讲义：近代西方科学的崛起与科学革命#

第一章：导论与背景

本讲座内容主要基于著名学者伯纳德·科恩（I. Bernard Cohen）的著作《新物理学的诞生》(The Birth of a New Physics)。

• 关于伯纳德·科恩教授：
  • 生于1914年，哈佛大学著名学者。
  • 荣获历史科学学会最高荣誉——乔治·萨顿奖章。
  • 他的著作《科学革命》对我们理解科学史有重要意义。

本讲座的核心问题：

1. 近代科学的起源： 近代西方科学为何能崛起？文艺复兴时期的欧洲社会有何独特的制度和文化结构，促成了这一发展？
2. 科学革命的本质： 16至17世纪发生的科学革命，其“革命性”体现在哪里？（核心是从亚里士多德物理学到牛顿物理学的转变）。

时间概念界定：

• 近代西方科学 (Modern Western Science)： 指从16世纪文艺复兴时期兴起，贯穿到19世纪初的科学运动。代表人物包括哥白尼、伽利略和牛顿。
• 现代科学 (Contemporary Science)： 指从19世纪中叶至今的科学。代表人物包括爱因斯坦、波尔等。

本讲座的焦点： 我们将重点探讨一个问题：为什么近代科学（即一种对自然进行数学化假设并付诸实验验证的体系）及其衍生的技术，只在伽利略时代的西方，而非在其他文明（如伊斯兰、印度、中国）中呈现出指数级的增长？

第二章：近代西方科学崛起的四大文化结构#

科学并非凭空产生，它植根于特定的社会文化土壤。近代西方科学的崛起是希腊哲学、罗马世俗法律和基督教神学这三大思想体系融合的结果。我们将从以下四个文化结构层面进行探讨：

1. 宗教思想结构 (Christianity)

基督教思想在三个方面极大地促进了近代科学的诞生：

• 理性的创世者： 科学家们普遍认为，宇宙是由一个智慧的上帝所创造的。上帝在创世之初就设定了理性、系统的自然法则，之后便不再干预宇宙的运行。这使得科学家们相信，宇宙是可知的、有规律可循的。
• “拟人化”的上帝 (Anthropomorphic God)： 这个概念并非指上帝拥有人的外形，而是指上帝与人类拥有相似的智慧和理性。基督教认为“上帝按照自己的形象造人”，这意味着人类被赋予了理解上帝创造的宇宙的能力。人类的理性可以通达上帝的创造。
• 对自然哲学的包容： 基督教思想体系在很大程度上接纳并吸收了古希腊的自然哲学（尤其是亚里士多德的学说），承认宇宙遵循因果律。这种包容的态度为科学研究提供了合法的思想空间。

2. 哲学与形而上学思想 (Metaphysical Ideas)

• 柏拉图主义的复兴： 文艺复兴时期对柏拉图思想的重新发掘，带来了一种信念：终极实在（ultimate reality）是超越物理世界的、抽象的。
• 数学作为宇宙的语言： 这种对抽象的偏爱，使得数学被视为唯一能够描述和理解终极实在的语言。正如驾驶有交通语言，音乐有乐理，描述宇宙的语言就是数学。这直接导向了“自然的数学化 (Mathematization of Nature)”思想。

3. 法律思想结构 (Legal Ideas)

• 希腊经典的“再发现”： 14至17世纪，欧洲人通过阿拉伯世界的翻译，重新发现了在西罗马帝国崩溃后失传已久的古希腊典籍。这打破了亚里士多德思想一家独大的局面，引入了欧几里得、柏拉图等多元化的世界观，削弱了旧有权威。
• 宗教改革与世俗法律的兴起： 16世纪的宗教改革催生了世俗法律（secular law）的建立，使得社会机构（尤其是大学）能够与教会和国家权力分离。
• 法人实体的诞生： 大学获得了法律上的自主权 (autonomy)，成为独立的法人实体。这意味着大学可以自主制定课程、管理财务，而不受教会或政府的直接干预。当圣经教义与自然哲学发生冲突时，古希腊的理性思想开始占据上风，圣经不再被刻板地按字面意思解读。

4. 制度思想结构 (Institutional Ideas)

• 大学：欧洲的独特发明： 大学作为一种拥有法律自主权、自我管理的法人机构，是欧洲独有的创造。
• 大学的权利：
  • 制定内部规章
  • 买卖资产
  • 拥有法人代表，享有言论自由
  • 签订合同，聘用全球人才
  • 在法庭上拥有起诉和被诉的权利
  • 自主决定课程内容
• 课程设置： 当时的大学课程包括“三艺”（语法、逻辑、修辞）和“四科”（算术、几何、天文、音乐）。这些课程将数学、天文学等自然哲学内容制度化，为科学发展培养了人才。

