燒腦科普：從亞裡士多德到牛頓，7位大佬都被這個問題搞懵了

作者：方軍

作為一個科技愛好者，同時也是一個網際網路行業的從業者，我以為對科技史有足夠的瞭解。近年來更是看了不少的科技大歷史的書，略專業的如《技術的本質》，通俗的如《科技想要什麼》《人類簡史》。

這次讀理查德·德威特的《世界觀》，開始只是以為複習一下中學學過的科技知識，是一次享受認知之旅。但越讀越慢、越仔細，原因是，我發現，它似乎在更新我對於科技世界的基礎知識。

所謂世界觀，簡單說就是我們對於世界的認識。《世界觀》這本書討論了三個部分：

1. 討論我們怎麼看地球、太陽等的，太陽為什麼升起、為什麼落下是人類感知的並試圖解釋的最重要的現實。

2. 討論我們怎麼看微觀世界的，主要是量子理論的那個部分。

3. 討論我們普通人所知的以達爾文為代表的演化論。

看完全書之後我覺得不滿的是，它沒有繼續討論，當我們進入到資訊空間/數字空間後，背後的基本變化是什麼。當然這是勉強作者了，如果掌握了方法，我大可以自己去收集資料與分析這個階段的世界觀演變史。

接下來，就是我的《世界觀》學習筆記，我會先看看作者的基本思路，然後看他如何是用這樣的思路去分析我們關於外部世界的科學理論的演變的。

選擇從亞裡士多德世界觀到牛頓世界觀的這個部分，是因為我從中得到很多感悟，也是因為我對於量子理論和演化論的理解尚淺，沒有足夠的知識拼圖完成自己的理解。

01 你必須知道的基礎命題

《世界觀》是從一系列基礎命題開始的，我從中抽取三個在後續的閱讀中不斷地反覆參照的三個基礎命題。

基礎命題之一：世界觀

一本名為《世界觀》的書，「世界觀」自然是其中最重要的關鍵詞。而作者理查德·德威特的確給出了別具一格又形象的界定。

我理解，世界觀（Worldviews）就是我們對外部世界的看法。這對人類非常重要，當人類的先輩能夠解釋太陽為什麼升起，當我們能夠理解月亮形狀的變化時，我們就開始有了一定程度的安全感——我們知道外部世界是如何運轉的？很大程度上，理解可以觀察到的天文現象（外部世界），就是理解我們自身。

這本書對於我們認知外部世界的重要觀點之一是，我們的世界觀其實是一個拼圖，這些拼圖組成一個體系，有的拼圖處於核心地帶，有的拼圖處於邊緣（如圖所示，圖片為《世界觀》圖1-2亞裡士多德世界觀的拼圖）。

在我們的世界觀演進的過程中，處在邊緣的拼圖會被替換，這種世界觀繼續往前發展。但是，當處在核心的拼圖被髮現有問題，那麼新的世界觀就需要誕生出來，以取代舊的世界觀了。

人類對於外部世界的世界觀的大變化，就是歷時一千多年的「亞裡士多德世界觀」到「牛頓世界觀」的變革。

在亞裡士多德的世界觀中，地球位於宇宙中心。現在我們都知道，這是錯的。當有人意識到，地球不是宇宙中心，地球是繞著太陽轉的時候，世界觀的革新就開始了。

在今天，恐怕幼兒園的小朋友都知道，地球圍著太陽轉。但是，這不是一個直觀的、簡單明瞭的事實。當我們坐在太陽下一整天，看著太陽從東方升起，中午到了頭頂上方，再慢慢地落下，我們感覺到的似乎是，太陽繞著我們所在的地球轉了半圈。

