笛卡尔物理学（一）
虽然勒内·笛卡尔（1596-1650）是著名的现代哲学奠基人之一，但直到 20 世纪下半叶，他在现代物理学发展中发挥的重要作用一直未被科学史学家和哲学家充分重视和研究。笛卡尔不仅提出了第一个独特的现代自然法则表述和运动守恒定律，而且还构建了后来成为 17 世纪后期最流行的行星运动理论。正如著名科学史学家克利福德·特鲁斯德尔（Clifford Truesdell）所言，“[笛卡尔物理学]是现代意义上理论的开端”（Truesdell 1984, 6）。然而，尽管笛卡尔物理学具有诸多前瞻性且看似现代的方面，但他的许多物理假设却与受亚里士多德影响的中世纪晚期和文艺复兴时期经院哲学有着密切的联系。正是这种新旧物理概念的独特融合，或许正是学术界对笛卡尔物理学兴趣复苏的原因。
1. 笛卡尔科学著作简史
1.1 主要文献注释
1.2 推荐阅读
2. 笛卡尔物理学的策略
3. 空间、物体与运动
4. 运动定律与笛卡尔守恒定律
5. 相对运动问题
6. 笛卡尔物理学中的“力”
7. 笛卡尔宇宙学与天体物理学
参考文献
学术工具
其他网络资源
相关条目
1.笛卡尔科学著作简史
尽管笛卡尔以研究纯粹形而上学问题（例如灵魂与肉体的关系，或上帝的存在）的哲学家而闻名，但可以断言，他首先是一位科学家，其次才是一位哲学家。笛卡尔对科学的兴趣和研究贯穿了他的整个学术生涯，而且他的一些最重要的形而上学著作（例如《沉思录》）也源于他意识到需要为他的科学构建一个形而上学基础，以便被受亚里士多德影响的经院哲学家所接受。然而，我们必须谨慎，不要将现代观念强加于早期的“自然哲学”，因为17世纪的许多科学实际上与当时更具思辨性的形而上学难以区分（因此，“自然哲学”这个标签尤其适合描述17世纪的科学）。事实上，笛卡尔的许多科学理论只是一个更宏大体系的一部分，这个体系涵盖了哲学研究的所有领域，包括他的物理学和形而上学。
笛卡尔对物理学兴趣的觉醒通常可以追溯到1618年末，当时笛卡尔第一次遇到了艾萨克·贝克曼，他是一位业余科学家和数学家，倡导新的“机械”哲学。笛卡尔很快就采纳了机械哲学对自然现象的解释，这种解释拒绝使用经院哲学的实体形式（参见第二节）。相反，机械方法倾向于采用接触或撞击模型来描述微小的、不可观察的物质“微粒”（它们只具有有限数量的几何属性，例如大小、运动、形状等）之间的相互作用。在接下来的十年里，笛卡尔致力于研究大量科学和数学问题，尤其侧重于光的理论、力学（包括流体静力学）以及地球物体的自由落体。笛卡尔当时的许多成果既高度数学化，又仅关注具体的物理问题，与他同时代的伽利略的工作颇为相似。这些年的成就之一包括他发现了折射定律，通常被称为斯涅尔定律：当光从一种介质进入另一种介质时，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比保持不变。然而，到了17世纪30年代初，笛卡尔开始了一项更为雄心勃勃的计划，试图构建一套系统的知识理论，其中包括物理学。其成果是《世界》（1633年）。这部重要的著作本质上包含了力学/几何物理学以及行星运动涡旋理论的蓝图，笛卡尔在其科学生涯中不断完善和发展这些理论。然而，在发表这篇论文之前，他得知教会（1633年）谴责伽利略宣扬哥白尼主义，这促使笛卡尔撤回了他的著作（因为笛卡尔在《世界》中也阐述了哥白尼主义）。17世纪30年代，《几何学、光学和气象学》的出版，以及一篇哲学导论《方法论》（1637年）进一步阐述了笛卡尔关于折射定律、视觉和彩虹等主题的假设。然而，除了《方法论》（第四、五部分）中对他的形而上学和物理学的简要概述外，对他物理学的全面论述要等到1644年《哲学原理》的出版。这部著作不仅代表了笛卡尔对物理学最全面、最详尽的研究，也提供了其物理体系（第一部分）的形而上学基础。作为其成熟观点的体现，《物理学原理》将构成我们考察笛卡尔物理学的基础。
