牛顿力学——机械世界的完成

自然和自然规律隐匿在黑暗之中，上帝说：让牛顿来吧，一切遂臻光明！

——亚历山大·蒲柏

牛顿不是理性时代的第一人。他是最后一位魔法师，最后一位巴比伦人和苏美尔人，最后一位像几千年前为我们的智力遗产奠立基础的先辈那样看待可见世界和思想世界的伟大心灵。艾萨克·牛顿，1642年圣诞节降生的遗腹子，是最后一位可以接受博士朝拜的神童。

——凯恩斯

物理学是数学的，这不是因为我们对物理世界知道得很多，而是因为我们知道得如此之少，只能够发现它的数学属性。

——伯特兰·罗素

机械学：为什么不是“恩培爱学”

我们已经谈过许多现代科学兴起的背景，是时候谈一谈现代科学的标志性内容了。我们知道，牛顿是科学革命的集大成者，牛顿力学是现代科学的标志和范本，本章就将来谈一谈牛顿力学的来龙去脉。

古希腊哲学家恩培多克勒提出了四元素说，认为事物由土、水、气、火四种元素组成，元素本身是不变的，而“爱”与“憎”的力量让元素彼此聚合或分离，造成了各种运动和变化。

恩培多克勒的学说现在听起来显得荒谬幼稚，我们知道，在现代科学中，成功地解释了事物的运动的是牛顿的力学，而不是恩培多克勒的爱憎学。

且慢，究竟“牛顿力学”与“恩培爱学”有何不同呢？

如果我们把牛顿力学体系中的“力”统统替换成“爱”，把F换成L，定义“1恩培”能让1kg的物体产生1m/s2的加速度的爱，于是我们不再说两物体之间有1牛的力，而是说它们之间有1恩的爱——经过这样替换后的“恩培爱学”是与“牛顿力学”完全等价的，解释现象的精确性毫无区别。

然而，尽管牛顿力学与恩培爱学在数学上是等价的，但在意味上显然不太一样，后者暗示了一个悲欢离合，充满感情的世界，而前者听起来冷酷无情。那么，为什么最终胜出的是牛顿力学，而不是恩培爱学或其他某人的某学呢？牛顿作出了怎样独特的贡献，力的概念又有和特殊之处呢？

首先需要注意的是，所谓“力学”（mechanics）在西方语言中其实是“机械学”。把“机械学”翻译为“力学”是否最佳并不是本文讨论的问题，无论如何，这一翻译提示出这一事实：“力”的概念确实成为了所谓“mechanics”的核心。即便说这个翻译事实上是错误的，我们竟理所当然地接受了它这个事实更加值得深究。

无论是在中文还是西语中，“力”（vis / force）和“机械”（machine）从来就不是一回事，这两个概念既非同义，也非同源。中文中“力”的本义是“力气”、“体力”之类的意思，引申出“努力”、“费力”、“用力气推”等动作意象，再引申出权力、魔力、活力等意味；而在西文中，拉丁文vis是活力、生命力的意思，而force更偏重于压力、强迫的意思。至于机械（machine）一词从一开始也就是手段、工具、装置、设备的含义。

这所以说这么多，我希望提示这一问题：力和机械这两个概念非但没什么亲缘，反而还有着互相抵触的意象。前者指的总是内在的、有生机的、带意志的东西，而后者指的总是外在的、冷冰冰的、实体性的东西。

既然“力”与“机械”如此不同，何以“力学”与“机械学”竟理所当然地成了同一个概念呢？这其中一定发生了某些奇妙和重要的事情，而这就是本章将要追究的问题。

在追溯历史之前，我们不妨先温习一下现代物理学中“力”的概念。

当代的一部十分流行并广受好评的物理学通识教材中写道：

……把力定义为使物体加速的外界影响是很自然的。

随后，作者作了一些进一步的澄清：

对力这个术语有许多错误概念，正像推动这个词一样，力是一个动作而不是一样东西，物体不能是力，也不能拥有力，力是一个物体对另一个物体做的某种事情，就像“推动”那样，一个物体能对另一个物体“施加一个力”。

……注意，运动着的球并没有力，也就是说它并不‘随身携带着力’，一个力就像是一次推动，你不能说球‘具有推动’。

简而言之，力是“并非由物体所具有的——导致物体加速的——外界影响”。如此的理解——正如后文将要提示的——绝非古已有之，而恰是现代科学的标志性的后果。正是从牛顿开始，这种意义上的“力”的概念才被确立起来，也正是这一概念的确立才使得当代意义上的“机械自然观”成为可能。

