西方古代物理学
中国古代的哲学思想博大精深，物理学思想极其丰富，但由于所处封闭的地理环境，使她的文化对西方世界影响甚微，西方人习慣于把中国文化称为东方神秘主义。但古希腊的哲学思想就截然不同了，由于他们所处开放的地理位置和频繁的商业往来，营造了温和相溶的文化氛围，使他们的哲学思想不断地向语言不同的国家渗透，希腊以她那独特的理性思维和举世瞩目的哲学成就，对全人类的精神生活产生了极其深远的影响。
第一节 希腊的奇迹和精神
在古代世界所有的民族中，少有像希腊人那样对近代世界发生如此巨大的影响。他们光辉的哲学成就与他们内涵丰富的气质之间存在着不可分割的联系：他们热爱自由，不肯屈服于暴君他们创立的民主体制年轻而富有活力他们热爱生活，天性乐观，每四年举行一次的奥林匹克竞技会是他们欢乐生活的写照他们崇尚理性和智慧，热爱真理，对求知有一种异乎寻常的热忱。英国著名的科学史家丹皮尔（W．C．Dampier）在他的《科学史》中曾说：“从古希腊神话的神身上，我们得到了一种从别处得不到的对于希腊人的气质的认识。我们可以看到这个民族虽然也虚伪、自负、或许还放荡不羁，但是却有美的感受，生活乐天，对人热情，充分表现出他们是一个勇敢善战，生气勃勃，胸怀坦荡的战胜的民族，这个民族具有异常聪颖的禀赋，生長在风光明媚的国土上，这里有酒桨般深暗的海水，把全世界的商品和知识带到他们的门口，气候对他们堡垒式的家园也非常适宜，还有大量的奴隶使生活富裕，有闲暇来发展最高度哲学、艺术和文学。”
希腊人开启了西方哲学也开启了科学公元前500年左右开始，希腊人中出现了一大批才智卓越的哲学家和科学家，他们是许多学科的鼻祖。在这些光辉灿烂的群星中，有最早期的自然哲学家泰勒斯（Thales）、阿那克西曼德（Anaximander）、阿那克西米尼（Anaximenes）、赫拉克利特（Heraclitus）、、巴门尼德（Parmenider）、芝诺（Zeno）、恩培多克勒（Empedocles）、阿那克萨哥拉（Anaxagoras）、留基伯（Leucippus）、德谟克利特（Democritus）、波赛东尼奥（Poseidonius）。有人文哲学家普罗泰哥拉（Protagoras）、高尔吉亚（Gorgias）、苏格拉底（Socrates），有体系哲学家柏拉图（Plato）、亚里士多德（Aristotle）、伊壁鸠鲁（Epicurus）。有天文学家默冬（Meton）、欧多克斯（Eudoxus）、阿利斯塔克（Aristarchus）、希帕克斯（Hipparchus）、托勒密（Ptolemy），有数学家毕达哥拉斯（Pythagoras）、欧几里得（Euclid）、阿波罗尼（Apollonius）、康农（Conon）、阿契塔（Archytas）、刁番提（Diophantus），阿基米德（Archimedes），有医学家希波克拉底（Hippocrates）、盖伦（Galen）、塞尔苏斯（Celsus Aulus Cornelius），有地理学家斯特拉波（Strabo）、埃拉托色尼（Eratosthenes）、毕特阿斯（Pytheas）。这些天才人物不仅在一个领域做出他们的开创性工作。而且在许多个领域均有建树。像亚里士多德，几乎在每一个知识领域都发表了他卓越的见解，是一位不折不扣的百科全书式的学者。希腊科学是近代科学的真正先驱，几乎在每一领域、每一问题上，希腊人都留下了思考，都是近代科学的一代宗师。任何一个时代出现这么多天才的人物，它都称得上是伟大的时代，但说希腊时代是伟大的时代还远远不够。在地中海域这样一个狭小的地方，在周边都处在无边的黑暗之中的时候，希腊人不仅在科学、哲学和艺术上作出了伟大的成就，而且创造了一种全新的精神，而这种精神恰恰是真正的现代科学精神，这才是奇迹所在。
