導讀科學在西方社會中紮根的最終原因必須在發展起來的科學和自然哲學的本性中去尋找。因此，考察中世紀科學和自然哲學的基本特徵也是至關重要的。關於它們，有哪些方面使我們可以說，中世紀對於17世紀興起的新科學做出了貢獻呢？
撰文 | 愛德華·格蘭特（科學史專家）
翻譯 | 張卜天
01 精密科學如果不考慮醫學，那麼中世紀的科學可以恰當地分為精密科學（主要是數學、天文學、靜力學和光學）和自然哲學。我將集中在自然哲學上。儘管拉丁中世紀儲存了精密科學的主要文字，甚至還增加了自己的東西，但我不知道有哪些源於這些著作的方法或技巧變化被證明對於科學革命是重要的。儲存這些文字，研究它們，甚至撰寫新的相關論著，本身就是重要的貢獻。
這些活動不僅使精密科學保持了活力，而且顯示有一群人在中世紀有能力在這些科學上開展工作。至少，精密科學的專門知識被儲存了下來，這樣新科學的那些哥白尼們、伽利略們和開普勒們才有東西可以研究和改進。的確，如果沒有這些東西，他們該做什麼呢？然而在中世紀，自然哲學的革新要比精密科學多得多。較之精密科學，中世紀的自然哲學更能影響後來的發展。
02 自然哲學：一切科學之母自然哲學與精密科學在中世紀所扮演的角色截然不同。在自然哲學方面，我們關注的並不僅僅是對希臘—阿拉伯知識的儲存，更關注如何將這種遺產變得最終有利於近代科學的發展。在第七章，我們描述了自然哲學的本質特徵。現在我們來談談它與16、17世紀科學劇變之間的關聯。
作為“中間科學”，天文學和光學介於數學與自然哲學之間，它們有時被看作自然哲學的一部分。而總是與自然哲學有著密切關係的醫學，也是一門獨立學科，至少從公元前5世紀起就是如此。中世紀大學有自己的醫學院，便體現了對這種獨立性的認可。
如果不考慮天文學、數學、光學和醫學，那麼幾乎所有其他科學——物理學、化學、生物學、地質學、氣象學、心理學以及它們的所有子學科和分支——都是在16世紀到19世紀作為獨立學科從自然哲學這個母體中出現的，只不過出現得很緩慢，大多數學科在19世紀之前並不明顯罷了。到了19世紀中葉，自然哲學仍然在美國大學中普遍講授。賓州的狄金森學院在1845—1846年的授課中是這樣定義自然哲學的：
自然哲學被認為是這樣一門科學，它考察物體一般的、持久的屬性，支配物體的定律，以及在物質不發生改變時物體間的相互作用（距離可大可小）。
這一定義極大地縮小了中世紀自然哲學觀念的範圍，而且也有顯著不同，因為“在中世紀，自然哲學可以劃分為力學、流體靜力學、流體動力學、水力學、氣體力學、聲學、光學、天文學、電學、流電學、磁學和色彩學”。到了1850年，也就是自然哲學成為中世紀大學課程之後的大約600年，這個一切科學之母已經子孫興旺，許多後代顯然不願離開這個舒適的母體，到新的陌生環境中安家落戶。不過我們驚奇地看到，經歷了中世紀的天各一方，光學和天文學又回來與“母親”待在了一起。
在數個世紀中孕育這些科學的自然哲學是在中世紀晚期的西歐大學裡發展起來的。在人類歷史上，這是獨一無二的。大學藝學院的自然哲學家將亞里士多德的自然哲學變成了針對自然提出的大量疑問，它們所涉及的各個學科後來都凝結成剛才提到的那些科學。對於每一個疑問，通常都會給出兩個以上的結論。當這些在中世紀的自然哲學家看來可以接受的結論在16、17世紀的學者看來不恰當時，革命性變化就發生了。
到了17世紀末，新的物理學和宇宙論觀念極大地改變了自然哲學。亞里士多德的宇宙論和物理學在很大程度上被拋棄了。但他關於自然許多其他方面（比如物質變化、動物學、心理學等等）的思想仍然受到重視。在生物學方面，亞里士多德的影響一直持續到19世紀。