动力因：原因和力有何关系？

下面这项贡献经常被归功于牛顿：牛顿力学中把力认作运动变化的原因，而非运动的原因。牛顿认识到匀速运动是不需要原因的，而速度的变化，也就是加速度，才是外力导致的结果。相比而言，在亚里士多德那里，没有外力的物体将会静止不动，而运动总是有原因的。

但事实并不如此简单。显然，这一功劳不能由牛顿独占，牛顿之前的物理学家就已经逐渐发展了惯性和加速度的概念，牛顿只是集大成地把它们纳入严谨的数学体系之中。而且，更重要的是，即便是讨论以牛顿为代表的整个现代力学对古代自然哲学的革新之处时，诸如此类简单化的解释可能会让我们漏看牛顿力学真正革命性的地方，那就是概念体系和世界图景的变革，而不仅仅是具体结论上的差异。

例如从“运动”到“运动变化”，不仅仅是在同一个“运动”之后增加了变化一词，而且也包含着“运动”概念本身的变化。

在亚里士多德那里，“运动”这一概念大约就是“变化”的意思。亚里士多德区分了四种运动：位移、量变、质变和生灭。通俗来讲，运动指的是从潜能到现实的变化过程。但是就概念的定义而言，“变化过程”与“运动”是一个循环定义，“过程”本身需要“运动”的概念才能予以理解。运动首先应该是一种现象而非过程，而“过程”是通过对已完成的运动的反思重构而来的概念。

我并不打算在这里引入一个对亚里士多德哲学术语的学究式的考据，虽然这样的考据是很有意义也很有意思的。简单地说，一个事物的运动是它“作为……的能力”的呈现。例如泥土可以在田野中作为泥土而呈现，而瓷碗可以在饭桌上作为瓷碗而呈现。泥土不是瓷碗，瓷碗也不是泥土。但瓷碗是由泥土做成的。也就是说，泥土具有“作为瓷碗”的潜能，瓷碗以泥土作为其质料来源。泥土不可能“是”瓷碗，但泥土可以“作为”瓷碗——依靠着经历塑形烧制的运动，依靠着匠人的作为。就泥土而言的“运动”也就是就匠人而言的“作为”。当匠人用泥土作着瓷碗时，我们看到的既不是作为泥土的泥土，也不是作为瓷碗的瓷碗，而是泥土能作为瓷碗的潜能，而这也就是“运动”。

而匠人的“作为”大致就是瓷碗的“动力因”（Effect Cause），而匠人关于瓷碗的构思设计是“形式因”（Formal Cause），而之所以制造瓷碗的“用处”是“目的因”（Final cause）。亚里士多德认为，与人工物不同，自然物的动力因、形式因和目的因都一并在自然物自身之内。自然物的运动变化的本原在自身之内。

同一个“运动”包括施动者和被动者两个方面，前者拥有推动的能力，后者拥有运动的能力，前者发起“作用”，使后者“作为”某物而实现。亚里士多德说道：“总括起来说，教和学或行动和遭受（主动与被动，推动与被推）不是完全同一，而是它们所赖以存在的那个东西——运动是同一个。须知甲在乙中向实现目标的活动，与乙靠甲的作用向实现目标活动在定义上是不相同的。”

我们注意到，汉语译者又一次在“动力因”（Effect Cause）中，使用了“力”的概念。但此事同样令人费解：“Effect”与力或机械都没有关系，它又是如何与“力”扯上关系的呢？同样地，无论这一翻译是对是错，人们能够轻易地接受它这一事实也暗示出某些值得深思的问题。

Effect有效果、结果的意思，但译成“效果因”恐怕也会让人费解——所谓原因不指导致结果的东西吗？那么其它三种原因又与结果有何关系呢？

之所以我们对亚里士多德的概念感到困惑难解，很大程度上正是因为我们现代人通常只懂得按照机械的位移来设想运动或变化，因此事实上只是在追问运动的机制问题，而不再关注有着更丰富的层次的原因问题了。

我们不妨先回到“原因”的本义，来反省一下当人们追究原因时究竟在寻求什么。

在被引入哲学之前，“在希腊语中，用来说原因的那个词，其实是从法理语言进入到科学和哲学的词汇中的……在那个词的法律用法中，它指的本来是责任的所在。一起法律诉讼，总是由一种行为引起的。”

