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标  题: 第五章　十八世纪（1）
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月10日13:58:48 星期天), 站内信件

科学史及其与哲学和宗教的关系科学史及其与哲学和宗教的关系
第五章　十八世纪



    数学与天文学——化学——植物学、动物学与生理学——地理发现——从洛克到康
德——决定论与唯物主义

    数学与天文学

    不幸牛顿与莱布尼茨各自发明微分学以后，符号既不相同，又在发明先后问题上发
生争执，因此事情就复杂化了。由于这些原因中的一个或两个原因，英国数学家与大陆
数学家就分道扬镳了。前者用了牛顿的符号，但大半疏忽了他的新分析方法，而遵循牛
顿常用以记载他的研究结果的几何学方法。因此，英国学派对于十八世纪前半期新微积
分学的发展很少贡献，但在大陆上，特别是在詹姆斯·别尔努利（James Bernouilli）
的手里，微积分学却得到发展。牛顿体系中的一个空白，后来由于在实验中测定了地面
重力和万有引力常数而填补起来；1775年左右；马斯基林（Maskelyne）观测了铅垂线
在山的两面的偏离，1798年卡文迪什（Henry Caven－dish）用米歇尔（Michell）设计
的精细扭摆，观测了两个重球之间的引力。1895年，波艾斯（Boys）又使用这个方法，
求得两个各为1克的质点，相距1厘米时，其互相吸引的力为6．6576×10[－8]达因，由
此算出地球的密度是水的5．5270倍。
    牛顿的工作成果由莫佩屠斯（Maupertuis）等人的著作介绍到法国去，更由达兰贝
尔（d’Alembert）、克勒洛（Clairault）与欧勒（Euler）加以发展。伏尔泰
（Voltaire）于1726至1729年间侨居英国，他后来和夏特勒（Chatelet）夫人合作，发
表了一本讨论牛顿体系的通俗著作，鼓舞了有名的法国《百科全书》的许多作者。
    这部内容参差不一的巨著的第一版在1751至1780年间，经过许多困准，以三十五巨
册刊布于世。狄德罗（Diderot）是总编辑，在头几年达兰贝尔担任数学的编纂。这部
书总结了当时的科学思想。它的总的精神以有神论为主，但带有异端色彩，而且愈来愈
倾向于攻击政府和罗马教会，最后乃至攻击基督教本身。
    在数学与其应用上，泰勒（Taylor，1715年）与马克洛林（Mac－laurin，1698－
1746年）证明怎样展开某些级数，并应用到振荡弦的理论和天文学上去。布莱德雷
（Bradley）根据恒星光行差的观测结果，求得光线传播的速度（1729年；参看399页）。
欧勒（1707-1783年）创立了分析数学的新分支，修订并改进了数学的许多分支，而且
发表了几部关于光学和自然哲学的一般原理的著作。
    拉格朗日（Joseph Louis Lagranze，1736-1813年）也许是十八世纪最大的数学家。
他主要的兴趣在纯理论方面。他创立了变分学，并且把微分方程式问题系统化了。他的
包罗万象的概括结论，常可应用到物理学问题上去。他自己出版了天文著作，提出了三
体的相互吸引力的计算这一困难问题的处理方法。在他的巨著《分析力学》里，他通过
虚速度和最小作用原理把全部力学建立在能量不灭的原理之上。
    达·芬奇曾经利用虚速度（或虚工作）的原理推出杠杆的定律，史特芬给这一原理
所下的定义是：“得于力者失于速”。莫佩屠斯把空间（或长度）和速度的乘积的总和
叫做“作用”，并且为了形而上学的理由，假定在光的传播这样的过程中，必定有某种
东西是个最小量。他指出事实竟与光循最小作用的路径传播的假定一致。拉格朗日把这
个原理推广到一切物体的运动上去，而把“作用”定义为运动量的空间积分，或动能的