1.1 关于主要文本的注释
译文略有不同，均来自笛卡尔1979年、1983年、1984a年、1984b年、1991年出版的版本，但段落根据标准惯例以“AT”开头，后接卷号和页码，以亚当和坦纳里版的《笛卡尔全集》（1976年）为准。然而，引用自《原理》的段落将以“Pr”开头，后接卷号和文章名称，并在末尾加“F”，表示引用了1647年法译本中的新内容。
1.2 推荐阅读
关于笛卡尔物理学的最新深入研究，请参阅 Garber 1992a 和 Des Chene 1996。Schuster 2014 涵盖了笛卡尔早期物理学，从1618年到1633年。Garber 1992b 简要概述了笛卡尔物理学。Shea 1991 介绍了笛卡尔的科学生涯，尤其侧重于他的物理学；有关其自然哲学的诸多方面，另请参阅 Gaukroger、Schuster、Sutton 2000 的著作。 Gaukroger 2002 探讨了《哲学原理》，尤其是物理学部分，而 Slowik 2002 主要关注笛卡尔空间和关系运动。Ariew 2011 也探讨了笛卡尔物理学许多内容的历史背景。关于笛卡尔自然哲学的方法论，参见 Smith 2009，而 Hattab 2009 和 Machamer and McGuire 2009 则涵盖了其物理学中各种重要思想的发展。关于笛卡尔著作的接受以及早期笛卡尔主义形式，尤其关注物理学，参见 Schmaltz 2005、2017 和 Dobre 2017。
2. 笛卡尔物理学的策略
与他的许多同时代人（例如伽利略和伽桑狄）一样，笛卡尔设计其机械论，很大程度上是为了驳斥广为接受的基于亚里士多德的经院哲学对自然现象的解释，该解释采用了“实体形式”和“原始物质”的本体论。简而言之，经院哲学的自然哲学认为，物质实体由惰性、无属性的基质（原始物质）和承载属性的本质（实体形式）组成，后者赋予了实体的因果能力。例如，一定量的物质之所以具有重量、颜色、纹理以及所有其他实体属性，仅仅是因为其与特定形式（例如台球、椅子等）相结合。笛卡尔承认他早先就持有这种对引力的看法，将实体形态设想为物体的一种目标导向（目的论）的精神属性：“尤其清楚地表明，我对引力的理解主要源于我对心灵的理解，是因为我认为引力将物体带向地心，就好像它自身拥有某种关于地心的知识一样。因为这肯定不可能发生，除非存在知识，而任何知识都不可能存在于心灵之中。”（《引力与引力》第VII卷第442页）在《世界》一书中一段颇具启发性的文章中，笛卡尔宣称经院哲学假说是一种既难以理解又不充分的解释自然现象的方法论：
如果你觉得奇怪，我没有像[各学派的]哲学家那样利用人们所说的热、冷、湿和干……这些性质，那么我告诉你，在我看来，这些性质需要解释。如果我没记错的话，不仅这四种性质，而且所有其他性质，甚至所有无生命物体的形式，都可以得到解释，而不必假设它们的物质中除了运动、大小、形状和各部分的排列之外还有任何其他属性（见第XI 25-26页）。
笛卡尔的计划是将形而上学上可疑的属性，例如热量、重量、味道，简化为大小、形状和运动等经验上可量化的属性。换句话说，笛卡尔打算用一种只需要广延属性就能描述自然世界显性秩序的理论，取代经院哲学中受“心智”影响的物理属性描述。因此，笛卡尔是后来被称为“主要/次要”属性区分的早期倡导者，这一概念在经院哲学的批评者中非常“流行”。
