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科学哲学 第六章 物理学、生物学和心理学中的哲学问题
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迄今为止我们所探讨的问题——归纳、解释、实在论和科学变迁——都属于所谓的“一般科学哲学”。这些问题都是关注一般意义上的科学探究的本质，而不是特别地与（例如）化学或地质学相关的本质。然而，特定科学中也有许多有趣的哲学问题，这些问题属于我们所说的“特殊科学的哲学”。这些问题通常部分依赖于哲学沉思，部分依赖于经验事实，从而十分有趣。在本章中，我们要考察分别来自物理学、生物学和心理学的三个这类问题。
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科学哲学 莱布尼兹VS.牛顿：关于绝对空间
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我们的第一个主题是关于17世纪两个杰出科学家——莱布尼兹（1646——1716）和牛顿（1642——1727）之间就时空本质的争论。我们将主要关注空间问题，而时间问题也与此紧密相关。在其著名的《自然哲学原理》一书中，牛顿为一种被称为“绝对主义者”的空间观念进行了辩护。根据这种观点，空间拥有一种“绝对”存在，超越于各种物体的空间关系之上。牛顿把空间看做一个三维的容器，上帝在创造世界的时候把物质世界放在其中。这就意味着空间在有物体之前就已存在，正如在把食品放进食品盒之前该容器就已经存在一样。根据牛顿的看法，空间与食品盒之类的日常容器之间的区别仅在于，日常的容器显然尺寸有限，而空间却在每个方向上都无限延伸。
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莱布尼兹强烈地反对这种绝对主义的空间观和牛顿哲学中的许多其他观点。他认为空间仅是由物体间的空间关系构成的集合。“上”“下”“左”“右”就是空间关系的个例——它们是物体相互之间具有的关系。这种“关系论者”的空间概念意味着，在有物体之前空间并不存在。莱布尼兹认为在上帝创造物质世界之时，空间才开始存在；空间并不是预先存在着并等待物体填充进去。所以把空间设想成一个容器甚或任何种类的实体都不是有效的想法。可以通过一个类比来理解莱布尼兹的观点。一份合法的合同由两方——如一所房子的买方和卖方——之间的关系构成。如果其中一方去世，合同便终止。所以，说合同独立于买卖双方间的关系而存在是不切实际的——合同就是这种关系。同样，空间也不是什么超越于物体间的空间关系而存在的东西。
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牛顿引入绝对空间的概念主要是为了区别绝对运动和相对运动。相对运动是一个物体相对于另一物体的运动。就相对运动而言，问一个物体是否“真正”在运动是没有意义的——我们只能问它是不是相对于另一物体在运动。想象一下，两人沿着一条直道一前一后慢跑着，相对于站在路边的旁观者，这两个人明显处在运动中：他们正离得越来越远。但是这两个慢跑者相对于彼此却没有运动：只要他们保持同样的速度跑向同一方向，他们的相对位置就仍然不变。所以一个物体相对于一物可能处于运动之中，而相对于另一物却处于静止状态。
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牛顿相信，绝对运动同相对运动一样也是存在的。常识支持这种观点。直观上，问一个物体是否“真正地”在运动确实是有意义的。想象处于相对运动中的两个物体——如一架空中的滑翔机和地面上的一位观察者。现在相对运动是对称的：正如滑翔机相对于地面上的观察者是运动的，地面上的观察者相对于滑翔机也是运动的。但是问以下问题是否确实有意义：观察者或滑翔机，或者两者，是否“真正地”在运动？如果确有意义，我们就需要绝对运动的概念。
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绝对运动到底是什么？在牛顿看来，它是相对于绝对空间自身的物体运动。牛顿认为在任何时间，每个物体都在绝对空间中有一个特定的位置。如果一个物体从一个时刻到另一个时刻在绝对空间中改变了位置，该物体就处于绝对运动状态；反之，则处于绝对静止状态。所以为区分相对运动和绝对运动，我们需要把空间看做一个绝对的实体，超越于物体之间的关系。请注意，牛顿的推理依赖于一个重要的假设。他毫无疑问地假设所有运动都是相对于某个参照物的。相对运动是相对于其他物体的运动；绝对运动是相对于绝对空间自身的运动。所以在某种意义上，对于牛顿来说，即使绝对运动也是“相对的”。实际上牛顿是在假设，处于运动状态，不论绝对运动还是相对运动，不可能是关于物体的“原初事实”；它只能是关于物体与其他事物间关系的事实。这里的其他事物可能是另一个物体，也可能是绝对空间。
