《世界觀：現(xiàn)代人必須要懂的科學哲學和科學史》是美國學者理查德?德威特撰寫的科學哲學著作，2018年由機械工業(yè)出版社出版。作者基于費爾菲爾德大學的教學經驗，通過圖表輔助與通俗化表述，系統(tǒng)梳理科學認知體系的演進歷程。

全書以科學史為主線，解析人類世界觀從亞里士多德地心說、牛頓經典力學到相對論與量子力學的變革過程。第一部分探討科學哲學基礎命題，包括真理本質與實證方法；第二部分分析古代至近代科學范式轉換，聚焦托勒密至伽利略的理論突破；第三部分評述現(xiàn)代科學對傳統(tǒng)世界觀的沖擊，揭示科學理論與認知框架的動態(tài)發(fā)展。通過跨學科視角，闡釋科學思維如何重構人類對世界的理解。

第12章　天文學數(shù)據(jù)：哲學性/概念性事實

在這一章中，我們將研究某些關鍵的哲學性/概念性事實，它們都與我們所關心的天文學理論相關。在這些事實中，發(fā)揮著最重要作用的兩個事實是我們前面提到過的正圓事實和勻速運動事實。我們在第3章中第一次對這兩個事實進行了討論，在這里，我們將對它們進行更詳細的探討。

正圓事實和勻速運動事實表述起來并不困難。正圓事實：天體（比如月球、太陽、恒星和行星）沿正圓軌道運動（而不是沿其他形狀的軌道運動，比如橢圓）。勻速運動事實：這些天體的運動是勻速的，它們既不加速也不減速，總是保持同一速度運動。

盡管這兩個事實表述起來很容易，但如果不理解這些事實所處的背景，你就不能真正理解這兩個事實，也不能理解我們的前人對這兩個事實有多深信不疑。因此，在本章中，我們的主要目的不僅是簡單地理解正圓事實和勻速運動事實，同時還要研究這兩個事實是如何與當時更廣義的觀點體系拼合在一起的。研究這個話題，也可以讓我們更好地理解亞里士多德世界觀中許多觀點拼板是如何拼合在一起的。

首先，我們將研究一個我們的前人所面臨的嚴重的科學問題，隨后，將探討正圓事實和勻速運動事實是如何與這個科學問題的解決方案拼合在一起的。

天體運動的一個科學問題

在我們上學的時候，會有那么一次（或者通常是幾次），我們大部分人都被要求熟記慣性定律，也就是牛頓第一運動定律。這個記憶過程非常有效，以至于我認識的大多數(shù)人在多年以后，仍然可以一字不差地背誦這條定律。這條定律通常表述如下。

慣性定律：任何物體在不受任何外力作用的情況下，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)。

這個定律直到17世紀才被發(fā)現(xiàn)，而且是很多人花了大量時間并付出巨大努力，才使這個定律得以被清晰準確地表述。伽利略（1564—1642）已經非常接近正確的慣性定律了，然后笛卡爾（1596—1650）成為將這個定律清晰表述的第一人。后來，牛頓（1642—1727）在笛卡爾表述的基礎上，將其納入他本人的科學體系，形成了牛頓第一運動定律。

這個定律很有可能是目前最廣為人知的科學定律（或者至少是最廣為人背誦的科學定律）。為什么得出這個定律要花費這么長的時間？在很大程度上說，是因為這個定律與我們的所有經驗都是矛盾的。想想你每天在生活中見到的正在運動的物體，你能舉出哪怕一個例子是運動的物體一直保持運動嗎？實際上，在我們的日常經驗中，運動著的物體從來不會一直保持運動，它們總會停下來。投出的棒球、飛盤、掉落的物體、自行車、汽車、飛機、樹上掉下來的橡果和蘋果，以及通常我們所熟悉的任何物體，都會停下來，除非有外界因素使其保持運動。

簡言之，日常生活的經驗會讓我們得出一個非常不同的運動定律，事實上，這個運動定律從亞里士多德時代到17世紀一直被認為是關于運動的顯然正確的觀點。為了便于討論，我將把這個運動定律稱為17世紀前運動定律。

17世紀前運動定律：正在運動的物體都會停下來，除非有外界因素使其保持運動。

基于日常生活經驗，這個運動定律看起來是正確的，而且可以很好地與亞里士多德世界觀中“物體有一種向其在宇宙中的天然位置運動的天然趨勢”的觀點拼合在一起。讓我們用一個正在下落的石頭為例子。石頭主要由土元素組成，而土元素有一種向宇宙中心運動的天然趨勢。所以，當石頭下落時，使石塊保持運動的就是石頭向其天然位置運動的內在趨勢。盡管石頭最終會停下來，通常是因為它被地球表面擋住了，但就算不存在像地球表面這樣的外界因素阻止石頭運動，最終，石頭也會在到達其天然位置后，也就是到達宇宙中心后停下來。簡言之，“正在運動的物體最終會停下來，除非有外界因素使其保持運動”的觀點不僅得到了日常生活經驗的有力支持，而且可以與亞里士多德觀點拼圖中的其他觀點很好地拼合在一起。