科学可以说是人类历史上迄今为止最后出台的一类文化现象，是人类文化最高层次和最为独特的成就。科学精神，是科学家们在科学研究活动中的某些高尚卓越的气质、风格、意志、态度和修养体现出来的精神风貌的总和。科学精神的内容包括求真精神，求实精神，理性精神，创新精神。所谓理性精神，常常表现为科学家在科学研究活动中，具有坚持自然界的运动变化是有规律的信念具有坚持自然规律是可认识的信念在认识自然现象的过程中，具有刻意追求秩序、和谐、严格、精致和完备的审美价值的观念，等等。而科学的理性精神，正是古希腊哲学家们的首创。
古希腊哲学家认为，在表面上看来纷繁复杂的自然现象背后，存在着自然秩序的法则，即能为人类理性所探明的自然界的普遍规律。这种观念就是科学理性精神的开端。根据这种精神，科学家对自然界不是仅仅单纯地观察和收集资料，而是还要进一步对其进行理论思考并推出有关的系统知识。于是，古希腊数学家将古埃及人的土地测量的实践经验归纳为具有逻辑性的、相关的、系统的几何学。古希腊的天文学家运用古巴比伦的祭司收集的星象资料从事天文学研究，探究天体运行的内在规律。理性精神在古希腊的科学研究活动中得到充分的发挥，并创造出辉煌的理论成果。这个实践和成果又反过来进一步强化了人们的理性意识。古希腊哲学家进一步强烈地认识到，当个人将自己的生活同按照理性认识所达到的客观标准协调一致时，即当理性成为人们行为稳定的、指导性的信念时，人就能达到个人品德的完善。他们希望所有的人类信仰及行为都要服从于明晰的理性之光，把人的伦理道德从强权、传统、教条、迷信及神话传统中解放出来。由此铸成了古希腊的理性主义传统，并从此成为一种重要的人类文化精神。这种文化精神在近现代欧洲许多国家的现代化进程中起过积极的作用。古希腊是西方哲学的故乡，黑格尔说：“一提到希腊这个名字，在有教养的欧洲人心中，尤其是我们德国人心中，自然会引起一种家园感。”
第二节 古希腊时代的物质观
希腊文明是西方文明三大源头之一，理性追求是希腊文明的重要精神。希腊人从沉思和领悟中追寻人类生活中所可获得的最平凡的幸福。德谟克利特（Democritus，前470～前 380）曾说：“我宁愿（在几何学上）发现一项证明，而不要波斯的王座。”在希腊的科学、哲学等著作中，我们到处可以呼吸到一种宁静的沉思的空气。希腊人对自然界进行彻底地反思和怀疑，上天入地地追寻事物的终极真理并在似乎杂乱无章的世界中发现了规律，且提出各种关于规律的假定然后让这些假定的所有细节在所有的层次上经受自己和别人的置疑，以考验这个假定是否是“真”。这种彻底求真的精神终于孕育出了西方科学。直至近代，人类从没有像希腊人那样精密而又充满热情地研究自然界。
一、关于物质本原的思考
泰勒斯（Thales，前640～前 550），是希腊古典时代第一位唯物主义哲学家，他出生于希腊的殖民地爱奥尼亚地区的米利都。米利都发达的工商业和航海业，使其成为当时东西方文化交流的中心，并且成为希腊哲学的发源地。希腊历史学家希罗多德（Herodoti，前484～前420）说道：“米利都是海上的霸主。”泰勒斯就在这个米利都城创立了一个唯物主义哲学学派——米利都学派。
在泰勒斯时代，希腊人生活在海边，天天与水打交道，他们也许注意到了太阳使水蒸发成汽，雾从海面升起凝聚成云，然而又变成雨落回大海这种自然现象，泰勒斯从而提出了世界生于水的命题。也就是说，世间万物都有一个统一的来源——水，水是构成和派生万物的根源和始基。今天看来，这种看法是相当粗糙和肤浅的，可在那个时代却是十分大胆而难能可贵的。因为这表明，人们已开始努力去探寻万事万物背后最终的统一基础，把整个宇宙作为自己研究的对象。埃及的祭司宣称大地是从海底升上来的，而泰勒斯则认为地球就漂在水上。泰勒斯还有一个很重要的观点就是“万物有灵。”根据这一学说，连石头也是有灵魂的生物。泰勒斯向他哲学上的对立面毕达哥拉斯反复强调说：整个宇宙都是有生命的，而又正是灵魂才使一切生机盎然。当然，现在看来这种观点是有些武断的。
