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科学中的革命-第27部分
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而易见，像开普勒这样一个信奉哥白尼学说的人，既已采纳了地动说观点，那就必须放
弃自然位置信条以及与之相关的等级空间学说。开普勒提出了以下新的基本原理：空间
是各向同性的，空间是不分等级的，并不存在什么自然位置，而且，物质是惰性的。在
提出新的原理时，他揭示出了哥白尼思想所暗示的东西，即地球本身以及月球和其它行
星都属于同一物理学的研究范畴。开普勒关于惯性、力以及运动的物理学原理，暗示着
亚里土多德宇宙学的终结和牛顿科学时代的即将来临。
如果所有行星的运动都直接受太阳运动的支配（因为所有行星都沿着椭圆形轨道运
动，而太阳处在椭圆的一个焦点上，况且，所有行星在轨道上的运动都受据认为与太阳
有关的面积定律制约），那么必然存在着一种作用于行星之上指向太阳方向的力，这是
从开普勒的这一思想中推出的：行星本质上是惰性的，因而必须要有一种力来保持它们
在轨道上的运动。开普勒得出结论说，这种力肯定是磁性的力。他知道，威廉·吉伯证
明，地球是一个巨大的球状磁体。既然地球是一个行星，为什么别的行星不会是磁体。
太阳不会是磁体呢？太阳和行星的磁极方向决定了轨道是椭圆形的而不是纯圆形的。
开普勒的惯性概念与伽利略（后来又被笛卡尔加以完善）和牛顿所发展的惯性概念
不同。不过，他的天文学与牛顿的天文学更为相象，而不怎么像伽利略或笛卡尔的天文
学，因为他把轨道和轨道运动与作为成因的力联系了起来。开普勒可能对力的函数有过
错误的认识（认为力的变化与距离而不是与距离的平方成反比），但这并不重要，重要
的在于，也许是他首先构想出了一种天体的作用力，并且认识到了这种力的作用肯定是
某种与距离成反比的函数。
开普勒在《鲁道夫星表》的前言中曾经指出，他的（我们愿说是具有创新性和革命
性的）工作有一个主要的特征，那就是整个天文学“从非真实的循环论证向寻求自然原
因的转变。”开普勒说，哥白尼是后验地在观察的基础上创造出其体系的，但是他断定，
宇宙的真实排列可以先验地从宇宙观之中、从物质的本质和属性之中得到证实。的确，
开普勒认为，如果亚里土多德还活着的话，这样一种证明甚至也会使他感到满意的。因
而开普勒相信，在追寻终极因方面，他已经远远超过了哥白尼。他在1603年7月4日给法
布里休斯的信中（1937，14：412）写道，他的天文学业已得到了天文观察的检验和印证。
从这种意义上讲，正如埃里克·艾顿1979年3月17日给我的信中指出的那样，开普勒的
“先验推理包含的并非是必然的结果，而只是一些可能的结果。”
毋庸置疑，开普勒为天文学的发展提出了一个革命性的纲领。因为他是一位喜欢反
思的人，他较为详实地记录了他的思想观点和方法的发展过程。我们已经对例如他那行
星运动第三定律的发现的契机作了细致的说明。在他的《新天文学》中，他非常审慎而
详细地阐述了他的思想革命和信仰革命的各个时期；他把错误的计算结果也都记了下来，
这样，读者就可以了解到他的思想和计算的演变过程，这些发展变化导致他最终抛弃了
传统的圆周运动天文学，并且开始探索其他类可能的轨道的曲线。虽然读者会对后面一
页又一页对开纸上陷入绝境的计算感到厌烦，但开普勒提醒自己不要忘了他靠手算完成
这些计算吃了多少苦。在得到了答案后，他把它们付样出版了。随着他的主要著作——
或《宇宙的奥秘》（1596）、《新天文学》（1609）、《鲁道夫星表》（1627）、或
《宇宙和谐论》（1619）以及《哥白尼天文学概要》（1618－162）等的出版，一场思想
革命完全变成了论著中的革命，书已出版，谁都可以阅读和利用。
那么，是否出现了一场科学革命呢？开普勒论著中的革命是否改变了大文学家的实
践、是否已成了天文学思想的基础以致于随继就会在科学中有一场开普勒革命呢？我认
为，回答是否定的。首先，从开普勒到牛顿，这期间的几代天文学家并没有完全接受新
的开普勒天文学。例如，占统治地位的天文学思想，不久就发生了变化，笛卡尔涡旋系
统而不是开普勒所提倡的研究天体作用的动力学成了它的中心。在某种程度上看，这是
由于开普勒末能成功地像牛顿最终做到的那样发明一门新的足以满足天文学需要的力学
所造成的结果。开普勒试图以一种修正过的亚里士多德学说为基础来创立一门天体力学，
但却没有（也不可能）如愿以偿。
其次，对于天空中也许存在着一些绵延数亿里的太阳力这一观点，也有人抱有截然
相反的看法。例如，伽利略在解释哥白尼天文学时，既没有承认也没有运用开普勒的行
星运动的三定律。在其《关于两大世界体系的对话》中，伽利略特别批评了开普勒的这
一暗示：起控制作用的力，能够像月亮有可能导致我们海洋的潮汐运动那样，穿越空间
向外运动。尽管椭圆轨道定律（开普勒第一定律）得到了从事实际工作的天文学家的普
遍承认，但椭圆的第二个或“空闲的”焦点的作用仍然令人费解，况且，由于数百年来
的偏见，对于行星轨道的形状不是圆形这一点，仍然存在着范围相当大而且是很“自然
的”反对意见。对许多天文学家来说，面积定律（开普勒第二定律）似乎使他们在概念