时间积分的两倍。在哈密顿的方程式和普兰克的量子理论中，我们将要再遇见这个作用
量。
    拉格朗日的微分方程式赋予这个学科以新的普遍性和完备性。这些方程式把力学的
理论简化成普遍的公式，解决每个问题的特殊方程式，都可从这些公式推导出来。
    拉普拉斯（Pierre Simon de Laplace，1749-1827年）对于牛顿体系的贡献比拉格
朗日更多；他是一个诺曼底乡下老的儿子，靠了他自己的能力和善于随机应变的才能，
后来竟成了王政复辟时代的侯爵。
    拉普拉斯修改了拉格朗日的位函数的方法。改进了引力问题的处理。他在一个很重
要的方面完成了牛顿的工作，因为他证明了行星的运动是稳定的，行星之间的相互影响
和彗星等外来物体所造成的摄动，只是暂时的现象。这样，他就证明牛顿担心太阳系久
而久之会由于自身的作用而陷于紊乱，是没有根据的。
    1796年，拉普拉斯发表了《宇宙体系论》，内容有天文学史，牛顿体系的一般叙述
及星云假说；按照这个假说，太阳系是从一堆旋转着的白热气体演化而来的。1755年，
康德已经提出这个看法。他比拉普拉斯更进一步，认为有从虚无中创造出来，星云从原
始的混沌中成形。现代的研究说明星云假说对于太阳和行星的比较小的结构不很适合，
但对于在旋涡星云的形成过程和银河系发展的晚期阶段中可以看到的较大的恒星集团，
也许是适用的。
    拉普拉斯的分析性的讨论见于他的主要著作《天体力学》（1799－1805年）里。他
用微分学诠释了牛顿的《原理》的内容，并且补充了许多细节。
    鲍尔叙述拉普拉斯把他的书呈献于拿破仑的情形如下：
    有人告诉拿破仑说，那本书没有提到上帝的名子。拿破仑是喜欢拿话来难人的，他
收到那本书时说：“拉普拉斯先生，有人告诉我，你写了这部讨论宇宙体系的大著作，
但从不提到它的创造者”。拉普拉斯虽是最圆滑的政客，但在他的哲学的每一点上，却
有殉道者坚强不屈的气概，于是他挺直了身子，率直地答道；“我用不着那样的假设”。
拿破仑觉得那个回答很有趣，把这个回答告诉了拉格朗日。拉格朗日说道：“那是一个
美妙的假设，它可以解释很多东西”。
    拉普拉斯总结了当时有关概率论的研究成果，并且假定有一种只有在微小距离才能
感觉到的吸引力，以解释毛细现象。他还说明为什么按照牛顿的公式，用密度除弹性的
平方根所得的、声音在空气中的速度值太小。他发现这种不符的原因在于热。因为音波
一紧一松时，要发出与吸收热，这样就使空气的弹性增加，因而增加了声音的速度。
    此后引力天文学的工作，不外完成牛顿和拉普拉斯的工作。牛顿引力假说的正确性
在1846年由于有人预测有一个未知行星存在而受到最后的考验。这是把牛顿和拉普拉斯
方法颠倒过来加以运用。天王星脱离自己轨道的摄动，无法用已知其他行星的作用，给
予充分解释，要说明这些不规律的摄动，便须假设有一个新行星存在。这个行星的必然
的位置由剑桥的亚当斯（J．C．Adams）与法国的数学家列维烈（Leverrier）各不相谋
地计算出来。柏林的天文学家加勒（Galle）依照列维烈所指的方位，用望远镜去寻找，
果然发现一颗行星，而命名为海王星。
    牛顿理论的精确性实在令人惊异。两个世纪中一切可以想到的不符的情况都解决了，
而且根据这个理论，好几代的天文学家都可以解释和预测天文现象。就是现在，我们也
须用尽一切实验方法，才能发现牛顿的重力定律和现今天文知识有些微的不符。拉格朗
日把《原理》誉为人类心灵的最高产物，而且说牛顿不但是历史上最大的天才，也是最
幸运的一位天才：“因为宇宙只有一个，而在世界历史上也只有一个人能做它的定律的
解释者”。从现今我们所知道的自然界的极端复杂性来看，我们现在来评价牛顿时，就
不会这样说。但这很可以说明牛顿的工作在后来的一个世纪中对于最能领会它的一位科
学家产生了多大的影响。

