牛頓以後的物理學及其哲學（二）
在第一部分，順著對光的探究，我們管窺了牛頓之後的物理學發展。牛頓之成為現代科學的奠基人絕不僅僅在於經典力學的建立，更在於科學方法的整合與完善，及其衍生出來的全新哲學。
在《與自然對話》的第三課，柯恩（I. Bernard Cohen, 1914-2003）的《新物理學的誕生》（The Birth of a New Physics）中，我們看到，現代物理學之新在於它所引入的數學表述，結合精巧滂薄的公理系統，成功搭建起現代科學的第一個理論——牛頓經典力學。同時，牛頓力學作為現代物理學的開山之作還引入了一套以簡潔為審美、以精確為追求、以實證為依歸的全新哲學。
從歷史的角度來看，牛頓所確立的方法論結合了西方自然哲學的兩大傳統，可以濃縮到牛頓之前的笛卡兒（René Descartes, 1596-1650）和培根（Francis Bacon, 1561-1626）身上。笛卡爾，以抽象數學為代表，是從古希臘柏拉圖以來斷續不絕的理性一端。他所提出的“機械世界觀”（mechanical philosophy）正是這一思想的集中體現；而培根所反映的則是在對亞里士多德的繼承和批判中產生的新思路——對實驗的極度重視。這是中古科學的一大貢獻，站在實證的另一端。牛頓的新方法正是這二者的結合，是古希臘理性之光的落地和人類自然觀測的昇華。
此後，數學與實驗的結合，它們的相互牽引和羈絆，成為現代科學發展的基因和動力。麥克斯韋完成了牛頓之後的第二次統一，把電、磁、光統攝於4條數學方程式之下。和牛頓一樣，這次新的統一簡潔而精確，預言了電磁波的存在，並衍生出巨大的實用價值，彷彿為光的波動本質蓋棺定論。光電效應正是這個完美圖景下的裂痕，是實證科學向數學理性的挑釁。它最終引導了一次理性的躍遷：現代科學接受了光的波粒二相雙重本質，以此為契機，開啟了量子力學的時代。從這個角度來說，儘管量子力學是對經典力學的推翻與重建，其內在精神卻一脈相承，是牛頓所開啟的現代科學之路，是數學和實驗結合的延伸。這也是我們在課上如此強調科學方法的原因所在，作為定位科學史的通識課程，我們並不著重知識層面，而試圖展示更為宏大的科學圖景，科學方法和精神正是貫穿和支撐這一圖景的脈絡和骨架，是更為底層的科學邏輯。
時至今日，物理學勿庸置疑地成為學術界的顯學，其影響無遠弗屆，早已超越學科本身，甚至超越科學，滲透到人類生活的方方面面。然而，牛頓力學的輻射，其不易為人覺察，又潤物細無聲之處，或許還在於他所帶來的世界觀的塑造。
回望現代科學的發端與起源，我們看到上帝的退隱、人類的覺醒。世界在人類的理性中祛魅，笛卡兒擺脫亞里士多德的“目的論”（teleology），提出“機械世界觀”，將宇宙視為一台環環相扣、因果相連的巨大機器，而牛頓力學就是此論述的明證。就像亞里士多德的“目的論”之於基督教信仰，機械世界觀和源遠流長的決定論（Determinism）形成天然同盟，隨著現代科學的發展，形塑了人類理解世界的不同維度。生物界的天性與教養（Nature vs. Nurture）之爭，哲學上決定論和自由意志（Free Will）的牽扯，乃至文化比較中的地理決定論，無不是這種世界觀的變形。
如果說量子力學在方法上延續了牛頓所奠定的現代科學精神；那麼在世界觀層面，它無疑背離了經典力學所背書的“機械觀”，將世界的不確定性確定地寫進了現代科學的數學表述中。20世紀之後的現代物理學呈現的世界並非一個如齒輪般環環相扣的機器，而是一個時空變換流動，連一粒電子都無法精確捕捉的宇宙。在薛定諤（Erwin Schrödinger, 1887-1961）寫下的波動方程裡，一粒電子就足以遍佈宇宙。“一沙一世界，一花一天堂，掌中握無限，剎那現永恆”（ To see a world in a grain of sand, And a heaven in a wild flower, Hold infinity in the palm of your hand, And eternity in an hour）的詩意竟無意間捕捉到物質世界的真諦。
有意思的是，不論是現代科學的奠基者牛頓和笛卡兒，還是量子力學的開創人愛因斯坦和薛定諤，他們都有意識地拒斥了世界觀的轉變。牛頓和笛卡兒服膺於上帝對宇宙的設計與構想，孜孜不倦地以理性彰顯神的大能；愛因斯坦和薛定諤擁抱確定的宇宙圖景，試圖發現上帝骰子之後的隱藏變量。就是這樣，偉大的人們一邊叛逆，又一邊帶著懷舊的鄉愁回望；他們的理性欣然跨越人類的認知邊界，而情感卻固執地留守原地；在理性和情感的交疊裡矛盾前行，書寫著現代科學的世界線。
我更願意說，現代科學所開啟的可能是一種更為開放的世界觀，是依託於數學的理性和實驗的求證，不被預設劃地為牢，探索、理解並接納自然呈現的任何可能性。當人類以我們卑微的時空尺度面對浩瀚宇宙時，能不卑不亢地凝視它，這，是否也是一種意志的自由？
參考資料：
陳方正，《繼承與叛逆》，北京：三聯書店，2011。
“Determinism” https://en.wikipedia.org/wiki/Determinism。
[1] 圖片來源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/73/Frans_Hals_-_Portret_van_Ren%C3%A9_Descartes.jpg。
[2] 圖片來源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5c/Somer_Francis_Bacon.jpg。
[3] 圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File: Erwin_Schr%C3%B6dinger_(1933).jpg。
[4] 部分說明參考了之前寫的另一篇小文章《物理學中的不確定性》。
