启蒙是人类脱离自我加之于己的蒙昧的行动。这种蒙昧是自我强加的，因为它的原因不是缺乏智力，而是没有勇气无须别人的指导而自己思考。敢于求知！这就是启蒙运动的口号。
——康德（1783）
第六章 18世纪——分离的世纪近代科学在文艺复兴运动中萌芽，在早期仍与养育它的社会背景缠绕在一起，然后科学的各部门逐一从这背景中分离出来，走上相对独立发展的道路。“分离”的含义表现在以下方面：科学作为人类求真的活动与其他活动相分离，作为意识形态与生活和生产实践相分离；作为特殊的意识形态与社会意识形态相分离（主要是宗教、自然哲学和各种神秘主义）；科学内部各分支彼此间逐步分离，并由力学、光学、电磁学、化学、地质学、生物学……依次从社会背景中分离出来。
分离是18世纪“科学与文化的足迹”的主流。另一方面，18世纪同样有科学与社会文化背景的相互作用，这首先指科学与启蒙运动的关系，其次是第一次工业革命及其影响。正是法国革命和工业革命共同产生了经济上的个人主义和政治上的自由主义的理论和实践[1]。最后还要述及社会文化思潮对科学技术的反动。
据此，本章分为三节：分离运动、第一次工业革命以及启蒙运动与机械力学。
第一节 分离运动一、分离运动的旗手——物理学在物理学各分支中率先从文化背景中分离出去的是力学，因而严格地说，力学才是分离运动的旗手，同一时期的电磁学和热学仍与那些非科学的旧观念有千丝万缕的联系。
科学的独立从17世纪或更早期就开始了。首先是力学。力学最先普遍使用实验方法和数学方法，渐次与生产实践相分离，普遍化程度越来越高，同时也日渐抽象。力学的陈述体系逐步剔除宗教和自然哲学色彩，成为一种特殊的意识形态。进入18世纪，力学继续沿着这条道路前进，其标志是数学化，以微分方程形式达到普遍化程度极高的概括。
力学在这一时期的发展主要有法国大数学家拉格朗日创立变分学，把微分方程系统化以应用于物理学中。他的工作经哈密顿发展，在20世纪的量子力学中仍有其生命力。拉格朗日还解决了复杂的三体相互作用问题。拉普拉斯用微分学重新诠释牛顿的《原理》，他证明行星的运动是稳定的，由相互影响或彗星等造成的摄动只是暂时的。牛顿不必担心摄动的积累，也无需上帝时而出来干预以维持秩序。这样，整个宇宙就较之牛顿时代更是一架时钟，只需上帝在一开始上紧发条就可以一直走下去。甚至这一点也免了：康德—拉普拉斯的星云假说把太阳系的起源完全归于自然（当然，这还是机械论的）。康德表示：“给我物质，我就用它造出一个宇宙来。这就是说，给我物质，我就给你们指出宇宙是怎样形成的。”拉普拉斯则在拿破仑问及造物主时答道，“我用不着那样的假设”。
分离的旗手为何是力学而不是其他学科？因为在科学的各分支中，力学所涉及的量纲最为简单，仅m、L和t，最容易从特定对象及其语境中分离出来而成为非嵌入编码知识，后者又可应用于广泛领域。正因为此，所以近代科学革命在“黑屋子”里最先打开的“窗”是机械之窗。其实，早在公元前3世纪，几何学已经完成了分离，仅涉及L等。分离的次序，大致就是量纲由简到繁。量纲越复杂的领域，知识较深地嵌入于对象之中，以先分离者即由较简单的对象所得到的非嵌入编码知识作为自身分离的前提和基础。李约瑟曾有言：如果近代科学起源于中国，那么一开始很可能不是力学，而是电磁学。理由是中国传统文化与电磁学中的场和吸引与排斥较为吻合。撇开其他因素不论，李约瑟显然没有考虑量纲，是否存在没有几何学和力学的电磁学？相应于西方文化在人的三大关系上的路经，起源于西方的科学的道路也沿着由简到繁的行程。
