經(jīng)典物理學的勝利

　　經(jīng)典物理學(經(jīng)典力學)是世界上產(chǎn)生的第一個具有現(xiàn)代科學意義的學科，由此而發(fā)展起來的一套科學哲學觀也在很長時間內決定了大家對科學和科學方法的理解。因此,筆者從經(jīng)典力學入手來展開本文的分析。

　　古代社會沒有現(xiàn)代意義上的科學，只有哲學。智者對各種自然現(xiàn)象做出判斷，并推想其背后的規(guī)律，這就構成了自然哲學的基礎。例如，古希臘時人們認為萬物是由水、火、土、氣四個元素組成的。古希伯萊人認為萬物都是由上帝創(chuàng)造的。這些都可以被看作是對自然現(xiàn)象的哲學性猜想。17世紀后，歐洲產(chǎn)生了科學革命?？茖W革命首先從力學突破，其核心標志是奠定了經(jīng)典力學基礎的牛頓三定律。牛頓三定律的提出使得物理學脫離了哲學，成為真正意義上的現(xiàn)代科學。例如哈雷運用牛頓定律推算出了哈雷彗星的軌道，并且預測了該彗星在1758年又會回來。哈雷預測的成功使得先前對哈雷彗星的各種猜測全都過時，同時也清晰地展示了牛頓定理對地球以外的物理現(xiàn)象的解釋力。

　　在科學哲學層面，經(jīng)典力學給科學發(fā)展至少帶來了如下影響。第一是控制實驗。科學就是一種通過控制實驗來找到兩個或者兩個以上因子之間的確定性關系并將該關系上升為理論的方法。所謂控制實驗，就是通過各種方法對其它可變因子全部進行控制，然后考察若干個(通常是兩個)未被控制因子之間的關聯(lián)及其背后原因。在經(jīng)典力學發(fā)展過程中產(chǎn)生的控制實驗思想逐漸成為科學的最高境界。

　　第二是系統(tǒng)思想在科學中的重要地位。在經(jīng)典力學中，牛頓第二定律(f=ma)描述的是力和加速度之間的關系。但是幾乎所有的經(jīng)典力學現(xiàn)象，例如流體力學中的伯努理定律和電力學中的馬克斯韋爾方程組，都是牛頓第二定律的特殊表現(xiàn)形式，或者說組成部分。這就是說，牛頓第二定律雖然只是一個機制，但是它在宏觀低速世界中具有普適性，或者說它本身構成了一個經(jīng)典物理學世界，它既是一個機制，又是一個系統(tǒng)(這就是為什么我們把f=ma稱之為定律，而不是機制)。經(jīng)典力學的這一性質給了一種強系統(tǒng)思想以很大的市場，即認為某一類自然或社會現(xiàn)象(比如物理現(xiàn)象、化學現(xiàn)象、生物現(xiàn)象、社會現(xiàn)象、等等)所呈現(xiàn)的各種規(guī)律的背后總是存在著某種總體性規(guī)律。這總體性規(guī)律一旦被揭示，原來已知的各種規(guī)律就會成為這種總體性規(guī)律的具體表現(xiàn)形式或組成部分。[2] 經(jīng)典力學的勝利賦予了系統(tǒng)思想在科學中的長期主導地位。[3]

　　第三是演繹(推理)和歸納取得了統(tǒng)一。自古以來，哲學家一直受到如下問題的困擾：通過經(jīng)驗歸納總結出來的“規(guī)律”完全可能是錯誤的，而通過演繹而得出的“規(guī)律”卻又可能與現(xiàn)實風牛馬不相及。但是，在經(jīng)典力學意義上，牛頓三大定律與我們對絕大多數(shù)物理現(xiàn)象的觀察完全相符。這就是說，演繹和歸納在經(jīng)典力學中獲取了統(tǒng)一。演繹和歸納的統(tǒng)一為實證主義哲學，即一種認為任何合理的論斷都可以通過科學方法(歸納)或者邏輯推理來加以論證的哲學觀點，提供了很大的發(fā)展。

　　第四是還原主義(reductionism，也可譯為化約主義)成為科學方法的基礎。牛頓定律產(chǎn)生后，先前提出的經(jīng)典力學定律(例如自由落體定律和胡克定律)，以及此后提出的經(jīng)典力學定律(例如伯努理定律和馬克斯韋爾方程組)都成了牛頓第二定律的特殊表現(xiàn)形式。這一成功大大增進了人們探究總體性理論(即把他人的理論作為自己理論的組成部分)的欲望，這就是所謂的理論還原主義(theoretical reductionism)。同時，牛頓定律的廣適性還給了經(jīng)驗意義上的還原主義(即認為一個復雜的經(jīng)驗現(xiàn)象僅僅是一些簡單現(xiàn)象的疊加，對復雜現(xiàn)象的解釋也可以通過了解復雜現(xiàn)象中各簡單現(xiàn)象的性質和組合來獲得)在早期科學哲學中以很大的市場。[4]因此就有了所謂物理學是化學的基礎，化學是生物學的基礎，生物學是社會科學的基礎這樣的提法。也有了核物理學之父盧瑟福(1871-1937)著名的論斷：所有的科學或者是物理學，或者只不過是在集郵(All science is either physics or stamp collecting)。