    化学

    十八世纪初，有许多心灵手巧的观察者把实验化学推向前进。荷柏格（W．Homberg）
研究了碱和酸在各种比例下的化合，因此为酸与碱化合而成盐的理论提供了有力的证据。
这理论创始于西耳维斯，实在是现代人关于化学结构的许多观念的起点，在科学史上是
有重要地位的。
    此后三十年中，以莱登的波尔哈夫（H·Boerhaave）和黑尔斯（S．Hales）的工作
为最出色。波尔哈夫于1732年发表了“当时最完备、最光辉的化学论著”；黑尔斯研究
了许多气体，如氢、碳的两种氧化物，二氧化硫、沼气等。他认为这些气体都是因为有
其他物体存在以不同方式发生改变或者说“受到薰染”的空气。
    早期化学家的最大困难，是了解火焰和燃烧的现象。物体燃烧时，好家有某种东西
逃走掉了。在长时期中大家认为这种东西是硫，普鲁士王的御医斯塔耳（G·E·Stahl，
1660－1734年）把它叫做“燃素”，意即火的原素。他的学说是从柏克尔（Beecher）
的见解发展而来的。在他死后，这个理论被人广泛采纳，在十八世纪末叶，一直支配着
化学界的思想。雷（Rey）与波义耳都证明过金属燃烧后固体物重量增加，所以“燃素”
必须具有负重量，于是亚里斯多德关于一个物体本质上是轻的观念又重新复活起来。当
时化学家不顾物理学的成就，以这个假说去说明化学事实。由于这个假说和更老的学说
的影响，虽然有个别研究结果可以据以得出比较现代的看法，但这些研究结果对于当时
的化学家的思想却没有什么影响；这些事实还有待重新发现、重新解释。
    第三章内已经说过，在氧被发现以前一个世纪，已经有人证明空气中有一种活跃的
成分，而且是呼吸与燃烧所不可缺少的。1678年，博尔奇（Borch）从硝石中制出氧气，
1729年，黑尔斯用水上收集法又得到这种气体。1640年，范·赫耳蒙特取得了二氧化碳
并命名为“西耳韦斯特（silvestre）气”；氢气的分离，甚至可追溯到帕腊塞耳苏斯
（Paracelsus）。他描写过铁屑在醋上的作用。不过这些观察结果都被忘记了，它们的
意义也被人忽略了；当时人们仍然认为空气是唯一的气体元素。
    十八世纪化学工业开始推动这门学科。1755年，爱丁堡的布莱克（Joseph Black）
发现一种新的有重量的气体，它与空气不同，是与碱类结合在一起的。他把这气体叫做
“固定下来的空气”。这就是现在我们叫做二氧化碳或碳酸的东西。1774年，舍勒
（Scheele）发现了氯气。普利斯特勒（Joseph Priestley，1733-1804年）加热于氧化
汞，制出氧气，并且发现它有维持燃烧的独特性能。他根据前人的研究成果（121页），
还证明氧是动物吁吸必需的气体。可是他认为这气体是去掉燃素的空气，竟不知道他的
发现已经在化学史上揭开了新的一页。1781年，卡文迪什（Henry Cavendish，1731－
1810年）证明了水的复合性（发表于1784年），这样就把水从元素之一的崇高宝座推下
来。但是他描述组成水的气体时，仍沿用“燃素”与‘去掉燃素的空气”等名词。1783
年，瓦特（James Watt）发表了同样的意见，因而引起评论者关于发现先后的争论。
    当时流行的见解认为水沸腾后成土。拉瓦锡（Antoine Lau-rent Lavoisier，
1743-1794）指出，这种见解是错误的。他证明水沸后剩余的渣滓是容器（玻璃之类）
的溶解物，水经过多次蒸馏后，是纯洁而有不变的密度的。由于“共和国不需要学者”，
拉瓦锡后来和许多包税人一起走上断头台。
    拉瓦锡重做了普利斯特列和卡文迪什的实验，精确地秤量了他的试剂和产物。例如
在一个实验中，他让4英两的汞与50立方英寸的空气相接触，热到快要达到沸点的温度。
红色汞灰出现并继续增加，一直到第十二天。汞灰的重量为45格今（grain英原），剩
余空气的体积为42至43立方英寸即原来体积的5／6。这剩余的空气不能再维持燃烧，小
动物在里面几分钟就死去。
    再将这45英厘的红色汞灰放在小曲颈甑加以强热。41[1/2]英厘的金属汞和一种气
体出现。把气体由水面收集起来，加以量度，体积为7到8立方英寸，重为3[1/2]到4英
厘。但411/2＋31/2＝45英厘，全部原物质都有下落——总质量是不变的。这气体维持
火焰与生命比普通空气更有力量。拉瓦锡说：
    从这个实验的各种情况看来，汞在锻烧的时候，吸收了空气中适于养生和呼吸的成
分，余下来的部分是有毒的，不能维持燃烧和呼吸。可见空气是由性质不同的、甚至可
以说是性质相反的两种富于弹性的流体组成的。
    拉瓦锡抓住了一个极端重要的事实：要解释这个和其他许多类似的实验以及普利斯
特列和卡文迪什的实验，并不需要燃素说，臆造一种与其他物质在性质上根本不同的物
体，是不必要的。牛顿的力学建立在质量不变的假设上，这假设由于他的成功而证明不
误。他还证明质量和重量虽然是两个不同的概念，但在实验中加以比较时，它们是精确
地成比例的。拉瓦锡用经过称量的不可反驳的证据，证明物质虽然在一系列化学反应中
改变状态，物质的量在每一反应之终与每一反应之始却是相同的，这个可以从重量上寻
找出来。水的组成成分已经证明是两种气体，它们具有物质通常的性质：质量和重量；
拉瓦锡把它们叫做氢（成水的元素）和氧（成酸的元素）。燃烧与呼吸终于被证明为同
类的作用，两者同是氧化，区别只在急速与缓慢，结果都增加重量，这个重量等于化合
的氧气的重量。具负重量的燃素的概念从此就从科学中消逝了。伽利略和牛顿在力学里
所建立的原则，便转移到比学中来了。

