科学概念的形成与发展：以“力”为中心的案例研究

吴以义教授详细阐释了科学概念的形成与发展。他强调，概念定义的清晰性和排他性是科学发展的重要出发点，而概念定义模糊恰恰是严复对中国传统学问提出的质疑。为了更形象地解释科学概念的发展，吴教授以“力”为案例展开了讨论。力的概念很早以前就在人们的生活中产生，但它始终和生命体的活动联系在一起。直到科学革命时代，科学家开始思考是什么驱动了日月星辰的运动，开普勒在仔细研究后发现，越靠近太阳，行星运动越快，由此他领悟到是太阳里的某种力在推动行星绕太阳运行。正是基于这个观点，哥白尼的日心说相比托勒密的地心说获得了排他性优势，大家意识到太阳是驱动地球前进的动力，地球是围绕太阳运行的。在这个意义上，开普勒创新地提出了“吸引力”这个概念，“吸引”这个词用到自然界上很不一般，因为它强烈提示着人的活动，在当时几乎整个欧洲大陆在笛卡尔机械哲学的背景下都难以接受开普勒的“吸引力”概念。然而牛顿没有断然拒绝开普勒的概念，他认为“吸引力”并非是不可想象的。在其追求炼金术的过程中，牛顿发现了化学物质之间的相互反应，他认为这其中恰是吸引力的作用，他形容这种相互反应的物体为sociable（乐于交际的）。因此，牛顿在“力”的概念发展上前进了一步，他从化学的研究中清楚地见证了吸引力的存在。然后，牛顿面临的问题在于，他无法得知天下的“力”是同一的——在其《自然哲学数学原理》中，八个定理中的六个被用于讨论“力”：推力、阻力、离心力等等，各式各样的“力”被反复提及的原因恰是因为难以统一归纳。科学上的不得而知使牛顿求助于哲学，他提出假定：如果结果是一样的，那么原因应该是一样的。这样的假设对科学的发展起到了决定性的作用。现实中我们难以用归纳法证明自然现象的因果关系，即使演示1000遍证明了自然现象的因果关系，也无法确保第1001遍时因果关系的存在，对部分成立的结论始终难以证明全体。然而牛顿通过构造一个我们看不见摸不着的东西——“力”，提出F=ma的牛顿第二定律，正面地回答了自然科学中对“力”的定义：力就是加速度的原因。而牛顿这个F=ma的基础，就是对自然界普遍认定的因果关系的表述。