到目前為止，一切都沒問題。然而，有一種運動卻是有問題的，那就是包括月球、太陽、恒星和行星在內的天體的運動。在我們的日常經驗中，只有這些物體是始終在運動的，從來不會停止。而且自人類有記錄的歷史以來，這些物體的運動就是有規(guī)律的，而且不斷重復（也就是前一章中所描述的那樣）。

然而，如果天體一直保持運動，同時，如果正在運動的物體在沒有外界因素使其保持運動的情況下都會停止，那么隨之而來的問題就是，一定存在某種因素使天體一直保持運動。使這些天體運動起來的因素會是什么呢？什么因素可以使月球、太陽、恒星和行星保持運動呢？

關于這個使物體運動起來的因素，我們可以馬上得出一個結論。不管這個因素是什么，如果它本身就是運動著的，那么我們就無法充分理解天體的運動了。要理解這一點，讓我們思考一個典型的使物體運動起來的因素，也就是當我用手指推動鋼筆使鋼筆在桌面上滾過時，使鋼筆運動起來的因素。

在這個例子中，使物體運動起來的因素，也就是我的手指，本身是在運動的。不過，同樣在這個例子中，肯定有一個因素使我的手指本身運動起來，因此要充分理解鋼筆的運動，我們不僅必須理解鋼筆是由于我的手指才運動起來的，還要理解使我的手指運動起來的因素。

總的來說，如果使物體運動起來的因素本身是運動著的，那么一定還有一個因素造成了這個運動。因此，要充分理解一個物體的運動，就需要理解使這個物體運動起來的因素本身是如何運動起來的。

基于以上討論，我們無法用任何本身就在運動的因素來解釋天體的運動。那么，使天體保持運動的因素本身一定是不運動的。只有一種使物體運動起來的因素本身是不運動的，而這種因素一般很難想得到，用例子來解釋可能是最好的方法。

假設我在一個公園里，看到我妻子在公園另一邊。我叫了一聲，“噢，親愛的！”然后開始向我妻子的方向運動。請注意，我妻子本人可能并沒有在運動，她可能甚至不知道我的存在。然而，盡管她沒有在運動，甚至不知道我的存在，我妻子仍然是使我運動起來的因素。她作為一個我所渴望的物體造成了我的運動，因而成為一個本身并沒有在運動卻可以使別的物體運動起來的因素。

再舉一個例子。假設你看到房間另一邊的地面上有一張20美元的紙幣，想要把它撿起來，你就向那張紙幣運動過去了。你對那張紙幣的渴望成為讓你運動起來的因素，在這種情況下，這張紙幣就是一個本身并沒有在運動而使其他物體運動起來的因素。

當然，恒星和行星并不是因為我對我妻子的渴望而運動，或者因為你對鈔票的渴望而運動。然而，似乎只有在這樣的情形中，我們才能得到一個本身沒有在運動卻可以使其他事物運動起來的因素，因此這種涉及對某個物體的渴望而使物體運動起來的因素，一定與使天體運動起來的因素相同。

哪一類物體的渴望可能是使天體運動起來的因素呢？亞里士多德繼承了一個傳統(tǒng)觀點，也就是，天空是一個完美的地方。這個傳統(tǒng)觀點歷史非常悠久，以至于我們都不能確定它到底是什么時候出現(xiàn)的。這種完美源自天空幾乎不變的本性。在天空中，唯一會發(fā)生變化的是月球、太陽、恒星和行星的位置。正如亞里士多德在《論天》中指出的：“在過去的全部歷史中，根據(jù)代代相傳的記錄，不管是在最遠的天邊，還是在天空的任何一個部分里，我們都沒有發(fā)現(xiàn)任何變化的跡象?！?/p>

鑒于天空是一個幾乎不會變化的完美的地方，唯一絕對的完美是“神明”的完美。我由于渴望靠近我的妻子而運動，與此相仿，天體一定是由于渴望模仿神明的完美而運動。對天體來說，要模仿神明的完美，最好的方法就是進行完美的運動，而最完美的一種運動就是沿正圓軌道勻速運動。

總結一下，“神明”是使月球、太陽、恒星和行星運動起來的因素。神明并不是通過自身運動成為使天體運動的因素，而是因為天體對它們有所渴望。具體來說，天體沿正圓軌道勻速運動，是因為渴望模仿完美的神明。基于當時的時代背景，尤其是當時需要有一個本身不運動而又能使其他物體運動的因素，“渴望對完美神明進行模仿”似乎是對天體永恒不變的運動的最佳解釋。