這就引出了兩個基礎命題，它們分別都是一組對比：

• 經驗事實 vs 哲學性/概念性事實；

• 工具主義 vs 現實主義。

所謂的工具主義與現實主義，是「理論」與「事實」的兩種關係。這兩組對比幫我理解了科學的演變歷史。

基礎命題之二：經驗事實 vs 哲學性/概念性事實

作者用一個很簡單的例子說明瞭所謂的「經驗事實」與「哲學性/概念性事實」。

經驗事實：如上圖所示，一個鉛筆放在抽屜裡，這是我們可以看到的事實，這是一個經驗事實。

哲學性/概念性事實：當我們關上抽屜，我們會認為，這個鉛筆仍然在抽屜裡。放在抽屜裡的鉛筆不會突然消失，因此我們還可以認為，鉛筆在（關閉的）抽屜裡。

但是，這是一個我們的感官無法直接觀察與體驗的事實，這就是所謂的「哲學性/概念性事實」。

基礎命題之三：工具主義 vs 現實主義

工具主義和現實主義，是看待科學理論的兩種常見態度。我們瞭解到一些事實，然後試圖用科學理論來說明這些事實。作者告訴我們，對於事實與理論，我們其實有兩種態度：

• 工具主義（實用主義）指的是，只要理論能夠解釋得通，我們不在乎它是不是就是現實。

• 現實主義則是，它追求的是，理論必須是現實的情況。

作者做了很多的案例討論，我們這裡就不一一介紹了，而簡單地取用他的對比：

對工具主義者來說，一個適當的理論可以給出預言和解釋，至於這個理論是否反映或模擬現實世界，並不是一個重要的考量。

對現實主義者來說，事情恰恰相反，一個合理的理論必須不僅可以給出預言和解釋，而且要反映現實事物的真實情況。

（引自《世界觀》第8章工具主義和現實主義）

作者還討論了一些其他非常重要的基礎命題，比如可證偽性等等等，不過我覺得簡化起見，帶著世界觀拼圖、兩種事實、對理論與事實的兩種立場，我們就有了足夠的工具去理解世界觀的演變歷史了。要註意的是，這裡的世界觀不是我們對世界的看法，而更多指的是科學。

如果說讀書收穫，其實在看完基礎命題後，我應該就已經獲得了。但只有在看了從亞裡士多德到牛頓的演變歷程後（重溫我們自以為理解的中學科技史），有了很多具體案例的參照後，我才反過來意識到在基礎命題部分所學到的，並看到中學科學史並未告訴我們世界觀背後的深層結構（也可能是我當時忙著學習硬知識去了）。

02 從亞裡士多德世界觀到牛頓世界觀

從亞裡士多德世界觀到牛頓世界觀的轉變，經歷了近2000年，從大約公元前300年到公元1700年，亞裡士多德的拼圖經過多輪的修訂，而到了最終，拼圖中位於最中心的那個拼圖也必須要被修正了。此後，牛頓世界觀就成為主導性的世界觀了。

這裡插題外話一句，雖然人們認為，量子理論是是牛頓之後的主流世界觀，或許如此。但是，我們現在的主流世界觀其實既不是牛頓的，也不是量子理論的，而是資訊的、網路的、數字的，很多人會把它的起源點設在夏農的資訊理論。

近年來，大資料、虛擬現實/增強現實、人工智慧、區塊鏈等技術備受關註，技術上不斷有突破，這些讓人感到資訊世界觀在登頂的前兆。

1. 亞裡士多德的宇宙

當我們討論從亞裡士多德到牛頓的世界觀時，「世界觀」所討論的還可以變得更加明確，它指的就是：宇宙的結構是什麼樣的？

在亞裡士多德那個時代，他創造一種解釋宇宙的結構的理論，有很多我們現在已經不再說的東西，比如他把月球之下稱為月下區域，把月球之上稱為月上區域，我們所知的各種行星恆星都是在月上區域。

但正如所有人都知道，他的觀點簡化到極簡是：“地球是宇宙的中心”。

作者提醒我們要澄清一個常見錯誤：古人認為地球是平的。其實，即便追溯到亞裡士多德的年代，人類已經認識到“地球是圓的”，地球是一個球形。

2. 托勒密體系 

將亞裡士多德等的科學理論變成一個完整體系的人是托勒密，他在公元前150年出版了科學鉅著《至大論》。在這本書中，他詳細論證了為什麼地球是圓的：

如果它【地球】……是平的，對所有人來說，星星將在同一時間升起和落下……但這似乎並沒有發生。

可進一步明確的是，地球也不是圓柱體……【因為】我們越靠近北極，南方天空的星星就越少，而北方天空的星星則開始出現。

再舉個例子，當我們向高山或任何地勢高的地方航行時，不管是在什麼時候，從什麼方向出發，以什麼角度前進，我們所能看到的目的地都會一點一點地增加，好像它們是從海裡升起來的。