泰勒斯的学生阿那克西曼德（Anaximander，前611～前547）认为，世界本原不可能是水，他认为一切物质的来源和去向为一无形的质体。他将这看不到的物质称为“无极”，是无限的意思。阿那克西曼德的学生阿那克西米尼（Anaximanas，前585～前528）认为，空气是宇宙万物的基本要素。他假设通过压缩，空气会变为水，最终还会成为土。他是明确区分行星（如火星和金星）和恒星的第一个希腊人。他还认为彩虹并不是女神，而是一种自然现象。阿那克西米尼的弟子阿那克萨哥拉，作为最后一个移居雅典的爱奥尼亚人他把这种传统带到了雅典。他认为宇宙的起源不是什么上帝创造的，而是由于无数“种子”受到笼统的神的作用后变成的，这些种子也就是当时留基伯（Leucippus，前490～?）所假设存在的原子。阿那克萨哥拉的结论是：天和地是由相同材料构成。由于在公元前468年有一颗石陨星坠于爱琴海北岸。这可能有助于他得出这一结论。他认为恒星和行星都是燃烧着的岩石，太阳是相当于伯罗奔尼撤半岛这样大小的一块炽热岩石。至于月亮，他认为是与地球相仿的天体，甚至很可能有人居住在那里。
赫拉克立特（Heraclitus，前540～前475）基本上继承了米利都学派的唯物主义哲学传统，他认为物质本原归于火。赫拉克立特指出：“这个世界对于一切存在物都是一样的，它不是任何神所创造的，也不是任何人所创造的它过去、现在、未来永远是一团永恒的活火，在一定的分寸上燃烧，在一定的分寸上熄灭。”世界没有开端，没有终结，处于永恒的运动变化之中。从统一的本质中产生出事物和现象的多样性：“一切转为火，火又转为一切，有如黄金换成货物，货物又换成黄金一样。”
齐诺弗尼斯（Xenophanes，前570～前480）也出生于爱奥尼亚，成年后到南意大利追随他的导师毕达哥拉斯（Pythagoras），但他的观点不像他的导师那样神秘他根据有时在山顶上发现贝壳这一事实推测，山岳原来一定被海水覆盖，随着时间的流逝而上升到今天的高度他主张构成宇宙万物的基本要素是“土”。
恩培多克勒（Empedocles，约前493～前433）揉合了泰勒斯、阿那克西米尼、赫拉克利特、齐诺弗尼斯等人提出的水、火、气、土四种本原的见解，他认为，不能用单一的物质做万物的本原，应将这四种物质一同做万物本原。这样共有四种“元素”，即水、气、火、土，其中土、水、气代表物质的固态、液态和气态，火则代表颜色和温度等其它一切事物都由这些物质的不同组合和排列构成。当元素在力的作用下分裂并以新的排列重新组合时，物质就发生了质的变化。
亚里士多德（Aristotle，前384～前322）接受了恩培多克勒的四大元素说但是，亚里士多德认为，冷、热、湿和干是更基本的“性质”，四元素是这四种性质两两组合而成的物质本原，湿与冷组合成水，湿与热组合成气，干与冷组合成土，干与热组合成火。这样，与恩培多克勒的学说不同，四元素不再是不变的，而是可以相互转变的，如加热水时，水中的冷为热所替代，水就变成气了。亚里士多德同意毕达哥拉斯的观点，认为天地是受两个不同体系的自然规律支配的，地球上的一切东西都是可变的，污染的而天上的一切是永恒的，不变的。地球上的四个元素各有其归宿，而运动就是要达到其归宿所作的一种努力。土居中心，水在其上，空气又在水之上，火则在地球上一切物质的最高处。而天上的一切天体是由第五种元素“以太”组成的。
二、毕达哥拉斯学派与数的和谐性
毕达哥拉斯（Pythagoras，前560年～前480年）是欧洲历史上著名的哲学家和科学家，他生于爱琴海旁的萨摩斯，萨摩斯与米利都隔海相望。年轻时毕达哥拉斯在东方广泛旅行，他曾在泰勒斯、阿那克西曼德指导下进行过学习和研究。在泰勒斯和阿那克西曼德的影响下，毕达哥拉斯热衷于探讨万物本原问题。他把整个宇宙看作是有生命的，从对立中去寻找世界演化的动力。毕达哥拉斯摒弃了东方希腊传统的唯理性，创立了一种以秘密、禁欲主义和神秘主义为标志的毕达哥拉斯学派。他的基本主张是：灵魂不死和轮回转世不存在绝对意义的新东西。他发现了毕达哥拉斯定理“数学”这个词也是毕达哥拉斯学派首先采用的他们在数学上研究发现的深度和广度在当时世界上遥遥领先。亚里士多德也说：“他们把全部时间用在这种研究上，进而认为数学的始基就是一切存在物的始基。”在天文学上，他们也进行了一些天才的猜测如月亮不发光，只是反射太阳光，启明星（Phosnhoru）和长庚星（Hesperu）是同一颗星等。他首先指出地球呈球状。他还是第一个指出太阳、月亮和各行星不参与恒星的统一运动、而有它们各自的轨道，直到二千一百年后开普勒才推翻了这些见解。
