四 物理学（自然哲学）

笛卡尔仍然以亚里士多德为样板，将哲学区分为第一哲学和第二哲学，即形而上学和物理学。二者的对象和方法是不同的，一个的对象是本体，一个的对象是现象；一个的方法是先验的概念分析，一个的方法是经验的观察和实验，但是二者之间有着内在的联系。笛卡尔把这种联系比作树根和树干的联系，物理学是形而上学发展的必然结果。

笛卡尔的物理学比我们今天的物理学的涵义要宽泛得多，是指关于物质事物的学说，既包含自然哲学，也包含力学、天文学、地球物理学、气象学、矿物学、植物学、化学、光学等具体的科学。笛卡尔对各门具体科学的论述现在已经不属于哲学的范围，因此我们今天研究笛卡尔的物理学，主要是指他的自然哲学思想，即机械唯物主义的自然观。

笛卡尔把形而上学和物理学之间的关系比作树根和树干的关系，形而上学是基础，但是笛卡尔哲学的目的和笛卡尔主要兴趣所在是物理学，即新兴的自然科学，他要追求的是确实无误的科学知识，他确立的方法实际上是科学中应用的方法，它把我们引向科学真理。笛卡尔继承和发展了近代以来的自然科学新思想，基本确立了一个比较完整的自然观。但是，一方面，这种新的自然观还不能彻底地、科学地说明世界，特别是在一些根本性的问题上仍然需要形而上学的帮助，例如世界的存在、世界的规律性、世界的运动等这些原理都是要依靠形而上学来帮助确立的；另一方面，这种新的自然观还需要形而上学和神学的保证，因为在当时的历史条件下科学还没有具备与神学相抗衡或完全冲破神学束缚的力量，如果完全和已往学说或神学相对立，就有可能使这种新的学说被扼杀在摇篮之中。所以笛卡尔仍需形而上学来作为科学的前提和基础或保护伞。但是，归根结底形而上学在笛卡尔那里是手段，是准备工作，是服从于物理学，为物理学和其他具体科学的目的服务的。所以说，笛卡尔形而上学的一个“革命性”转变是，他“企图用以形而上学为基础的物理学来代替以物理学为基础的形而上学”67。因为中世纪的亚里士多德主义把对上帝存在的论证建立在运动理论之上。运动属于物理世界，上帝是第一推动者，所以神学是建立在物理学之上的，其他学科如逻辑学、数学是物理学的工具，而物理学又是进入神学殿堂的门厅，物理世界的研究最后指向神的观念。而在笛卡尔这里则进行了一种颠倒，神学的研究是附属于物理学，为新的科学做论证的。由此可见，笛卡尔的哲学从根本上来讲是进步的、革命的。笛卡尔的物理学思想集中体现在《论世界》和《哲学原理》两部著作之中，现将其基本内容分述如下。

1.《论世界》

笛卡尔从17世纪20年代就开始对物理学进行了系统的研究，1629至1633年他对自然哲学的研究取得了丰硕的成果，《论世界》一书系统地阐述了他的物理学和宇宙学的观点，可以说它是哥白尼、伽利略的思想在科学上的继续和哲学上的发展。正当笛卡尔准备发表这本书时，1633年6月22日伽利略因在《两大世界体系的对话》（Dialogue sur les deux grands systèmes du monde, 1632）中论述了地球运动的思想而被罗马教廷判罪，他觉得在伽利略的论述中看不出任何有违宗教的地方。笛卡尔害怕落得和伽利略同样的下场，使他不敢发表《论世界》，直到死后10年多才第一次出版。

但是，笛卡尔此书中的物理学和宇宙学的思想在该书写完后过了三年多，在《谈谈方法》一书的第五部分中第一次得到公开的表述，它向我们简单地描绘了物质世界的图景。笛卡尔写道：

这些真理的主要部分，我曾在一篇论文中力图加以说明，但是因为某种顾虑，我没有把它发表，所以我想，在这里把它的内容摘要说给大家知道，是最合适不过的。68

他简述的《论世界》的机械唯物主义的基本思想体现在以下几点：

（1）首先假定上帝创立了一个新世界。“假定上帝现在在想象的空间中的某处创造了一些足够构成一个新世界的物质，并且把这团物质的各个部分以不同的方式毫无秩序地搅和起来，以便将它构成一团混沌”，“然后上帝就不做别的事，只是给予自然‘通常的协助’，让自然依照他所建立的规律活动”。69 上帝所创造的这种新物质被我们的心灵认识。物质运动遵守着确立的各种自然规律，“即令上帝创造出许多世界，也不会有一个世界不遵守这些规律”70。

