☐牛顿革命 (Principia)的工作[在亚历山大·柯瓦雷(Alexandre Koyre) 的协作和安妮·惠特曼(Anne Whitman)的帮助下进行]格外 耗工费时。由于柯瓦雷教授过早逝世，我们在最后阶段失去了 他的直接帮助，失去了他的智慧和经验。这使得出版准备工作 比原来想像的更加繁重。直到这两本书出版(1971年，1972 年)，我才有时间进行“怀尔斯讲座”的出版准备工作。 不过，在此期间我曾散发了两篇非正式出版的经过修订的 讲稿，并在一些学术杂志上发表了若干论文。尤其值得一提的 是，在讲稿和本书中以科学概念的“变革”为基础的中心论题 是在这些文章中进一步展开的，并在哈佛大学我举办的讲座和 讨论班上进行了深人讨论。这段个人经历在第五章末尾的补充 部分再详细叙述。 这本书如同那些讲稿一样，集中评述了艾萨克·牛顿的科 学生涯。它是认识牛顿科学的一个方面的关键，也是一般了解 科学变化的途径。这本书探讨的是科学中的牛顿革命。对于这 场革命的那些方面，我相信与牛顿同时代的人以及其后不久的 精确科学的先驱们都承认牛顿发动了一场“革命”。在表达方式 上，我设有使用以20世纪的科学变化的概念为基础的、由于时 代不同而形成的错误论断，而是尽可能追潮牛顿时代那些富有 创造精神的科学家和对科学变化的分析家实际使用的表达方 式。因而，这本书是我对科学革命的历史和概念以及牛顿的 《原理》的一些主要特点进行的一系列综合研究的一部分。 我把注意力集中在牛顿的《原理》上，是因为正是在这本 书里完全形成了我所说的“牛顿风格”。这种风格的精髓是把精 确科学的研究过程分割成两部分的能力：从想像的构筑或系统 展开数学推论，然后运用所得到的数学结果对现象学上的真实 存在作出解释。我把《原理》中的科学的这个方面叫做“牛顿 风格”。但我完全知道，它不是牛顿凭空虚构的，它与所谓的 ·12·
序言 口 “伽利略风格”非常相似。 牛顿风格包括三个阶段。第一个阶段通常开始于对自然界 的简单化、理想化，从而导致数学领域中一个想像的构筑。它 是一个几何空间的系统；数学实体根据某些可表述为数学定律 或数学关系的条件在数学时间中运动。利用数学技巧可以推演 出某些结果，然后把它们转而用于观察到的具有物理性质的世 界中。在那里，即在第二个阶段，将经验数据与从这些数据得 到的定律或法则进行比较和对照。这通常导致最初的数学构筑 或系统的改变，或者说形成新的第一阶段；它又依次导致新的 第二阶段。牛顿就是这样由中心力场中的一些质点出发，推导 出了面积定律的。此后，他将增添与最初物体相互作用的第二 个物体这样一些条件，然后再对其他物体也采取这样的做法。最 后，他考虑的是有一定大小、有特定形状和组成的各种物体，它 们本质上不再是质点。他甚至探求这些物体在运动时受到各种 类型的阻力媒介的可能性。在第三个阶段中，牛顿将在第一个 阶段和第二个阶段中得到的成果（粗略地说，相当于《原理》的 第一编和第二编)应用于自然哲学中，精心构造了他的“宇宙 体系”（第三编）。牛顿的未竟之事，是试图揭示像万有引力这 样的力为何能存在和如何按照他发现的定律发生作用。这已经 不是已出版的《原理》中的内容。牛顿提出的解释之一是乞求 于一个以太模型。在这个模型中，密度可随物质分布变化的以 太能产生如同引力那样的效果。 牛顿风格的伟大力量在于，它使得人们有可能对与日常运 动相关的以及与观察到的外部世界的运动相关的各种不同的力 加以研究，而不必要求考虑在自然界中这样的力能否实际存在 (或确实存在)。在《原理》中，牛顿风格获得了成功，虽然在 彻底解决问题时（如对月球运动的情况）还有明显的失败。在 对光学的研究中，牛顿试图遵循相似的进展路线。但那题材被 ·13
