第28篇 现代医学的自然科学基础（8）— 现代自然科学之父伽利略

杨鸿智

第28篇  现代医学的自然科学基础（8）— 现代自然科学之父伽利略
    作者：
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
（一）伽利略的科学贡献简述：加利略的“三步研究法”
1 将研究对象分解成简单的可用数学研究的“要素”。
2 通过实施总结出该要素的数学规律，或进一步预测出该要素将会有的新的运动性质。
3 设计一种实验，将第二步所得到的数学成果，用现实物质的实际运动表现出来，使人得以感知，得以“经验”，这就叫做“证明”。这是伽利略在哥白尼之后，对数学方法的进一步完善。
伽利略用以上的数学方法为后来的“原子论”思想和“还原论”方法奠定了基础。伽利略提出了“主观”和“客观”的区分，这对于正确的认识自然物质是有利的，但不能正确的认识人类自身及人类社会。现在的趋向是还应该从人与自然的统一的相互作用关系中认识人类自身和人类社会。
（二）伽利略对现代科学的贡献（详述）
1 局部运动的科学
伽利略作为一名物理学家，他的具体贡献是研究了地面上物休的运动，后人形象地说这是“局部运动的科学”。哥白尼把运动赋予地球，这给予伽利略一种有力的刺激，使他更严格地（亦即在数学上）研究在日常经验中出现的地球的某些小部分的运动。正如我们从他的伟大的英国信徒霍布斯的著作中所了解到的那样，因而一门新科学——地面物体的动力学——的诞生便是伽利略把严格的数学方法自然而简单地应用于一个比较困难的力学关系领域的结果。正如伽利略在他对动力学或“局部运动”的科学和导论中指出的，许多哲学家已对运动有所论述，“不过，我已经通过实验发现了运动的一些性质，这些性质值得了解。但迄今还没有被观察到或论证过。”一些人已经观察到一个下落物质的运动是加速运动，“但是还没有宣告这种加速运动是在什么程度上产生的。”对于抛射体的运动也表达了同样的思想——已有人注意到一个抛射体是沿一条曲线运动的，但还没有谁证明这条曲线必定是一条抛物线。正是把地球上的局部运动归结为严密数学的术语，这就象哥白尼主义在经验上予以确认的重大天文学发现一样，充分地衡量了他对他的那些同时代人的重要性，而正是这些同时代人恰当地认识到在人类知识上的这个辉煌进步。当他的朋友和敬佩者法拉•保罗•萨文皮宣称“为了给予我们以运动的科学，上帝和自然联系创造了伽利略的智慧”时，这便反映出他对这位思想家的评价。
2伽利略用数学来研究物理学，
并因此开创了应用数学研究自然科学的“现代科学方法”
伽利略眼中的自然是个简单而有序的系统。它的每一个进程都是完全有规律的，而且不屈不挠地是必然的。“自然并不是由许多东西来照应的，它只是靠少数东西运行。”他把自然科学与法律和人文科学进行对比，认为自然科学的结论是绝对真的和必然的，根本不依赖于人的判断。自然是“无情的”，它只“通过它绝不会违背的不变规律”而运行。它不在呼“它运行的理由和方法是否为人们所理解。”进一步，自然中的这种严格的必然性，来自于它那根本的数学特征——自然是数学的领域。“哲学被写在那本永远在我们眼前打开着的伟大之书上——我指的是宇宙，但是，如果我们不首先学会语言和把握符号，我们就无法理解它。这本书是以数学语言来写的。符号就是三角形、圆和其他几何图形。没有这些符号的帮助，就不可能理解它的片言只语。没有这些符号，人们就只能在黑夜的迷宫中徒劳地摸索。”这样一来，解开世界之谜的钥匙不是学院派的逻辑，而是数学证明。“当然，逻辑教我们知道已经发现和即将发现的结论与证明是否是一致的。