第3章 定律規則 (2)

然而，亞裏士多德不把測量和計算中的問題認為是發展能夠產生定量預言的物理的阻礙，毋寧說，他認為它們沒有必要進行。亞裏士多德反而基於在智慧上投其所好的原則上建立起他的物理學。他隱匿不討其喜歡的事實，並且把努力集中於事情發生之因，用相對少的精力去精確地詳述所發生的。當亞裏士多德的結論和觀察的極顯著差別不能被忽視時，他的確去調整結論。可是那些調整通常隻是特別解釋，隻比把矛盾各方粘貼一起好一點。以那種方法，不管他的理論多少嚴重地偏離實際，他總是能改變之恰好似乎足以擺脫其衝突。例如，他的運動論指明重物以和它們重量成正比的常速度下落。為了解釋物體在下落時很清楚地增加速率，他發明了新的原理——當物體靠近其靜止的自然地方時，它更喜悅地前進，也就是加速。今天以這個原理似乎用來描述某些人比描述無生命的物體更合適。盡管亞裏士多德理論通常隻有很小預言價值，他的科學方法支配了西方思想界幾乎兩千年之久。

希臘基督教繼承者拒絕宇宙由中性的自然定律製約的觀念。他們還拒絕人類在宇宙中不占有優勢地位的觀念。盡管中世紀並沒有一個連貫的哲學體係，但基調是宇宙隻是上帝的玩具小屋，而宗教是遠比自然現象更有價值的研究對象。按照教皇約翰二十一世指示，巴黎主教滕皮爾居然發表了應當予以譴責的219項錯誤或異端的清單。自然遵循定律的思想是其中一項，因為那與上帝的萬能相衝突。有趣的是，數月後，教皇約翰的宮殿屋頂墜落將其砸死，這正是由於引力定律的效應。

十七世紀出現了自然定律的現代概念。開普勒似乎是第一個在現代科學意義上理解這個術語的科學家，盡管正如我們說過的，他仍保留有物理對象的泛靈觀點。伽利略(1564—1642)在其大多數著作中不用“定律”這個術語(盡管出現在那些著作的譯本之中)。然而不管他是否用了這個詞，他的確發現了大量定律，並且提出觀測是科學的基礎和科學的目標是研究存在於物理現象之間的定量關係的兩個重要原則。而第一位明確並嚴格地表述如我們理解的自然定律概念的是勒內笛卡爾(1596—1650)。

笛卡爾相信，所有物理現象都必須按照運動物體碰撞來解釋，物體由三個定律——牛頓著名的運動定律的前身——來製約。他斷言那些定律在所有地方和所有時間都有效，並且明確說明服從那些定律並不意味著這些運動物體具有精神。笛卡爾還理解我們今天稱作“初始條件”的重要性。那是描述在不管哪個我們想作預言的時間間隔的開端的一個係統的狀態。在給定一族初始條件下，自然定律確定一個係統如何在時間中演化，然而若無特定的初始條件，演化就不能被指定。例如，如果在零時間正上空的鴿子釋放某物，那個落體的路徑就由牛頓定理所決定。但是在零時間，鴿子是靜坐在電線上還是以每小時20英裏速度飛行，其結果將非常不同。為了應用物理定律，人們必須知道係統是如何出發，或者至少在一確定時刻的狀態。(人們還可以利用定律在時間中將係統向過去演化。)

隨著重新相信存在自然定律，人們試圖將那些定律和上帝的概念相調和。按照笛卡爾的觀點，上帝可隨心所欲地改變道德原則或者數學定理的對錯，但不能改變自然。他相信，上帝頒布自然定律，但不能選擇這些定律，因為我們所經驗的定律是僅有可能的定律，他才挑出這些。這似乎有損上帝的權威，但笛卡爾又論證說因為定律是上帝自身本性的反映，所以是不能改變的，由此來躲避觸犯上帝。如果這是真的，人們也許會認為，上帝仍然具有創生種種不同世界的選擇，每一種對應一族不同的初始條件，但是笛卡爾又否認這個。他論斷道，不管在宇宙開端如何安排物質，隨著時間推移，它就會演化成和我們一樣的世界。此外，笛卡爾感到上帝一旦讓世界啟動，他就再也不管它了。

艾薩克牛頓(1643—1727)采用類似的觀點(有些除外)。正是牛頓使其三大運動和引力的科學定律的現代概念被廣泛接受。這些定律解釋了地球，月亮和行星的軌道以及諸如潮汐現象。他創造的若幹方程以及其後我們由此而推出的精巧的數學框架，今天仍被講授。隻要建築師設計大樓，工程師設計轎車或物理學家計算如何把登陸火星的火箭瞄準時，都要使用這些。正如詩人亞曆山大波普說的：

自然與自然的法則在黑夜裏隱藏：

神說，牛頓來吧!萬物遂顯現於光。

今天大多數科學家會說，自然定律是一種基於觀察到的規律以及為超過它所基於的直接情形提供預言的規則。例如，我們也許注意到，在我們生命的每天早晨，太陽都從東方升起，並提出“太陽總是從東方升起”的定律。這是一個推廣，它超出我們對太陽升起的有限觀測，並做出將來的可檢測的預言。另一方麵，諸如“這個辦公室中的電腦是黑色的”陳述句，因為它隻與辦公室內電腦有關，也並未做出諸如“如果我的辦公室買了一台新電腦，它必是黑的”的預言，所以它不是一條自然定律。

我們現在對術語“自然定律”的理解是哲學家長期爭論的議題，它是一個比人們初想起來更微妙的問題。例如，哲學家約翰W卡羅爾把“所有金球的直徑小於一英裏”的陳述和諸如“所有鈾—235球直徑小於一英裏”的陳述進行比較。從我們對世界的觀察得知，沒有金球可比一英裏更大，並且我們相當自信永不可能。盡管如此，我們沒理由相信，不可能有這樣的金球，所以該陳述不算是一條定律。另一方麵，因為根據我們有關核物理的知識，一旦鈾—235球長到大約超過6英寸，它就會在一次核爆中自毀。因此我們確定，這樣的球不存在(嚐試去製造一個也不是個好主意！)。所以，“所有核—235球的直徑小於一英裏”的陳述可被認為一條自然定律。因為這闡明了並非所有推廣我們的觀察都可被認為是自然定律，而且大多數自然定律作為更大的相互連結的定律係統的部分而存在，所以這種區分關係重大。

自然定律在現代科學中通常用數學來表述。它們既可以是精確的，也可以是近似的，但是它們必須毫無例外地被觀察——如果不是普適的話，至少在約定的一族條件下必須如此。例如，我們現在知道如果物體以接近光速的速度運動，牛頓定律必須被修正。然而我們仍然認為牛頓定律是定律，因為對於日常世界的條件，即我們遭遇到的速度遠低於光速時，至少在非常好的近似下，它們成立。

如果自然由定律製約，就產生了三個問題：

1.定律的起源是什麽？

2.定律存在任何例外，即奇跡嗎？

3.是否可能隻存在一族定律？