三點注意

在結束這一部分之前，我還想迅速討論三點。第一點，我們在前面所使用的“渴望”的概念，對現(xiàn)代人來說是個難以捉摸的概念。就像我們的很多觀念和概念是古希臘人所沒有的，古希臘人同樣也有一些我們所沒有的觀念和概念。其中之一就是“無意識的渴望”的概念。我更喜歡將這個概念理解成一種自然的、內在的、目標導向的趨勢。這個概念與我們現(xiàn)在的任何概念都不同。我們現(xiàn)在所說的無意識的渴望，主要是弗洛伊德式無意識的渴望。

但是，弗洛伊德式無意識的渴望只有在其媒介是有意識的情況下才適用，因此與古希臘的概念完全不同?？偟膩碚f，當你思考行星對沿正圓軌道勻速運動的“渴望”時，千萬不要把它想象成行星自己認為“天啊，我當然希望像神明一樣，所以我要沿正圓軌道運動”。事實上，“渴望”是一種無意識的渴望，或者更好的說法是一種自然的、內在的、目標導向的趨勢。

第二點，這一點與剛剛討論過的第一點相關聯(lián)，在前面我們討論過，在月下區(qū)（也就是月球以下的區(qū)域，包括地球）有四種基本元素（土、水、氣和火），而第五種元素——以太，則只存在于月上區(qū)（也就是在天空中，月球以外的區(qū)域）。正是元素以太具有模仿完美神明的無意識的渴望，或者說天然趨勢。也就是說，以太的基本性質就是沿正圓軌道勻速運動。因此，以太的基本情況與土、水、氣和火四種月下區(qū)基本元素的情況并沒有多大不同。舉個例子，回憶一下，土元素有一種天然的、目標導向的趨勢（或無意識的渴望），那就是向宇宙中心運動，而這就是土元素的基本性質。這就是為什么（比方說）石頭會向下落。因此，同樣地，以太也有一個基本性質，那就是沿正圓軌道勻速運動。這也就是為什么天空中的物體會有其表現(xiàn)出來的運動模式。

第三點，亞里士多德自己關于神明的觀念不應該被解讀為任何宗教概念。亞里士多德的神明因為要做使天體運動起來的因素，所以必須是真實的“事物”。因為神明本身不運動但又是可以使其他物體運動起來的因素，所以是“不運動的原動力”。亞里士多德本人關于神明的討論非常復雜，而且對于他關于神明的著作該如何解讀，也存在很多爭議。然而，有一點很清晰，亞里士多德認為神明是某種智慧的完美，更清晰的是，他的神明一點宗教意味都沒有。舉個例子，這些神明與宇宙起源并沒有關系，它們對地球上的任何事都一無所知，也不知道我們的存在，因此向這些神明祈禱毫無意義。在后來的幾個世紀里，也就是亞里士多德以后，猶太教、伊斯蘭教和基督教的哲學家和神學家多少都把宗教與亞里士多德的觀點進行了混合，亞里士多德非宗教的神明就轉變成了猶太教、伊斯蘭教和基督教傳統(tǒng)中的神。這個宗教里的神一直為天體不停歇的運動提供所需的解釋。

這可以用來解釋運動的地球嗎

在第10章中，我們探討了“地球是球形的、靜止的，并且位于宇宙中心”的觀點背后的原因。回憶一下，“地球是靜止的，并且位于宇宙中心”的觀點，其某些原因與“沒有物體可以使地球保持運動”的說法有關。

我常常會被問，與前面類似的說法能否用來解釋運動著的地球。如果解釋持續(xù)運動的天體時，認為天體的內在本質就是持續(xù)沿正圓軌道運動，那為什么類似情況不能適用于地球呢？為什么我們的前人不能說土元素的基本性質是沿圓形軌道運動，比如圍繞太陽的圓形軌道運動，然后以此來解釋“地球在運動”？

這是個好問題，找到這個問題的答案有助于說明亞里士多德世界觀拼圖中不同觀點之間的相互聯(lián)系。答案并不是說，“土元素具有一種沿圓形軌道（同樣，假設是圍繞太陽的一個圓形軌道）運動的內在性質”的觀點是存在固有矛盾的。畢竟，認為以太具有一種沿圓形軌道運動的內在性質是完全可以的，那么認為土元素也類似，就不會存在固有矛盾。