当我们想要追究某个事情的“原因”时，回答可以在不同的层面上展开。例如追问“为什么张三死了”？可以有如下的回答：

1、形式因：事情是“怎样”的——因为被钝器击打内出血过多而死。

2、动力因：谁“作”了此事——因为李四打了他。

3、目的因：作这件事是“为了什么”：因为这样一来他的钱就到了李四的兜里。

4、质料因：这件事“怎么可能”发生——因为钝器有伤人的潜能，肉体有受伤致死的潜能。

这四个方面的“原因”互有关联，但又不能互相取代。对于一个事物（比如瓷碗）为什么产生，或者一次位移或变化为什么发生，也都有着类似的几个层面。其中“动力因”的确在某种意义上是最关键的一项，可以说就是狭义上的原因——“负责者（肇事人）”。

在这个意义上，原因的概念与力的概念有着某种源始的关联——并不是和现代科学中作为机械学概念的力学有什么关联，而是与“力”这一概念最初也具有的拟人的意象有所关联——从一个人的“能力”、“力气”，到用力推拉的动作。因为动力因正是要追究这一“动作”，寻找那个“推动者”或者说“肇事者”。

科学史家库恩注意到了“原因”观念及其变迁在科学发展中的重要意义。库恩引用心理学家皮亚杰，首先对原因概念作了区分：“我们必须在两个标题下考虑原因概念，即狭义的和广义的。我认为，狭义的概念最初来自一个主动的动因的自我中心观念，一个推或拉的人，发出一个力或显示出一种动力。它非常接近于亚里士多德的动力因概念，这一概念在17世纪分析碰撞问题时，首次在技术物理中显著地起了作用。”而广义的原因概念则是指“一般性的说明概念”，对于现代科学来说，就是以一组时间上在先的事件以及一组相关的自然规律通过演绎推论而说明某一个事件，说明项是因而被说明项是果。

库恩指出：“虽然狭义的原因概念曾经是17和18世纪物理学的极其重要的部分，但它的重要性在19世纪下降了，而在20世纪几乎完全消失了。”

这究竟是怎么回事呢？后文试图提示：在原因概念的变迁中，牛顿的意义举足轻重。正是牛顿让“动力”亦即狭义的原因概念在科学中的地位达到了最高峰，而代价恰恰是这一概念本身的完全取消。同时，所谓的广义的原因事实上不再能够蕴含狭义的原因概念，原本意义上的“原因”已经不再能从现代科学的世界中找到了。

当然，在牛顿之前，近代科学的先驱者们早已对因果性等概念进行了各种重审和转变。科学史家伯特提到，开普勒“已经获得了一种新的因果观念，即他认为隐藏在观测事实背后的数学和谐是这些事实的原因，或如他通常所说，是这些事实何以如此的原因。”不过，正如伯特随即所说的：“这种因果性观念实质上是用精确的数学重新解释的亚里士多德的形式因”。换言之，开普勒所做的无非也就是相比于动力因而言更加重视形式因的探求罢了，他并没有在根本上改变人们对动力因的理解，而且，开普勒的理念是基于对那位数学家上帝的信仰，也就是说，数学和谐是上帝如此创造世界的动机或目的。

而伽利略倒是明确抛弃了对“为什么运动”的研究，而专注于用严格的数学方法来分析“如何运动”。但这只是意味着在伽利略那里，“原因”无法被“数学化”地研究，但在那时，整个世界图景的数学化远远尚未完成，原因被排除在数学分析之外决不意味着它被彻底否定，后文还要提到这个问题——只有到了牛顿的力学之后，数学才最终吞并一切。

万有的定律：一切皆归自然

我们说到，伽利略用数学的方法研究如何运动的问题，事实上这一数学化的工作早在中世纪经院学者那里就已经展开了。“牛津计算者”对动力学与运动学作出了区分，例如“斯万斯海德明确区分了根据原因（推动力和阻力）和根据结果（一段时间内通过的距离）度量运动。”

但在牛顿以前，数学化只局限于运动学，而对力或原因的追究始终没有被很好地数学化。相反，“力”总是带有某种神秘的、超自然的色彩。

例如在伽利略那里，原子的机械运动只是被设想为某种“次要原因”，而首要的原因是隐藏其后的某种神秘的力量，与上帝的施为有关。惠更斯、笛卡尔、莱布尼茨等机械论哲学家也都以不同的方式谈论着“力”，也做了一些数学化的努力，但他们心目中的“力”与牛顿力学不同，不是一种物体间相互外在的作用力，而是某种内在于事物内部的东西。在我们的眼中看来，他们谈论的力更接近于“动量”、“动能”之类，而且始终带有某些神秘的、活力论的意味。