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莱布尼兹承认，在相对运动和绝对运动之间存在着区别，但是他反对把绝对运动解释为与绝对空间相关的运动。他认为绝对空间的概念是不严密的。对此，他作了大量论证，其中许多在本质上是神学的。从哲学的观点看，莱布尼兹最有趣的论证是，绝对空间与他所说的不可区分事物的同一性原则（PII）相矛盾。莱布尼兹认为这条原则毋庸置疑是正确的，所以他拒斥绝对空间的概念。
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不可区分事物的同一性原则指的是，如果两个物体不可区分，它们就是同一的，即它们实际完全是同一个物体。说两个物体不可区分意味什么呢？这意味着根本不能在这两者之间找到任何区别——两者具有完全相同的属性。所以如果该原则是真的，那么任何两个真正不同的对象必须至少在一个属性上不同——否则它们就是同一个而不是两个物体。不可区分事物的同一性原则在直观上非常具有说服力。找到两个不同的物体共同具有所有属性的例子当然不容易。甚至工厂里大批量制造的两个产品通常也会在许多方面不同，即便这些差别不能通过肉眼观察到。该原则总体上是否正确，是哲学家们仍在争论的复杂问题；答案部分取决于究竟什么能被算做“属性”，部分取决于量子物理学中的疑难问题。但是我们目前关注的是莱布尼兹对这条原则的应用。
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莱布尼兹用了两个思想试验来揭示牛顿的绝对空间理论和不可区分事物的同一性原则之间的矛盾。他的论证策略是间接的：为了论证，他假设牛顿的理论正确，然后他力图证明这一假设会带来矛盾；矛盾不可能为真，所以莱布尼兹的结论是牛顿的理论必为假。回想一下牛顿的观点，他认为在时间上的任何时点，宇宙中的每一个物体在绝对空间中都有一个确定的位置。莱布尼兹要我们设想两个不同的宇宙，其中包含有彼此完全相同的物体。在宇宙1中，每个物体在绝对空间中都占据一个特定的位置。在宇宙2中，每个物体在绝对空间中都被移到了一个不同的位置，（例如）向东移了两英里。没有任何方式可以区分开这两个宇宙。因为正如牛顿自己所承认的，我们不能观察到绝对空间中物体的位置。我们所能观察到的只是物体相对于其他物体的位置，而这些位置没有变化——所有物体在移动的量上都相同。任何观察和实验都永远不能揭示出我们是生活在宇宙1还是宇宙2中。
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第二个思想试验与第一个相类似。回想一下牛顿的理论，他认为一些物体在绝对空间中移动而另外一些物体处于静止状态。这就意味着在每一时刻，每个物体都有一个确定的绝对速度。［速度（velocity）是在一定方向上的速度（speed），所以一个物体的绝对速度是该物体在绝对空间中一定方向上的移动速度。绝对静止的物体绝对速度为零。］现在想象有两个不同的宇宙，它们之中有完全相同的物体。在宇宙1中，每个物体都有一个特定的绝对速度。在宇宙2中，每个物体的绝对速度都增加了一个固定的量，比如说（增量为）在一个规定的方向上每小时300公里。我们还是永远不能区分开这两个宇宙。因为正如牛顿自己所承认的，我们不可能观察到一个物体相对于绝对空间的移动速度。我们只能观察到物体相对于其他物体来说移动的速度——而这些相对速度将保持不变，因为每个物体的速度都增加了完全相同的量。没有任何观察和实验能够揭示出我们是生活在宇宙1还是宇宙2。
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在上述每个思想试验里，莱布尼兹都描绘了两个宇宙，用牛顿自己的理论永远无法区分开——它们完全不可分辨。但是根据不可区分事物的同一性原则，这就意味着这两个宇宙实际上是同一个。所以结果就是，牛顿的绝对空间理论是错误的。还可以用另外一种方式来看待这一点：牛顿的理论暗示，处于绝对空间中某一处的宇宙与移动到不同处的该宇宙之间有真正的差异。但是莱布尼兹指出，只要宇宙中每个物体位置移动的量相同，这种差异就完全不可觉察。如果在两个宇宙之间觉察不到任何差异，它们就是不可区分的，不可区分事物的同一性原则告诉我们，这两个宇宙实际上是同一个。所以牛顿理论的一个错误是：它在只有一个事物的时候认为有两个事物存在。绝对空间的概念因而与不可区分事物的同一性原则相冲突。莱布尼兹的第二个思想试验逻辑与此相同。