但是，不能说它教会我们怎样找到一致的结论和论证。”“我们没有从逻辑手山中学会论证，而是从充满证明的书中学会论证。但这些书是数学的，不是逻辑的。”换句话说，逻辑是批判的工具，数学是发现的工具。伽利略发现数学具有一种“先验”的性质，即，通过实验得出的数学规律可以指导我们得出一种未经体验过的结论。这就是说，数学理论具有一种预测性质，可以走在感觉的前面。例如伽利略用抛射物体的研究来说明这个原则：一旦我们知道它们的路径是抛物线，那么不需要实验，通过纯数学我们就能证明它们的最大射程是45度。伽利略在发现了数学的预测作用之后，利用这一原理，发明了自己的三步研究法。（见前面简述）面对感觉经验的世界，我们尽可能完整地孤立和考察某一典型现象，其目的首先是为了直观那些简单的、绝对的要素——根据这些要素可以最容易、最完备地把此现象翻译成为数学形式。那等于把感觉事实分解成为处于量的组合之中的要素。如果我们已经合适地完成了这一步，我们就不再需要感觉事实。由此得到的要素就是它们真正的构成要素，通过纯数学，比它们那儿得到的数学论证（第二步），必定总是对此现象的类似实例为真，即使有时不可能在经验上证实它们。
3 伽利略推动了“原子论”的思想
因为伽利略在研究物质运动时，第一步就是要将对象“分析”、“分解”为可用数学方法研究的更小的组成部分“要素”，这样，伽利略实际上就是在证明物质是可分的。如果是可分的，也就应该有一个最小的、最基本的结构，这个基本结构就是原子。物质结构的原子论，在古代希腊就有了，所以，伽利略的思想是古希腊原子论思想的继续和发展。当伽利略把数学思想扩展到地球上的局部运动时，他发现假设物质可分解成为“无限小的不可分的原子”，那是很方便的。由此，他就能够说明固体是如何转变为液体的气体的，从而勿需承认在固体中存在着空旷的空间，或者勿需承认物质的可渗透性，就能解决凝聚、膨胀、收缩这样的问题。这些原子只具有数学的特性。
4 伽利略提出了主观和客观的区分
伽利略在世界上的两种东西之间进行了明确的区分：一种东西是绝对的、客观的、不变的和数学的；另一种东西是相对的、主观的、起伏不定和感觉得到的。前者是神和人的知识的王国；后者是意见和假象的王国。物质的真实特性，又被称作第一性，是数、图、形、量、位置和运动。我们不能靠行使我们的能力使这些第一性质与物质相分离，但它们是能够完全在数学上得到表示的特性。宇宙的实在性是几何的；自然的唯一根本特性是使某一数学知识成为可能的特征。所有其他对感官来说往往更为显著的特性都是第一性质的次要的、附属的结果。至关重要的是伽利略的这个进一步的断言：这些第二性质是主观的。第二性质被声称是由对自然中本身是真实的第一性质的感觉产生的。这些骗人的第二性质则起源于这一事实：我们对对象的知识是以感觉为中介的。伽利略特有的这种形式的第一性质和第二性质的学说因为它在近代思想中的影响具有无法估量的重要性。正是把人从伟大的自然界中流放出来，把它处理为自然演化之产物的这一根本进步，成为近代科学哲学的一个相当坚定的特点，成为一种大大简化科学领域，但是把近代哲学的重大形而上学问题尤其是认识论问题引入正轨的方法。直到伽利略的时代为止，人们还总是理所当然地认为，人和自然是一个更大的整体的不可分离的部分，在这个更大的整体中，人的地位更为根本。不管在存在物和非存在物，在基本东西和次要东西之间可以作出什么区分，根本上都认为人与绝对的、基本的东西具有密切的联系。现在，在把第一和第二的这一区分翻译成为适合于对自然作出新的数学解释的术语时，我们达到了把人解释为真实的、基本的王国之外的东西的第一阶段。伯特《近代物理学的形而上学基础》P59-90