霍布斯是一个例外，他完全拒斥对力或运动原因的研究。同时，我们知道霍布斯也是一个在当时非常少见的唯物论者和无神论者，这从反面印证了“力”的概念始终与超自然的神秘意象相关联。

机械论者最初也难免会用“物体内部的力量”的思路来理解牛顿提出的“引力”。因为在机械论者的“活力”毕竟是靠碰撞接触才能起到作用并互相传递，因此看起来还算不得神秘，但牛顿的“引力”却似乎可以超距作用，这让它显得尤其神秘。库恩评论道：“对大部分17世纪的微粒论者来说，作为一种内在吸引原则的引力概念看起来太像已被一致拒绝的亚里士多德的‘运动倾向’。笛卡儿体系巨大的优点就在于它完全剔除了所有这类‘神秘性质’。笛卡儿的微粒完全是中立的，重力本身被解释成碰撞的结果；这种远距的内在吸引原则的概念似乎是向神秘的‘通感’和‘潜能’的倒退，正是这些神秘的‘通感’和‘潜能’使中世纪科学如此荒谬。牛顿本人也完全同意这一点。他反复尝试去发展吸引力的机械解释……”

因此牛顿的巨著被命名为自然哲学的数学原理，他认为他所给出的只是力的数学描述，但对于力本身的机制还尚未明确，但他不认为机械论哲学家已经给出了正确答案。牛顿的名言“我不杜撰假说”正是针对那些随意揣测力的机制的机械论哲学家而说的，他绝不能容忍那些让上帝无所事事的机械论假说，他相信“重力的真正终极原因是上帝‘精气’的作用”。牛顿的上帝是始终有所行动的——不仅作为“第一推动”，而且时时刻刻都要推动着这个世界。我将指出：这也许是“动力因”的最后一次“挣扎”——当牛顿在自然界中取消了“推动者”的地位时，他只有让超自然的上帝担任这一角色，从而让“原因”在上帝的意志中保留下来。而一旦上帝的工作被发现是不必要的，再也没有别的事物有资格担任“推动者”的角色了，动力因当然也就再也无处可寻，这是后话。

不过，为什么“力”这个概念容易与“超自然”或“神秘”挂钩呢？只是因为巧合或者只是因为科学家们最初未能成功地把它数学化吗？并非如此。事实上“力”与“超自然”或者“非自然”的联系是源始的。让我们回顾一下“动力因”的最初含义——动力因一开始就带有推动者、“肇事者”的意象。按照亚里士多德的自然哲学：如果一个事物处在其理应处在的自然位置，也就是当它不动不变的时候，对它的解释就不需要诉诸动力因，或者只需要诉诸其内在的动力因，这也同时是这个自然物的形式因或目的因；而只有当一个东西处在非自然的位置，它的行为才需要诉诸一个外在的动力因——一个推动者——来解释。比如说天界是永恒不变的，那么我们追问一颗恒星为什么在这里，我们就只需要给出一个形式的描述：给出恒星的运转规律和现在的时刻，就给出了充分的说明。但如果追问一颗足球为什么在这里，我们就需要找出一个“推动者”，找出是谁把它踢过来的。

联系到“原因”一词的语源来自诉讼用语，我们就更容易理解——只有当正常的秩序被扰乱时，我们才要去追问一个责任者。因此“力”从一开始就是特指对“反常现象”的解释。库恩也提到了这一点：“与规律性不同，反常现象是用狭义因果性来说明。亚里士多德的物理学的相似性又一次引人注目了。形式因说明了自然的秩序，动力因说明了它与秩序的背离。可是，现在不规则性也像规律性一样，都在物理学的领域之内了。”可想而知，当作为对秩序的背离的“力”本身也被纳入“规律”之内，乃至成为一切规律的基础时，不规则性和规律性的界限立刻消失无踪。再也没有自然物与非自然物的区分。