这一时期的电磁学尚处于搜集资料的阶段。16世纪，吉尔伯特因对磁的开创性工作被誉为“磁的哲学之父”。17、18世纪在静电的研究上有所发展，其中比较突出的有莱顿瓶的发明和富兰克林著名的风筝实验，后者证明天上的电与地上的电的同一。雷电从来带有神秘色彩，或是宙斯的武器，或是地域之火，或是上帝的惩罚。当时皇家学会有会员说，“这位先生竟想把上帝与雷电分家，真是痴儿做梦”[2]！著名的政治家、法国经济学家杜尔哥则对富兰克林，这位美国杰出的政治家、科学家写下这样的评语：“他从天空抓到雷电，从专制统治者手中夺回权力”[3]。1750年英国的米歇尔发现磁的作用力的形式与万有引力一致，故当时人们认为磁力与万有引力同属一类，是无需介质与时间的超距作用。1785年，法国的库仑揭示库仑定律，于是距离平方反比成了各种力的“范式”。同时，电和磁同性相斥异性相吸的特征成了新自然哲学灵感的源泉和构造体系的出发点。在科学与其他意识形态相分离后，这种情况是相当特殊的。将于下一章讨论。
在热学领域，这一世纪的上半叶先后确立了华氏温标和摄氏温标。英国的布莱克对热学的发展作出较大的贡献。首先他区分了温度和热量，正确地把温度称为热的强度。其次，他提出比热和“潜热”概念，后者对于瓦特改进蒸汽机具有关键作用。
18世纪也展开对热的本性的研究。有人主张，热是微粒的运动。如F·培根、牛顿、欧拉、罗蒙诺索夫等。问题是，是什么微粒在运动？既然古代原子论者可以为灵魂设计出特别精细的原子，莱布尼兹的单子各有不同，波义耳在化学中提出火微粒，那么对于热也是如此。伽桑狄提出，冷和热分别由冷原子和热原子引起。热质说的倡导者布莱克认为，热是物质粒子。这些说法都是将某种性质赋予微粒，是“质的物理学”与微粒论的结合。在波义耳提出科学的元素概念后，人们开始去分析、发现种种不能再分析的物质。于是，那些一时难以说清楚的现象、过程便归结到种种赋予特殊性质的“素”或“质”，如热质、以太、电流体，还有燃素。这里的指导思想大致是自然哲学与近代科学精神的混合，或更确切地说，是“质的物理学”寄生于以具体的物质来说明性质的近代科学之上。发现某种特性，推测存在某种物质具有该特性，这不失为一种假说，较之“质的物理学”以性质说明性质前进了一步。作为假说，就具有解释功能，可以说明现象，如燃素说、热质说等；同时还具有引导功能，例如引导去发现实物（居里夫妇对于放射性元素的研究），以及得出正确定理，如卡诺在热质说指导下的工作；然而最终须发现该实物，并进而说明其所以具有某种性质的原因。若是停留于假说，不去发现实物，那就是把性质实体化，堵住了科学前进的道路。不仅如此，为了以热质、燃素、以太等说明现象，不得不给假说中的实物加上种种神秘的特性，诸如弥散性、穿透性、零重量甚至负重量等。这种不顾经验事实的臆造显然不属近代科学精神，由此又一次说明革命的过渡特征。
现在具体来看热质。热质说认为热本身无重量，无体积，具有广泛渗透性。热可与冰化合成水，与水化合成汽。拉瓦锡在化学中驱逐燃素，又把热质作为独立的元素请进化学的殿堂。“热素和光是非常微细的、非常有弹性的、没有重量的流体，它由四面八方包围我们的星球，或难或易地渗透到一切物体和它的组成部分里。”[4]由此可见自然哲学的影响。然而热质说作为一种假说，也引导发现了混合量热规律、热传导方程以及卡诺热机理论。对热的本质的进一步揭示要等到19世纪初。
二、化学革命：由燃素说到氧化学说18世纪是燃素说的时期。化学“借助燃素说从炼金术中解放出来”[5]。医疗化学时期也随之终结。在本世纪的最后30年中，拉瓦锡以氧化学说迎来化学的新时期。