在人类对世界本原的探讨过程中，抽象思维能力是逐步提高和发展的毕达哥拉斯学派在先哲基础上，以别开生面的方式，不再只把“水”、“气”、“火”、“土”等特殊的东西当作事物的本质，而是把从个别事物中抽象出来的一般理解为事物的本质，他第一个开始思索世界的同一性和规律性的问题。他把作为事物规定性的数提升到世界本原的地位，“数”在此不同于水、气、火、土之类单纯的直接的具体物质形态，从而达到比前人更抽象更具哲学思辨的理论高度。数的特征是内在于音阶，内在于天体，内在于许多其它事物的。而事物是由于摹仿数而存在。数既是存在物的质料因，又是存在物的形式因。数先于作为整体的自然界，先于种种自然的事物，“数”、“对立”、“一”是万物本原，这三者并非平行关系，而是从属关系。前者意味“数”是万物的本原，后两者又是对“数”的进一步解说。于是“数的元素和本原，也就是万物的元素和本原。”而另一方面，毕达哥拉斯与其后哲学家纯粹用理念、存在等心灵、观念来追寻世界本原，又更具现实物质基础。既然万物产生于“数”，数具有和谐的性质，那么万物亦具有和谐或趋向和谐的性质，世界统一是由于万物之间数量关系的和谐比例。毕达哥拉斯把已存在于生产、技艺领域内的和谐观念，提炼概括加以升华，使之成为一种哲学范畴，也即毕达哥拉斯主义的核心观念。首先让我们看看毕达哥拉斯的“天体和谐”理论。毕达哥拉斯在音乐的研究中，发现音程间一定数的比例构成美的和音。他还研究了建筑、雕刻等造型艺术中什么样的比例才能产生美的效果，提出了著名的“黄金分割”定理继而将此思想运用到天体上，认为宇宙中的一切都存在着和谐，宇宙的秩序是以那种绝对的数的和谐为根据的。
毕达哥拉斯学派是一个特别重视数学、讲究数学传统的学派．毕达哥拉斯学派以“数是万物之本原”为纲，以“数的和谐性”为核心，进行哲学思辨与探索自然。尤为可贵的是，他们提出了简单性、和谐性及美的原则，认为天体星球间有一定数目比例关系，这种关系造就了一种天体的和谐．这种和谐使苍穹无限的宇宙星空，处于一种纷繁而不乱，多变而有序的永恒的运动之中，它很像一支气势雄伟又娓娓动听的交响乐，发出一种美妙而和谐的音响．各行星和地球之间的距离像琴弦的弦长一样成比例，从而奏出美妙的“天体音乐”．恩格斯曾评价说：“就像数服从于特定的规律那样，宇宙也是如此．于是宇宙的规律性第一次被说出来了．人们认为把音乐的音谐归结为数学的比例的是毕达哥拉斯”，几千年来，毕达哥拉斯学派“简单、和谐、完美”的思想成为后来宇宙规律性一次又一次被更清晰、更准确地说出来的深刻的哲学思想基础，对后人的科学研究工作产生了重要的影响，也成为今天我们值得回味和传承的人类精神的火花。
三、古希腊的原子论思想
在意大利南部以巴门尼德（Parmenider，约前540～前470）为首的爱利亚学派，继承了毕达哥拉斯学派关于超感觉世界的思想，他们把“数”的概念代之以纯“存在”。巴门尼德（Parmenider，约前540～前470）首先提出物质组成最基本的元素是“大一”、“太一”，并把“大一”、“太一”分裂成无数的“小一”，无数的永远存在、永远为“是”而不可再分的“小单元”另一方面，阿那克西米尼的弟子阿那克萨哥拉（Anaxagoras，前500～前428）认为，原子是由相同体之“种子”分裂出各不相同的“部份”，每一个“小部分”本身再没有“部分”。从这一意义上讲，阿那克萨哥拉是主张原子不可再分的。