第三章：天文学领域的革命：一个案例研究#

1. 范式转移 (Paradigm Shift)

这个概念由20世纪的学者托马斯·库恩（Thomas Kuhn）在《科学革命的结构》一书中提出，用以描述科学发展的模式：

• 常规科学 (Normal Science)： 在一个公认的范式（如托勒密体系）下解决问题。
• 模型漂移 (Model Drift)： 出现旧范式无法解释的“异例”（anomaly）。
• 模型危机 (Model Crisis)： “异例”不断积累，动摇了旧范式的根基。
• 科学革命 (Scientific Revolution)： 新的范式（如哥白尼体系）出现并取而代之。
• 范式转移 (Paradigm Shift)： 科学界集体转向新的范式。

天文学革命就是一次典型的范式转移，从托勒密的地心说转向了哥白尼的日心说。

2. 关键人物与思想

• 托勒密 (Ptolemy)：

  • 古代最伟大的天文学家，其著作《天文学大成》统治了天文学界近1500年。
  • 提出了“**本轮-均轮 (epicycle-deferent) **”模型来解释行星运动，这是一个非常精巧的数学模型，能相当准确地预测行星位置。

• 哥白尼 (Copernicus)：

  • 提出了日心说 (Heliocentric model)，撼动了托勒密的地心说体系。
  • 发表《天体运行论》。
  • 但他的模型仍有缺陷：他认为行星轨道是正圆形的，且行星匀速运动。

• 实在论 (Realism) vs. 工具论 (Instrumentalism)

  • 实在论： 科学理论必须真实地描述自然世界的本来面目。
  • 工具论： 科学理论只是一个工具，只要它能准确预测和解释现象即可，不必是真的。
  • 在望远镜发明前（约1550-1600年），托勒密体系（符合人们的直觉和实在论）和哥白尼体系（在数学计算上更精确，符合工具论）在大学里被同时教授。这体现了两种观念的并存与冲突。

• 伽利略 (Galileo Galilei)：

  • 坚信“自然这本书是用数学语言写成的”。
  • 首次使用望远镜进行天文观测，发现了月球表面的环形山、太阳黑子、木星的卫星等，用经验证据挑战了亚里士多德关于天体完美无瑕的理论。
  • 他以对话体的形式写作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，巧妙地宣传了日心说，但也因此遭受宗教审判。

• 开普勒 (Johannes Kepler)：

  • 继承了他的导师——丹麦天文学家第谷·布拉赫 (Tycho Brahe) 留下的长达20年的海量、精确的天文观测数据。
  • 基于这些数据，他提出了开普勒三大定律：
    1. 行星轨道是椭圆的，太阳位于一个焦点上。
    2. 行星的运动速度是不均匀的（面积定律）。
    3. 行星公转周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比。

• 牛顿 (Isaac Newton)：

  • 科学革命的集大成者。他在其划时代的著作**《自然哲学的数学原理》 (Principia)** 中，统一了天上的和地上的运动规律。
  • 牛顿的成就：
    • 数学：与莱布尼茨共同发明了微积分。
    • 物理学：提出了三大运动定律和万有引力定律。
    • 光学：通过三棱镜实验，发现白光是由多种颜色的光混合而成。
  • 牛顿的成功是建立在哥白尼、伽利略、开普勒等人工作的基础之上的，正如他所说：“如果我看得更远，那是因为我站在巨人的肩膀上。”

第四章：科学共同体的作用#

牛顿的成就也离不开一个有效的科学共同体。

• 伦敦皇家学会 (Royal Society of London)：
  • 成立于1665年，是世界上最古老的科学学会之一。
  • 它提倡知识的公开和共享，重要成员包括胡克、哈雷等人。
  • 其运作受到弗朗西斯·培根 (Sir Francis Bacon) 倡导的实验精神的深刻影响。
  • 学会为科学家们提供了一个交流思想、合作研究、发表成果的平台。例如，正是哈雷的鼓励和资助，牛顿才最终完成了《原理》一书。

第五章：总结与思考#

• 近代西方科学的定义： 简而言之，就是“数学化的假说 + 不懈的实验验证”。
• 科学“强国”的转移 (Scientific Powerhouse Shift)：
  • 一位日本学者提出的概念，指世界科学中心会随时间迁移。一个国家的科研产出超过全球25%时，可被称为科学强国。
  • 历史上的转移路径：希腊 -> 埃及亚历山大 -> 意大利 -> 英国 -> 法国 -> 德国 -> 美国。