（2）混沌的物质构成了天体、地球和世界上的一切事物。混沌物质的最大部分遵照上帝确立的规律来安排布置自己以成为我们的天体，这团混沌物质的某些部分形成一个地球，某些部分形成行星和彗星；其他一些部分形成一个太阳和许多恒星。水、空气、山脉、海洋、河流、金属、植物和一切称作混合或复合的物体都是这种混沌物质形成的。

（3）动物和人的身体也由混沌物质形成。“描写了无生命的物体和植物之后，我就进而描写动物，特别是描写人类。”71 人也是上帝用我们刚才描述的那种物质造成的，并不是一开始就在人之中注入理性灵魂或任何别的东西来代替植物生长的灵魂和感觉灵魂，而只是在心脏中激起一种无光的火，它的性质如同一种发酵剂。全部这些无须我们的思维能力，从而无须我们灵魂就可以在我们之中存在。心脏和动脉的运动，是我们在动物身上见到的最基本、最普遍的运动。动物的身体是一架机器，

这架机器是由上帝的双手造出来的，所以安排得比人所发明的任何机器不知精致多少倍，其中所包含的运动也奇妙得多。

……

如果有这样一架机器，有着猴子或某种别的无理性动物的构造和外形，我们是根本无法知道它们的性质与这些动物有什么不同的。72

（4）人与动物的区别在于人有语言和理性。即使一些机器与人的身体完全类似，并能够模仿人的动作，我们也能够很容易地把它们和真正的人分开。第一，“它们决不能用语言和别的信号来彼此联络，像我们用语言和信号来向别人表达自己的思想一样”，“第二种是，这种机器虽然可以做出某些事情来，做得和我们一样好，甚至更好，却断然不能做出另外一些事情”。73 因为，它们缺乏理性，它们的活动不是凭借知识，而是靠某种特殊的构造来应付每一特殊活动，而不是依赖理性。“因为理性是一种普遍的工具，可以使用于任何一种场合。”74 人具有理性灵魂，不是从物质中派生出来的，独立于身体，不与身体同生死，它是不朽的。

2.《哲学原理》

笛卡尔为了把自己的哲学确立为天主教的官方哲学，1644年他用拉丁文以教科书形式写了一部著作，名为《哲学原理》。全书分四部分，第一部分《人类知识原理》，叙述他的形而上学思想；第二部分《物质事物的原理》、第三部分《可见的世界》、第四部分《地球》，这三部分又全面、系统地阐述了他在《论世界》中的机械唯物主义的基本思想，他用的方式是经院哲学所喜欢的演绎形式。

《哲学原理》的后三部分可以分为两个层次，第二部分《物质事物的原理》涉及笛卡尔从形而上学推演出的关于物质事物的普遍原理、规律和法则，第三部分《可见的世界》和第四部分《地球》是关于天文学、地球物理学、矿物学和化学等具体科学的内容。综合这三个部分，其主要的思想有以下几点：

物体和广延

笛卡尔在形而上学中就已经确立起这样一条规定：物体和精神是两种完全不同的实体，精神的本质属性是思维，而物体的本质属性是广延。在物理学中首先就发挥了物体就是广延的思想。

笛卡尔承认物质世界的客观存在，认为物质的根本特性是广延性。他说：“物质或物体的本性，并不在于它是硬的、重的，或者有颜色的，或以其他方法刺激我们的感官。它的本性只在于它是一个具有长、宽、高三量向的实体。”75 广延性实际上就是指物体占有一定的空间，因此物质实体的根本特性就是它的空间性。笛卡尔把物质性和广延性、空间性等同起来，认为空间和物质实体在本质上是没有差异的，长、宽、高三量向的广延不但构成空间，而且也构成物体，而这两种事物实际上没差异，只是我们设想它们的方式不同。当我们排除掉一切与物体的本性无关紧要的性质，如硬度、颜色、重量、温度等（因为没有这些性质物体仍然成其为物体）之后，