□ 牛颜革命 证明是不完全服从牛顿风格的。因此，若想了解牛顿试图如何 按牛顿风格建立光学，有必要去读他去世以后出版的《光学讲 义》(Optical Lectures或Lectiones opticae)和某些有关光学的手 稿，如D·T·怀特赛德在《数学论文集》（Mathematical Papers)中做的那样。在已出版的牛顿的《光学》中，牛顿风格 只有依稀可辨的微细痕迹。《光学》是他以不同的模子铸成的。 所以它变成了一本以普通风格写成的关于实验的书，而不是说 明由具有想像构筑性质的数学技巧所精心创造的方法。而且事 实上，我们并非完全清楚哪些实验是牛顿实际上做过的，或是 精确地按他所叙述的方法做的。按照在动力学和天体力学中体 现的牛顿风格的意义，它在光学中实际上是不成功的，在牛顿 的物质理论中则是毫无结果的。根据这种分析，我认为，在17 世纪和18世纪的生物科学或生命科学中，没有发生类似于牛顿 革命的那种革命，这是显而易见的。 虽然本书集中讨论的是《原理》中的科学，但有些例子是 从牛顿科学的其他方面、从其他时期的科学以及从不同于动力 学和天体力学的其他物理学分支中引来的。我的信条是：对作 为一系列变革的科学变化进行分析是普遍适用的，并且有助于 我们理解构成科学思想上伟大革命的整体的每一细节和每一步 骤。 本书第二部分涉及到了科学思想史中的变革。科学变化的 这个方面是由考察牛顿对开普勒定律的处理来说明的。本书的 第二部分在许多方面是与第一部分相关的。讨论由相继变革构 成的科学革命，可以阐明以前对科学革命的讨论情况。在牛顿 建立的天体力学和他的以万有引力为基础的宇宙体系中，根据 开普勒定律完成的精心之作展现了早期的牛顿风格。我已写了 一本完全独立的书，专门讨论性质相同的一般主题即《科学革 命：历史、分析，以及名称和概念的重要性》(Revolution in Sci- 。14
序言口 ence:History,Analysis,and Significance of a Name and a Con- cept)。 我将本书的每一章划分成若干小节。这样，不希望了解每 一步讨论的读者可以找到满足自己兴趣和需要的那些部分。尽 管有些内容需要把各章联系起来互相参照，但我仍努力使每一 章独立（甚至不惜笔墨偶尔扼要重复在另一章中详细阐述过的 概念)。这样，阅读时就可以不必过分依赖于前面所讲内容。 我非常感谢曾一起讨论过这些思想的许多朋友、同事和学 生，尤为感激那些审阅过打字稿并且给我许多有益的建议的人。 他们是：洛兰·J·达斯顿(Lorraine J.Daston)、乔尔·吉努 斯(Joel Genuth)、厄曼·麦克马林(Ernan MeMullin)、西蒙 ·谢弗(Simon Schaffer)、迈克尔·香克(Michael Shank),特 别是怀特赛德。同时也非常感谢国家科学基金会(National Sci-- ence Foundation),在对艾萨克·牛顿的科学思想的研究中，在 对作为本书主要基础的牛顿《原理》的研究中，他们给予了支 持。我还要感谢斯潘塞基金会(Spencer Foundation)(芝加 哥)，在我对自然科学、物理科学与社会科学、行为科学之间的 历史关系的研究中，是他们给予了支持。正是这项研究，使我 懂得了一般科学革命的历史和性质，因而才能把科学革命与牛 顿联系在一起。 I·伯纳德·科恩 1980年7月 于马萨诸塞，坎布里奇 ·15·
目 录 总序… (1) 中译本序 …………孙小礼(5) 序言… ………(11) 第一部分牛顿革命和牛顿风格 第一章科学中的牛顿革命…… (3) 第一节科学革命的一些基本特点… (3) 第二节科学中的牛顿革命：牛顿科学的多样性… (9) 第三节新科学中的数学(1)：数的世界… (18) 第四节 新科学中的数学(2)：自然的精确定律 和原因的层次………“… (24) 第五节科学革命中的因果性数学科学… (36) 第二章科学革命和作为历史概念的牛顿革命… (43) 第一节革命的概念………… (43) 第二节引入革命的概念描述科学进步 4 (47) 第三节科学中的牛顿革命 (55) ·17·