巴门尼德认为认识事物的途径有两条，一条为理智的途径，一条为感觉的途径。但巴门尼德的弟子芝诺（Zeno，约前490～前425），否认感觉是获得真理的有用手段。他们试图阐明能够通过理性来证明而千万不能相信感觉的启示。芝诺提出了四大著名悖论，所有这些悖论好像都要证明被感觉到的运动是不可能的。他通过分析方法证明“运动是不可能发生的”希腊飞毛腿英雄“阿基利斯永远追不上乌龟”“飞矢不动”等著名悖论。尽管这些悖论都建立在谬误的基础上，但对科学具有极为重大的意义，因为它们激发了人们去思考。由于芝诺所有的悖论都是以空间和时间可无限分割的假说为基础的，所以鼓舞了像留基伯、德谟克利特这样的人们通过探索不可分性来否定这些悖论，后来在他们认为构成物质的原子中找到了这种不可分性。
芝诺的学生米利都的留基伯（Leucippus，约前490～）和留基伯的学生德谟克利特（Democritus，约前460～前361）将毕达哥拉斯学派的观点和爱利亚学派的观点结合起来，提出并建立了原子论观点。留基伯出生于古代哲学的圣地爱利亚，因而他的学说是有深厚历史根源的。从思想发展线索看，自从恩培多克勒“四元素”说的诞生之后，希腊人的“物质”观念就越来越具体化，已经很具有可称之“单元”、“单位”的意味。从“四元素”说到“原子”这个思想演变过程，也许在古人看来是相当“自然”的。留基波、德谟克利特认为，物质最后部分像“单一体”那样的不可分，但却又是“物质”、“质料”的。这种“单一体”就是所谓的“原子”。“原子”是自满自足、自身不可再分、自身同一的，这样，这个“原子”如何能动起来，必有一个“外部”的原因，即由“另一个”自身同一的“原子”来推动它，于是，自身不能变化的“原子”要动起来，必定要一个“空间”作为先决条件．于是“原子”的一切运动都是“外在”的，“空间”的。这样，“原子论”必定要承认一个“无（原子）”的“空间”存在，这个“空无”的观念就是古代原子论理论和实际上遇到的难题。
“原子”是“实”的（“实心”的），“空无”是“空”的（空心的），在这个意义上，“空无”是真正的“空间”。这个“间”里，“空”无一物。“原子”之所以不可再分，并不仅是因为“太小”，“太硬”。而是因为它没有“空隙”（空间），是“实心”的．没有“部份”，因而无法“打开”。“实（心）”的、“充实” 的原子自身因没有空隙、空间而不会分化、运动。但原子的周围尚有空间。原子之间有空的，这样，原子才能运动起来。原子在空间中运动，形成了我们的经验的世界。原子论“空无”观念的提出，对于希腊科学思想的发展，是很有意义的。因为如果不在理论和实际上“打破”巴门尼德的“大一”，则其科学思想只能停留在哲学的层次上，而难以具体深入到千变万化的经验世界。使这个世界“有秩序”，使“变化”也能成为科学研究的“对象”，而从“变化”中找出“规律”来。
德谟克利特进一步认为，宇宙间万物都是由原子构成的，而原子是不可分割、不可破灭的极小而结实的物质单元宇宙间除了原子和虚空，不存在其他任何东西原子从亘古以来就已存在，因为它既不能创造，也不能被毁灭，“没有一样东西是从无中来的，也没有一样东西在毁灭之后归于无”原子在数量上是无限的，在形式上是多样的，他们在一个无限的虚空中永远处于涡旋运动之中，因此形成各种复合物。由于组成物体的原子在数量、形状、位置是不同的，所以物体彼此各异原子在虚空中只有通过直接接触、压迫、撞击等，它们才能相互作用，超距作用是不可能的任何事物都不是偶然发生的，“一切都遵照必然性而产生”，都是按照某种原因或规律进行的灵魂也是由光滑的和圆形的原子所构成的。后来的伊壁鸠鲁（Epigrus，前341～前270）进一步发展了这一学说。他认为，原子本身不仅有形状上的差别，而且还有大小和重量的不同。他还认为，原子在虚空中以同样的速度运动着，只要不遇到任何阻止，它们就必然具有同一速度。但是，由于原子内部的原因，原子在运动中还会发生偏斜，由于这种偏斜使原子产生涡旋运动。所以原子的运动不仅有必然性，也有偶然性，是必然与偶然的对立统一。他的这些思想是非常杰出的。