物体观念中并没有剩下别的，只剩下一种在长、宽、高三方面延伸展开来的东西。这种东西是包含在我们的空间观念中的，而且它不只包含于充满物体的空间观念中，而且也包含于所谓虚空的空间观念中。76

既然把广延性等同于空间性、物质性，认为物质和广延是不可分割的，因而物质的“虚空”是不存在的。“要说有一个绝对无物体的虚空或空间，那是反乎理性的。”77 所谓空间就是指物体的广延，也必然包含实体。因此，绝对没有物质的空间、虚空是不存在的。我们通常所说的“虚空”并不是指一个绝对没有任何事物的场所或空间，而是指在一个场所没有我们假设为应有的东西，如水瓶是装水，当里面装满空气时我们就说它是空的，其实里面仍然有物体，即空气这种实体。没有可感知的事物，并不等于没有事物存在。

既然将物质的根本特性归结为广延性，而广延性又只是一种量的特性，量是可以分割的，因此原子是不存在的。笛卡尔说：

宇宙中并不能有天然不可分的原子或物质部分存在。因为我们不论假设这些部分如何之小，它们既然一定是有广袤［即广延］的，我们就永远能在思想中把任何一部分分为两个或较多的更小部分，并可因此承认它们的可分割性。……确实地说来，最小的有广袤的分子永远是可分的，因为它的本性原来就是如此。78

因此，笛卡尔将自己的哲学和德谟克利特（Democrité，公元前460—前370）的哲学区分开来，区别的主要理由是，“第一是因为他假设这些原子是不可分的，而根据这一点我也同样加以排斥的。第二乃是因为他想象在原子周围有一个虚空，而我又指出这是不可能的”79。在这里笛卡尔既坚持了唯物主义的立场，又表明了他的唯物主义高于德谟克利特唯物主义的地方。最后，笛卡尔从广延性出发来证明世界的无限性和物质统一性，认为世界的广延是无定量、无界限的。他说：

这个世界或物质实体的全部，其广袤是没有界限的，因为不论我们在什么地方立一个界限，我们不只可以想象在此界限以外还有广袤无定的许多空间，……它们所含的有物质实体的广袤也是无定限的，因为我们在前面已经详述过，在任何空间方面，我们所设想到的广袤观念，和物质实体的观念，分明是同一的。

由此我们也就推断说，天上和地下的物质都是一样的，而且世界不是多元的。80

地和天是由同一物质做成的，而且纵然有无数世界，它们也都是由这种物质构成。一切别的世界所占的一切可以想象的空间都为物质所占有。可见在物理学方面笛卡尔坚持了物质一元论，否认了任何非物质性的世界的存在。

运动及其规律

笛卡尔在证明了世界的物质统一性之后，还要进一步说明物质世界是运动的，因为如果不进一步说明世界是运动的，就不能解释物质世界的多样性。在笛卡尔看来，“物质的全部花样，或其形式的多样性，都依靠于运动”81。全宇宙中只有一种有广延的物质，而在物质方面我们所能清晰地知觉到的一切特性，都由它各部分的运动和被分割造成。

运动是什么呢？笛卡尔把运动理解为机械的位移，在通常意义上说，运动乃是指一个物体由此地到彼地的动作、位置的移动。而按照科学的定义，“我们可以说，所谓运动，乃是一个物质部分（或物体）由其紧相邻接的物体（或我们认为静止的物体），移近于别的物体的意思”82。运动就是指这一转移过程，运动永远存在于可动的物体之中，它是可动事物的一种样态，因而它是实体的一种存在方式，而不是实体本身。除了单一的机械运动形式外，别无其他运动。

