第一编 科学的诞生part6 亚里士多德

理性主义者和原子论者
在雅典之外，自然哲学继续活跃，其中更有意思的一个学派由德谟克利特（Democritus，约公元前460—前370）所开创。德谟克利特继承了他的老师留基伯（Leucippus，约公元前500—前440）的思想。德谟克利特提出的一种宇宙观，尽管是基于纯粹的想象和猜测，但在许多方面却惊人地现代。
德谟克利特同意某些理性主义者的观点，认为月亮也许是一个很像地球的天体，有山也有谷。他还推测，银河系很可能是大量恒星的汇集。然而，更为重要的是，他推测世界及其万物，包括人类，都是由看不见的极其微小的粒子聚集而成，这些粒子是实心的并且不可分裂，他称之为原子（atom，源于希腊字atomos，意思是“不可分的”）。在虚空中运动的原子有形状、质量和运动。诸如气味、颜色和味道这样的特性则是由观察者赋予它们的。他还论证说，宇宙本身就是由这些原子组成的一团巨大无比的漩涡，并且用同样的方式已经创造了无穷多的世界。
按照德谟克利特的理论，原子是不可摧的、永恒的和不变的。所有的物质变化都只不过是原子的分离或聚集。德谟克利特还说，即使人的精神，甚至更令人吃惊的是，上帝，假如存在的话，也是由这样的原子所组成。
就我们现在所知，这是一个好理论，但问题在于，像所有其他希腊理论一样，它纯粹是思辨。所以，没有什么方法可以证明或者否定它，因此原子论并不比当时在希腊流行的其他理论更有说服力。再有，公众舆论对它的主要不满在于，这样一种纯粹机械论的宇宙观，绝对没有为上帝的存在留下余地或理由。过了一个世纪，在哲学家伊壁鸠鲁（Epicurus，公元前341—前270）的著作中，原子论的这一特点变得更为明显。当时的德谟克利特不能容忍迷信，也反对死后有来生，并且相信人的良知应该是判断是非标准的唯一仲裁。伊壁鸠鲁在公元前4世纪反复灌输的正是这一论点，德谟克利特或伊壁鸠鲁因而不受宗教徒或保守的同代人的钟爱。除了罗马哲学家和诗人卢克莱修（Lucretius，公元前99—前55）之外，不论在伊壁鸠鲁之前还是之后，原子论都少有追捧者。所以，德谟克利特的原子论注定要沉寂休眠，直到19世纪道尔顿(John Dalton,1766—1844)才使它复活。
亚里士多德和“为什么事情会发生？”
对于科学来说，希腊哲学家中最为重要的当属亚里士多德。他具有广泛的好奇心和渊博的知识，他所建立的理论是他之前的人们无法望其项背的。他构思出一套完整的体系，用以解释宇宙的机制。尽管他的理论体系错误百出，并且还有不少令后世学者误陷进去的漏洞，但他依然功勋卓著，因为正是他首次尝试全面解释世界和宇宙的运作机制。
亚里士多德于公元前384年出生于斯塔吉拉，爱琴海北岸的马其顿附近，后来他成为马其顿亚历山大大帝的辅导教师和柏拉图（Plato，约公元前427—前347）的学生。亚里士多德是雅典柏拉图学院的佼佼者，继承了柏拉图哲学丰富的思想遗产，这一思想遗产又与柏拉图的老师苏格拉底的教导有关。但是，柏拉图和他的弟子关注的是道德和伦理学，强调和谐的重要性，特别是某种数学和谐。对于柏拉图来说，眼见并非为实；他认为，根本性的实在见于数学领域、形式和观念，而不是纯粹的感觉经验。正是在这一点上，亚里士多德向他的老师发起了挑战。
对于亚里士多德来说，观察——而不是数学抽象——是理解实在的最好工具。（后来表明，柏拉图和亚里士多德都只是部分正确：观察和数学两者都已证明是科学发展的重要工具。）亚里士多德相信，宇宙中若是有神性的存在，它必定是一种纯粹的智力形式。人类最伟大的能耐就是头脑的运用，同时他认为，通过客观观察去探究自然原因，这是人所能从事的最好的事情。但是，虽然如此，亚里士多德那庞大的宇宙模型并没有更多依据观察事实，而是更多依据智力思辨，比如，针对这一问题“为什么它就在这里？”（Why is it all here?）的回答。他上来就假设，每件事情都有其目的，好像受一种计划所控制，他还假设，每件事情的存在和运作都是为完成预定的目的。这就叫目的论，亚里士多德哲学中的这一主要思路不幸被证明是一条死胡同，但科学家却是几个世纪都在其中徘徊。
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亚里士多德广阔的视野和对哲学与科学的几乎所有领域充分和严谨的论述，在许多世纪里不断塑造西方思想。
