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科学与人文讲座2019年暑期特别系列第2期报道:科学革命的组分——数学、形而上学与实验

  • 何涓
  • 创建于 2019-07-09
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       2019年6月28日上午8时50分,人文学院“科学与人文讲座”2019年暑期特别系列第二讲在玉泉路校区教学楼阶一1进行。本期继续由道本周(Joseph W. Dauben)教授主讲,主题是“哥白尼、开普勒、伽利略、牛顿和莱布尼茨:科学革命的组分——数学、形而上学与实验”。人文学院王广超副教授主持了讲座。
       在讲座的前半段,道本教授深化了上一期讲座的导论内容,综述了科学史家们对“李约瑟问题”的回应,并更详细地呈现了哥白尼、开普勒和伽利略对天文学和力学的革命性贡献,即数学、形而上学和观测实验这三种方法手段的使用与效果。
       中国古代科学史对于近现代的科学家和科学史家一直有着显著的吸引力。科学学创始人贝尔纳(John D. Bernal)早在1939年出版《科学的社会功能》一书时,就在论及中国科学时提出了与“李约瑟问题”十分类似的发问。席文(Nathan Sivin)在1984年调侃该问题类似于“为什么我的名字没出现在今天报纸的第三版上”,继而指出:其没有直接的答案。而2004年《中国科学技术史·卷七》结论卷的出版,在Perdue看来,的确印证了席文的判断。Hobsbawm认为,该问题仅对解释中国古代经济的独特性具有意义;Teich看出,古代中国不成熟的货币体制加固了农耕社会模式,从根本上阻碍了商品经济的发展;刘钝则把该问题中的“近代科学”的重点剥离为“对自然的数学化假设,及其蕴含的所有先进技术”。此外,学者们还提出过社会流动性、“高度平衡陷阱”和“巨大的惯性”等多种学说,试图解释“李约瑟问题”。该问题虽然没有直接的答案,但半个多世纪以来中外科技史家围绕着中国古代科技史做出的众多价值重大的研究成果,无疑都是受到了它的驱动。
       对于四季分明、行星逆行以及行星视运动变速这三大异常现象,托勒密地心说分别给出了偏心(eccentrics)、均轮(epicycle)和偏心匀速点(equant)的解释模型。但在漫长的中世纪里,始终不乏对这些模型复杂程度的怨声。哥白尼的职业是为教会修订历法,包括确定复活节的日期。他一方面通过修历体会到了旧历法的种种缺漏,另一方面在与新柏拉图主义学派的形而上学论战中又抓住对方视太阳为完美的矛盾,指出太阳比地球更应该位于天球的中央。哥白尼日心说抛弃了偏心匀速点模型,并暗示宇宙是无限的;同时,它仍然保留了均轮模型和圆形本轮模型,继续认为行星的运动是均衡的。
       开普勒带有显著个人印记的对数字与和谐的狂热与执著,使天文学观测的精确化在托勒密之后得到了又一次重大发展。经过他的论证,六、四、十二、二十和八这仅有的五种正多面体恰好能依次无缝放入土、木、火、地、金和水星六大行星的天球间隙;面对几大行星参差不齐的公转周期,开普勒又发现公转轨道平均直径的三次方与公转周期的二次方的正比关系对所有行星都成立;他还论证了托勒密、哥白尼和第谷三大天球系统的等效性。在开普勒看来,数字永远意味着正确和精准,容不下半点失误。
       哥白尼在《天球运行论》的扉页声明:“漠视几何学之人勿进。”而伽利略在1623年出版的《星际使者》中也声明,人类只有掌握了通过三角形、圆形等几何形状表达的数学语言,才有可能读懂哲学(主要指宇宙)“这本巨大的书”。同样在《星际使者》中,伽利略指出,原子是物质的第一性,不发生改变;颜色、味道和气味等千差万异的性质,则属于第二性。实验和观测是伽利略建立力学和宇宙理论体系的最重要支柱,1608年才出现的望远镜使其收获了空前的观测结果,为宇宙论从地心说到日心说的更替提供了重要的证据。
       在讲座的后半部分,道本教授展现了牛顿和莱布尼茨的微积分之争,以及以耶稣会士为桥梁的早期中西科学与艺术交流。在1665-1666一年之内,牛顿主导了棱镜和彗星的实验,发展了颜色和重力的理论,建立了二项式、不定积分、切线和基础微积分等基础的数学理论。1687年,牛顿出版了《自然哲学的数学原理》。在书中,牛顿运动三大定律得到了清晰的阐述,加速度与平方反比定律也联系到了一起。在1713年该书的再版中,牛顿加上了他的著名格言“我不构造假设(Hypotheses non fingo)”,以表明自己的科学原则。只比牛顿小两岁的莱布尼茨是欧洲大陆的自然哲学代表人物,二人从1676年就开始有密切的书信往来。1684年,莱布尼茨首次发表对微积分的研究成果,而牛顿的发表则晚了20年,但在这期间,德杜伊利埃(N. F. de Duillier)和华莱士(John Wallace)等著名科学家先后表态,纷纷支持牛顿,认为后者才是顺理成章的微积分建立者。除了微积分之争,牛顿和莱布尼茨还在上帝是否存在的问题上存在分歧。牛顿认为空间是上帝的“感官”,莱布尼茨则针锋相对地指出,如果上帝需要感官来感知事物,那么这些事物就不应该是上帝创造的。
       明清两朝,利玛窦、汤若望、南怀仁、罗雅谷等欧洲传教士纷纷来华,他们与徐光启、戴震、杨光先、梅文鼎等中国知识分子与皇室的交流是中西科技交流史上极其瞩目的一页。在概述了其中的数学、几何学、天文学、宇宙论以及天文观测仪器的交流史后,道本教授展示了透视作图法是如何在这一时期引入中国的。透视法从文艺复兴时期开始出现,并广泛应用于宗教画作中,因此也自然被传教士带入了中国,而且没有数学方面相应的高要求。郎世宁(Giuseppe Castiglione)为乾隆皇帝创造了大量画作,同样应用了透视法,再通过年希尧、焦秉贞等知识分子的普及,促进了透视法在中国的流传。关于这一普及流传为何最终不了了之,陈慧宏认为重要原因是透视法的“写实”难以与注重写意的中国画传统相容,Fong也指出,理想化在先、真实化在后的围绕宗教的欧洲作画传统并没有在中国形成起来,所以对这两种学派的理解和掌握对中国画家而言都存在根本上的困难。而由于乾隆帝本人对影子的不喜欢,郎世宁所画的乾隆骑马像在运用了透视法的同时并没有画出该有的影子。
       在问答环节,有同学问到文明的多样性是否会有“百川归海”的趋势,以及其对于思考李约瑟问题的参考意义。道本教授鼓励同学们积极搜集最新的相关文献,并以勾股定理作为例子,指出相同的科学思想在希腊、埃及、印度和中国等文明中或多或少都有共通的表述,但是对相同知识的不同的应用途径,是各支文明在科学维度上进展产生显著差异的重要原因。

                                                                                                                        【文/陈功东,图/陈功东】

【主讲人简介】
        Joseph Warren Dauben(道本·周)是纽约城市大学研究生中心的Herbert H. Lehman杰出历史教授。他在哈佛大学获得博士学位,专业领域包括科学史,数学史,科学革命,科学社会学,思想史,17-18世纪,中国科学史和植物学史。他曾经是Historia Mathematica的主编,国际数学史委员会主席。