运动和静止只是物体的两种不同样态，运动和静止不能与运动着和静止着的物体分开，同时，产生运动所需要的力和产生静止或阻止运动、中止运动所需要的力是相等的。不过，运动是绝对的，静止是相对的，全宇宙中并没有真正静止的点，“任何事物，除了在我们的思想中使之固定不变外，都没有恒常的位置”。同一个物体能够参与无数的运动，例如，一位在船上航行的水手带了一只手表，虽然手表的齿轮有它所特有的运动，但它带在水手的手上，肯定参与了水手的运动，水手坐在船上，它又参与了船在海洋上的运动，而海洋本身也是运动的，它也参与了海洋的运动，而海洋所在的地球也是运动的，因此手表也参与了地球的运动。所有这些运动都体现在手表的齿轮上，只不过我们平常不能将所有这些运动都设想出来，所以认为手表的齿轮只有一种运动。不仅一个物体能够参与无数的运动，而且同一个运动我们既可以把它看作单一的，也可以看作复合的。例如，车轮子绕轴做圆周运动，而同时又沿着道路做直线运动。任何事物都是运动和静止的统一，如一个人坐在航行的船上，只注意岸上，他可以认为自己是运动的，但他如果只注意船本身，则认为自己是不动的。

运动的第一原因是上帝。笛卡尔在考察了运动的本性之后，进一步考察运动的原因，他认为运动的原因是双重的，首先是一般的和第一位的原因，它是世界中一切运动的总原因，这就是上帝本身。上帝是全能的，一开始就创造了具有运动和静止的物质，

上帝首先在创造物质时就以各种不同的方式推动了物质的部分，并且仍然将这个物质的全部保存得和创造它们时完全一样，像那时一样遵循着同样的规律；他也在物质中总是保持着相同的运动量。83

其次是事物运动的特殊原因，事物是依据这些特殊的原因而获得它们原先所没有的运动，我们在现实中所见到的运动是由特殊的原因引起的。

在宇宙中，运动的量是不变的。上帝在创造世界时将一定的运动量和静止量放进物质之中，而始终如一地保存着它们，使宇宙中现在的运动量和上帝放进去时一样多。

运动的量在宇宙中作为一个总体总是同样的，即使在它的某些个别部分中运动的量时而增加、时而减少，……当一个部分的运动减少时，另一部分的运动就以完全同样的比例增加。84

笛卡尔在这里借助上帝来论证宇宙中运动量守恒的定理，此处可以看出，笛卡尔的物理学是以形而上学作为基础的，通过上帝的完善性来论证物质世界的规律性，在本性上不变、在行为方式上不变和完全恒定，是上帝的完善性之一，因而上帝创造的物质世界在本性上、行为方式上和运动的总量上也是不变的。

自然界是运动的，而运动是有规律的。笛卡尔将运动归结为一种机械运动，因而机械运动的规律就是自然界运动的规律。笛卡尔本人概括出了三条自然规律。第一条规律是：“任一特殊事物，只要可能的话，就会持续地保持同一状态，如果没有受到他物的影响，它绝不会改变这一状态。”85 如果某物体是方的，只要没有他物来改变它的形状的话，它总保持方形；如果某物体是静止的，它也不会自己开始运动；而且一旦它开始了运动，只要没有外物来减缓和阻止它，它将持续地自我运动，绝不会自动停止。这一规律差不多就是伽利略所总结的“惯性原理”。

第二条自然规律是：一切运动的物体，倾向于沿直线继续它的运动；因而，做圆周运动的物体总是倾向于离开它们所描画的圆的中心。86 这一规律就是通过一切运动都是直线运动，来说明圆周运动是运动的一种特殊形式和离心力产生的根源。

第三条自然规律是：如果一个运动的物体和一个比它的运动能力更强的物体相碰撞，它并没有丧失任何运动；如果它和一个运动能力比它更弱的物体相碰撞，它所失去的运动和它给予弱者的运动一样多。87 这一规律实际上是弹性碰撞运动量守恒的定律。为了解释这一规律，说明任何物体的运动在多大的程度上因为受到其他物体的影响而改变，笛卡尔提出了弹性碰撞的七条规则，来说明在碰撞中运动方向和运动量改变的各种不同情况。

物质性等同于广延性，运动等同于机械运动，因而物理学的方法只能是几何学的数学证明的方法。笛卡尔说：

因为在这里我公开地承认，我所认识的不过是物质实体，它们是可分的、有形状的、能以各种方式运动的实体，几何学家把它们叫作量，当作他们证明的对象。关于这种物质，除了它的分割、形状和运动之外别无什么东西可以研究。最后，关于这些研究对象，如果不是像数学的证明那样明确地演绎出来，我们决不会把它们当作真的加以接受。因为这样我们能够理解一切自然现象，据此我们能够做出判断，我认为，除了物理学的原理外我们不应该接受其他原理。88