儘管中世紀自然哲學發生了轉變，後來催生出一系列新的獨立的科學學科，但亞里士多德的自然哲學在14世紀就已發生顯著轉變。這種轉變無疑在未來的革命中發揮了作用。但這並非是因為任何特定的科學成就，儘管它們絕非微不足道。中世紀的自然哲學家關注我們認識和通達自然的方式，亦即所謂的科學方法。他們試圖說明我們是如何理解自然的，即使他們很少探究這些方法論洞見會引出什麼結果。中世紀自然哲學家的方法論成就在第七章中已經談過。它們是中世紀留給近代早期世紀的遺產的重要部分，這裡可以簡要提一下。
有些方法變化與數學有關。在對運動作新的數學描述時，佈雷德沃丁意識到，自然過程必須用普遍適用的連續數學函式來表示，從而偏離了亞里士多德。經院學者經常將無窮大和無窮小引入自然，像處理有限量那樣來處理無窮大和無窮小。
對質的數學處理是中世紀自然哲學的典型特徵。儘管這些問題通常是假說性的和假想的，但用數學來解決這些問題卻已司空見慣。到了16、17世紀，數學的思想方式（如果不是數學本身的話）已經融入自然哲學。接下來就可以將自然哲學始終如一地應用於實際的物理問題，而不是假想的質的變化了。
然而，對科學的大部分方法論貢獻是哲學方面的。經院自然哲學提出了對因果性、必然性、偶然性等概念的恰當解釋。一些學者（14世紀巴黎大學著名的藝學教師布里丹便是其中之一）主張，目的因是多餘的和不必要的。在他們看來，單憑動力因已經足以確定變化的動因。布里丹還提出了另一種重要的方法論發展，他堅持說，科學真理並不像數學真理那樣是絕對確定的，而是隻具有一定程度的確定性。
布里丹所說的確定性由一些無法證明的原理所組成，它們是自然科學的基礎，例如火是熱的，天在運動等等。在布里丹看來，這些原理不是絕對的，而是來自於歸納概括，他說：“它們之所以被接受，是因為在很多情況下都可以觀察到它們為真，而沒有一處為假。”
正如我們在第七章（下面有介紹）中看到的，布里丹認為這些歸納概括出來的原理是偶然的，因為它們的真是基於“自然的日常程序”而被斷言的，這一深刻假定有效消除了不可預測的神的干預對科學的影響。簡而言之，在追求自然哲學的過程中不再需要擔心奇蹟。它還消除了可能偶爾阻礙自然原因起自然作用的偶然事件的作用。只是因為人有時生來有十一個手指，並不能否認在自然的日常程序中，我們應當期待有十個手指。
基於此，布里丹宣稱真理是有確定性的。利用理性、經驗和歸納概括，布里丹試圖透過奧卡姆的剃刀原則，即透過符合現象的最簡單的解釋來“拯救現象”。布里丹只是挑明瞭經院哲學家一直在暗示的東西。簡單性原理的廣泛使用是中世紀自然哲學的典型特徵，也是17世紀科學所特有的，開普勒就宣稱：“自然會利用盡可能少的手段，這是自然科學中的最高公理。”
於是，中世紀自然哲學家試圖研究“自然的日常程序”，而不是異常行為或奇蹟。他們將這一方案稱為“合乎自然地說”（loquendo naturaliter），即透過自然科學而非信仰或神學來言說。這種表述之所以能夠在中世紀自然哲學中出現並且被廣泛使用，要歸功於這樣一些學者，他們認為自己的首要任務就是用純理性和世俗的術語去解釋世界的結構和運作。
第五章和第七章所描述的被廣泛假設的“自然的不可能性”或反事實、或有時所說的“思想實驗”，是中世紀方法論的一個重要方面。如果一個假想事件在亞里士多德的物理學和宇宙論的現有框架下不可接受，那麼就會認為它是“自然地不可能”。自然的不可能性主要源於體現在1277年大譴責中的上帝的絕對權能觀念。反事實使得想象力被激發出來。