我们在第二章说过，在上帝概念的帮助下，内在性和外在性的界限被打破了，自然界普遍服从于上帝的律法。现在我们在谈论的也是同一件事。事实上对于牛顿而言，上帝的概念并不只是一个可有可无的残余，而是一个必要的过渡。我们或许可以指出：以笛卡儿为代表的机械论科学之所以未能成功，恰是由于他们太过激进和超前，过早和过于断然地在科学中排除了超自然力的地位，而只承认由物质和运动组成的——亦即一个机械和数学的——世界图景。但对“力”这一概念的轻率拒斥大大地阻碍了数学化的脚步。机械论的世界因此从未完成，神秘和超自然的力量始终能在缝隙中留存。而牛顿，由于他更加保守的宗教信仰和更为显著的神秘主义倾向，使得他易于接受“力”的概念，从而有可能一举完成世界的数学化的工作。但由于在此过程中，“力”的概念也同时被祛魅了，超自然和神秘在这个世界反而再也找不到容身之处，最后在上帝那里挣扎了一番后，终于随着上帝的离去而消失。

相互作用：世界不动了

我们说到，牛顿的贡献在于动力学的数学化，在于集大成地提供了一套包罗万象的规律体系。但这是如何做到的呢？向来带有内在性和超自然的意象的“力”究竟如何被严密冷酷的机械学纳入其中的呢？是牛顿真的洞悉了力的本质，还是耍了某种暗度陈仓、偷梁换柱的障眼法？我们已经指出，牛顿力学中作为数学符号的“力”可以被等价地换成爱或任何东西。于是我们有理由怀疑：牛顿所谈论的“力”究竟是什么？它仍旧是古代自然哲学家所谈论的东西吗？

我们知道，牛顿的力学定律事实上在很大程度上是对伽利略、笛卡尔等前辈的继承和总结，惯性定律的类似表达也早已出现过。但还是有一些部分的确是牛顿独创的。例如科学史家I.B.科恩认为，在牛顿三定律中，“第三定律是牛顿最有独创性的一个。”

牛顿的第三定律说的是：

“每一种作用都有一个相等的反作用；或者，两个物体间的相互作用总是相等的，而且指向相反。”

这一定律看起来是如此简单浅显，它能有多大的意义呢？也许这正是这一定律的第一个厉害之处——它显得如此自然、平平无奇，以至于即便放在牛顿的时代，我猜也不会给读者带来什么惊天动地的感受，因此，它很容易被人不加批判地接受——连同其背后隐含的重大变革。

只有第三定律才首次明确地把“力”确定为“相互作用”，这一概念在牛顿之前，甚至就在《原理》中对“外力”的定义中，都从未得到明确。

《原理》的定义4说：“外力是一种对物体的推动作用，使其改变静止的或匀速直线运动的状态。”——人们更容易关注到这个定义的后半句，即“匀速直线运动”与“静止”在地位上相同，都成了物体的状态，这当然是一个最重要变革。然而我们也不能不注意到前半句话——与后半句形成鲜明对比的是，前半句引用了一种最原始的思路：用“推动”来解释“力”。

为什么不用“影响”等更中性的词汇，而要采用“推动”这个原始的、拟人的概念来界定“力”呢？删去“推动”岂非更好？

在另一处，牛顿甚至宣称与其把向心力看成引力，“也许更准确地应当称之为推力”。在其它地方，牛顿则“同时使用‘引力’和‘推力’，甚至优先使用‘吸引’”。柯瓦雷注意到了这里的奇怪之处，他认为：“这说明在牛顿看来——他的机械论的论敌们也这样看——推力是惟一可以被接受的物理的力的作用方式，而且他本人也很明白使用‘引力’这一术语所隐含的危险。然而如果按照‘推力’一词的字面意思去理解，危险也小不到哪儿去，因为它表明了一种真实的、物理的机械论：这太屈从于笛卡尔了。因此牛顿解释说，就像‘引力’一样，我们也不应认为‘推力’隐含了某种确定的物理含义：两个术语都应以一种纯数学的方式来理解……”在柯瓦雷看来，“牛顿一贯把引力与推力平行地看待”之后果是“这只能给人造成一种印象，即他在这两种情形中所处理的都是类似的物理的力，即使他会漠视或把它们的物理实在抽象化，而只考虑数学方面。”

然而牛顿的“引力”与传统的“推力”的区别决不限于前者是数学的而后者是物理的。更重要的一点是：前者是中性的、中立的；而后者则是拟人的、方向性的。前者是“相互作用”，而后者不然。

