自然科學(xué)與自然哲學(xué)的分水嶺是什么？
馬海飛
（http://blog.sina.com.cn/gfis
自然科學(xué)(natural science)的前身是自然哲學(xué)(naturalphilosophy)。雖然科學(xué)（science）這個(gè)詞早在1340年就已經(jīng)作為一個(gè)英語詞匯開始使用了，但在英文中，科學(xué)家（scientist）這個(gè)詞一直到1834-1840年之間才出現(xiàn)。在scientist這個(gè)詞出現(xiàn)之前，人們對這些人的稱謂是“自然哲學(xué)家”（natural philosopher）。由此可見，那時(shí)候的人認(rèn)為對大自然的研究屬于自然哲學(xué)范疇。這也是為什么牛頓所寫的那本改變世界的巨著的書名叫做《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》而不是“自然科學(xué)的數(shù)學(xué)原理”的原因。顯然，牛頓頭上的那個(gè)“偉大科學(xué)家”的稱號實(shí)際上是后來的人給他追加的。在牛頓本人看來，他所從事的研究并不是自然科學(xué)研究，而是自然哲學(xué)研究。
顯而易見，自然科學(xué)是從自然哲學(xué)中演變過來的。這就出現(xiàn)了這樣一些問題：為什么隨著人類對自然世界認(rèn)識的不斷深入，要把自然哲學(xué)改成自然科學(xué)呢？讓自然哲學(xué)向自然科學(xué)轉(zhuǎn)型的決定性原因是什么？自然科學(xué)到底與自然哲學(xué)之間有什么本質(zhì)上的不同？或者說，自然科學(xué)與自然哲學(xué)之間的分水嶺是什么？搞清楚這些問題對認(rèn)清什么是自然科學(xué)具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。
根據(jù)我的研究發(fā)現(xiàn)，自然科學(xué)與自然哲學(xué)的根本不同就在“量化”這個(gè)問題上。也就是說，量化是自然科學(xué)與自然哲學(xué)的分水嶺。所謂量化也就是數(shù)學(xué)運(yùn)算。這樣我們就可以這樣來區(qū)別自然哲學(xué)和自然科學(xué)了：所有不依賴超能力針對自然所進(jìn)行的研究，只要是不含有定量也就是數(shù)學(xué)運(yùn)算過程的研究及其形成的理論都屬于自然哲學(xué)的。而既含有自然哲學(xué)又含有定量也就是數(shù)學(xué)運(yùn)算過程的則屬于自然科學(xué)。自然哲學(xué)與自然科學(xué)的簡單關(guān)系就是：自然科學(xué)=自然哲學(xué)+定量（數(shù)學(xué)運(yùn)算）。自然科學(xué)就是在自然哲學(xué)中加入了定量（數(shù)學(xué)運(yùn)算）成分的新學(xué)科。所以說，無論是離開了自然哲學(xué)還是離開了數(shù)學(xué)運(yùn)算的研究方式都不屬于自然科學(xué)。
我認(rèn)為，把定量與自然哲學(xué)結(jié)合在一起從事研究的創(chuàng)始人應(yīng)該是伽利略。所以可以說，自然科學(xué)是從伽利略開始的。伽利略把自然哲學(xué)與定量結(jié)合在一起的一個(gè)最好的例子就是他對亞里士多德的落體理論做出的哲學(xué)分析和定量分析。亞里士多德認(rèn)為：越重的物體下落速度越快。對此，伽利略做出的哲學(xué)與定量分析是：按照亞里士多德的這個(gè)說法，如果把一個(gè)重物體和一個(gè)輕物體綁在一起的話，它們下落的結(jié)果會(huì)怎樣呢？經(jīng)過邏輯分析后發(fā)現(xiàn)，亞里士多德的說法在定量的速度問題上存在著無法解決的矛盾。在此基礎(chǔ)上，伽利略再從實(shí)地的物理實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，用相同材料制作的兩個(gè)重量不同的球?qū)嶋H下落的速度是相同的。亞里士多德的理論是無法用一個(gè)數(shù)學(xué)公式表達(dá)出來的。而伽利略的自由落體理論卻可以用一個(gè)數(shù)學(xué)公式做出描述。后人對伽利略的高度評價(jià)通常都立足于他的物理實(shí)驗(yàn)上。認(rèn)為真正的科學(xué)研究是伴隨著物理實(shí)驗(yàn)才開始的。而我認(rèn)為，物理實(shí)驗(yàn)在表面上看很重要，而從自然科學(xué)的角度上來說，它實(shí)際上就是一個(gè)“定量”的過程。所有具有科學(xué)意義的物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果最終都要以定量的形式表現(xiàn)出來。