第二章定律规则 “如果在长期统治期间我学会了一件事,那便是我们 在被放在火上烤。 理论多么严重地偏离实际,他总是能改变至恰好似乎足以摆 脱其冲突。例如,他的运动论指明重物以和它们质量成正比 的恒速度下落。为了解释物体在下落时很清楚地增加速率 他发明了新的原理—当物体靠近其静止的自然地方时,它 更喜悦地前进,也就是加速。今天以这个原理似乎用来描述 某些人比描述无生命的物体更合适。尽管亚里士多德理论通 常只有很小预言价值,他的科学方法支配了西方思想界几乎 2000年之久。 希腊基督教继承者拒绝宇宙由中性的自然定律制约的观 念。他们还拒绝人类在宇宙中不占有优势地位的观念。尽管 中世纪并没有一个连贯的哲学体系,但基调是宇宙只是上帝 的玩具小屋,而宗教是远比自然现象更有价值的研究对象
大设计 按照教皇约翰二十一世指示,1277年巴黎主教滕皮尔居然发 表了应当予以谴责的219项错误或异端的清单。自然遵循定 律的思想是其中一项,因为那与上帝的万能相冲突。有趣的 是,数月后,教皇约翰的宫殿屋顶坠落将其砸死,这正是由 于引力定律的效应。 17世纪出现了自然定律的现代概念。开普勒似乎是第 个在现代科学意义上理解这个术语的科学家,尽管正如我们 说过的,他仍保留有物理对象的泛灵观点。伽利略 (1564~-1642年)在其大多数著作中不用“定律”这个术语 (尽管出现在那些著作的译本之中)。然而不管他是否用了这 个词,他的确发现了大量定律,并且提出观测是科学的基础 和科学的目标是研究存在于物理现象之间的定量关系的两个 重要原则。而第一位明确并严格地表述如我们理解的自然定 律概念的是勒内·笛卡儿(1596-1650年)。 笛卡儿相信,所有物理现象都必须按照运动物体碰撞来 解释,物体由三个定律——牛顿著名的运动定律的前身 来制约。他断言那些定律在所有地方和所有时间都有效,并 且明确说明服从那些定律并不意味着这些运动物体具有精 神。笛卡儿还理解我们今天称作“初始条件”的重要性。那 是描述在不管哪个我们想作预言的时间间隔的开端的一个系 统的状态。在给定一族初始条件下,自然定律确定一个系统 如何在时间中演化,然而若无特定的初始条件,演化就不能 被指定。例如,如果在零时间处于正上空的鸽子释放某物 那个落体的路径就由牛顿定理所决定。但是在零时间,鸽子 是静立在电线上还是以每小时20英里速度飞行,其结果将 大为不同。为了应用物理定律,人们必须知道系统是如何出 发,或者至少在一确定时刻的状态。(人们还可以利用定律 在时间中将系统向过去演化。)
第二章定律规则 随着重新相信存在自然定律,人们试图将那些定律和上 帝的概念相调和。按照笛卡儿的观点,上帝可随心所欲地改 变道德原则或者数学定理的对错,但不能改变自然。他相 信,上帝颁布自然定律,但不能选择这些定律,因为我们所 经验的定律是仅有可能的定律,他才挑出这些。这似乎有损 上帝的权威,但笛卡儿又论证说因为定律是上帝自身本性的 反映,所以是不能改变的,由此来躲避触犯上帝。如果这是 真的,人们也许会认为,上帝仍然具有创生种种不同世界的 选择,每一种对应一族不同的初始条件,但是笛卡儿又否认 这个。他论断道,不管在宇宙开端如何安排物质,随着时间 推移,它就会演化成和我们一样的世界。此外,笛卡儿感到 上帝一旦让世界启动,他就再也不管它了 艾萨克·牛顿(1643~1727年)采用类似的观点(有些除 外)。正是牛顿使其三大运动和引力的科学定律的现代概念 被广泛接受。这些定律解释了地球、月亮和行星的轨道以及 诸如潮汐现象。他创造的若干方程以及其后我们由此而推出 的精巧的数学框架,今天仍被讲授。无论是建筑师设计大楼 还是工程师设计轿车,或是物理学家计算如何把登陆火星的 火箭瞄准目标,都要使用这些东西。正如诗人亚历山大·波普 1688-1744年)说的 自然与自然的法则隐藏在黑夜里 神说:“让牛顿降生吧! 一切都是光明 今天大多数科学家会说,自然定律是一种基于观察到的 规律以及为超过它所基于的直接情形提供预言的规则。例 如,我们也许注意到,在我们生命的每天早晨,太阳都从东