说起“推动”，我们将会设想一个“推动者”和另一个“被推者”，一个“肇事者”和一个“遭受者”，这二者的地位绝不是等价的。前者主动而后者被动，前者在时间和逻辑上也都是“在先”的。我们提到过，在亚里士多德那里同一个运动现象包含两方面的活动——施动者的作为和被动者的作为某物而变化——“教和学或行动和遭受（主动与被动，推动与被推）不是完全同一，而是它们所赖以存在的那个东西——运动是同一个。须知甲在乙中向实现目标的活动，与乙靠甲的作用向实现目标活动在定义上是不相同的。”

在笛卡尔那里，“推动”的不对等关系仍是非常明显的：“当一个物体推动另一个物体时，它不能向另一方传递任何运动，除非它也同时失去了同样多的量；也不能从另一方带走（任何运动），除非它也同时增加了同样多的量。……我们发现一个物体是由于被其他物体所推动或阻碍，才开始运动或者停止运动的。”虽然笛卡尔强调“等量”的关系，但这种关系毕竟是一种单向的传递——施动者失去力量，被动者获得力量。恐怕正是这种推动与被推者地位不平等的思维定势，才导致了笛卡尔得出诸如“当一个物体撞上另一个更强的物体时，它不会失去任何运动；而当它碰到一个更弱的物体时，它失去的运动将与传给对方的一样多。”这样令人大跌眼镜的错误结论。

当牛顿把“推力”变成了“相互作用”时，“推力”中的传统动力因的残余力量就统统被驱逐出境，并且再也没有复辟的指望了！道理很简单——“因果关系”是一种不对等的关系。即便许多时候我们会说某两件事“互为因果”，但这要么是指两个相伴相随的长期事件之间的互相促进，要么则是在两种不同的意义上谈论因果关系（例如一方面是动力因，另一方面是目的因），而不可能说两个东西“互为动力因”。于是，在时间上、逻辑上和本体论地位上都完全平等的两个东西的相互作用是不存在“动力因”的。“万有引力”无处不在，所有的物体在所有的时间都在以完全平等的方式不分先后地互相推动，谁是原因呢？

有人说现代科学只保留了动力因而抛弃了目的因，这其实是一种误会。事实上牛顿力学只是在“名义上”保留了动力因，而实质上却偷梁换柱地替代了它。打着“力”的旗号出现的数学算式在表面上似乎仍然在回答动力因的追问，但其实是答非所问了。我们可以找出某个系统在较早的A时刻的状态，按照物理规律推演一番，得出了这个系统在B时刻的状态，如此我们就找到了B时刻中事物为什么如此这般的“原因”了吗？看起来也许是这样，但事实上并不那么简单。首先，时间只是一个参数，A时刻未必一定比B时刻更早，完全也可以拿较晚时刻的状态来说明较早时刻的状态。其次，我们不知道究竟该追溯到哪一个时刻，1秒钟前的状态是原因吗？1分钟前呢？1年前呢？1亿年前呢？最后，如果这个系统是孤立的，那么对其中任一个时刻的全面描述就应该蕴含其前后的状态，也就是说，对前一个时刻状态的描述无非也是对此时的事件之“如何发生”作了更细致的描述，而非解释“为何发生”的问题。例如问甲为何撞上乙，科学可以给出几秒钟前甲和乙的位置、速度和加速度，然后计算出几秒钟后他们会相撞，这给出了相撞的“原因”吗？还是说仅仅是对这一相撞事件本身进行的更详细的描述？就好比问“张三为什么死了”，回答说“十分钟前在十公分远处有一把刀正在以每秒十米的速度接近张三”，这无非是对张三之死的“怎样”进行了更细致的描述，甚至由于运动是相对的，我们说刀子高速接近张三和说张三高速接近刀子也是一样的。如果不能区分出主动和被动的双方，如果找不出“肇事者”，原因就无从着落了。

而动力因的驱逐才是“目的”最终从现代世界中消失的要害所在。空间的无限化也许让人们在宇宙中迷失了方向，但尚不至于从根上把寄托“目的因”的可能性都清除了。然而动力因的消失则非同小可。在前文我们看到，在最源始的意义上，“目的因”似乎是对于一个有赖于动力因的“二阶问题”的回答——首先问“这是谁干的？”，然后才是问“他为了什么这样干”。而现在，动力因再也找不到了，那么目的因就岂止是找不到了，而且连对目的进行发问都成为不可能。

