作者 | 宇宙物理学

毋庸置疑，牛顿是人类历史上最伟大的物理学家之一。牛顿的力学三大定律和万有引力定律，开启了人类的科学时代；他的微积分，成为分析宇宙的最重要数学工具之一。

作为一名物理学家，为什么牛顿将自己的力学著作，起名为《自然哲学的数学原理》？这到底是一本科学著作还是哲学著作？哲学和科学到底是什么关系？本文为你一一道来。

01

神学到哲学的进化

在西方的思想史上，神学、哲学、科学一脉相承。要想了解科学，必须先了解前面的两者。

神学是人类用智的一种方式

神学是人类用智的一个重要方式，我们称之为信主——也就是在宗教信仰和神灵建构下整理思想和文化。

远古时代，人类用智的方式基本上都是信主，也就是认为世界是由神灵、或者上帝、或者主来缔造的。只需要确信这一点，一切问题都得到了解决——因此我们无需探究。上帝和神把一切都安排的井井有条，能做什么、不能做什么已经被划分出清晰的界限。

在这种思维方式下，大部分文明都不再真正的追究终极，这就是信主文化对智慧发展的遮蔽效应。但也有唯一的特例，那就是古希腊文明中出现的

哲学：从神学的婢女到「爱智」之学

哲学，Philosophy，它是希腊文Phlio和Sophia两个词的合成，最早使用这个词汇的，很可能是古希腊第一位唯理论哲学家毕达哥拉斯。这个词中的phlio是“爱”的意思，Sophia是“智慧”的意思。所以，所谓的「哲学」，从字面意思上，就是「爱智」。

在哲学出现的最早时期，其实是为了完成对神的追问。

神学认为世界的终极就是神灵，而哲学追问的是神灵是如何操纵这个世界的。所以，最早哲学只是神学的婢女，也就是神学的仆人。

这种对神学展开哲学追问的现象，仅仅见于古希腊，在其他地方从未出现。最终，在哲学的土壤中，长出了科学的萌芽。毕达哥拉斯的数论，欧几里得的几何（图论），牛顿的力学（力论）其实是一脉相传的思想序列。

为什么古希腊能产生哲学追问呢？

古希腊的神灵都是很有趣的，甚至是可笑的。大多数古希腊神灵都是人格化的一种表现，是人类某种特性在天空的展示。他们易怒、好色、好奇、懒惰......是调皮的人类在天界的表征。因此，古希腊当年的神学不构成压抑状态，反而成为智慧调动的一个启动点。

苏格拉底曾经讲过，当人用智慧调动到极端，追问到神那里仍然不罢休，而要想搞清楚神的能力所在的时候，就是哲学探讨问题的开端。

由此，古希腊成为哲学——也就是「爱智」文化——的发源点，完成了神学到哲学的进化。

02

古希腊哲学的三个基本内核

古希腊哲学有三个基本内核：「知识观」，「本体真存」和「精密逻辑证明」。这三个内核对牛顿力学的建立产生了深远的影响。

知识观：

「知识观」就是你对知识的基本态度和基本看法是什么。

我们中国人很难理解一句话，苏格拉底的一句名言：“我知道我一无所知”，这居然是古希腊哲学的一个重要起点。

苏格拉底总是跟别人讨论问题，他说我无知因此我向你请教问题，对方一定表现出全知道，于是就回答苏格拉底的问题。苏格拉底不断的追问、换着角度追问，最后回答者承认自己无知。苏格拉底的这种方式被后人总结为“知识助产法”。

认为一切从「无知」开端——这就是古希腊的知识观。

本体真存：

古希腊哲学家认为见到的东西是假象，绝不是真存。

他们认为一个真正的存在一定是不变的、不可分割的永恒的那个东西，才是存在。因此他们要追问这个眼睛看见世界背后的那个主导着流变世界，而它本身又不变的那个内核，认为那个东西才叫存在。

正因如此，古西方哲学的第一期就叫本体论，这个理论认为那个看不见的现象背后的东西才是真存，这个概念引出近代“本质”这个概念。

精密逻辑证明：

既然是不承认感官提供证明，而要运用假设和假设后面的逻辑来进行证明，那么逻辑怎样证明？这就需要逻辑能够有一个独特的运行方式，这叫精密逻辑证明。而数学，就是精密逻辑证明的最佳方式。