笛卡尔的物理学，就是运用几何学的方法对被量化了的世界进行推理证明的数理物理学。

两种性质学说

笛卡尔在说明了广延性是物质实体的根本特性之后，还要进一步说明物体的其他性质，如色、声、香、味等。形相、体积、运动、数目是物体的根本性质、第一性质，“除此而外我们的感官还给我们呈现出许多别的事物来，例如颜色、嗅味、声音等，关于这些事物我如果完全略而不提，人们就会以为我疏于解释自然中大多数的事物”89，这些是第二性质。

我们借助感官所知道的事物属性是形相、体积和运动，反过来说，物体的形相、体积和运动作用于我们的各种感觉器官中的神经，然后传送到大脑，从而形成感觉。也只有物体的形相、体积和运动才能在人的心中激起各种感觉来，即使是光、色、声、香、味等性质，也不过是对象的不同配置，是因为它们各部分的形相、体积和运动造成的。可见，第二性质是依赖于第一性质的。

但我们对这两类性质所形成的观念、知觉是有区别的。关于第一性质的知觉所表象的东西真正存在于对象之中，和对象本身相似，而关于第二性质的知觉所表象的东西与对象本身不相似，我们看到了颜色，但对象本身中并不存在着颜色，如果以为自己是在对象中看到了颜色，那就会陷入错误。色、声、香、味这些感觉实际上并不表象在我们心外存在的任何事物，它们完全由我们自己所引起。对象中有的只是各部分或分子的形相、体积、运动，而无我们心中所产生的色、声、香、味的感觉。

两种性质的问题是一个古老的问题。在古代，德谟克利特就研究过这个问题，近代伽利略又将这个问题重新提了出来。笛卡尔把形相、体积、运动当作物体的第一性质、根本性质，以它们作为基础来解释物体的其他性质，说明世界的质的多样性，排除了经院哲学的“隐秘的质”“物体形式”等概念，出发点是唯物主义的。他在说明色、声、香、味等感觉时，既注意到了外界对象的刺激，同时注意到了感觉主体的感官结构和心理状况的差异，这与当时的实验科学的研究成果是一致的。但是，他把物体的一切特性最终都归结为机械特性，走向了彻底的机械论。另外，认为色、声、香、味等感觉不反映任何存在的事物，导致了一种主观片面性。笛卡尔在两种性质问题上的观点，对牛顿（Isaac Newton，1643—1727）、波义耳（Robert Boyle，1627—1691）和洛克都产生了影响。

宇宙的生成和演化

笛卡尔《哲学原理》一书的第三、第四部分《可见的世界》和《地球》研究了宇宙的生成和演化的学说，主要是讲天体的起源和地球的起源以及地上物体是如何产生的。

笛卡尔生活的时代，正是哥白尼革命的时代，可以说天文学在科学领域中是占主导地位的一门科学。关于宇宙、天体的研究是当时科学的主要兴奋点，每一个大科学家都要对其做出回答，可以说这是哲学世界观的一个重要部分。在当时的天文学领域有四位巨头，一位是哥白尼，他用“日心说”和统治了1 000多年的托勒密的“地心说”对立起来；一位是第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546—1601），他通过长期的天文观察所获得的大量精确天文学资料，为科学家们总结和概括天文学的规律提供了精确的基础；第三位是开普勒（Johannes Kepler，1571—1630），他修正了哥白尼的学说，使其更加完善，他发现的行星运动的三大定律，使哥白尼的学说更加理论化；第四位是伽利略，他发明了第一个天文望远镜，大大地拓宽了天文观测的范围，观测到太阳的黑子、月亮上的山脉和低谷、木星的卫星以及许多新星，这些发现给人们展示了一个全新的世界，同时又进一步证明了哥白尼日心说的正确性。