上困惑不解而不是有所帮助。无论如何，正如开普勒本人注意到的那样，这一定律除非
利用一些近似值，否则就不能作为精确计算行星位置的基础，为了取代开普勒的面积定
律，从开普勒时代到牛顿时代的天文学家们打算借用一种直接近似法，这种方法的基础
就是以空闲的焦点（它可以用来作为一种等分点）为中心的问量矩的匀速转动，即使对
于那些愿意接受并使用这两个定律的人来讲，这些定律本身也是古怪的东西，因为它们
看上去与所接受的基本原理并没有什么因果上的或演绎上的关联。
许多天文学家确实认识到了开普勒的第三亦即和谐定律（它是在1619年出版的《宇
宙和谐论》中而不是1609年出版的《新天文学》中发表的），开普勒在这条定律中展示
出，行星的恒星周期的平方与它到太阳的平均距离的立方的比是恒定不变的。不管这第
三定律多么有趣，它并没有实际用途，因为它既不能作出什么预见，也没有什么明显的
物理学上的原因、理由或证明，而且，它似乎只不过是开普勒对数字有多种好奇心的一
种体现。这个定律既无助于计算行星的位置，也无助于确定行星的轨道。原则上讲，它
可以用来预见行星在与太阳的任一已知的距离上出现的周期，但这是一个理论问题而非
实际问题。这一定律也像椭圆轨道定律和面积定律一样，看不出它能起到什么明显的物
理学原理方面的作用。
此外，在考虑开普勒天文学时，我们必须记住，在（《哥白尼天文学概要》中）最
后的总结里，开普勒所阐述的并不仅仅是行星运动三定律，亦即我们今天熟知的开普勒
定律。书中还有许多此类定律，其中包括，行星的大小和顺序与轨道的大小和顺序之间
的关系，以及行星轨道的非圆周性规则这种我们今天会认为不属于物理学范畴因而不予
考虑的问题。开普勒纳入此书的还有他的第一个发现：行星轨道的数目和大小与柏拉图
五种规则的几何体之间关系的定律。要接受开普勒的天文学，还存在着一个问题，即机
械论物理学原则与泛灵论物理学原则的混合。这二者的混合所导致的并不是一种纯粹的
研究物理作用及其所导致的物理运动的动力学。例如，轨道运动或行星的公转，是由物
理学上的太阳…行星的（磁的）作用力来说明的，而地球和太阳规则而持续的自转却被说
成是一种泛灵论的“灵魂原则”的结果。在开普勒那里，“解释运动的泛灵论原则与机
械论原则展开了竞争”（麦克斯·卡斯帕1959，296）。
实际情况是，在牛顿的《原理》（1687）以前，几乎没有什么理论的或实用的天文
学著作提到过开普勒行星运动三大定律，更不用说开普勒有关导致轨道运动的天体作用
的思想了。因而看起来很清楚，1687年以前，科学中未曾有过开普勒革命。我们回顾一
下便可得出这样的结论：开普勒的纲领仅仅构成了一场论著中的革命——这并不是因为，
在思想上，开普勒尚未十分成功地发展出一个可以恰当地说明他所发现的行星运动请定
律的动力学体系，而是因为他未能成功地使他的大部分的同代人和随继而来的后继者们
转过来相信他的椭圆轨道的行星天文学或他的天体物理学。
威廉·吉伯：实验论者及其代言人
像开普勒一样，威廉·吉伯也必须纳入17世纪初富有革命精神的科学家之列。他在
其著作《论磁石》（De Mage，1600）中表明了他的科学的创新性；他在该书的副标
题中说，他的这本书是一部“Physiologia nova，plurimis ＆argumentis ＆experime
ntis demonstrat．”意思是说，他创立了一门“新的生理学”或自然哲学。一门新的自
然科学，一门被“许多论据和实验证明了的学说。”这门新的自然哲学就是磁学，而该
书的题目告诉读者，吉伯所关心的是磁石或天然磁石、“磁体”（例如磁铁）以及“地
球大磁石”。在此书中，吉伯通篇强调实验主义的思想，这一观念暗示着，知识的基础
是经验、实地的实践经验或者经验证明。在后期的古典拉丁语中，“experimentum”和
“experientia”这问个词既有“经验”（甚至“尽人皆知”的经验）的意思，也有“实
验”的意思，正像法语中的“expeence”和意大利语中的“espertenza”仍然含有的意
思那样。由此可见，吉伯是在强调实地的实践经验（例如铁匠和航海者的经验），通过
实验对自然界的直接研究，以及以经验而不是直觉或推测为基础的知识。
除了让人们注意到书的副标题所表明的该书的特色之外，吉伯还搜集了大量新的实
验信息，他在书页的空白处加了许多注释。以便说明他或多或少“根据对事物的重要性
和微妙性”所描述的“我们的发现和实验”究竟是什么（1900，ii）。吉伯研究了摩擦
后琥用中的引力现象，而他有关这一现象的论述，就是他对问题进行实验探讨具有创新
性的一个实例（Ch．2，bk．2儿他严厉地批评了“我们这个时代的”这样一些哲学家，
这些人‘自已没有什么发现，没有得到任何实践经验的支持，……没有取得一点进步”
（p．48）：不仅琥珀和贝褐碳（像他们所猜想的那样）对小的物体有吸引作用，而且钻
石、蓝宝石、红榴石、彩虹宝石、蛋白石、紫石英以及布里斯托石（一种英国宝石或晶
石），绿宝石和水晶也都有此作用。具有类似引力的还有玻璃（尤其是透光和透明的玻
璃），由玻璃或水晶制成的人造宝石，锑玻璃，还�
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