古代的引力观念和近代的引力观念有很大的不同。从十七世纪起,科学家把引力主要地看作是物质的一个属性。一物体吸引另一个物体的力量大小,视物体所含物质的多少和隔开它们的距离而定,这种力量是相互作用的。在古代和中世纪,引力多多少少被认为是位置的一种性质,而不是物质集聚的性质。在亚里士多德的宇宙里,万物都有其指定位置,如果脱离原位,就要争取回去。石头落地是因为石头希望回到原来在宇宙中心的位置,而宇宙中心刚好和地球中心符合,或者几乎符合。但是即使地球不在宇宙中心,土和水形成的物体也会向宇宙中心落去,就象气和火形成的东西会升向它们在月层下面的原来位置一样,尽管除掉它们的指定位置外,并没有什么东西“吸引”它们。
这种引力观念给哥白尼的学说带来不少困难。石头显然是落向地球,但是地球如果沿着周年轨道环绕太阳运转,它就不可能处于宇宙的中心。哥白尼因此设想每一物体,太阳、月亮和各个行星,都有自己的引力体系,这样空中的一块石头就会落向它最近的天体。哥白尼认为引力是物质集聚的一种趋向,不管把它放在哪里,不一定非要宇宙中心不可,都会聚成圆球的形状。但是他仍旧认为引力的中心是一个几何性质的点,不过这类点子现在只能是物质球的中心了。哥白尼写道,“地球的元素是最重的,所有的重东西都被驱向地球,并力图达到它的最内在的中心。”
哥白尼没有认为太阳系的各个天体靠它们私有的一套引力系统而相互产生影响。天体的格局和它们的运动并不是由引力或者任何其他力学原因决定的。天体的运动完全是天然的,而它们的格局则是由行星的速度和行星轨道大小之间的数学和谐所决定的。哥白尼没有公开表示过他对行星际空间问题的看法,但是刻卜勒在他之后却声称,哥白尼相信天体嵌在坚硬晶莹壳子里,这些壳子一个套着一个转动,并载着天体运行。
公元1577年第谷?布拉赫和别人追踪一个彗星通过天空的轨迹,并指出它通过太阳系,穿过旧的亚里士多德宇宙论的所谓坚硬晶莹的壳子。这一来这种观念只得放弃了,而给天体的布局和运动另求解释。第谷?布拉赫写道:“我现在看得很清楚,坚硬的天层是没有的,而那些被作者们设计来装饰门面的天层,只在想象中存在,其目的是容许人们的头脑能够领会天体所描绘的运动。”
但是,如果晶莹的天层不存在的话,那末问题就来了:实际上推动天体运行并保持其正规格局的是什么呢?一个可能性是天体自顾自地运行,各不相关,而且没一个正规秩序。弗兰西斯?培根写道:“关于天体的第一个问题是,究竟有没有一个体系,也就是说,究竟世界或者宇宙合成一个具有中心的圆球,还是地球和星体那些特殊圆球都分散开,每一个都各自独立,没有任何体系或者一个共同中心。”
可是早期的近代科学家多数都觉得,太阳、月亮、地球和行星的确形成一个有共同中心的体系,而且这个体系是由一条单一原理联系在一起的,这一原理也是天体的各种不同的有规则运动的基础。公元1600年威廉?吉尔伯特提出磁力可能是维持太阳系存在的原理。如我们在前面已经谈到的,吉尔伯特根据他的磁石球实验,设想地球本身是一块庞大的磁石,上面盖了浅浅一层的岩石和土壤。由于磁石对一定距离内的铁器物有相当大的力量,吉尔伯特设想引力就是地球这块庞大磁石作用于周围物体的磁力,而且遍及整个太阳系,成为宇宙的外膜。
吉尔伯特在他的一项实验中证明,磁石对一块铁的吸力大小视磁石的大小而定,磁石越大,对铁块的吸力也越大。还有,吸引是互相作用的,磁石吸铁,铁也同样吸引磁石。因此吉尔伯特所研究的磁力性质,为近代引力观念提供了一个模型。引力的中心并不是什么几何点,而是具体的一堆物质,它的力量随着物质数量的增加而增加。
和第谷?布拉赫一样,吉尔伯特认为行星环绕太阳,而太阳和行星则作为一个整体环绕处在世界中心的地球。但他又和第谷不同,同意哥白尼的恒星不动和地球在地轴上每日自转的假说。由于地球、太阳、月亮和诸行星都是磁性物体,它们都在空间里自己定向,就象罗盘在地球上有它自己的方向一样,所以太阳系的星体全在同一平面上运动,它们的轴都是平行的。用吉尔伯特自己的话来说,“它们按照整体的规律在宇宙中各自就位”。因此地轴永远指向北极星,这是地球磁力的定向效果所致。吉尔伯特认为太阳系的所有天体通过磁力的相互作用都相互影响,而且并没有什么原动者从外面控制它们的动作。他写道,“自然界的万物都自然地运动,各由其本身的力和他物的制约推动,行星体的圆周推进就是这样,每一行星都遵照着并推动着别的行星运行。”