在中世紀，這些思考導致亞里士多德物理學的各個方面都受到了挑戰。雖然亞里士多德已經表明其他世界是不可能的，但中世紀的經院學者卻表明，其他世界不僅是可能的，而且還能與我們的世界相容。反事實的物理學和宇宙論中出現的新穎回答雖然並未顛覆亞里士多德的世界觀，但它的某些基本原理的確受到了挑戰。人們開始意識到，事物或許與亞里士多德哲學的說法極為不同。除了影響16、17世紀的經院學者，這種典型的中世紀方法還影響了一些重要的非經院學者，他們很清楚經院學者所討論的主題。
中世紀留給17世紀的最有成果的思想之一是，上帝可能消滅物質而留下虛空。例如洛克就基於上帝可能消滅物質任何部分的假設來證明三維虛空的存在。假如上帝果真摧毀一個物體，那麼就會留下一個虛空，“因為被消滅物體的各個部分所填滿的空間顯然會保留下來，它將是一個沒有物體的空間”。法國哲學家皮埃爾·伽桑狄（Pierre Gassendi）也以一種稍為複雜的類似方式得出結論說，存在著一個無限的三維虛空。
他分步證明了這一結論的有效性，即先是想象月下世界的物質超自然地消失，然後是月球之上的天界，最後是他想象中越來越大的世界。因為“如果有一個更大的世界，然後還有一個更大的世界，然後還有……以至無窮，上帝相繼將它們變為烏有，那麼我們可知，空間將變得越來越大，一直到無窮”，所以我們可以“類似地設想，空間及其尺寸沿著各個方向向無限拓展”。同一原理也可用於世界內部。伽桑狄解釋說：
哲學經常有必要以這種方式進行，一如他們要我們想象沒有任何形式的質料，以使我們理解其本性……因此沒有任何東西阻礙我們認為，在月球下方或天球之間包圍的整個區域是一個虛空，一旦作出這一假定，我相信任何人以我的方式看待事物都會很容易。
英國大哲學家托馬斯·霍布斯（1588—1679）也利用物質的消滅進行分析。儘管他沒有把上帝當作消滅者，但霍布斯在作如下斷言時，不覺中已經感謝了他的經院前輩：“在講授自然哲學時，我最好從缺乏開始（正如我已經表明的那樣），也就是說，從假定世界被消滅開始。”這使得霍布斯能夠提出他的空間和時間概念。
1277年大譴責中的第49條是一種重要的自然不可能性，1277年之後必須承認，上帝能夠直線地推動世界，儘管可能留下虛空。上帝絕對權能的這種假想的顯現在17世紀的回想不絕於耳。伽桑狄宣稱：“如果上帝從目前的位置推動世界運動，那麼空間並不會相應地隨之運動。”這是在用世界的超自然運動來支援他關於無限空間絕對靜止的信念。
作為牛頓的代言人，克拉克在與萊布尼茨的論戰中也捍衛了絕對空間的存在性，他主張：“如果空間僅僅是共存事物的秩序（如萊布尼茨所堅持的），那麼如果上帝移除整個物質世界，無論速度有多快，空間仍將在同一位置中繼續存在。”
最後，反事實的力量最鮮明地體現在牛頓《自然哲學的數學原理》中作為第一運動定律而提出的慣性原理中：“每個物體都繼續（或保持）其靜止或勻速直線運動的狀態，除非有力加於其上迫使其改變這種狀態。”在中世紀的思想文化中，觀察和實驗不起什麼作用，反事實就是一種強大的工具，因為反事實強調形而上學、邏輯和神學，而這些學科都是中世紀自然哲學家所擅長的。
這裡以及第七章中所描述的科學方法即使貫徹下去也不會產生新知識。任何方法都不大可能做到這一點。但它們的確產生了新的概念以及關於自然和世界的諸種假設。伽利略等科學革命者繼承了這些態度，他們大多數人對此都是贊成的。
伽利略
