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牛顿手稿 牛顿提出的经典力学三大定律，成为物理学和工程学的基本定律。图为1685年牛顿以拉丁文写下的运动三定律原稿。
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从牛顿开始，科学研究有两条途径。第一条是数学的思维，纯粹理性的思考方式，不牵涉任何具体的空间、时间和个人。固然，数学中的几何学是讨论空间，而微积分本身就是讨论经过一段时间后数量的变化，而此处所谓的时空条件是讲人间的时空条件，不是讲思考方向的时空过程。数学超离时空，超离个人，超离其他一切牵涉的具体条件。数学成为思考工具的时候，我们才有纯理性思考的可能。第二条途径是归纳和实证。所谓归纳，是从相当数量的数据之中，寻找一些共同的现象，再以这些现象作为假设，用原来不在数据群中的新数据来检验提出的假设。证实之后，这个假设才能成立。依据实证的归纳法，今天许多科学学科，必须要借重严谨的实验过程，才能一步一步推演，发现现象和作出解释。上面所说的两种思考方式和形而上学〔2〕的纯逻辑的推论相比较，其研究方法和得出的结论是很不一样的。因此，牛顿的出现以及牛顿理论不可动摇之地位的确立应该是近代科学的起始。这一套近代科学研究方法至少维持了两百多年之久，要到19世纪，才会有另外一些更新的思考方式来弥补其不足，甚至改变它的一些基本假设。
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科学的发展改变了人类的生产和生活
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近代物理学提出的质和能的概念，必须依照数学能够达到的精确度进行测算。前面所说牛顿理论的基础也是数学，有了数学这个基础才能有物理学上热学、光学等多种学科的发展，而这些学科的发展，是近代机器产生的前提条件。
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和物理学有关的化学，是另外一门重要的学问。近代的化学扬弃了以前三个元素、四个元素，甚至中国人所谓五个元素（五行）的说法，提出了分子和原子的概念，才使我们能够真正认识物质的本质。玻意耳〔3〕、卡文迪许〔4〕和拉瓦锡〔5〕在实验中找到分子，作为物质元素的最小单位。化学家能够在实验中分离出氢和氧。他们开始理解一种种元素，理解它们如何互相组合而构成化合物。当时人类的知识能够编制元素周期表，将各种元素按照其性质排成行列，并且预留一些位置给还没发现的元素。这种分类法，是真正科学思考的结果。过去有“地水火风”或中国的“金木水火土”之类的粗糙分类法，经过实证的分类，它们终于完全被推翻。也因为有了这一套现代化学观念，才有后来一步步开展的化学工业。也因此，人类开矿得来的许多自然资源，能够经过分离还原成元素，经过再次合成后成为新的产品。直到18世纪以后化学工业才大量影响我们的生产业，今天我们的日常生活中无处不是化学合成的产物。
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生命科学方面，也是在16世纪，哈维〔6〕通过人体的解剖，实际考察了人类的身体结构，能够完全清楚地了解血液的循环。哈维的实证工作，在当时是甘冒生命危险的尝试，因为教会不允许任何人进行尸体解剖。哈维以后，医学的进步和对人体的了解是同步进行的，对人体多一点实证的了解，医学才多一分进步。列文虎克〔7〕对细菌的研究，也在生命科学中开启了另一个重要的领域，让我们了解到那么微小的微生物对我们人体有多大的影响。
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我刚刚说到，几个重要的科学领域都在16世纪奠定基础，发扬光大则是在18世纪以后。总结来说，伽利略的“日心说”、牛顿的经典力学三大定律，玻意耳寻找分子的化学研究以及生物方面经过人体解剖而获得的知识，这几个领域合在一起奠定了近代科学最重要的基础。从此以后，人类放弃了过去形而上学的思考方式，走入了科学宇宙观、科学生命观和科学人生观的广大天地。培根指出，这一切新的思考方式，不外是实证和归纳。
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欧洲近代科学和中国传统学术在宇宙观上的差异
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将欧洲近代科学和中国的传统学术思想对比一下，中国确曾有过许多很重要的科技贡献，但这些贡献，常常是从经验之中来，为了实用的目的逐步发明。例如，在数学方面，中国古代的算学，大多是为了实用的计算而发展——怎么量面积、体积，怎么计算数字，怎么编制历法，这些算学方面了不起的成就，都是从实用的观点着手，并不注意以理性为基础的理论研究，也没有严谨的归纳实证。中国的传统医学，也是累积经验进而归纳出若干病征的特点，也寻到若干可用的草药，但是每一桩都是个案，很少人能通过个案总结出一个通论，像张仲景《伤寒论》〔8〕那样的思考其实是不多的。中国药学方面最重要的著作是各种《本草》。明朝时，李时珍综合前人知识，编成《本草纲目》，是中国药学史上最重要的著作。可是李时珍的分类和欧洲林奈〔9〕的植物学研究成果相比，就有很大的差距。林奈的植物学是从植物本身的形状、性质、成长过程等入手，分出若干不同的纲、目、科、属、种，这种植物科目的分类奠定了后世植物演化谱系研究的基础。再以各种《本草》和林奈的植物学对比，我们也可以看见欧洲近代科学和中国传统学科之间的差异。有些人也把中国的儒学，尤其是理学中的“理”，比作西方世界的“reason”，尤其是培根所说的“reason”，其实两者并不完全契合。中国的“理”，是天造地设的，由宇宙本身的“道”呈现为“理”，因此有点像宇宙律。中国古代的观念，“道”不受人力约束，所谓“天法道，道法自然”，“不为尧存，不为桀亡”，乃是超越地呈现宇宙本体。宋代理学成为儒家正统，却将人际关系的伦理说成是这一超越的“道”和“理”，竟限制了“道”和“理”的超越意义。