（轉引自《世界觀》）

托勒密形成一整套能解釋那個時代的人觀察到的現象的宇宙理論與數學模型。

但是，托勒密體繫有一個今天我們看到的明顯錯誤。這個錯誤是關於這個問題的：地球是運動的？或地球是靜止的？

前人可以明顯地看到，站在地球上，太陽在運動。那麼，是地球在運動，還是太陽在運動呢？托勒密根據事實得出的理論是：地球是靜止的。

我們今天都已經知道了，地球自轉，地球還繞著太陽運動。但在當時，在托勒密的分析中，我們看到，它的理論是能解釋事實的，同時他們也相信這個理論就是現實。

到這個階段，人類相信的世界觀是：地球是圓形的、靜止的，它是宇宙的中心。

3. 天空中的事實 

有著這樣的理論，但人們並未停止探索。

太陽每天升起，每一年太陽的不同季節太陽的升起時刻會有變化。在地球上，我們也能直觀地感受到月亮的運動，人們一直在觀察這些事實。

觀察到這些經驗事實，人們在思考的問題就是，它們是如何運動的（是圓形，還是橢圓形）？它們因為什麼而可以一直運動？

隨著人們掌握的事實越來越多，一些理論需要進行修訂了。但請註意，在一千年裡，托勒密體系的數學方法最能有效地解釋與預測天文資料。

前面我們說起過經驗事實和哲學性/概念性事實的差別，在這個時代，人們觀察星球的運動時，其實就有兩個哲學性/概念性事實。但可惜的是，這兩個事實後來逐步被證明是錯誤的。

這兩個事實放在一起說是，星球是沿著正圓形軌道勻速運動。它們分別是：

• 1）正圓形軌道，所謂“正圓事實”；

• 2）星球勻速運動，所謂“勻速運動事實”。

在這個時代，天文資料還是主要由肉眼觀察到的。人們掌握的資料還不足以調整這兩個概念性事實，等到人們有瞭望遠鏡和更精確的記錄後，這兩個事實就開始被髮現是錯的了。

4. 哥白尼體系 

在掌握了越來越多天文資料後，精密的托勒密體系開始被打破了，突破點是16世紀哥白尼提出的新宇宙體系。 

從大的角度看，哥白尼提出的理論已經接近於我們當代人的認知，除了一點：他認為太陽是宇宙中心，而我們知道宇宙要大得多。

在這個時代，有很多我們現在事後看很有趣的事情：

托勒密體系在理論上比哥白尼嚴密得多。哥白尼被稱為“托勒密第二”，二者在解釋事實方面近乎是等價的。但是，由於某個天文學家使用了哥白尼體系在設計一個天文學表格（他用托勒密體系也會得到相似的表格），而這個表格廣為流轉，哥白尼體系就開始擴散了。

這兩個體系裡面，都有很多工具主義的設計（比如周轉圓），它們可以用來幫助計算和解釋現實，但並非真正的現實。如果從理論是不是現實的角度看（從現實主義的角度看），托勒密體系似乎更好。在這個時刻，托勒密體系可以更好地解釋經驗事實——我們觀察到的是太陽繞著地球轉。

天文學家同時接受兩種觀點，哥白尼體系被從工具主義角度看，它帶來了一些新的解釋；托勒密體系則被從現實主義的角度看，即人們相信地球是宇宙中心。

那麼，雖然絕大多數經驗事實都不支援的情況下，哥白尼為什麼會提出地球繞著太陽轉的理論呢？《世界觀》這本書提及了一個解釋是，哥白尼的科學理論受到了一種名為“新柏拉圖主義”哲學的影響，摘一句話解釋這一哲學：

太陽是“上帝”在宇宙中的物體代表，那麼“上帝”的物體代表最合適的位置將是宇宙的中心。 

我們都知道，在這個階段的後半部分，教會介入了科學，阻止哥白尼體系的傳播。哲學會引導科學家去尋求科學的真相，但有時候，人們所相信的東西（比如這裡的基督教）又會阻礙人們看到事實。