03 中世紀自然哲學與科學語言中世紀留給近代早期科學的另一份遺產是一套廣泛而複雜的術語，它們構成了科學討論的基礎，比如“潛能”“現實”“實體”“屬性”“偶性”“原因”“類比”“質料”“形式”“本質”“屬”“種”“關係”“量”“質”“位置”“虛空”“無限”等等。這些亞里士多德的術語是經院自然哲學的重要組成部分。但中世紀自然哲學的語言並不只是由翻譯過來的亞里士多德術語組成的。
新的概念、詞項和定義被加入進來，特別是在變化和運動領域。中世紀自然哲學家區分了動力學（討論運動的原因）和運動學（討論運動的時空結果），還區分了對質的強度的度量（質的幅度（本義為“寬度”），latitudo qualitatis）和分佈於整個物體（質的長度，longitudo qualitatis）的質的總量。
例如，中世紀自然哲學家區分了熱的強度（溫度）和熱的量，區分了總重量（廣度因子）和比重（強度因子）。他們還提出了一系列在物理學史上很重要的新的運動學定義，包括勻速運動（motus uniformis）、勻加速運動（motus uniformiter difformis）和瞬時速度（velocitas instantanea）等等。在動力學方面，他們運用了被注入的力或衝力概念，一直到17世紀，它在物理學中仍然起著作用。到了17世紀下半葉，這些術語、概念和定義已經滲透在歐洲自然哲學家的語言和思維過程中。
04 中世紀自然哲學與科學問題中世紀自然哲學在過渡到近代早期科學的過程中還扮演了另一個關鍵角色。至少有一些基本問題訓練了16、17世紀非經院自然哲學家的頭腦。為了說明中世紀的問題如何影響了新科學的發展，我們只需提到第六章對伽利略處理運動的討論，他關注的乃是在充滿物質的空間和虛空中運動的傳統中世紀問題。這些問題的解決是伽利略構建的新物理學的核心。與關於地界和天界的無數問題一樣，虛空問題也是中世紀留下的遺產。物理學和宇宙論革命並非是用新問題來取代中世紀的問題，而是給舊問題尋找新答案，至少開始時是這樣。這些答案有時會涉及實驗，這在中世紀是罕見的。
“自然厭惡虛空”這一中世紀原理提供了很好的說明。有無數這類經驗可以用這條原理來解釋為什麼虛空不可能存在，比如封閉容器中的一支燃燒的蠟燭；水在虹吸管中上升；血在吸杯中上升；滴漏計時器（水鍾）以及兩個平面的分離等等。這些現象儘管各不相同，卻都可以透過自然厭惡虛空來作傳統解釋。為了阻止虛空形成，物質將以奇特的、甚至是自然不可能的方式來行為。然而到了16世紀，許多自然哲學家透過人造真空解釋了同一現象。以前被否認的現在被肯定了。舊問題有了新答案。
中世紀自然哲學家提出了關於自然的數百個特定疑問，他們給出的回答包含了大量科學資訊。這些疑問大都有多種回答，如何選出最好的答案並不清楚。在16、17世紀，那些不同意亞里士多德的學者又給出了新的回答。改變的大都是回答，而不是問題。雖然回答改變了，但中世紀學者和科學革命時期的學者對許多基本問題並不陌生。從1200年左右開始，大學裡的中世紀自然哲學家對物理世界的本性和結構表現出極大關注。科學革命的締造者繼續了這一傳統，它那時已經成為西方社會思想生活不可分割的一部分。
05 探索的自由和理性的自治中世紀不僅流傳下來歷經數個世紀的傳統自然哲學（其中許多以疑問形式寫成），而且留下了一份非凡遺產，那就是相對自由的理性探索。中世紀的哲學傳統是在大學藝學院中形成的。幾乎從一開始，藝學教師就在儘可能地爭取學術自由。他們試圖儲存和拓展哲學研究。藝學教師自認為是這門學科的守護者，他們力圖將理性運用於物理世界的問題。藝學院的獨立地位以及無數權利和特權使他們在中世紀獲得了驚人的自由度。