然而，即使笛卡尔的机械自然哲学回避了实体形式的形而上学，他的基本方法论或科学方法仍然与经院哲学传统非常接近。到《自然哲学原理》撰写之时，笛卡尔已经构建了一套方法，与经院哲学家一样，力求基于所谓简单且无可辩驳的“事实”和/或观察来解释自然现象，这些“事实”和/或观察源于对概念的理性反思或日常经验，是关于现实最基本方面的。这些所谓的基本事实因此为他的物理假设提供了必要的形而上学基础：换句话说，人们从我们对一般形而上学事物的“清晰而明确”的认识出发，例如物质实体的性质及其模式，得出关于特定类型物理过程的特定结论，例如自然法则。这种科学研究方法与现代方法截然不同，毋庸置疑，因为现代科学家并不首先进行形而上学探索，寻找作为其工作基础的第一原理。然而，这正是笛卡尔对伽利略物理学的批评（在 1638 年写给梅森的一封信中）：“没有考虑自然的第一因，[伽利略]仅仅寻求一些特定效应的解释，因此他的理论毫无基础”（AT II 380；另见《哲学原理》法文版序言，AT IXB 5-11）。笛卡尔最全面的科学著作《哲学原理》的结构反映了这些优先次序：第一部分概括了关于上帝存在、精神实体和其他形而上学主题的论证（源自《沉思录》）；其余部分则继续解释物质实体的本质、物理学、宇宙学、地质学以及其他科学分支，这些分支据称都基于这些基本的形而上学真理。这种对形而上学基础以及由此衍生的自然现象因果解释的关注，或许也解释了笛卡尔在《物理学原理》中缺失更多数学方面的工作，例如他发现的光的折射定律。正如他在《心灵指导规则》（1628 年）中所说，纯数学家只关心寻找比率和比例，而自然哲学家则致力于理解自然（AT X 393–395）。现代物理学的发展与现代数学密不可分，因此，这与笛卡尔形而上学物理学方法中潜在的经院哲学形成了鲜明对比。
3. 空间、物体与运动
笛卡尔关于空间和物体的诸多假设，最好将其视为中世纪/文艺复兴时期哲学中一场长期争论的延续，这场争论的核心是亚里士多德的名言：“凡具有维度的事物都是物体”（参见 Grant 1981）。一些哲学家，如特莱斯奥、康帕内拉和布鲁诺，认为空间总是充满物质（即充满空间），但又以某种方式独立于物质；而另一些哲学家，如帕特里齐和伽森狄，则赞同一种更绝对的观点，认为空间完全没有物质（即真空）。笛卡尔摒弃了这些反亚里士多德的空虚观念，将物质实体的定义属性或“本质”等同于三维空间的延展：“构成物体所占据空间的长度、宽度和深度的延展，与构成物体的延展完全相同”（Pr II 10）。因此，不可能存在一个独立于物体的空间（Pr II 16），因为所有空间延展都只是物体（并且他否定了没有延展的真空的可能性）。例如，如果上帝将容器中的物质移除（以至于什么都没有留下），那么容器的两侧会立即变得毗连（但不是通过运动；Pr II 18）。值得注意的是，笛卡尔关于容器两侧必须毗连的主张在经院哲学家中相当普遍，因为他们也接受了空间延展需要物质作为基础的延展这一观点（参见 Grant 1981, 122）。笛卡尔认为，对于空容器而言，“虚无不能拥有任何广延”，因为“所有距离都是一种延展方式，因此，没有延展的实体，距离就不可能存在”（Pr II 18）。虽然笛卡尔接受实体-属性形而上学，但他对空容器假设的拒斥似乎更多地出于他的名义主义，即认为只有个别事物存在，而普遍事物只是特定事物的名称和抽象。正如他在《数学原理》前文关于数的部分所述，“当数不在任何被创造的事物中被考虑，而仅仅在抽象或一般中被考虑时，它仅仅是一种思维方式”（Pr I 58）。