或许正是隐约意识到了某些严重的后果，牛顿本人务必要让上帝继续扮演“推动者”的角色。因为由于“力＝相互作用”这一新思维方式的确立，所有的自然物之间的关系都不可能是不平等的，再也没有哪个自然物有资格扮演“推动者”的角色。但无论如何，上帝总还是超自然的，他仍然保有“推动”的资格。但是随着上帝的退隐，随着“数学原理”的空前成功，这个世界就再也没有超自然的缝隙或暧昧的余地了。

“动力因”或者库恩所说的“狭义的原因概念”在现代科学乃至整个现代世界中的驱逐究竟是好是坏？用“科学说明”来应付对原因的追问究竟是对是错？本书并不想作出评判。库恩倒是出乎意料地说道：“从某种意义上说说明模式中的革命甚至可以是倒退的。”无论如何，这一场观念变革确实意义非凡，其后果不仅仅是新的力学体系，也展开了一种新的世界图景。在现代世界的图景中，一切都冷冰冰地摆在面前，事物相互外在，不存在内部或阴影。机械的世界无情地运转着，背后不存在神秘的活力或拟人的动机，目的和意义无处寄托。科学取代了宗教，力取代了上帝，而数字的算计取代了意义的追问。知识就是力量，科学就是生产力——“力”的逻辑支配了一切。

余论：“物质”的扩张

一方面“力”主宰了现代人的世界，另一方面，现代人的世界观也经常被称作“唯物主义”的，特别是在中国的环境下，“物质第一”是我们非常熟悉的一条信念。但这意味着什么呢？所谓的“物质”究竟是什么呢？

在今天，“物质”作为物理学术语，一种典型的理解是：“指任何具有质量、可以察觉和测量的东西，所有物质都是原子构成的，而原子则是由基本粒子构成的。”在日常语言及哲学讨论中，“物质”经常与“精神”、“思想”相对，与“实体”、“客观”等概念相近甚至混用。但是，我们有时是在讨论“物质”的性质——如“物质具有客观实在性”、“物质由原子组成”等等（显然不能把“客观实在”之类的描述作为“物质”的定义，否则说“物质是客观实在”就只是同义反复）；有时则是把“物质”作为一种“性质”以谈论“其它”东西——如“世界的本原是物质”、“物质是第一性”等等。那么，我们所谈论的“物质”究竟是什么呢？

“物质”一词最早并不是与“精神”对立地出现的，最早与“物质”相对应的概念包括“运动”、“现实”、“形式”等等。

人们所看到、听到、感触到的事物总是变化多端的，然而既然是同一些事物的变化，便意味着在这其中必定有某种不变的东西。而这种作为事物变化的基底的东西，就是万物的“本质”——这也是今天所谓“物质”的基本涵义。但现代“物质”的客观性、实在性等却不属于古希腊人的观点。即便说“物”在直观上是有可感的、可知的、实在的等等意义，但这并不代表“物的本质”也必定具备这些特征。

直到亚里士多德，才开始使用与现代概念相近的“物质”一词，但他指的其实是质料或材料。他将“质料”与形式、动力、目的等概念并列，并经常与“潜能”等同，看作是事物变化的四种原因之一。但亚里士多德的物质观却与现代人截然不同。在亚里士多德那里，物质是“不可感不可知的”，因为感觉所感触的是结合在物质中的形式，理智则可以认知未结合在物质中的形式，而没有形式的纯物质，也就是尚未实现的纯潜能，是完全潜隐不显的，因此不可感知。总之，我们能形成明确的知识的东西都是形式，而形式恰恰不是物质。

亚里士多德说到：“关于物质我指的是那种自身既没有质，也没有量、也没有事物得以被确定的任何属性。”这与现代人所理解的“物质是质量统一体”形成鲜明对比。

在这里，“物质”这一术语似乎是一个矛盾，我们知道，存在的“可知”是亚里士多德最基本的信念。然而，为何“物质”竟是不可知的呢？

事实上，亚里士多德并没有将“物质”看作万物的“本体”——“这是不可能的”，在他看来，事物的本体具有独立性和个别性，只有“形式”才能赋予某事物作为某事物的独特属性，而质料只是把这些属性现实地呈现出来所需的材料，本身并没有什么个性。

也就是说，亚里士多德的“物质”只是在构成万物的“材料”这一意义上与现代的概念相似，而现代原子理论、电子理论等等所谈论的万物的本体，根据亚里士多德看来，那些对各种各样的结构和节律运动的描述“都是一种形式理论，根本不是物质理论。”