1661年，波义耳的“火素”概念已含有燃素说的萌芽。斯塔耳在1703年提出，有一种实在的具有可燃性的元素即燃素，并以此解释当时所知的大多数化学现象，从而使化学系统化，从炼金术中解放出来，并由医疗化学转变为独立的学科。
舍勒和普利斯特列分别在18世纪70年代发现氧气，但都在燃素说的框架内解释所得到的发现。拉瓦锡在研究中体现了可贵的怀疑精神。“假若有燃素这样的东西，我们就要把它提取出来看看。假若的确有的话，在我的天平上一定能觉察出来。”这无疑是牛顿所倡导的近代科学的观念体系，是实证科学的研究道路。拉瓦锡改进了普列斯特列等人的实验，于1783年提出氧化学说，继而在法国大革命的同年1789年出版他的名著《化学纲要》。在《化学纲要》中，拉瓦锡按新的理论体系对化学作了全面系统的总结，明确提出质量守恒定律，化学最终成为近代科学意义上的一门科学。第五章中提及，17世纪科学革命以及牛顿的综合并不是在全部科学领域，而主要是在天文学和力学。现在我们看到，这场革命在化学领域也已结出丰硕成果。
自然，拉瓦锡也有其不足之处，如他把氧作为酸的本原，妨碍了尔后对盐酸、氯气等的研究。此外如前述，他视热、光为元素。我们不理解为何拉瓦锡认可热的“零重量”，而不在他的天平上把它秤出来。
三、步履维艰的生物学生物学由于涉及生物，涉及人自身，因而历来与社会科学紧密相关；由于生物学研究的对象较物理学、化学复杂得多，再加上研究刚刚起步，因而18世纪的生物学内部多条线索纠缠不清，并与当时的种种社会意识形态缠绕在一起。具体说，在生物学内部有自然分类和人为分类、生生说与自然发生说以及预成论和渐成论这三条线索，在各种意识形态中有宗教、启蒙运动和法国大革命、机械自然观以及自然哲学和浪漫主义，所有这些都极为复杂地缠绕在一起。18世纪的生物学正是在这种情况下步履维艰地前进，逐步从其背景中分离出来的。以下由预成论和渐成论等三条线索来说明上述过程。
亚里士多德提出两种可能的发育模式，一种是预成论，认为微形个体在卵子或精子阶段即已存在，经适当刺激发育为成体；另一种是渐成论，主张有机体在形成时是一团没有分化的物质。经由若干阶段才长出新的部分。亚里士多德倾向于后者。通常被认为是机械论者的哈维试图为此寻找观察依据，通过对鸡受精卵发育的研究确信发育是一个逐渐形成的过程。
具有讽刺意味的是，显微镜的使用不仅未支持渐成论，相反推进了预成论的流传。由于早期显微镜有较大误差，以为被观察物本身有结构组织。马尔比基宣称，他在未经孵育的蛋中看到了预成的小鸡。1688年，施旺麦丹从昆虫的变态过程中得出同样的认识。马勒伯朗士是法国哲学家、神父、笛卡尔的信徒，他将这种模糊的预成论概括成具有哲学和神学意义的理论，推广到所有生物，并使之成为神学教义的支柱。亚当和夏娃确是所有人的祖先，上帝在那最初六天内的创造物即决定了至今所有的一切。这后一点显然与当时流行的机械论相默契。机械论认为，胚胎是一个无穷系列。犹如在大盒子里套着小盒子，小盒子里还有更小的盒子，等等，这是有秩序的，有规律的以及决定论的，而渐成论则难以理喻。在整个17世纪和大半个18世纪，预成论占了压倒优势。“为了具有数量上的精确性”[6]，有一位哈特索克还计算了上帝创世时第一代兔子要达到多大体积，才能容纳以后所有的兔子。有些人甚至连通过显微镜的那一端进行观察都不知道。