    植物学、动物学与生理学

    我们在前章谈到约翰·雷的工作，现在我们需要从那里再来叙述生物学的历史。约
翰·雷似乎是从荣格（Jung）的研究成果中得到他所用的一部分术语的，这些术语又由
他传给林耐（Carl vonLinne，1707-1778年）。这位瑞典的牧师的儿子，根据植物的生
殖器官创立了他的驰名的分类体系。这个分类法保持多年，直到后来才被现代分类法所
代替。现代分类法按照进化论重新回到约翰·雷的见解那里，并且考虑到器官的一切特
点，力求把植物分别归入可以表现植物的自然关系的门类中去。
    植物的有系统的双名命名制是博欣（Bauhin）与土尔恩福尔（Tournefort）首先创
立的更为林耐加以发展。林耐为了采集北极植物，在拉普兰人中间游历的时候，看到人
种显著的差别，大为惊异，于是注意到人的种的差别。在他的《自然系统》中，他把人
与猿猴、狐猴、蝙蝠同放在“灵长目”中，又按照皮肤的颜色与其他特点，把人分为四
类。
    旅行家所得的资料以及皇家动物园所收罗的珍禽奇兽，推动了动物知识的相应发展。
布丰（Buffon，1707-1788年）的百科全书式的巨著《动物自然史》的出版，标志着现
代动物科学第一阶段的结束。在这里，又是显微镜的应用使人们第一次窥见了生物器官
的细微结构和功能，证明有无数微生物存在，有些是动物，有些是植物，都是以前所意
想不到的。布丰虽然认为林耐的分类法是“屈辱人类的真理”，但他对于说明动物之间
的关系的证据不能熟视无睹。他大胆地说过：“如果至经没有明白宣示的话，我们可能
要去为马与驴、人与猿找寻一个共同的祖宗”，但是他后来又取消了这句话。
    在古代和中世纪，人们相信生物是可以从死物质中自发地产生出来的。例如蛙也许
是在日光照射下从泥土中产生出来的，新大陆发见之后，因为难以把美洲土人的起源追
溯到亚当，也有人说他们和蛙有一样的起源。第一个对于自然发生说表示怀疑的人似乎
是雷迪（F．Redi，1626－1679年）。他证明如果不让死动物的肉与虫类接触，就不会
有蛆虫产生。雷迪的实验，被认为和圣经的教导抵触，因而受到抨击；这件事和十九世
纪施旺（Schwann）与巴斯德（Pasteur）的研究成果所引起的一场争论合并来看，是非
常有趣的。在那场争论中，两边的领唱人对调了地位。福格特（Vogt）、海克尔
（Haeckel）与其他唯物主义者维护自然发生说，认为这是对生命来源的最自然的解释，
而正统神学家则欢迎相反的结论，认为这种结论证明生命只有经过神力才能出现。就是
在目前，还有人非难企图证明自然发生说的学说，说这种学说建立在生命可以不经直接
创造而发生的假定上。看来要某些人接受事实而又不联想到他们认为这些事实具有的意
义，是很困难的。现在我们再回头来谈十八世纪的情况。斯帕郎扎尼（Abbe
Spallanzani，1729－1799年）长老把雷迪的实验重做了一遍，证实了这些实验，并且
证明煎液经大火煎熬之后不和空气接触，任何微小的生命也不会出现。这可以说是巴斯
德和现代微生物学的先驱。
    我们在第三章中讲动物生理学时谈到西耳维斯抛弃了范·赫耳蒙特的唯灵论观念，
