物理学史课程论文

当科学遭遇哲学与艺术

故事从18世纪末至19世纪中期的有关对牛顿颜色学说的批判开始。这场争论可以看做是艺术与科学、哲学与科学分歧的一次具体体现。

牛顿的颜色学说从色散研究起步。色散指光在介质中传播时折射率随频率而变化的现象。尽管色散现象在生活中如此常见并且中世纪后人们已经知道日光可以透过棱镜产生彩带，但在牛顿之前没有人能对这种现象做出正确解释。

在近代，较早进行色散研究的是笛卡尔。他利用棱镜做了一系列色散实验，得到了一些认识，仅此而已。直到1666年，牛顿为制造出没有色差的望远镜，开始对光和颜色的性质进行深入研究，并且受笛卡尔的启发，也利用棱镜进行分光实验。从1666年至1672年，通过大量光学实验，牛顿取得了重要的认识成果。1704年，他出版了《光学》一书，对自己的研究成果进行了系统的总结。《光学》的结构和《自然哲学的数学原理》一样，均由公理化体系构成。在第一篇开头牛顿指出：“我的计划不是用假设来解释光的性质，而是用推理和实验来提出和证明它们。为此，我将先讲下列定义和公理。”

牛顿的颜色学说主要包含有以下七点：（1）光线随其折射率不同，颜色也不同。颜色不是光的变态，而是光线原来的、固有的属性。（2）同一颜色属于同一折射率，不同的颜色折射率不同。（3）颜色的种类和折射的程度是光线所固有的，不会因折射、

反射或其他任何原因而改变。（4）必须区分两种颜色，一中是原始的、单纯的色，另一种是由原始的色混合而成的复合色。（5）本身是白色的光线是没有的，白色是由所有颜色的光线按适当比例混合而成。（6）日光经棱镜折射后产生颜色，可以解释虹的形成。（7）自然物体的颜色是由于对某种光的反射大于其他光的反射的缘故造成的。

尽管牛顿的颜色学说对于推动光学发展有着重要作用，但是由于传统观念的影响引起了后人众多争论，尤其是德国诗人歌德和哲学家黑格尔的批判。

1790年，歌德重做牛顿的光学实验，但没有看到牛顿所说的彩带现象，于是断定牛顿的颜色理论完全错误。后来歌德观察到，挡住日光的障碍物两侧可以观察到色光，并认为这是自己的重要发现。于是他认定颜色起源于在黑白边界处明与暗的遭遇。实际上这种现象是“边界色”效应，完全可以由牛顿理论进行解释。歌德肯定了亚里士多德的一切颜色都是亮与暗的综合的观点，并以诗人的眼光看待科学认识，提倡直觉观察，反对用数学语言描述自然现象。

1791年和1792 年，歌德发表了两篇光学论文，公开对牛顿理论提出挑战，又在1810年，出版了《颜色论》，系统地阐述自己的观点。

在《颜色论》中，歌德对牛顿进行各种人身攻击，指责物理学家是牛顿的喽啰，世界上充斥着他们的谎言，招致物理学家的

普遍反感。尽管同时代的物理学家并不承认其理论，但歌德对此不以为然，甚至宣称自己是唯一一个懂得这门艰深科学真谛的人。

歌德对牛顿的谩骂得到了黑格尔的积极响应。这不仅是因为黑格尔曾受到歌德的救助，更是由于歌德的颜色论符合黑格尔的哲学思想。1817年，黑格尔出版《自然哲学》一书，其中极力称赞歌德的颜色理论，批判牛顿的颜色学说。黑格尔坚信“唯有数量才能从数学方面加以证明，物理的东西则不能从数学方面得到证明，在颜色方面数学无足轻重。”

歌德和黑格尔的批判，并未影响物理学家接受牛顿理论，反而使黑格尔的思辨哲学在物理学家心目中动摇，进而其他哲学也陷入同样的境地。这种状况对物理学和哲学的发展都产生了不利的影响。

这场争论的焦点与其说是两种颜色理论的冲突，不如说是艺术与科学、哲学与科学的分歧。

牛顿有一句名言，“不做虚假的假设”。他的光学研究正是从实验和观察出发，进行归纳综合，总结出一套完整的科学理论。牛顿的工作为后人树立了光辉的样板。

黑格尔和歌德的颜色理论是从纯粹的思想出发，最早来源于亚里士多德的《颜色论》，因而具有明显的亚里士多德思想的影子。亚里士多德是经院哲学体系的代表人物，其思想的核心是高度重视逻辑思辨。这种思想在缺少对经验归纳的情况下，在一段

时间内严重阻碍了 科学的发展。我们应当感谢伽利略，他的创造性方法使得科学与哲学和神学中分离，走出了近代科学自己的道路。哲学与科学的分野并未使得哲学就放弃对科学的统领地位。当新的科学理论产生时，总有为数不少的哲学家对它口诛笔伐，以维护建立在原有科学认识基础之上的哲学理论体系。虽然如此，但并不意味着科学就不需要哲学的指导，问题是当科学遭遇哲学，科学家应当怎样做？

19世纪初的物理学变革或许能帮我们找到这个问题的答案。

1905年。，爱因斯坦发表《论动体的电动力学》建立狭义相对论；1915年，爱因斯坦又连续发表了四篇论文，建立了广义相对论。这种崭新的时空观与人们的传统观念相左，引起哲学家的激烈批判。直到1919年，英国天文学家爱丁顿率队进行天文观测才直接表明了相对论的高度正确性。同样有此遭遇的还有量子理论。相对论和量子论均是人类20世纪在科学方面的伟大突破，却因与传统观念不同，在诞生之初，遭到哲学界的巨大打压。这种艰难的境地使得那个时代参与其中的科学家都要对科学进行哲学反思。事实上，科学史表明，几乎所有那些代表一个时代的科学家都有一个共同的特点：在自然科学定律方面和对与自然科学问题的哲学思考方面都做出了重要贡献，在他们身上充分体现了这两方面成就的有机结合。因为他们破旧立新的科学理论不可避免的要受到哲学家的诘难，而且我们应当认识到正是这种