1759年，沃尔弗发表题为《发生理论》的论文，一方面指出，科学家唯一追求的是真理，应以科学而不是神学为依据；另一方面，他又信奉当时在德国逐步流行开来的自然哲学，认为万物由于自身内部的动力而有一个发生、发展的过程，应用到生物学，便“可得出结论说，身体上的各个器官并不始终都是像现在这样存在着，而是逐步形成的”。18世纪后期，渐成说随着自然哲学的复苏而地位日盛，这还由于生命科学“是一门年轻而渗有人类自我意识的科学”[7]，因而比其他学科更厌恶机械论。到19世纪，显微镜得到改进，渐成论得到观察证实。这是一个有趣的过程，先由观察误差导致科学上的错误认识，后者又被纳入到神学体系中，然后由于观念的改变形成新的认识，最后才由改进后的显微镜观察证实。这种特殊的发展过程打上了时代的烙印。
预成论与渐成论之争也关系到生物学的其他领域。沃尔弗认为，各种生物在未分化时本质上是相同的。他根据自然哲学的传统，要为各种生物寻找原始的未经分化的状态或“原始模式”，这就隐含地通往细胞学说和进化论，同时也意味着各种生物都有亲缘关系，从而倾向自然分类法。
亚里士多德对生物分类做了大量工作，提出“自然的等级”和“生物的巨大链条”这两个概念，为以后的分类提供了较为正确的框架。时至近代，一方面新发现的动植物越来越多，另一方面又构思出形形色色奇特的上帝创造物，如独角兽等。生物学家迫切要求区分事实与虚构，并对生物作系统的分类，使之有序化，以此领悟上帝之伟大。
17世纪末，雷迪提出某种自然分类体系，根据种子来定义物种。他认为由于上帝已把自然界中生物的所有等级填满了，因而物种间有中间类型，不会有巨大空缺。同时，因为上帝在第七天就休息了，因而物种数目从此不变。这里既有亚里士多德的“链条”概念，也有圣经和宗教的宿命论。
林耐在1735年出版了他的影响久远的《自然体系》，系统地提出了人为分类法。他的双命名法较自然分类法远为简便可行，得到广泛接受，成为标准的命名法。林耐认为“分类和命名是科学的基础”[8]。布丰反对人为分类法，认为自然界没有栅栏。人为分类的“错误在于不了解自然的过程，这种过程总是循序渐进的”[9]。为了不致招来反对，这位博物学家不得不一再添加上这样的字样：如果我们不是因为神的启示而悟到这种联系是不可能的话，我们就会以为……人为分类法强调物种间的差异，或曰“非此即彼”。只要不涉及物种可变，上帝并不介意自然分类或人为分类。
自然分类法由于认为物种紧密相连，而易于接受物种可变的观念，人为分类法则因强调物种间的差别而与物种不变的观念相通。两种分类法本身并无机械与辩证之分，但相应地易于导致或认同辩证或机械的观点。顺便指出，林奈在《自然体系》的第十版中删去了造物主创造的物种始终不变及不能产生新种的断言。他认识到，他的体系只有在自然系统发现前才有用。前者只告诉我们如何辨认植物，后者却告诉我们植物的本性。
一个有趣的事实是，接受牛顿机械力学的启蒙运动者却对被认为属机械论体系的人为分类法十分厌恶，因为这意味着社会中等级之间的鸿沟同样是不变的。
生生说与自然发生说之争也与生物学内外各种线索纠缠在一起。古代流行自然发生说，大地乃万物之母，泥土能生跳蚤、虱子。教会也试图把自然发生说纳入教义中。诺亚方舟中只有少数几种生物，何以现在有那么多生物呢？教士们解释说，没有必要把许多动物都藏在方舟里。因为许多其他动物的产生不需要父母，而是由腐败物自生的[10]。曾做过柳树实验的范海尔蒙曾作过用一箱脏东西“产生”老鼠的表演，甚至牛顿也对此类新神话作了贡献，认为植物由逐渐变弱的彗星尾巴所形成。17世纪，雷迪等人以一系列实验驳斥自然发生说。一直到19世纪，巴斯德以其无可争辩的实验彻底否定了当时的自然发生说。他说，“受到这样一个简单实验的致命打击后，自然发生说将永远不得翻身”。同时他也明智地看到，“就目前科学的状况来说……生物的自然发生只能是个幻想”[11]。