即认为人体内有一种有感觉的灵魂，它通过“生基”支配一些发酵物。西耳维斯还企图
用一种“沸腾现象”来说明消化、呼吸和人体的其他功能。这种“沸腾现象”同把硫酸
倾注于铁屑，或把灰渣长久暴露于空气中时所发生的情况相似。
    现在钟摆又摆回来了。斯塔耳把他研究化学时所采用的心理观点带到生理学中来了。
他认为生物体中的一切变化，虽然表面上与普通的化学变化相似，根本上却不一样，因
为生物体中的变化直接为弥漫于体内的一个“有感觉的灵魂”所支配。
    斯塔耳的“有感觉的灵魂”与范·赫耳蒙特所说的不同，它不需要什么中间媒介，
如“生基”或发酵物之类。它直接控制着身体内的化学过程与其他过程。它和笛卡尔哲
学的“理性灵魂”完全不同。根据笛卡尔的严格二元论，人体离开了灵魂，就是一付机
器，为一般机械定律所支配。在斯塔耳看来，人体不是为一般物理和化学定律所支配的；
当它活着时，它在一切细节上都在一个远远超过物理学和化学的水平上为一个有感觉的
灵魂所管理。活着的身体适合于特殊的用途，即作为灵魂的真正的和连续的灵魂使肉体
强固起来，并把它用于生存的目的。照斯塔耳的意见，灵魂与身体之间的桥梁在于运动；
身体各种结构、感觉及其伴随物的保存和修复，都是有感觉的灵魂所指导的运动方式。
所以，斯塔耳可以说是现代活力论的创始人，虽然他的“有感觉的灵魂”，后来变为意
义更模糊的“活力质”。
    与此同时，那些不跟着斯塔耳走的人，则分为机械学派与偏重化学发酵的学派。波
尔哈夫在其《医学组织》（1708）一书里，把这两个学派的观点合而为一，虽然他主张
消化的性质是近于溶解而不近于发酵。辛格（Singer）博士说，就他的能力的广大范围
来看，波尔哈夫实在是近代最大的医学家。
    在这个世纪后半期，人们，特别是德·列奥弥尔（de Reaumur）与斯帕郎扎尼用鸢、
狗和其他动物进行实验，对消化有了新的认识。血压最初是黑尔斯在马身上量得的。他
还测量过树液的压力。
    福斯特（Michael Foster）爵士以为1757年是“现代生理学和过去的分界线”，因
为在那年，哈勒（Albrecht von Haller，1708-1777年）的《生理学纲要》第一卷出版
了。这部书的最后一册即第八卷，到1765年才出版。哈勒在这部书里对于当时关于身体
各部分的生理知识，作了系统而坦率的叙述。他自己对于研究呼吸的机制，胚胎的发育
以及肌肉的易受刺激性，都有重要贡献。
    他认识到肌肉固有一种力量，在身体死后还能活很短的时间。但在通常情况下，肌
肉是在由大脑通过神经传到肌肉的另一种力量的召唤下发生作用的。他说实验证明只有
神经才有感觉；所以它们是唯一的感觉工具，正象靠了它们对肌肉的作用，它们又是唯
一的运动工具一样。一切神经都聚集到大脑中部的脑髓，由此我们可以推想“大脑中部
是有感觉的，而未稍的神经传到大脑的印像，也在大脑中部呈现于心灵”。这可从病理
现象和动物实验得到证实。他在进而“揣测”的时候表示，神经液是“一种独特的原
素”，神经是容纳这种原素的空管，而且因为感觉与运动都发源于脑髓，脑髓即是灵魂
的住处。

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