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实际上，莱布尼兹是在声称绝对空间是一个空概念，因为它不能在观察上作出区分。如果既不能觉察到绝对空间中物体的位置，也不能觉察到相对于绝对空间的物体速度，那又为什么要相信绝对空间？莱布尼兹在此诉诸一个非常合理的原则，即仅当不可观察的实体的存在会带来能够观察到的差异，我们才应该在科学中假定该实体存在。
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但是牛顿认为他能够揭示绝对空间确实有可观察的效应。这就是他著名的“旋转桶”论证的要点所在。他让我们想象一个装满了水的桶，它由一根穿过位于其底部的一个孔洞的绳子悬挂着（见图12）。
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图12 牛顿的“旋转桶”试验。在步骤i，桶和水都静止；在步骤ii，桶相对于水在转；在步骤iii，桶和水协力地转动。
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最初水相对于桶处于静止状态，然后绳子被搓动了许多次再放开。随着绳子的展开，桶开始旋转。起先，桶中的水保持静止，水面是平的；桶相对于水在旋转。但是稍后，桶把它的运动传递给水，水也开始随着桶协力旋转；桶与水相对于彼此又静止了。操作显示，之后水面如图所示在桶边处向上凸起。
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是什么造成水面的隆起？牛顿问道。明显这与水的旋转有关。但旋转是运动的一种类型，而对牛顿来说，物体的运动总是相对于其他物体的。所以我们必然要问：水相对于什么在旋转？显然不是相对于桶，因为桶和水在协力旋转，因而它们之间相对静止。牛顿认为水是相对于绝对空间在旋转，并且这导致了水面的向上凸起。所以绝对空间的确在事实上有可观察的效应。
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你也许会认为牛顿的论证中有个明显的缺陷。就算水不是相对于桶在旋转，为什么就能得出一定是相对于绝对空间在旋转？水的旋转是相对于做这个实验的人，相对于地球的表面，以及相对于固定的星辰，是否其中的任何一个当然都有可能导致水面的隆起？牛顿对这一运动有个简单的回答。想象一个只包含该旋转的桶的宇宙。在这个宇宙中，我们不能用水是相对于其他物体在旋转来解释水面的隆起，因为不存在其他物体，并且与之前一样，水相对于桶是静止的。绝对空间是剩下的水的旋转唯一可以相对的东西。所以我们必须相信绝对空间，不然就不能解释为什么水面会隆起。
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实际上，牛顿是在说，尽管一个物体在绝对空间中的位置和它相对于绝对空间的速度不能被觉察到，但说出一个物体相对于绝对空间何时在加速却的确可能。因为当一个物体旋转时，根据定义它就在加速，即使旋转的速率不变。这是因为在物理学上，加速度被定义成速度变化的比率，并且速度是一定方向上的速度。旋转的物体一直在改变着运动的方向，结果就是它们的速度不是不变的，因此它们在加速。隆起的水面恰恰就是所谓“惯性效应”——由加速运动产生的效应——的一个例子。另外一个例子是当飞机起飞时，你所获得的被推向椅背的感觉。牛顿坚信，惯性效应的唯一可能的解释是，经受那些效应的物体相对于绝对空间在加速。在一个只有加速物体的宇宙中，绝对空间是加速度唯一能够相对的。
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牛顿的论证很有力，但不能说服人。因为如果旋转桶试验是在一个没有其他物体的宇宙中完成的，牛顿如何知道水面会向上隆起？牛顿想当然地假设，我们在这个世界中所发现的惯性效应在没有其他物体的世界中也会保持不变。这明显是个非常重要的假设，许多人已经质疑牛顿有何理由如此设想。所以，牛顿的假设不能证明绝对空间的存在。相反，它为莱布尼兹的辩护者平息了来自外界的一种挑战，即要求他们提出惯性效应之外的替代解释。
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莱布尼兹也面临着不借助绝对空间来解释绝对运动和相对运动之间区别的挑战。在这个问题上，莱布尼兹撰文称，“当实体变化的直接原因在实体本身时”，该实体就在真正地或绝对地运动。回想一下滑翔机和地面上的观察者的例子，相对于彼此，两者都在运动。为了确定哪个在“真正地”运动，莱布尼兹会说我们需要确定变化（即相对运动）的直接原因是在滑翔机、观察者还是这两者。这种关于如何区别绝对运动和相对运动的提议，避免了一切对绝对空间的参照，但是却很不清晰。莱布尼兹从未严格地解释过在一个物体中“变化的直接原因”是什么意思。但是也许他的意图是要拒斥牛顿的假设，即一个物体的运动，不管是相对运动还是绝对运动，都只能是关于该物体与其他物体间关系的一个事实。