刚才述及，宗教本已对自然发生说作了解释，并攻击雷迪的实验，谴责他为无神论者；而一旦生生说——即生物不能来自自然，生物只能来自生物——站住脚，宗教即转而以此论证上帝创造万物，至今不变，并反对自然发生说。在自然发生说中还可见从古代传说、神话、原始宗教一直到自然哲学的印记。17世纪德国哲学家莱布尼兹的单子论，特别是其中的生命单子即可成为自然发生说的哲学论据。尼达姆认为“在物质的每个微点中，以及在组成动植物结构的每个可见的丝状体中，都有一种能生长的力量”，生物死亡后即缓慢分解出一种相同的要素，即“一种宇宙的种子”，从这“生命的源泉中”，“微粒可能又回复到原样，然后上升为新的生命”[12]。最后，在自然发生说与生生说的争论中还可瞥见朴素唯物论者立场的变化。17世纪，坚持唯物立场的雷迪主张生生说，同时机械论者也偏爱生生说。这不仅由于自然发生说既有神学辩护，又有神秘色彩，而且难以捉摸，显得无序，没有规律。到了19世纪，生生说占上风，宗教也作了新的诠释，福格特和海克尔等唯物主义者转而反对生生说，维护自然发生说，认为这是对生命来源最自然的解释。
由以上对于这一时期生物学错综复杂的发展过程的回顾大致可得出两点认识。首先，判断某学说正确与否的最终依据是实践，而不是按照其是否符合唯物主义或辩证法，也不因其为宗教支持与否衡量其错误与正确。持唯物主义立场的科学家先支持生生说，反对自然发生说，后又拥护自然发生说。宗教先反对生生说，转而又为之叫好。因而，在科学研究中必须坚持实践是检验真理的唯一标准。然而，由于一定时期实践本身的局限，实践的检验又是相对的。我们已经看到粗陋显微镜的使用支持预成论，看到巴斯德的实验，前者到18、19世纪已得到纠正，后者在20世纪也有了突破。
其次，必须认识到理性思维指导的重要性。在18世纪生物学的发展中，渐成论即是在自然哲学指导下得到发展的。理性思维能引导科学家提出假说，指导实验。唯物主义和辩证法固然不能作为最后判断的依据，但在科学发展中能起到其他意识形态如宗教、唯心主义、机械论等所不能起到的正确引导作用。培养理性思维能力还有助于抵制错误思想，对错误思想保持警觉，并对层出不穷的，尤其是有悖于已有理论的新事实新现象有所准备，不致措手不及，甚至拒不承认或作错误解释。后文还要述及这一点。
回顾18世纪科学的发展，这确实是一个“分离的世纪”。18世纪自然科学又是整个近代科学的“低谷”，前有科学巨人牛顿及其《原理》，后有19世纪自然科学的丰硕成果。18世纪是牛顿规范在其他领域推行的时期。这些领域的研究以近代科学精神为引导，积累资料，剔除非科学的意识形态，为19世纪科学的收获作好准备。
第二节 蒸汽时代——第一次工业革命第一次工业革命的动力来自对能源的需求。首先是纺织行业中机械的改进，新型的纺纱机、织布机等大大提高了效率。这产生了两方面影响，一是促进化学和化工的发展，如漂白工序促进无机化工（酸碱工业）业，尔后是对染料的需求。19世纪有机结构理论和有机化工业兴起。二是对能源的需求。原来的水力、风力或不稳定或能量不够。
工业革命的第二条线索是，取暖用的木柴价格飞涨，对煤的需要量越来越大。于是矿井越挖越深，矿井里的水需排出，畜力等已不足以抽水。18世纪下半叶，英国各矿井已普遍采用纽可门蒸汽机抽水，但效率极低，约只有1%，几乎为了给一个煤矿抽水就另需一个煤矿。然后就是工业革命中最重要的一步，即瓦特对蒸汽机的改进。他设计了分离的冷凝器，并将纽可门机的单向动作改为往复，继而又改为均匀的圆周运动。这些改进又对冶金、铸造和金属加工工艺提出更高的要求，推动这些部门的发展。经过改进的蒸汽机成为为各行各业通用的动力机。动力机与工作机结合在一起即导致一系列重大发明，如轮船、火车、汽车等。廉价的商品随着日渐便捷的交通流向四处，同时也带去了便利和竞争，将更多的地区和人群裹挟于——自愿或被动地——工业化的潮流之中。