笛卡尔实际的“空间”概念可以被视为对这种身体空间延展的一种概念抽象，他也将其称为“内部位置”：
我们将一种类属统一性归于（物体的）空间延展，因此，当填充空间的物体发生变化时，空间本身的延展不被视为发生了变化或转移，而是保持为同一；只要它保持相同的大小和形状，并在我们用来指定该空间的某些外部物体中保持相同的位置。（Pr II 10F）
因此，相对于任意选择的一组物体，我们可以指代不同扩展物体依次“占据”的充实空间（plenum）的一部分的抽象（通用）空间延伸；并且，据推测，通过这种抽象过程，可以同样构建整个充实空间的内部位置。笛卡尔对时间持类似观点，认为时间是从特定物体的“持续时间”中概括抽象出来的（其中持续时间是实体的一个属性；Pr I 55–57；更多关于笛卡尔时间的论述，参见Gorham 2007）。此外，与经院哲学家一样，笛卡尔拒绝任何形式的原子论。该观点认为存在一个最小的不可分割的物质粒子。相反，他认为，由于任何给定的空间延伸长度在思想中都是可分割的，因此上帝拥有实际分割它的力量（Pr II 20）。在笛卡尔物理学中，相互作用的物质实体以不同的单位或微粒的形式出现（参见第7节），这解释了他的力学体系常常被冠以“微粒论者”的称号，但这些微粒并非不可分割。
笛卡尔的《哲学原理》也呈现了他对运动现象最广泛的讨论，运动被定义为“一个物质或一个物体从与其紧邻且被视为静止的物体附近转移到其他物体附近”（Pr II 25）。笛卡尔试图将其“固有”运动概念（即相邻物体“邻域”的变化）与普通或“通俗”的运动概念（即内部位置的变化）区分开来（Pr II 10-15, 24-28）。这些包含物体的表面（与被包含物体接壤）也被称为被包含物体的“外部位置”。笛卡尔指出，通俗的运动概念允许物体同时参与多种（可能相互矛盾的）运动，例如，船上的乘客认为自己相对于船体各部分处于静止状态，但相对于岸边则并非静止状态（Pr II 24）。然而，当运动被视为相邻邻域的平移时，物体只能参与一种运动，这就消除了表面上的矛盾（因为物体要么处于静止状态，要么远离其相邻邻域平移）。
尽管如此，笛卡尔的运动假说可能认可一种相对运动，因为他的这句话，“视为静止”意味着，选择哪些物体处于静止或运动状态完全是任意的。根据“关系”理论（或至少是更严格的关系主义版本），空间、时间和运动只是物体之间的关系，而非独立于物质物体而存在的实体或属性。运动仅作为物体之间的“相对差异”而存在：也就是说，物体并不具备速度、速率、加速度等单独的、确定的属性（例如，物体C的速度属性为“5英里/小时”）；相反，真正存在的只是它们相对速度、速率和加速度的差异（例如，物体C和B之间的速度差为“5英里/小时”）。笛卡尔运动分析中的几段文字似乎支持这种强烈的关系主义：“我们不能设想物体AB从物体CD附近被传输，除非我们理解物体CD是从物体AB附近被传输的。”（Pr II 29）因此，“运动物体所具有的所有真实和正属性，以及我们据此认为它们运动的属性，也存在于与其相邻的物体中，即使我们认为第二组物体处于静止状态”（Pr II 30）。这种关系运动形式在最近的文献中被称为“迁移互易性”。然而，正如后面将要讨论的，笛卡尔也认为静止和运动是不同的身体状态，这种观点与关于运动的严格关系主义不相容。因此，笛卡尔的迁移互易性仅满足运动物体的关系主义（以及它对个体身体运动状态的禁止）（即，笛卡尔物理学的许多困难都可以追溯到笛卡尔对其运动假设施加的巨大本体论负担。在后面的部分，我们将研究将他的运动论述与笛卡尔自然定律相结合的问题，但此时需要简要讨论一下笛卡尔对运动和物体的定义中明显的循环性。