大设计 方升起,并提出“太阳总是从东方升起”的定律。这是一个 推广,它超出我们对太阳升起的有限观测,并做出将来的可 检测的预言。另一方面,诸如“这个办公室中的电脑是黑色 的”陈述句,因为它只与办公室内的电脑有关,也并未做出 诸如“如果我的办公室买了一台新电脑,它必然是黑的”的 预言,所以它不是一条自然定律 我们现在对术语“自然定律”的理解是哲学家长期争论 的议题,它是一个比人们初想起来更微妙的问题。例如,哲 学家约翰·W·卡罗尔把“所有金球的直径小于1英里”的陈 述和诸如“所有铀235球直径小于1英里”的陈述进行比 较。从我们对世界的观察得知,没有金球可比1英里更大, 并且我们相当自信永不可能。尽管如此,我们没理由相信 不可能有这样的金球,所以该陈述不算是一条定律。另一方 面,因为根据我们有关核物理的知识,一旦铀235球长到大 约超过6英寸(1英寸=2.54厘米),它就会在一次核爆中自 投。因此我们确定,这样的球不存在。(尝试去制造一个也不 是个好主意!)所以,“所有铀235球的直径小于1英里”的 陈述可被认为是一条自然定律。因为这阐明了并非所有推广 我们的观察都可被认为是自然定律,而且大多数自然定律作 为更大的相互连结的定律系统的部分而存在,所以这种区分 关系重大 自然定律在现代科学中通常用数学来表述。它们既可以 是精确的,也可以是近似的,但是它们必须毫无例外地被观 察—如果不是普适的话,至少在约定的一族条件下必须如 此。例如,我们现在知道如果物体以接近光速的速度运动 牛顿定律必须被修正。然而我们仍然认为牛顿定律是定律 因为对于日常世界的条件,即我们遭遇到的速度远低于光速 时,至少在非常好的近似下它们成立
第二章定律规则 如果自然由定律制约,就产生了3个问题 1.定律的起源是什么? 2.定律存在任何例外即奇迹吗? 3.是否可能只存在一族定律? 科学家、哲学家和神学家以不同的方式讨论这些重要问 题,对第一个问题的传统答案—也就是开普勒、伽利略 笛卡儿和牛顿的答案—一定律是上帝的杰作。然而,这只不 过是将上帝定义为自然定律的化身。除非人们将其他某些诸 如作为旧约的上帝属性赋予上帝,利用上帝来回应第一个问 题,只不过是用一个神秘来取代另一个而已。这样如果我们 在回答第一个问题涉及上帝,真正的要害随着第二个问题而 来:是否存在奇迹,也就是对于定律有例外吗? 关于第二个问题答案的意见明显分歧。柏拉图和亚里士 多德,这两位古希腊最有影响力的著作家认为,对于定律不 存在例外。但是如果人们采纳《圣经》的观点,那么上帝不仅 创造了定律,而且可应祷告者的祈求而制造例外—使致死 的病症康复,提前结束干旱,或者重新把棒球游戏恢复为奥 林匹克项目。和笛卡儿观点截然相反,几乎所有的基督教思 想家都坚持上帝一定能够暂时中止定律以完成奇迹。甚至牛 顿也相信某类奇迹。因为一个行星对另一个行星的引力吸引 会引起轨道的扰动,这种扰动会随时间增大,而使行星要么 坠入太阳,要么被甩出太阳系,所以他认为行星轨道是不稳 定的。他相信上帝必须不停地重置这些轨道,或者“为天钟 上弦”以免其松弛。然而,皮埃尔-西蒙·拉普拉斯侯爵 (1749-1827年)—通常被叫做拉普拉斯——论断扰动会是 周期性的,也就是以重复的循环为标志,而非积累的。太阳