纺纱机 无机化工
织布机 有机化工（第二次技术革命）
能源-瓦特蒸汽机 ? 万能机
纽可门
蒸汽机 机械加工
取暖（木柴，煤） ?冶炼铸造、铁路
图6-1 第一次工业革命
工业革命的意义是巨大的。首先，人类度过几百万年以改进工具为标志的物质时代，从此跨入能量时代。其次，第一次工业革命实际上是近代科学革命的物化。一般认为第一次工业革命与科学无关，是工匠经验的积累，然而我们看到，工业革命中大量应用了力学知识，表现在纺织机械的改进，也表现在瓦特对蒸汽机的改进中，如行星式齿轮装置以及威尔金森用镗床加工汽缸，等等。工业革命的关键一步即瓦特蒸汽机的发明过程中应用了潜热概念。因而应该认为，第一次工业革命是几千年积累的工匠经验和当时科学知识的结合。更重要的是，近代科学革命在观念上认为人是机器，而第一次工业革命则在实践上把人转化为机器，从而激起反科学浪潮。第三，由工业革命而兴起的工业体系给传统的农业文化以极大的冲击，在人的观念和价值体系上造成深刻的变革，逐步形成了工业文化。第四，第一次工业革命也是培根“知识就是力量”的一次伟大实践。人类的行为受两方面影响，其一是客观受动性，受客观因素的制约；其二是主观能动性。正当人类的脚步遇到障碍难以前进之时，18世纪的一位工程师写道，“一滴水化为蒸汽，把人类的疆域推向无穷的边缘”。人类目睹了自己的力量，力量即用于征服自然。从此置客观受动性于不顾，主观能动性急剧膨胀。不仅在认识上，而且在实践上沿着天人分离的道路越走越远，终于酿成当代的一系列危机。人对自然的征服与掠夺也是反科学思潮的批判对象。最后，正是由于第一次工业革命，西方国家的国力迅速强盛，对尔后200年的世界历史产生全面而深远的影响。普里戈津的耗散结构理论说明环境输出负熵对于系统进化的重要性。工业革命之前的地理大发现先为西欧的腾飞做了准备，工业革命之后，世界在总体上分为两部分：系统与环境。率先工业化的国家即是系统，殖民地和落后国家即是环境，后者向前者输出“负熵”：原材料、劳动力，甚至战争赔款，前者输入到后者的是商品、鸦片，甚至军队。从某种意义上说，今日世界南北格局的差异即源于此。
[1]罗伯特·E·勒纳、斯坦迪什·米查姆、爱德华·麦克纳尔·伯恩斯．西方文明史．第2卷．王觉非等译．北京：中国青年出版社，2003．643
[2]林德宏．科学思想史．南京：江苏科技出版社，1985．185
[3]大英百科全书．第3卷，北京、上海：中国大百科全书出版社，1985．241
[4]斯吉柏诺夫．人类认识物质的历史．曹毅凤译．北京：中国青年出版社，1952．89
[5]恩格斯．自然辩证法．北京：人民出版社，1971．162
[6]玛格纳．生命科学史．李难等译．武汉：华中工学院出版社，1985．255
[7]玛格纳．生命科学史．武汉：华中工学院出版社，1985．265～269
[8]玛格纳．生命科学史．武汉：华中工学院，1985．466
[9]陈昌曙、远德玉．自然科学发展简史．沈阳：辽宁科技出版社，1984．147
[10]林德宏．科学思想史．南京：江苏科技出版社，1985．300
[11]玛格纳．生命科学史．武汉：华中工学院，1985．330，333
[12]玛格纳．生命科学史．武汉：华中工学院出版社，1985．326
联系客服