因此可以說，物理實(shí)驗(yàn)以及實(shí)地觀察的目的都是為了采集數(shù)據(jù)。而采集數(shù)據(jù)的目的都是為了數(shù)學(xué)運(yùn)算。數(shù)學(xué)運(yùn)算是對自然規(guī)律做出最精確和最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋磉_(dá)方式。單純的自然哲學(xué)理論可以是公說公有理婆說婆有理，但數(shù)學(xué)運(yùn)算結(jié)果只有一個(gè)。由此可見，伽利略做物理實(shí)驗(yàn)在自然科學(xué)中的現(xiàn)實(shí)意義就是定量。自從伽利略把物理實(shí)驗(yàn)引入到自然哲學(xué)的研究中之后，自然哲學(xué)就開始以自然哲學(xué)加定量的方式向自然科學(xué)轉(zhuǎn)型了。
當(dāng)針對自然的研究發(fā)展到牛頓時(shí)代的時(shí)候，牛頓成為了把自然哲學(xué)與數(shù)學(xué)運(yùn)算結(jié)合在一起的最有力推手。他在伽利略和開普勒等先輩的基礎(chǔ)上，以《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》這本書作為象征，把自然哲學(xué)和數(shù)學(xué)運(yùn)算完美地結(jié)合在了一起。這樣就使得以自然哲學(xué)方法為主的研究體系從此邁入了一個(gè)規(guī)范的自然科學(xué)研究體系。這就是自然哲學(xué)加數(shù)學(xué)運(yùn)算的研究體系。這實(shí)際上就是從自然哲學(xué)全面進(jìn)入自然科學(xué)的時(shí)代。一直到今天還是如此。自然科學(xué)與自然哲學(xué)的分水嶺就是定量（數(shù)學(xué)運(yùn)算）。
根據(jù)定量這個(gè)分水嶺可以解釋非常多之前解釋不清的問題。例如，為什么資歷比牛頓深的胡克不可能成為牛頓那么著名的科學(xué)家？現(xiàn)在我們用“量化”（數(shù)學(xué)運(yùn)算）這個(gè)分水嶺可以很容易看出，由于在胡克的研究中缺少了數(shù)學(xué)運(yùn)算的部分，因此，他從事的研究實(shí)際上是自然哲學(xué)研究，而不是真正的自然科學(xué)研究。相比之下，牛頓從事的才是自然科學(xué)的研究。這就是為什么牛頓在科學(xué)史上比胡克名氣大的原因。雖然，自然哲學(xué)與自然科學(xué)有一定的聯(lián)系，但自然哲學(xué)畢竟不是自然科學(xué)。所以，就算是胡克在自然哲學(xué)上超越了牛頓，但在自然科學(xué)上還是不如牛頓。自然科學(xué)=自然哲學(xué)+定量（數(shù)學(xué)運(yùn)算）。牛頓做到了。但胡克卻沒做到。
區(qū)分自然科學(xué)與自然哲學(xué)的不同對今天的科學(xué)研究來說也非常重要。無論是對官方科學(xué)家還是民間科學(xué)家都是如此。
從民間科學(xué)家們發(fā)布的“研究成果”來看，絕大多數(shù)民間科學(xué)家做的事情實(shí)際上都是屬于自然哲學(xué)而不是自然科學(xué)。他們基本上都與自然哲學(xué)家的做法相同，憑借想象力，用邏輯推理之類的哲學(xué)方法建立五花八門的理論。但最后都無法使用定量的方法來表達(dá)他們的理論。例如，許多民科用各種各樣的理論來解釋萬有引力現(xiàn)象。有的說萬有引力現(xiàn)象不是引力導(dǎo)致的，而是斥力導(dǎo)致的。還有人說是電磁力導(dǎo)致的?；蚴请妶鰧?dǎo)致的?；蚴且蕴珜?dǎo)致的?；蚴悄撤N波動(dòng)導(dǎo)致的等等。五花八門。但這些人卻無法用他們理論中的相應(yīng)原因計(jì)算出已知質(zhì)量物體的重量。這些人也無法給出相應(yīng)的計(jì)算公式?？傊?，來自民科的所有理論幾乎全都無法使用定量的方法做出表達(dá)。從”定量”這個(gè)分水嶺上看，他們的理論都不屬于科學(xué)理論。他們建造理論的方法與當(dāng)年的自然哲學(xué)家們使用的方法一樣。
現(xiàn)在很多主流科學(xué)家面對民科理論很頭痛。不知道應(yīng)該如何回應(yīng)民科提出的理論。一個(gè)主要原因就是因?yàn)閷?shí)際上大多數(shù)的官方科學(xué)家也不知道自然科學(xué)與自然哲學(xué)的分水嶺是什么的緣故。我給官科的建議是，只要使用“定量”這個(gè)分水嶺就可以區(qū)別科學(xué)理論還是哲學(xué)理論。任何無法定量表達(dá)的理論都不是科學(xué)理論。既然不是科學(xué)理論也就沒有討論的必要了。主流科學(xué)家完全可以用“請你先想好如何定量表達(dá)你的理論之后再來找我”的方式回復(fù)民科。
