现在爱因斯坦和他的继承人都主张重力这一类的物
理事实,可以说是时—空性质中局部特征的表现。他们这种
学说便是在追随着纯粹的毕达哥拉斯传统。从某种意义来说,
柏拉图和毕达哥拉斯比亚里士多德更接近于近代物理科学。
前二者都是数学家,而亚里士多德则是一个医生的儿子。当
然我不是因此就说他不懂数学了。从毕达哥拉斯那里所能得
到的实际见解就是事先度量,然后用数字决定的量来表示质。
但从那时起一直到我们这个时代以前这个时期,生物学一直
多半只是一种分类的科学。因此,亚里士多德便在他的“逻
辑学”中把重点放在分类上。他这部“逻辑学”很享盛名,因
而在整个的中古世纪一直阻碍着物理科学的进展。如果烦琐
学者实行度量而不专门搞分类的话,他们将要多知道多少东
西啊!
分类是可以直接观察的个别实际事物和完全抽象的数学
观念之间的中途站。生物分类中的种所注意的只是种的特性,
属所注意的是属的特性。但当我们通过数计、度量、几何关
系和秩序形态等把数学观念和自然界的事实连系起来,理性
的思维便离开了那种牵涉一定的种与属的不完整抽象境界,
而进入了完整的数学抽象境域了。分类是必须的,但除非你
能从分类走向数学,否则你的推理便不会有多大进展。
从毕达哥拉斯到柏拉图那一段时期和属于现代世界的
17世纪这一段时期之间,相隔差不多有两千年之久。在这个
漫长的时期中,数学得到了长足的发展。几何在圆椎截面和
三角的研究方面获得了成功,穷究法也几乎先声夺人地达成
了微积分的研究。最重要的还是亚洲思想家供献了阿拉伯数
字和代数学。但这些进步都是技术方面的。在这些漫长的岁
月中,数学作为哲学发展的构成部分来说,从来没有从亚里
士多德的掌握中解脱出来。但从毕达哥拉斯与柏拉图那一时
代传来的一些老观念,在这两千年中仍然不绝如缕;这些观
念从柏拉图学说对基督教神学初期发展的影响中也可以看出
来。但哲学并没有从不断发展的数学科学中得到任何新的灵
感。到17世纪亚里士多德的影响降到了最低潮,数学也就恢
复了往日的重要地位。这是一个伟大物理学家和伟大哲学家
的时代,而哲学家和物理学家又都是数学家。唯有约翰·洛
克不同,他虽然也曾受到皇家学会中牛顿这一派人物的深刻
影响,但却是一个例外。在伽利略、笛卡儿、斯宾诺莎、牛
顿和莱布尼兹的时代里,数学对哲学观念的形成发生了极大
的影响。但这时脱颖而出的数学是一门和早期的数学完全不
同的科学。它开始了几乎难以令人置信的现代事业,|Qī-shū-ωǎng|它
在普遍性上有了进展,推演出了一套又一套的奥妙的理论。而且
每增加一分复杂性时,就愈找到了应用于物理科学或哲学思
维的新途径。阿拉伯数字在处理数目方面几乎为科学提供了
完整的技术效能。象这样从琐屑的算术细节(如纪元前1,600
年埃及的算术所表现的情形一样)中挣脱出来以后,便使希
腊晚期数学模糊地预见到的前途得到了发展。这时代数登上
了舞台,代数成了算术的普通理论。正如同数字超脱了任何
一套特殊实念的约束一样,代数也超脱了任何特殊数字的观
念。比如说,数字“5”可以无分轩轾地表示任何包含5个实
有的群。同样的道理,代数中的字母也可以无分轩轾地用来
表示任何数字。只是事先应当规定,在同一用法中每个字母
都始终代表同一数字。
这种用法首先是用在方程式中。方程式是用来问复杂的
算术问题的方式。在这种场合下,代表数字的字母称为“未
知数”。但不久方程式就提出一个新概念,即一个或多个普遍
符号的函数。这种符号就是代表任何数字的字母。在这种用
法中,代数字母称为函数的“自变数”,有时也称为变数。比
方说,在这种情形下,如果以某种单位来测量一个角,并将
所得的数字用一个代数字母来代表,于是三角便被吸收到这
种新的代数中去了。因此,代数就发展成为一门普遍的分析
科学,研究许多未定自变数的各种函数的性质。最后,各种
