将这奇特现象戏称为“牛顿哲学是在笛卡尔派学者保护下初次进入剑桥大学的”⑩。

  

   二、微积分学的发展和传播

   牛顿发明了流数法,但拒绝发表,在《原理》中基本上也没有应用,而且在此前他已经对笛卡儿开创的解析几何大起反感了。莱布尼兹在1684-1686年间发表了微积分学的两篇基础论文,此时牛顿的情非常复杂:一方面他正在构思和撰写毕生巨著,工作如火如荼,不可能分心,巨著完成后荣誉与杂事纷至沓来,也一直无暇他顾;另一方面他又不愿意丧失这崭新数学领域的发明权,难以完全置之不理,所以仍然要在《原理》中以种种间接方式来展示他在这方面的优先。因此两人在1685-1710年间虽然大体上能够维持友好关系,但暗地斗争和冲突却连绵不绝。微积分学便是在这种微妙状况下在欧洲各地蓬勃发展起来的。但要明白这个发展,我们还需要先了解巴黎科学院在17-18世纪的发展。

   1.巴黎科学院的中兴

   英国皇家学会在1660年创建时人才济济,非常兴旺,其后随着创会会员凋零而衰落,直至牛顿1704年出任会长才迎来中兴。巴黎科学院也有大致类似经历,但原因不一样。它由科尔倍一手创建、扶持和推动前进,他1683年去世后人亡政息,接任者不明就里,削减预算,干涉内务,以致它沉寂多年,直至1691年方才由于宾雍出任院长而顿然改观。

宾雍(Jean-Paul Bignon,1662-1743)出身显赫法律世家,祖、父、兄弟三代都是政界翘楚,分别在巴黎议会和其他机构任高职,但由于深受詹森教派(Jansenists)影响,一直维持虔敬清廉的家风。他自己排行第三,身体孱弱视力也不佳,因此攻读神学,其后投身奥勒托利会(Oratorians)成为教士。他聪明勤奋,学养俱佳,却由于洒脱不羁,无法获委教会高职,幸得舅父蓬查特朗伯爵(Comte de Ponchartrain,1643-1727)赏识,在1689年录用为私人助手并为筹谋丰厚入息。1691年科学院主管去世,该院改隶王室部,刚刚出任该部大臣的蓬查特朗因此接掌科学院。他随即不避物议,委任外甥宾雍为自己的驻院代表,不旋踵更打破成例,破天荒委以院长(President)之职(11)。宾雍极有魄力,也知人善用,上任后席不暇暖,就积极招揽四方知名学者为院士,稳步扩充科学院的规模,这包括1691年引进的两位重要植物学家(12),以及在1693-1699年间先后引进的洛必达、丰特奈尔、马勒伯朗士等关键人物。(点击此处阅读下一页)

本文责编:陈冬冬
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