儘管神學一直是自然哲學研究的一個潛在障礙，但神學家並不怎麼反對自然哲學，很大程度上是因為他們對此也有深入研究。中世紀著名神學家大阿爾伯特認為，自然哲學獨立於神學。到了13世紀中葉，他認為自己在神學上已經足夠專業，能夠在神學領域給出可靠的觀點，但他承認，在物理學領域，他更信任“逍遙學派的觀點”，而不是他自己的觀點。到了13世紀末，大學的藝學院實際上已經獨立於神學院。1277年大譴責是神學家禁止藝學教師探索自然哲學的最後一次重要努力。神學家所譴責的一些條目不經意間揭示了許多自然哲學家對自己作用的看法。其中最有趣的有：
40. 沒有任何狀態比投身於哲學更好。
145. 任何可以透過理性去爭辯的問題，哲學家都會去爭辯和解決……
150. 不應滿足於訴諸權威而對任何問題有確定看法。
不難看出，如果這些觀點被自然哲學家廣泛接受，為什麼神學家會感到不安。哲學被認為高於神學，而且不論是教會的還是《聖經》的權威，都不能作為論證的最終根據。只有合乎理性的論證才是可接受的。我們可以看到，如果自然哲學家能夠基於這些看法自由地建立他們自己的學科標準，那麼神學將起不到什麼作用。即使神學起了作用，理性也會被用於啟示，導致災難性的後果，就像17、18世紀所發生的那樣。自然哲學的理念是僅僅使用合乎理性的論證。中世紀自然哲學是最為典型的理性事業。
如果說自然哲學家的崇高目標在中世紀沒有完全實現，那麼實現它的道路顯然是在那一時期鋪就的。到了13世紀末，哲學（包括其主要的分支自然哲學）已經成為大學中的一門獨立學科。儘管藝學教師一直受到宗教教義的限制，但出現教義問題的學科領域是有限的。在13世紀，藝學教師已經學會了如何應對亞里士多德思想中成問題的方面——他們或者假說性地處理問題，或者宣佈他們只是在重複亞里士多德的觀點，甚至當他們詳細闡述他的論證時也是如此。
在中世紀，自然哲學仍然是亞里士多德給出的樣子：一門本質上世俗的理性學科。之所以如此，是因為藝學教師力爭儲存它。在這一過程中，他們將自然哲學改造成為一門獨立學科，將理性探究物理世界的一切問題作為自己的目標。14世紀30年代，奧卡姆表達了大多數藝學教師和許多神學家關於自然哲學的看法，即一門獨立的理性學科：
與神學無關的關於自然哲學的斷言不應遭到嚴厲譴責，或不允許任何人去研究，因為在這些事情上，任何人都應當隨心所欲地自由發表意見。
自然哲學中自由探索的精神始於中世紀的藝學院。學者們給出了在學科限度內所能給出的最好回答。在第七章中，我描述了對待亞里士多德權威的各種不同進路。然而，應當強調的是，自然哲學家認為在論證中使用理性而非信仰是他們的義務。撰寫自然哲學著作的神學家通常採取這一進路。儘管他們明白亞里士多德的思想會給信仰帶來麻煩，但他們認識到，訴諸信仰並不能構成論證。
奧雷斯姆在用理性來駁斥亞里士多德關於世界永恆的論證時就採取了這種態度。正如他所說：“我希望用自然哲學和數學來證明相反的結論。這樣可以清楚地表明，亞里士多德的論證並非決定性的。”撇開神學和信仰不談，亞里士多德的解答有時被認為存在缺陷。例如，在關於《物理學》的疑問的前言中，布里丹說，幾乎在任何一個疑問中，亞里士多德的回答都不能讓人滿意。正如在第七章中所提到的，奧雷斯姆暗示亞里士多德可能誤解了他本人在《物理學》第七卷中所提出的運動規則。
經院哲學家也知道他們自己的侷限性。布里丹在一個困難的疑問中表達了自己相當的不確定，他說，“由於每一方都可能給出多種論證，而且得到清晰證明的論證還不夠”，他不應當支援任何一方。在另一處，他給出了自己的解釋，“除非有人找到更好的解釋”這些懷疑並不經常出現，但已經足以使我們想到，中世紀的自然哲學家至少意識到了給每一個疑問提供解答的困難。然而，儘管有些猶豫不決，他們仍然認為自由探討各種形式的問題並給出回答是他們的義務。