特殊的函数如“三角函数”、“对数函数”和“代数函数”等
都综合为一个概念——“任何函数”。太广泛的综合就会毫无
结果。唯有用一种巧妙的特殊性来限制广泛的综合,才能成
为有效果的概念。例如任何·连·续函数的概念都引入了连续性
有限制的概念,因而便是富于效果的概念,并且已经得到了
许多极重要的应用。当时兴起的代数分析正好和笛卡儿发现
解析几何以及牛顿与莱布尼兹发现微积分同时。诚然,毕达
哥拉斯如果预先看到了他所创始的思绪的结果,一定会认为
他的兄弟会和会里所热衷的神秘仪式是完全有理由的。
我现在要说明的一点是:函变数观念在数学的抽象领域
中这样流行,反映在自然秩序中便是用数学表达出来的自然
规律。要是没有这种数学的进步,17世纪的科学发展便是不
可能的。数学为科学家对自然的观察提供了想象力的背景。伽
利略、笛卡儿、惠根斯和牛顿等人都创造了许多公式。
如果要举一个特殊的例子来说明数学的抽象发展对当时
科学的影响,那么不妨看看周期性这一概念吧。在我们的日
常经验中,事物的一般重复现象是很明显的。日子、月相、一
年的四季、心跳、呼吸等都重复出现,绕行的星球也重复回
到自己的老位置上去。我们在各方面都看到有重复现象发生。
没有重复现象就不可能有知识,因为在这种情形下就没有任
何东西能根据以往的经验推断出来。同时,没有某些规律性
的重复现象,也不可能有度量。当我们获得了这一“精确”观
念后,重复现象在我们的经验中便成了基本的东西。
在16、17世纪时,周期性的理论在科学中占了主要地位。
凯普勒发现了一条定律,可以把各种行星轨道的长轴和各行
星循着自己的轨道环行时的周期联系起来;伽利略观察了摆
的振动周期;牛顿认为声音是由稀密相间的周期性波动通过
空气时所发生的扰动而形成的;惠根斯认为光线是由精微的
以太的横振动波而形成的。麦西尼把提琴弦的振动周期和它
的密度、张力以及长度联系起来。现代物理的诞生必须依靠
周期性的抽象概念在许多实例上的应用。但假若不是数学首
先用抽象的方式把环绕着周期性这一概念的各种抽象观念全
推演出来了,这事是不可能办到的。三角学刚兴起时是研究
直角三角形两锐角跟勾股弦的比率之间的关系。接着,在数
学中新发现的函数分析的影响下,又扩大为体现这种比率的
纯粹抽象的周期函数的研究。因此三角便完全变成抽象的研
究了,而且正是由于变成了抽象的研究,所以就有用处了。它
说明了各种完全不同的物理学现象中所潜存着的相同关系。
同时也提供了一种武器,使任何一套物理学现象都可以把自
身的各种性状加以分析,然后连系起来①。
从以往的事实看来,数学往更极端的抽象思维的高超领
域上升得愈高,日后再回到下面来时对具体事物的分析就愈
加重要,这一点是再清楚不过了。17世纪的科学史读来,仿
佛是柏拉图和毕达哥拉斯一些历历如目前的梦境。从这方面
说来,17世纪仅仅是后继者的开路先锋而已。
最高的抽象思维是控制我们对具体事物的思想的真正武
器,这一个似非而是的说法现在已经完全肯定了。由于17世
纪时数学家盛极一时,18世纪的思想便也是数学性的,尤其
是法国的影响占优势的地方更是如此。但英国从洛克开始的
经验主义却是一个例外。在法国以外的国家里,牛顿对哲学
的直接影响表现在康德身上最为明显,在休谟身上倒并不如
此。
19世纪时,数学的一般影响减弱了。文学上的浪漫主义
运动和哲学上的唯心主义运动都不是从数学家开始的。甚至
在科学领域里的地质学、动物学和一般生物科学的发展都完
全与数学无关。这一世纪科学上最惊人的成就便是达尔文的
进化论。因此,按照这个世纪一般的思想状况说来,数学远
远地退居到后面去了。这倒不是说数学被忽视了。甚至也不
是说数学没有发生影响。19世纪纯数学的进步几乎等于从毕
达哥拉斯以来所有各世纪的总和。