亚里士多德的“物质”概念意味着世界在“可知”的部分之外，在能被确定地、现成地把握的外观之外，还存在着某些不可见的，不确定的内涵。而这种内涵正是“变化”之所以可能发生所基于的“潜能”，或者说“可能性”的维度。而我们提到，现代人的世界已经“不动”了，这种不确定性的潜能概念自然也就不再需要了。我们提到，现代人打破了内在性和外在性、自然与非自然的界限，于是物质与形式也逐渐被混同了起来。

在“物质”的概念与“形式”逐渐被混合的同时，“精神”开始成为与“物质”相对立的概念。笛卡儿的心物二元论标志着这两个概念的决裂。这一决裂的肇始者同样是世界图景的数学化。道理简单地说就是——精神、心灵、意识之类的东西是难以数学化的。随着“物质”与“精神”划清界限，客观性、实在性、被动性等等逐渐成了“物质”的当然属性。

力学的崛起与物质的扩张在最初是有某些矛盾的，因为神秘的“力”似乎并不是一种物质。直到法拉第的“场”的概念才解决了这一冲突。法拉第认为物质是由力场组成的，而后人更倾向于认定力场也是一种物质。到了20世纪，“力”更被解释为“费米子”之间交换“玻色子”，“物质”与“力”之间的差别仅仅是自旋数为半整数与整数的差别，“力”和“物质”的概念最终也走到了一起。

随着科学的进一步发展，能量、光、波动、虚空、精神等等曾经与“物质”相对的概念逐个被收回其中，一切事物都可以用“物质”去理解。“物质”的“扩张”使其地位被“神化”。与在中世纪人们坚信“上帝无处不在”相似，在现代，物质无处不在——“物质是世界的唯一本原。世界上除了物质以外什么也没有。”

既然“世界上除了物质以外什么也没有”，我们丝毫不用为那最后的一个概念——“目的”——最终也被“物质”所吞并感到意外。宇宙本身看来是毫无意义的，而人生的“目的”除了“物质”还可以是什么呢？世界上除了物质再无别的东西啊！于是，人类最“高”的理想也只能是“发展生产力”；而更多的人则迷失于物欲和享乐……

这真的是不可避免的吗？我们值得去重新审视“物质观”的发展过程——“物质”概念的每一次扩张都是绝对必然的吗？将“质料”与“形式”混同起来一定是合理的吗？将“物质”与客观实在等同起来又一定是正确的吗？

无论如何，我们现在所崇拜的“物质”概念并不如我们想象得那么清晰明白。我们经常拿“唯心主义”与“唯物主义”相对立。但所谓唯心主义（idealism），原意是观念论，而我们现在所谈论的可知可量的物质和力，在古希腊哲学家眼中恰恰是一种“形式”的东西，换言之，就是观念的东西。

延伸阅读：

埃德温•阿瑟•伯特：《近代物理科学的形而上学基础》，张卜天 译，湖南科学技术出版社2012年

——伯特的这本著作是科学思想史的经典，但也适合一般读者阅读。在某种意义上，可以把这本书看作一部哲学史，而伯特的着眼点正是近代哲学史中所谓“认识论转向”的来龙去脉。他指出，要理解这种哲学转向，不但要考虑笛卡尔、休谟等传统哲学史中的人物，还要考虑伽利略、牛顿等科学家的工作。现代科学的发展背后蕴含着形而上学观念的转折。这本书还有一个更早的中译本，由徐向东译出，在北京大学出版社出版。那个译本虽然也能读，但错误较多。

托马斯·库恩：《必要的张力》，范岱年 纪树立 等译，北京大学出版社2004年

——库恩的《哥白尼革命》已经在第一章推荐过了，这本《必要的张力》是一部论文集，收集了一系列关于科学史问题和编史学的论文，包括本章引用的关于因果性问题的讨论。

亚历山大•柯瓦雷：《从封闭世界到无限宇宙》，张卜天 译，北京大学出版社，2008年第2版。

——柯瓦雷是科学思想史的开山宗师，奠立了一种独特的编史方式。他的著述包含大量对当时科学家原著的引用，读起来比较艰难，普通读者或许会望而却步。不过对科学思想史有兴趣的读者不可不读。柯瓦雷的《牛顿研究》与本章的关系更近，但这本《从封闭世界到无限宇宙》主题更鲜明，线索更清晰些，更适合初学者进入。