5. 第谷體系

在此刻，天文學家們一方面在進行更多的天文觀察，一方面又糾結於所體驗、所觀察的現實與哥白尼體系的差別。

這時，融合「日心說」與「地心說」的第谷體系就出現了。第谷·布拉赫是承上啟下的人物，被認為是近代天文學的奠基人。很可惜，以現代的觀點看，他的理論和我們所知的事實是有偏差的：它試圖保留哥白尼體系的優點，但又說地球是宇宙中心。

6. 開普勒體系

開普勒的成就是建立在第谷的資料基礎上的。《世界觀》這樣贊美第谷：他很有可能是人類歷史上僅靠肉眼進行觀察的人中最為優秀的一位了。在20年的時間裡，第谷收集了關於太陽、月球和行星運動非常準確的資料。

開普勒的探索歷程是，出發的時候，他相信星球是沿著正圓形軌道、勻速運轉的這兩個概念性事實。但在研究火星的過程中，隨著天文資料越來越多，他開始認識到，這兩個事實是錯的。

對這個關鍵時刻，《世界觀》沒有吝嗇贊美，作者寫道：

開普勒得到了正確的結果。在構建一個完全準確的天文學體系的問題上，經過了2000多年的研究後，開普勒成為第一個發現正確體系的人，這個體系也就是沿橢圓軌道進行變速運動的體系。

7. 伽利略的貢獻

下麵這張圖是伽利略利用望遠鏡得到的資料（證據），伽利略基本上終結了托勒密地心說和哥白尼日心說的爭論。

在這個時代，哥白尼體系已經在學校裡被教了70年，但人們是以「工具主義」的看它的：它可以作為工具準確解釋一些現象，但僅此而已，它不是現實。也就是，人們不是以「現實主義」的態度看待日心說的。

伽利略試圖告訴人們，日心說是現實。這個我們都很瞭解，都不多討論了。

按照《世界觀》這本書提出的世界觀是拼圖的觀點，隨著科學發展一千多年，亞裡士多德世界觀的最核心的拼圖，開始被真正地證明是錯誤的了，小修小補解決不了問題了。

同樣重要的是，關於物體為什麼運動，亞裡士多德的觀點也被證明是錯誤的了（以今天眼光看，那真是一個荒謬的哲學性思考，它是類似於什麼東西必然會回到應該在的位置那樣思考）。 伽利略對此做出了貢獻，他提出了「慣性」。沿著這條路，牛頓世界觀馬上就要登場了。

8. 牛頓世界觀

牛頓在1687年出版了《自然哲學的數學原理》，他是新科學的代表。關於牛頓的成就我們就不必多說，他的理論我們在中學教科書都學過了。

要註意的是，牛頓世界觀的最核心的那個拼圖，不是什麼是宇宙的中心，而是什麼讓物體運動。新的拼圖和舊的拼圖，在結構上是不一樣的。（如果回去看亞裡士多德世界觀的拼圖，你會發現，物體會趨向於靜止是處於核心地帶、但略外圍的那塊拼圖。）

現在，我們可能覺得，慣性定律很容易理解，就是常識。但在牛頓那個時代，這其實是最難理解的理論：它與人們的直觀體驗是相矛盾的。

牛頓世界觀的另一點則常被以形象的故事來解釋，牛頓坐在蘋果樹下思考，蘋果為什麼會落下？這就是萬有引力。

終於，經過一千多年的探索，人們得到了一個更普遍的、能解釋世界的理論，或者說就是「牛頓世界觀」。正如人們常通俗地說的，這個世界觀是「機械」的，它把宇宙看成是一個像機器一樣的宇宙。

03 小結

以上就是我讀《世界觀》看到的從亞裡士多德世界觀到牛頓世界觀演變，我的筆記相當的簡略，這本科學史書值得一讀再讀。

牛頓世界觀之後，是以愛因斯坦為標誌的相對論和玻爾等人量子理論，我覺得可稱之為量子世界觀。量子理論更難以和我們的經驗聯絡起來，但在宏觀上如天文或更微觀上，它都比牛頓世界觀更能解釋現象，我們都認為它更接近現實。

最後，我們還是可以回到開頭說過的一個問題，如果我們進到了資訊的時代、到了網路的時代，現在能解釋現象、更接近現實的科學理論是什麼呢？我們這個時代的世界觀是什麼樣？