在生物学领域，亚里士多德作了许多精确的观察（例如，他第一个把海豚归类为哺乳动物），此外他还做了一些错误的猜测（他相信心脏是人类智力活动的场所，而头脑仅仅是冷却血液的器官）。不过对于后人来说，具有更为直接重要影响的则是亚里士多德生命“阶梯”的等级秩序观念，所有的生物，从蠕虫到人类，在这一阶梯上都有自己特定的位置。根据亚里士多德的理论，人类是站在阶梯之顶，而所有其他生命依据其完善程度排列在后。亚里士多德的阶梯是一个连续系列，所有可能的生命形式都排列其上，但是他没有想到它们会以任何方式进化，或者曾经发生过进化。
在宇宙学和物理学领域，亚里士多德的思想影响深远。按照亚里士多德的说法，恒星和行星都镶嵌在各自的天球里围绕着地球转，地球则是处于宇宙中心的一个圆球。这并非新思想：柏拉图的另一名学生，欧多克索斯（Eudoxus，约公元前400—前347），第一个提出这一观点来解释恒星和行星的运动，这种运动曾让古人非常迷惑。一旦希腊人开始理性解释所有的观察事实，不再求助于神灵或巫术的解释，天体运动就会成为大问题。柏拉图要求他的学生去寻找怎样的有序系统才能解释这些天体围绕地球的运动，以便“拯救现象”（亦即调和理论与观察事实之间的冲突）。从地球仰望天空，观察者会看到许多谜团。为什么太阳的轨迹不规则？为什么月亮有盈亏周期？为什么行星似乎是由东向西运动，但有时又反向运动（这个现象叫做“逆行”）？欧多克索斯首次提出一个似乎有效的系统。他说，恒星被悬挂在一个巨大的、黑暗的外层球壳的内表面。球壳每天围绕地球由东向西旋转一周，并以南北向为轴。行星在它内侧运动，固定在透明的球壳或者天球上，每个行星有4个透明天球。这些天球以不同的轴和不同的（恒定）速率旋转。通过仔细的计算，欧多克索斯提出了一个复杂的系统，其中包含20多个这样的天球，用来解释观察到的现象，诸如恒星的循环运动、太阳和月亮的日轨迹、月亮的盈亏和周期性的遮蔽（月食和日食）。但是对于欧多克索斯来说，这些天球只是一种抽象的数学构造，是柏拉图和谐世界观的一部分，他相信，生命和宇宙万物都处于无尽的循环中。
亚里士多德充实了这一有限宇宙的观念，宇宙由层层套叠的旋转天球构成，他相信这些天球包含了所有的物质。但是他并不满意这一模型，因为它不能解释原因。于是他想象这些同心球不只是一种数学解释，而是一台真实的机器，天球由透明材料做成，这种材料就像是晶体，他称之为“以太”(ether)。行星就是由炽热的以太团组成。再有，因为他相信“自然厌恶真空”，所以他认为天球之间的所有区域也都充满了以太蒸气。对于容纳恒星的外层天球，他认定其是“原始推动者”，具有推动其他天球旋转之功能。为了解释行星轨迹的不规则性，他提出，在欧多克索斯的行星天球之间，必定有一些额外的天球在调节行星的运动，使其表现出逆向和不同速度的运动。整个系统，包括太阳、月亮和恒星，总共需要55个天球。亚里士多德发现自己已经陷入困境，唯一能够拯救系统完整性的方法就是进行更复杂的解释，但这就违背了我们现在所知的好科学的第一准则：选择最简单有效的解释。不过这是他所能提出的最佳方案，于是，亚里士多德那层层叠套的天球模型一直流传到中世纪，成为中世纪宇宙观的中心。
亚里士多德还相信，所有的天体都是不朽的，既没有开始，也没有终结——是永恒、宁静、完美的（因为从来没有观察到有任何变化）——反之，地球上每件东西都是可变易朽的。在天上，所有运动都是圆周运动，因而也是和谐完善的；在地上，运动是直线的和不完美的。所以，天体必定具有不同于地球的特性，宇宙中的运动必须用不同的定律来支配。
他解释说，地球上所有物质都可以分成四种不同的元素：土、火、水和空气。每一种元素的运动都是要返回其自然位置，这就解释了为什么物体向地面下落、水“要形成水平面”、空气向四周扩散和火焰向上跳跃。他还认为，所有的元素互相间可以转化或者变化；这一理论为后来的炼金术提供了哲学辩护，中世纪的“科学”就是一门点石成金的学问。
这些解释中的大多数合起来看似乎都不错，但其中有一个重大缺陷，那就是亚里士多德无法对抛物运动作出满意的解释。一块石头如果不去推它，它将保持静止状态，或者朝着地心运动。但是如果你扔或者用弹弓射出一块石头，它的运动又该如何解释呢？如果所有物体都倾向于返回其自然状态，为什么扔出的石头在落到地面之前，还要沿着水平方向走一段距离呢？亚里士多德对他的理论做了一番修补，辩解说那是因为一旦被抛物体脱手不再受力，此时被抛物体扰乱的空气就会提供一种水平推动力。
对于这一解释，亚里士多德恐怕自己也不十分满意，但这却是他能找到的、与其整个理论相匹配的最好解释。这个问题有时被称为“矢箭问题”或“抛物体问题”，是一个很好的例子，说明在一个似乎不错的解释体系中，一个小小的不匹配可能就是存在更大问题的征兆。但是在伽利略之前，人们对此一直一筹莫展，时间就这样过去了1900年之久。