在将运动描述为物体从周围物体邻域的转移之后，笛卡尔指出“一个物体或物质的一部分，我在这里理解为同时被传输的一切事物”（Pr II 25）。当然，问题在于笛卡尔将运动定义为相邻物体的变化，然后又将物体定义为运动（平移、传输）的事物。尽管这种循环论证威胁着笛卡尔物理学的整个体系，但笛卡尔可能有意让运动和物体在其理论中拥有同等的本体论重要性，以至于它们都不是更基本的概念（后者是构建或定义另一个概念的基础）。然而，它们内在的相互关系意味着，任何试图定义其中一个概念都必须不可避免地包含另一个概念。然而，这种对笛卡尔推理的重构存在问题，在于笛卡尔明确地将运动视为广延的一种“模式”；而模式是一个较低级的本体论范畴，粗略地可以理解为广延自身表现的一种方式，或者广延的一种“属性”（Pr I 53；形状也被认为是广延的一种模式）。最后，笛卡尔理论中隐含的另一个难题是，静止的物体，根据物体和位置的定义，似乎会“融入”周围的空间：也就是说，如果物体是“同时被运输的一切”，那么就不可能辨别出静止的物体和形成该静止物体外部空间的周围空间物质。此外，笛卡尔拒绝任何使用粒子之间键来解释物体坚固性的解释（因为键本身要么是物质，要么是属性，因此键的坚固性大概需要解释；Pr II 55）。宏观物质物体本质上仅由其组成物质的相对其余部分维系在一起。这带来了一个明显的困难，即这种物体的撞击会导致它们分散或毁灭（因为没有任何东西将它们维系在一起）。这些复杂的问题促使许多后来的自然哲学家（他们普遍赞同笛卡尔的机械哲学）寻找物质的内部属性，可以作为一种物体的个体化和构成原则；例如，莱布尼茨对“力”的运用。
与所谓的运动和物体定义的循环性以及静止物体的问题相关的是，笛卡尔对“实体”的定义与他关于个体物体是实体的主张难以调和。如果如笛卡尔所认为的那样，实体的存在不依赖于其他事物（Pr. I 51），那么任何广延的部分（根据Pr. II 10，如上所述，它是一个物体）都不符合实体的条件，因为它依赖于其相邻的物体来划定和定义其边界。然而，笛卡尔经常宣称个体物体是实体；例如，“物质的两半，无论多么微小，都是两种完整的实体”（《论辩》第三卷447）。对这一难题最流行的回应之一，从斯宾诺莎（《伦理学》第一卷，命题15）到许多当代评论家（例如，Keeling 1968、Lennon 1993、Sowaal 2004、Schmaltz 2020 以及其他许多人），都是宣称只有整个充实（plenum）才是实体，而不是其任何组成部分。然而，这种尝试性解决方案的问题在于缺乏文本支持，正如上文《论辩》第一卷51的引文所表明的那样。同样，其中一些重构，例如列侬的重构，似乎违反了笛卡尔物理学和形而上学的核心原则，因为他将运动解释为心灵的一种现象贡献，因此充实及其部分根本不会移动或改变。秉持同样的思路，一些学者（例如 Schaffer 2009）认为笛卡尔是一位超实体论者，即认为空间（在现代语境中为时空）是唯一可谓的或根本的实体。虽然笛卡尔将物质实体与空间等同起来（见上文，Pr II 10）似乎支持这种解读，但超实体论认为空间是第一性的，物质是第二性的或源于空间的（参见 Sklar 1974, 222）。相反，笛卡尔认为物质或物体是第一性的，而空间是一个派生的、抽象的概念：“构成物体本质的同一广延也构成了空间的本质，……这两件事的区别仅在于属或种的本质与个体的本质不同”（Pr II 11）。对于笛卡尔来说，空间是一个属或种的概念（它是一个普遍的概念；Pr I 59），而对于超实体论者来说，空间是一个个体的概念，因此，将超实体主义归于笛卡尔违背了他的名义主义（Pr II 8）。