几何学为什么在古希腊特别重要，是因为人类早年的数学是在几何学上展开的。这也就是为什么在柏拉图的学园外墙上写一句话，“不懂几何学者不得入内”。这句话相当于写着不懂数学不得入内，也就是不懂“精密逻辑”的人不得入内。

03

从哲学的追问到科学的开端

亚里士多德对哲学作一个总结，他把哲学叫Metaphysic，是什么意思——「物理学之后」（physic，意为物理学）。请注意物理学之后这个说法，说明哲学就是在讨论直观现象背后的精密逻辑。

也就是说，在哲学的范畴下，任何存在，必须经过精密逻辑证明。

当本体论发生的时候，当自然哲学在古希腊发生的时候，它的前提条件是不承认看见的东西为真实，它是要追问后面的东西，而追问本身只能通过假设来进行。

如果只是假设，如果我们的感官和感知过程展开都不足以证明恰恰提供的都是虚象，那么证明就得通过纯逻辑来完成，一个纯逻辑的假设，后面跟上一个纯逻辑的证明，正是这种哲学的追问构成了科学的开端。

毕达哥拉斯的《数论》

毕达哥拉斯的《数论》就是用数来作为万物的本源，所谓“万物皆数”。

这种运思的方式，现在叫数学，其实当时就是哲学的研究方法。或者说数学，其实就是一种哲学语言。

柏拉图的「理念论」

柏拉图承接了毕达哥拉斯学派精密数论逻辑的系统，提出「理念论」，明确把理念论提出，成为科学思想方式和追究深在本质的重要思路导向。这就是为什么到近代西方著名哲学家怀特海，他曾经说一句话：整个西方哲学和科学的发展过程，实际上只不过是给柏拉图思想所做的注脚这句话的含义。

柏拉图的学生亚里士多德，他又往前进了一步，亚里士多德转变了原来事物的本体在假象后面的说法，提出实体论。所谓“实体论”就是前面所谓假象的这个世界，是后面理念的实体表达，你不能完全看空它，你得通过对它的追究才能找见本体。

这个非常重要，我们所谓的科学，就是建立在这个不能看空的实体上的。

亚里士多德建立分科之学——科学

所谓的科学，其实就是分科之学，把博物学或者哲学讨论的事情分类进行讨论。最早进行分科的正是亚里士多德，他从实体论角度探讨分科之学，他当时已经分科物理学，包括第一物理学、第二物理学、形而上学、生物学、政治学、伦理学……居然达19门之多，分科之学由此出现起点，科学的表达方式由此建立。

欧几里得《几何原本》

欧几里得把精密逻辑证明发展到了极致。

首先，他创造了世界上并不存在的概念：抽象的点、线、面。然后，他又给了五条公设和23项定义。最后，他在这个基础上，推导出后面无数的结论（定理、定理和命题），描述这个世界的本质。

这种由公理向后推演，严格逻辑自洽的方式，现在被我们称为「公理系统」。整个科学可以说就是建立在一个更大的公理系统上的。

托勒密的《天文学大全》

再说说托勒密，大家知道托勒密的地心说，我们今天视为笑谈。但是，大多数人都不知道，托勒密的地心说，其实是一个巨大的精密逻辑工程，阿拉伯人把它翻译为《天文学大全》，这个名字是不对的，希腊原文叫《数学汇编十三卷》。

托勒密当年把整个天体运动分成多层天轮，进行精确数学与数学计算，建立了精密的地心说天文体系，影响西方长达1400年，其精确程度几乎在大多数情况下能预测月食、日食，这是西方天文学乃至自然科学的明确启动。

小结

从诸位哲学家的思想和著作来看，尽管方式不同，但是追究终极的目的是相同的。

无论是「理念论」还是「本体论」，都是追究终极的一种方式方法；无论是「数论」、「图论」还是「地心宇宙说」，都是用精密数学逻辑来描述世界的一套理论。

它们都暗含着哲学三大内核的精华，为科学的产生的提供充足的养分。

牛顿力学正是在吸收了这些养分之后，才绽放出无比华丽的光彩。

04

牛顿力学背后的哲学思辨

包括牛顿、爱因斯坦在内的一大批最顶级的科学家，都曾赞叹过欧几里得的《几何原本》对他们产生的影响。这种严密的逻辑推导方式，是科学的基础——科学，只不过是分科化大信息处理的哲学思维模型。