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明万历刻本《伤寒论》 由东汉张仲景编著的《伤寒杂病论》，是我国第一部临床医学巨著。图为《伤寒杂病论》的《伤寒论》部分。
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欧洲近代科学的理性，也是一个自然运行的规律，不过，正如培根所说，后者是可以经过实证检验的，不是形而上学的演绎。李约瑟〔10〕所写的《中国科学技术史》，中文翻译叫做“科技史”，英文原题却是《工艺和文化史》。从中英文标题本身的区别就可以看出，中文里对科学的理解和西方主流文明对科学的理解，其实并不一致。近代的中国人，还是延续着清末的思想，要用西方的工艺技术，寻求强国富民之道。
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总结来说，从16世纪开始到18世纪发扬光大的近代科学，应该是现代人类文明发展的重要阶段。下一章我们会谈到这些科学发展与社会经济的关系。
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〔1〕 伽利略（Galileo Galilei，1564—1642年） 意大利物理学家、天文学家。他在天文学上的重要发现有力地证明了哥白尼的日心说。
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〔2〕 形而上学 在哲学史上，指研究超感觉的、经验以外对象的哲学。
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〔3〕 玻意耳（Robert Boyle，1627—1691年） 英国化学家、物理学家。他将当时习用的定性实验归纳为一个系统，首次引入化学分析的名称，成为分析化学研究的启蒙者。著有《怀疑的化学家》。
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〔4〕 卡文迪许（Henry Cavendish，1731—1810年） 英国物理学家、化学家。1798年，他用扭秤实验验证了万有引力定律；在化学上，他证明了水和空气的组成。著有《关于空气的实验》等。
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〔5〕 拉瓦锡（Antoine Laurent Lavoisier，1743—1794年） 法国化学家，近代化学的奠基人之一，“燃烧的氧学说”的提出者。拉瓦锡与他人合作制定出化学物种命名原则，创立了化学物种分类新体系。著有《物理化学和化学概论》和《化学基本教程》等。
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〔6〕 哈维（William Harvey，1578—1657年） 英国医师，实验生理学的创始人之一。他首次证实了动物体内的血液循环现象，并阐明心脏在其中的作用。发表了《动物心血运动的解剖研究》《论动物的生殖》，推动了生理学和胚胎学的发展。
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〔7〕 列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek，1632—1723年） 荷兰显微镜学家，微生物学的开拓者。
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〔8〕 《伤寒论》 《伤寒杂病论》的伤寒部分，东汉末张仲景著。这本书总结了汉代以前的医学成就，是现存中医学中最早系统论述外感疾病的重要文献，对后世医学发展起着巨大作用。
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〔9〕 林奈（Cart von Linne，1707—1778年） 瑞典植物学家、自然学者。他创立“双名命名制”，将以往紊乱的植物名称归于统一，对植物分类研究的进展影响很大。著有《自然系统》。
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〔10〕 李约瑟（Joseph Needham，1900—1995年） 英国科学家、中国科技史研究专家、胚胎生物化学创始人，所著《中国科学技术史》指出中国古代科学技术曾极大地影响了世界文明的进程。
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