哥白尼《天球執行論》手稿
16、17世紀的自然哲學學者是中世紀自然哲學家培養的自由探索精神的受益者。但大多數人都不知道他們的遺產，甚至是拒絕它的存在，而去嘲笑亞里士多德主義的經院哲學家和經院哲學。他們的批評並非沒有道理。自然哲學的程序是該改變了。
一些經院自然哲學家試圖適應哥白尼、第谷和伽利略等人建立的新的日心天文學。但適應已經不夠了，中世紀自然哲學在17世紀發生了徹底轉變。然而，中世紀的經院遺產仍然以自由探索的精神、強調理性、研究自然的各種方式、以及一些核心研究問題的形式被儲存了下來。新科學還從中世紀繼承了一種深刻的感受，即試圖發現世界的運作方式是一項值得讚美的事業。
17世紀科學史家彼得·迪爾（Peter Dear）提出，在17世紀開始統治西方文明的新科學有六種關鍵的革新特徵：
1. 有意的、可記錄的實驗；
2. 認為數學是揭示自然的有力工具；
3. 將事物的某些感覺屬性的原因由事物本身重新交給觀察者的知覺來把握（“第一性的質和第二性的質”的區分）；
4. 與此相關聯，將世界貌似合理地看成一種機器；
5. 把自然哲學看成一項研究事業而不是一個知識體；
6. 圍繞著對合作研究的正面評價而重新建立起知識的社會基礎。
這的確是一種“新的世界觀”，但如果沒有中世紀為之奠定的基礎，這些革新都將是不可能的。在學者們可能有“把自然哲學看成一項研究事業”的觀念之前，他們必須先有一種值得被稱為“知識體”的自然哲學。這樣一個知識體是在中世紀晚期形成的。迪爾列出的其他一些“近代”偏離在中世紀並非不為人知。他們偶爾也會做一些實驗，並且經常把數學運用於假想的（儘管很少是實際的）自然哲學問題中。
在17世紀，新科學家將數學應用於實際的物理問題中，併為中世紀的分析和形而上學技巧補充了實驗。這些發展並非憑空產生。它們雖然代表著真正深刻的科學變化，但應當被視為一個從中世紀開始的過程的發展結果。沒有在本書中描述的那些在中世紀奠定的基礎，17世紀的科學家就不可能挑戰關於物理世界的流行觀點，因為否則在物理學、天文學和宇宙論中就不會有什麼東西可以作為挑戰的物件。
由本章中提出的三個前提可知，12世紀末和13世紀的西歐出現了兩種重要而獨特的東西：大學和神學家－自然哲學家群體。它們的存在使得自然哲學能夠以前所未有的方式繁榮發展起來。自然哲學的發展為17世紀卓有成效的科學探索奠定了基礎。
近代科學在中世紀的基礎
近代科學在中世紀的基礎
（科學史譯叢）
[美] 愛德華·格蘭特 著
張卜天 譯
內容簡介：
本書是一部經典的科學史著作。它考察了中世紀科學的成就，並從哲學、宗教、體制等方面令人信服地表明，與流行的看法相反，近代科學並非源於16、17世紀的科學革命，而是植根於古代和中世紀。有四種關鍵因素使中世紀歐洲為新科學做了準備：（1）希臘—阿拉伯的自然哲學著作於12、13世紀被譯成拉丁文；（2）中世紀大學的發展；（3）基督教面對世俗學問所作出的調整；（4）亞里士多德自然哲學的轉變。本書語言流暢，內容平易，適合對科學史和西方文化史感興趣的人士閱讀。
作者簡介：
愛德華·格蘭特（Edward Grant）是美國著名中世紀科學史家，印第安納大學科學史和科學哲學系教授，1973—1979年和1987—1990年任系主任，專長中世紀科學、自然哲學、科學與宗教，1983年被任命為著名教授。獲得多項榮譽和獎勵，包括1992年的科學史最高獎薩頓獎。