因此，牛顿把自己的力学原理称为《自然哲学的数学原理》，其实就是认为自己在做着和欧几里得一样的事情。牛顿力学的内核是用力的方式来描述世界万物的运行规律。

在牛顿之前

在牛顿之前，包括笛卡尔、伽利略、开普勒等人，都对引力的本质进行过猜想和探讨。

笛卡尔提出漩涡宇宙说，认为真空中充满了空间物质，它们围绕太阳形成漩涡，这种漩涡导致了太阳系的形成，宇宙中所有恒星都是一个个漩涡中心。物质的质点处于统一的漩涡之中，在运动中分化出土、空气和火三种元素，土形成行星，火则形成太阳和恒星。这种学说，本质上是来源于亚里斯多德的“力维持运动”的千年谬误。

伽利略也曾想要对引力的本质做出解释，但是以失败而告终。

开普勒提出行星运行的三大定律之后，对行星和太阳之间的作用提出了“生灵吸引”的假设，也沦于荒谬。

与牛顿同时代的胡克，从《创世纪》中寻找引力的本质，用光和大地的统一，推理出了平方反比定理，但是再也无法向前推进。

以上四位科学家都想从本质上解释引力的成因，这是哲学追究终极的一种表现。

但是，我们要知道，即使是现在，我们对引力的本质没有了解透彻，更别说三四百年前了。

所以，这个对终极原因的追究反而成了一种障碍，让他们陷入了无穷的困境。

那么，如何解决这个问题呢？牛顿给出了全新的回答。

牛顿的哲学观

牛顿承认终极本源的存在，认为引力会有一个最初的原因。但是，牛顿退了一步，并没有陷入对引力本源的无穷尽的形而上追究，而是默许了引力存在的现实。

类似于欧几里得从自己定义的概念和公理出发，得到几何学的全部规律；牛顿定义了质量（惯性的度量）和力，以及一系列运动学基本量。

牛顿认为，既然我们都相信因果律，都相信第一因，那么，我们就把它的存在当做前提。我们无需讨论什么是第一因，也无需讨论为何有第一因，只需讨论第一因产生的结果——那就是物体之间有引力。

换一种说法，牛顿不像伽利略、开普勒、胡克那样，非要给引力一个明确的产生原因，而是默许了引力已经存在的事实，然后去讨论这个事实又会造成的结果。

正是使用这样的哲学思想，牛顿定义了什么是“力”——只给数学表述，不涉及物体根源和地位。

下面是牛顿的原话：

我在此使用“吸引”一词是广义的，指物体所造成的相互趋近的一切企图，不论这企图来自物体自身的作用，……不论这媒介是物质的还是非物质的，……我使用“推斥”一词同样是广义的，在本书中我并不想定义这些力的类别或物理属性，而只想研究这些力的量与数学关系……

稍后，他再次强调说：

这些吸引力是如何实现的，这里我就不研究了。我们说的吸引力可以通过冲击或其他我们不知道的方式来实现。我在这里用这个字眼不过是一般地用它来表示任何一种能使物体彼此趋近的力，而不管其原因何在。

不论这原因是由中心物体或者别的尚不曾见过的事物引起。在此我只给出这些力的数学表述，不涉及其物体根源和地位。

最后这种表达，用精密逻辑进行了描述和证明，形成了经典力学的三大定律和万有引力定律。

05

结语

牛顿的思想，在哲学上是一个不小的进步，直接奠定之后数百年科学研究的方法论。

牛顿认为：如果我们真的相信自然界中的现象都有因果联系，那么由可见的结果一定可以回溯到其原因。我们认定那个原因的存在，暂时不用去深究，这样就使得科学研究的基本做法，从解释变成了了描述，从对最后因的追求过渡到了对具体的、可以验证的因果关系的严谨的推求——这后来成了了科学研究的⼀一种规范。

从这里也可以清楚的看到，科学是脱胎于哲学的。

经典力学其实就是以上所述的牛顿的哲学观念为基础的，牛顿自己很清楚这一点——与其说在科学上取得了进步，不如说其在哲学上解决了认识世界的问题——因此，牛顿把自己的著作，命名为《自然哲学的数学原理》是非常自然和正确的。

（完）