從定量（數(shù)學(xué)運(yùn)算）是區(qū)別自然科學(xué)與自然哲學(xué)的分水嶺這一點(diǎn)上來看，數(shù)學(xué)在自然科學(xué)中的地位非常重要。但也不可忘記，自然科學(xué)并不僅僅是數(shù)學(xué)運(yùn)算，還有一個(gè)同樣重要的部分是自然哲學(xué)。一個(gè)只注重?cái)?shù)學(xué)運(yùn)算，而不注重自然哲學(xué)的理論也必定不是一個(gè)正確的理論。遺憾的是，很多官方科學(xué)家恰恰沒有意識到這一點(diǎn)。官科與民科相反，他們只重視數(shù)學(xué)運(yùn)算，而不重視自然哲學(xué)。在近代物理學(xué)權(quán)威的理論中，數(shù)學(xué)運(yùn)算占據(jù)了主要部分，而在自然哲學(xué)上則是一竅不通。例如，宇宙大爆炸理論就是一個(gè)只注重?cái)?shù)學(xué)運(yùn)算，不注重自然哲學(xué)的理論。所有不注重自然哲學(xué)的理論的一個(gè)共同特點(diǎn)就是理論自身充滿了相互矛盾。宇宙大爆炸原始奇點(diǎn)的形成與它的爆炸就是一對矛盾。如果奇點(diǎn)可以自然形成的話，它就不可能會(huì)自然爆炸。如果它會(huì)自然爆炸的話，奇點(diǎn)就不可能自然形成。如果在奇點(diǎn)的形成或爆炸過程中需要借助超自然的力量，那就不是自然科學(xué)而是宗教了。所以說，宇宙大爆炸理論根本就不能算是一個(gè)科學(xué)理論。愛因斯坦的相對論也是如此。愛因斯坦在狹義相對論中否定以太的存在，在廣義相對論中又離不開以太的存在。一方面說光速在絕對真空中的傳遞速度總也不變。另一方面說光速在彎曲時(shí)空中的速度也總是不變。難道彎曲時(shí)空也是絕對真空嗎？絕對真空還能彎曲嗎？可見，從自然哲學(xué)上，愛因斯坦的理論是完全說不通的。幾乎所有現(xiàn)有的現(xiàn)代物理學(xué)理論在自然哲學(xué)上都無法說清楚。無論是量子力學(xué)理論還是愛因斯坦的相對論都是如此?，F(xiàn)代物理學(xué)家對自然哲學(xué)的不尊重讓他們的理論全都偏離了科學(xué)。
現(xiàn)在主流理論物理學(xué)家在某種程度上與民科有著非常類似的地方。他們都是患有偏執(zhí)狂癥狀的人。民科偏執(zhí)于他們的自然哲學(xué)理論。而看不到數(shù)學(xué)運(yùn)算在建立科學(xué)理論中的重要性。主流理論物理學(xué)家則偏執(zhí)于數(shù)學(xué)運(yùn)算，而看不到他們的理論在自然哲學(xué)上的各種問題。
據(jù)說有個(gè)別數(shù)學(xué)功底非常好的民科效仿官方理論物理學(xué)家的做法建立起了新的物理學(xué)理論。他把那個(gè)新理論拿給官方物理學(xué)家看，官方物理學(xué)家不認(rèn)可。卻也說不出令人信服的意見和看法。在我看來，這里的主要原因就是因?yàn)楣俜降睦碚撐锢韺W(xué)家自己也不知道自然科學(xué)=自然哲學(xué)+數(shù)學(xué)運(yùn)算這個(gè)事實(shí)。那個(gè)民科制造的新理論完全是靠數(shù)學(xué)模型。徹底忽視了自然哲學(xué)的部分。因此，如果用自然哲學(xué)進(jìn)行分析的話，他的理論根本就不可能成了?？墒?，因?yàn)楣俜降奈锢韺W(xué)家自己也不重視自然哲學(xué)，他所掌握的理論也經(jīng)不起自然哲學(xué)的分析。因此他們當(dāng)然也就無法用確定的方法回復(fù)那位民科了。結(jié)果讓那位民科始終都耿耿于懷。既浪費(fèi)他自己的時(shí)間，也浪費(fèi)官方科學(xué)家的時(shí)間。
由此可見，認(rèn)清自然科學(xué)與自然哲學(xué)的分水嶺對從事科學(xué)基礎(chǔ)理論研究的人來說非常重要。無論是民科還是官科，都必須清楚地知道，自然科學(xué)=自然哲學(xué)+數(shù)學(xué)運(yùn)算。而且，絕對不可以偏頗。僅僅在自然哲學(xué)上很合理，而無法用數(shù)學(xué)進(jìn)行表達(dá)，以及雖然在數(shù)學(xué)運(yùn)算上是正確的，但卻無法用自然哲學(xué)方法合理描述的科學(xué)理論必定都不可能是正確的理論。與不懂得定量的自然哲學(xué)家談?wù)撟匀豢茖W(xué)問題以及與不懂得自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)家談?wù)撟匀豢茖W(xué)問題都屬于對牛彈琴，只不過是浪費(fèi)時(shí)間而已。
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