因此，這個問題的答案就不是沿圓形軌道運動的土元素存在固有矛盾的問題。事實上，要回答這個問題，應該做的是考慮一下沿圓形軌道運動的土元素是否可以與整體的觀點拼圖拼合在一起。后來，這個關于土元素運動的觀點被證明無法與整體的觀點拼圖拼合在一起，這也就是為什么認為土元素具有一種沿圓形軌道運動的內在性質并不是一個可行的選擇。

要理解這一點，假設我們嘗試接受“土元素有一種沿圓形軌道運動的內在趨勢”的觀點。請注意，我們因此立刻就無法解釋日常生活中許多最常見的現(xiàn)象了。舉個例子，我們不能再解釋為什么石頭會向下落。石頭可能主要由土元素組成，被放開的時候，它們沿直線向地球運動。但是，如果土元素具有沿圓形軌道運動的趨勢，那么石頭就不應該像這樣運動。

同樣地，我們也就無法解釋是什么使我們停留在地球表面。亞里士多德對此的解釋是，我們主要由重量大的元素組成，也就是由土元素和水元素組成，這些元素的天然趨勢是向下運動，這就是使我們停留在地球表面的因素。因此同樣地，如果我們認為土元素有一種沿圓形軌道運動的趨勢，那么就無法解釋這一點了。

除此之外，“土元素有一種持續(xù)沿圓形軌道運動的天然趨勢”的觀點與人們僅通過觀察所得的“土元素是最重的元素”的結果相矛盾。地球作為一個由最重元素組成的大型物體，到目前為止是宇宙中最重的物體。相比之下，以太被認為是一種特殊的、特別輕的（可能是沒有重量的）元素。正如托勒密在《至大論》序言中指出的，讓宇宙中最重、最難以使其運動的物體持續(xù)運動并沒有多大意義。相反，如果認為宇宙中最重的物體是靜止的，而最輕的物體（由以太組成的物體）是持續(xù)運動的，就說得通了。

簡言之，認為地球因為土元素具有一種沿圓形軌道運動的天然趨勢而運動的觀點，并不是一個可行的選項，因為這個觀點不能與整體的觀點拼圖拼合在一起。更概括地說，不管出于什么原因接受了地球在運動的觀點，都需要構建一個全新的觀點拼圖，也就是一個全新的世界觀。最終，會有這樣一個世界觀被構建起來，但那是在新發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)以后，而這些新發(fā)現(xiàn)大都出現(xiàn)在17世紀。正如我們在前面多次討論的，構建一個新的世界觀，需要很多人發(fā)揮聰明才智、花費很長時間、付出很多努力才能實現(xiàn)。

結語

正如前面提到的，同樣也是亞里士多德指出過的，“天空是一個完美的地方”這一觀點可以追溯到人類有記錄的歷史之初。這個觀點可以理解，因為在天空中，特別而美妙的物體以一種不變的、不斷重復的模式在運動，這些運動模式在幾百萬年間都沒有發(fā)生變化。亞里士多德本人也繼承了這個傳統(tǒng)觀點，認為天空是一個完美的地方。后來亞里士多德發(fā)展出了自己的觀點體系，這一體系比前人的更加完整，其中“天空是一個完美的地方”的觀點被保留了下來。

我們在前面看到，“天空是一個完美的地方”的觀點為人們提供了一種方法來解釋天體如何可以保持運動。然而，伴隨著這個解釋的是“天體一定是沿正圓軌道勻速運動”的概念。這些事實，也就是正圓事實和勻速運動事實因而變得非常根深蒂固。這些事實在我們的前人眼中有多么顯而易見，無論怎么強調都不為過。行星沿正圓軌道勻速運動成了一個常識，每個人都知道。這些是顯而易見的事實，與我們在第11章中討論過的經驗事實相比，似乎并沒有明顯的不同。

現(xiàn)在回過頭去看，我們可以發(fā)現(xiàn)正圓事實和勻速運動事實根本不是事實，它們是哲學性/概念性“事實”，是看起來像經驗事實但結果被證明更多是深深根植于整個世界觀體系的觀點。在本書后續(xù)章節(jié)中，我們將會探討這些事實，也就是我們在前一章中討論過的經驗事實、正圓事實和勻速運動事實，是如何進入托勒密體系和哥白尼體系的。

最后，提前透露一下，在本書的第三部分中，我們將看到隨著新科學發(fā)現(xiàn)的出現(xiàn)，我們所堅持的某些事實，也就是在我們看來顯而易見的經驗事實，是如何被證明為錯誤的哲學性/概念性“事實”的。那么，從某種意義上說，我們與生活在17世紀的前人所處的環(huán)境相似。17世紀出現(xiàn)的新發(fā)現(xiàn)迫使人們對長期以來認為顯而易見的事實進行重新思考，最近的新科學發(fā)現(xiàn)也讓我們不得不重新思考我們關于所居住的宇宙的某些基本觀點。