54 自然科学的兴起

在文艺复兴时期，科学还没有完全从哲学中分离出来。哲学依然是一门无所不包的、象征智慧的学问，毕竟哲学一词的原意就是“爱智慧”。

因此，对于一些特别是涉及原理性的科学，都被冠以“自然哲学”的名头，即便是后来牛顿写的那本改变世界的巨著，名字也叫《自然哲学的数学原理》。

随着经济的发展和人文思想的影响，以及资本主义自身发展的迫切需要，新的自然科学和技术也随之兴起。文艺复兴时期的欧洲科学有了比较长足的进步，为紧随而来的科学革命和物理学的全面胜利奠定了坚实的基础。

在近千年的亚欧大陆中世纪历史中，最惊人、最重要的改变就是西欧摆脱了贫穷，从毫不起眼到傲然崛起，此后西方文明称霸全球。在大概500—1500年这长达一千年的时间里，西欧在大多数时间都属于亚欧大陆的落后地区。

与当时中国的发达比起来，西欧的这种落后就显得特别引人注目。那时候，中国的文化高度发达，商业规模庞大，工艺精巧先进，官僚系统完善高效，因此，中国人自然会觉得自己的文明要优于其他任何文明，中国自古便有了“夷狄之辨”。可是，中国却被后来的欧洲超越了，这是为什么？就因为两点：资本主义和科学革命。问题是，为什么科学革命发生在欧洲，而不是当时文化发展更先进的中国呢？这个问题就是著名的“李约瑟之问”。

在多数文化中，都存在着利用事物的实践兴趣。这就是说，人们有利用事物为自己服务的兴趣。为了达到这个目的，人们就要对事物进行研究，然后才能掌握规律，才能很好地控制和利用事物来为人类服务。但是，由于缺少恰当的理论指引和一定的社会条件，这种实践兴趣往往导致的是巫术和方术，而不是科学和技术。而在文艺复兴时期，历史上第一次出现了这样一种结合，即理论与利用事物的实践兴趣的结合。

文艺复兴期间，自然科学的兴起是一个漫长过程的结果，其中包括中世纪哲学之内的科学概念的形成，以及在工艺和农业中技术的发展。自然科学的兴起既不是单凭理论，也不是单凭实践兴趣，两个因素必须同时存在才行，而这就是文艺复兴时期所发生的事情。

在意大利，虽然很多自然哲学家并没有完全摆脱诸如炼金术和占星术等迷信的束缚，但也开始逐渐具有了真正的科学精神。在文艺复兴时期兴起的科学运动中，许多思想家完全去除了神秘和巫术的元素，试图以一种完全自然的方式来解释自然现象。创新者们在逐渐的摸索中慢慢地找到了一条新的道路。

17世纪初期，实验科学开始形成，人类的精神生活迎来了一个新的开端。而实验科学的建立和新方法的诞生，意大利物理学家和天文学家伽利略居功至伟。

1543年，波兰天文学家哥白尼的《天体运行论》问世。在这本书中，哥白尼提出了“日心说”，这与托勒密的“地心说”有很大的不同。地心说构建了一个十分复杂的“本轮”体系，在解释同一现象方面，日心说比地心说更加简洁，因此符合奥卡姆剃刀原则。哥白尼的“日心说”让人们从一个完全不同的视角来看待世界、看待人类自己。这种反思性的视角疏离和视角逆转，被人称为“哥白尼式的革命”，后来的德国哲学家康德就把自己的哲学称为“哲学领域的哥白尼革命”。

意大利哲学家布鲁诺著有《论无限性、宇宙和诸世界》《论原因、本原和统一》等作品。他在书中宣称，宇宙在空间和时间上都是无限的，太阳并不是宇宙的中心，而仅仅是太阳系的中心。后来，布鲁诺被宗教裁判囚禁，然后被烧死在罗马的火刑柱上。

德国天文学家开普勒对哥白尼的模型做了改动，他研究丹麦天文学家第谷的观测数据，在1609年和1619年分别提出了行星运动的三大定律，判定行星是沿着椭圆形轨道绕着太阳运转的，并且做的是一种不等速的运动。

伽利略（1564—1642年）生于比萨，他在20多岁的时候就成为很有声望的数学教授。1609年，伽利略发明了天文望远镜，并用他新做的望远镜得出了若干个有趣的发现。他发现了月亮上的山脉和低谷，还发现金星具有和月亮一样的相位，看到木星有不下于四颗卫星围绕运行着。他还探测到太阳表面的黑点，即太阳黑子。所有这些观察都可以诠释为反对亚里士多德与托勒密的论据。伽利略建立了一连串的旁证，一点一点地瓦解了“地心说”，并将最重要的成果发表在他1610年出版的《恒星的使者》一书中。