哥白尼的日心说和开普勒关于行星运动规律的发现，都只是描述太阳系现有结构及其规律。伽利略的观察拓宽了我们对宇宙空间认识的范围，但他们都未能说明太阳系是怎样产生和形成的，没有说明它们的发展和演化。笛卡尔就是要把说明宇宙天体——包括地球的形成和发展过程——作为自己的任务。笛卡尔说明了天空、地球、行星、彗星、太阳和恒星是怎样由一团混沌的物质按照一定的规律形成的；说明了光如何从太阳和恒星发射到地球上；说明了天空和星体的实质、位置、运动以及各种性质；说明了地球上各种物体向地球中心集中的向心力；说明了天空和天体、特别是月球是如何引起潮汐的；说明了山巅、海洋和河流是怎样自然形成的；说明了矿石如何在矿山中产生，植物如何自然而然地在田野里生长；并且还说明了复合的物质是怎样产生的；说明了火是怎样产生的，它如何把一些东西变成液体，又如何把一些东西变成固体，它如何把一些东西变成灰烬，又如何把灰烬变成玻璃，等等；说明了无生命的物体和植物之后，还力图说明动物、人类以及人的感觉和心灵。总之，笛卡尔力图说明整个世界的形成和演进。

在笛卡尔的宇宙生成演化学说中最为精彩的是他的天体旋涡说。笛卡尔认为天体是由不同元素的旋涡运动而形成的。可见的世界有三种不同的元素：第一种元素有着极强的活动能力，和其他物体碰撞就可以分裂成为无限小的粒子，形状极富变化，可以充盈其他物体所留下的全部狭小空间；第二种元素是一种可以分成球形粒子的物质，它比我们肉眼所见的物体要小，具有确定的量，还可以分割为其他更小的物体；第三种元素由一些巨大的、形状不易变化的部分组成。其实第一种元素是火状元素，第二种元素是气状元素，第三种元素是土状元素。90

宇宙中充满着旋涡运动，在旋涡运动中，火状元素被卷在旋涡的中心，形成了太阳、恒星；土状元素被抛离大中心而形成地球、行星和彗星；气状元素弥漫各处，形成天宇、太空。宇宙天体都是由这种旋涡运动形成的，大旋涡中又包含许多小旋涡。每一个行星作为一个小旋涡的中心是静止不动的，但它却随着其他行星一起围绕太阳这个大旋涡的中心旋转。

笛卡尔在近代天文学中第一次引进了发展概念，用旋涡理论来说明宇宙天体的形成，他的旋涡说要比康德—拉普拉斯的星云说早100多年，尽管带有很大的猜测性，但其中包含着辩证法思想的因素。由于伽利略《两大世界体系的对话》一书受到罗马教廷的非难，笛卡尔害怕遭受同样的下场而未敢发表他的思想，并且在一些场合还力图使自己的学说与教会的学说相一致，所以笛卡尔的宇宙演化学说没有摆脱上帝，它是以上帝造化说为前提的。上帝创造了一团混沌的、运动着的物质，它是运动的始因。但是笛卡尔的上帝类似于自然神论的上帝，上帝创造完了之后就不再干预世界了，世界就按照上帝所赋予的自然规律发展着，从无机物到植物、动物、人是一个渐进的发展过程，并不是上帝一开始就把它们造成这个样子的。笛卡尔这种学说推翻了关于物质存在的高级形式不能从低级形式中产生的教义，从发展进化的观点把握了世界的物质统一性。

笛卡尔的宇宙进化学说还是和机械论相联系的，无论是宇宙从混沌中形成，还是从无机物到动物的进化，都是按照力学规律和机械运动形式发展的，机械运动是唯一的运动形式，其他一切运动形式全部消融在机械运动之中。动物也是一架机器。

笛卡尔在他的物理学中描绘的世界图景在当时的历史条件下，是一种先进的自然观，但是在当时的科学界并没有得到广泛的流传，因为在17世纪人类还没有到达掌握宇宙起源的时代，这一思想的价值只有到康德时代方为人们所认识。

但笛卡尔仍然是一个伟大的科学家和哲学家，他除了提出物质不灭、运动量守恒定理、宇宙天体演化模式等光辉思想外，还创立了解析几何学、反射和反射弧理论、光的折射定律等，在自然科学的许多领域都做出了极大的贡献，和伽利略、牛顿一样是近代科学中的巨人，同时也是欧洲近代机械唯物主义自然观的奠基人。