1615年，伽利略去罗马向教皇献示他的望远镜，当时教廷并没有直接反对他的工作。但对于教廷来说，最重要的是维护《圣经》的权威性，新的科学发现如果不想惹麻烦，就要想出一些巧妙的解释和通融的说法来保持“政治正确性”。于是，教皇将关于天文学和神学的问题交由一个神学家专门委员会来裁定。1616年，该委员会一致认为哥白尼体系是异端，与此同时，罗马宗教裁判所禁止传播哥白尼的观点。

过了几年后，神学和政治形势有了些变化。新教皇乌尔班八世上台，他比较开明、宽松，并且与伽利略的私交非常好。这时，伽利略以为发起新一轮攻势的条件成熟了。可是，他怎样才能绕开禁令，说服人们接受哥白尼的观点呢？于是他决定写一本书，以对话体的形式，但没有独断的结论，所以他可以不用为对话中所表达的观点负责。

1630年，伽利略写好了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，献给教皇，直到1632年才被允许出版。虽然对话体表面上看起来不偏不倚，是三个虚构人物之间的辩论，但傻子都可以看得出来伽利略是支持哥白尼体系的，尽管是通过间接的方式。

这本书引起了很大的轰动，并激起了强大的神学反弹。新教皇虽然是伽利略的朋友，但是出于宗教和政治大局的考虑，还是决定审判伽利略。

1633年春，伽利略被召去罗马宗教裁判所出庭受审，他不得不声称放弃自己的观点，并被判处终身监禁。其实后来改成了软禁，新教皇对老朋友还是不错的，给他较好的物质条件，只是伽利略从此再也不能公开对抗教廷了。

伽利略在科学史上扮演了重要角色。他通过多次实验，发现了自由落体、抛物体和振摆三大定律，据说他还“发现”了新的实验方法。伽利略强调了数学在自然科学中的重要性，他认为，自然之书是用数学语言写成的，所以一切问题都应该用数学语言来解答。伽利略的自然观和数学观，使他置身于从毕达哥拉斯到柏拉图的那个传统之中，也就是说，我们的感官并不能使我们直接把握实在的这个维度，必须采取其他更巧妙的办法。

几何学在新自然科学的奠定过程中也起了关键作用，用几何的语言，可以按照可测量的方式来描述现象。随着实验程序的发展，技术也被拉进了科学工作中。

随着新物理学的出现，亚里士多德的运动观完全崩溃了。毕竟，亚里士多德的物理学是从常识的角度出发的，而常识性的观察是很有限的。当新物理学引进了实验方法，包括数学工具的定量研究，以及采取了新的思考方法后，亚里士多德的常识物理学就被超越了。

在文艺复兴时期，数学取得了重要发展。人们不仅发现了三次方程和四次方程的解法，还引入了虚数。16世纪，法国数学家韦达创立了符号代数学。1591年，在《分析方法入门》一书中，韦达对代数学进行了系统化的整理，首次自觉地用字母来表示未知数和已知数。三角学也得到较大发展。1464年，德国数学家J·雷格蒙塔努斯所著《论各种三角形》一书系统阐述了平面三角、球面三角，制作了精密的三角函数表，是欧洲首部独立于天文学的三角学著作。法国数学家笛卡尔创立了解析几何学。最有名的法国业余数学家费马发现了求切线、求极大值、求极小值和定积分的方法，提出了费马大定理。

在物理学方面，意大利物理学家托里拆利用实验证明了空气压力的存在，并且发明了水银柱气压计。英国化学家波义耳发现了气体压力定律。法国物理学家帕斯卡发现了液体与气体中压力的传播定律。笛卡尔将解析几何学运用在光学研究中，首次在理论上推证了折射定律。

在医学与生理学方面，比利时著名医生和解剖学家维萨里出版了《人体构造》。在这本书中，他质疑了古罗马医学家盖伦的学说，挑战了盖伦在医学上长期占据的统治地位。西班牙医生塞尔维特发现了血液的小循环系统，证明血液是从右心室流出，途经肺部以及一系列曲折路线，最终流达左心室。英国解剖学家哈维根据他大量的动物解剖实验，在《心血运动论》等著作中详细阐述了血液运动规律和心脏工作原理。他指出，心脏是血液运动的中心和动力来源。这个重大发现让他名垂千古，他被后人认为是近代生理学的鼻祖。

此外，这一时期，欧洲发明了印刷术，造纸、火药、指南针等技术从东方传入欧洲，从而促进了科学思想的迅速传播和技术的高速发展。自然科学的兴起，使人的能力得到了很大的增强，与文艺复兴的时代精神相吻合，并且相互促进，形成了一个良性循环。不久之后，人类将迎来一个全新的时代，即科学时代。