吉尔伯特的这些理论有一个时期很有影响。约翰?刻卜勒就接受过来,用以解释为什么行星在椭圆轨道上运动。刻卜勒还发展了吉尔伯特的引力观念,假定引力“是和磁力类似的东西,是同性物体之间的一种相互感应,企图结合或联系在一起。”这样一种介于两个物体之间的引力,是视物体的大小而定的。地球是月亮的五十三倍,所以:“如果月亮和地球不靠其自身的活力或者什么别的相当力量把它们保持在各自的轨道上,地球就会向月亮上升,而月亮则会向地球坠落;地球会上升到地球和月亮之间距离的五十四分之一,月亮则会坠落到余下的五十三分距离。”
从这段话中我们附带可以看出,刻卜勒并没有什么惯性观念,要保持太阳系天体运动着,必须有一种活力或者什么别的相当力量。
为了说明行星的运动,刻卜勒设想太阳发出磁力流,就象轮辐一样在行星周转的平面上照着太阳的旋转方向转动着。这些磁力流靠一种切线力推动行星周转。因此几个外行星比那些靠近太阳的行星走动得都慢,因为它们都重些,而且因为磁力流达到它们时,因距离关系已经减弱了。为了解释行星的椭圆轨道,刻卜勒设想太阳是一个只有一个极的庞大磁石,而行星则是具有南北两极的磁石。行星的轴在空中始终保持定向,所以行星在轨道上运转时先是北极朝着太阳,然后是南极朝着太阳。这样行星就会轮流受到太阳的吸引和排斥,而它的正圆轨道就会歪曲为椭圆形。刻卜勒认为地球的自转主要是由于地球自身的磁力;地球的转动一年中有三百六十天是由于它自身的磁力,只有五天是受太阳磁力的影响。和吉尔伯特一样,刻卜勒承认哥白尼的宇宙价值。地球和别的行星大致一样,而太阳则统治着宇宙,具有一种特殊的磁力,推动行星周转,并把它们的轨道由正圆形改变成为椭圆形。
如我们在前面已经看到的,刻卜勒同意旧的力学见解,即运动体需要不断增加推动力,才能保持走动;而他的朋友伽利略则坚持旧天文学的先入观念,认为行星的运动是正圆的和均速的。但他们并未相互配合,因此两个人虽则都有可能把天文学和力学综合起来,但是谁也没有做到。在伽利略看来,天体的格局和运动是不存在问题的。他的惯性原理规定天然运动都是均速和圆周形的,而且由于他认为行星沿着正圆轨道以均速运动着,他就假定它们的运动是天然的和自行维持的。伽利略提示,上帝开头可能把行星从一个很高的地方扔下,使行星向太阳落去,逐渐增加速度。当他们达到目前的速度时,行星就被拨进圆周轨道,从此就无限期地运行下去。伽利略说,这个见解他是从柏拉图那里得来的,但是,剥去了它的“面具和诗意的外衣”。
伽利略在天文学上,以及他后面的笛卡儿在一般科学上,所主要关心的是宣传科学革命的新的普遍见解,而不在于解释晚近科学发现的详细内容。笛卡儿和伽利略一样,相信行星沿圆周轨道并以均速运行,而不是如刻卜勒发现的那样,沿椭圆轨道以变速运行。还有,笛卡儿也反对在集聚的整体物质之间有一种引力能隔开空间起作用的看法。他批评伽利略没有先弄清楚物体能否自由,就定出物体的自由坠落规律。在笛卡儿看来,物质和广袤是毗连的,因此空间充满物质,没有任何东西能够“自由”坠落。石子落地是由于包围地球的物质的旋涡的吸引效果引起的。同样,行星的圆形轨道是由于包围太阳的旋涡状物质的吸引效果引起的,这种吸引效果大乱了行星在惯性力下的天然直线运动而成为圆周形。笛卡儿的这些见解很有影响,而且在当时使人们不再去注意引力问题的研究。他的信徒之一克利斯提安?惠更斯(Christian Huygens,公元1629-1695),荷兰的一个绅士兼业余科学家,在公元1669年作了一项实验,好象证实了笛卡儿的物体坠地学说。他在一碗水里搅起一个旋涡,发现碗内的卵石都被拉到碗底正中的旋涡的中心来。惠更斯因此认为引力不过是“以太的作用;以太环绕地球中心,力图离开中心,并迫使那些不参与它的运动的物体各自保持在原来位置上。”惠更斯在研究摆的摆动时,于公元1659年就已经发现,保持物体的圆周运动需要一种向心力,并证实了支配它的规律。但是在行星的问题上,他却没有看出这种力量来自引力的,其所以如此,可能是由于他拥护笛卡儿当时的见解。在天文学上,笛卡儿的体系比刻卜勒的体系说明的问题少,特别是没有能解释行星的椭圆轨道,而且使刻卜勒的有发展前途的引力观念湮没了。刻卜勒认为,引力是两物体通过空间作用着的一种力,而力的大小则视物体所含物质的多寡而定。
刻卜勒的学说在公元1666年为阿尔方斯?博雷利(Alphonse Borelli,公元1608-1678)重又提了出来。博雷利是比萨大学的数学教授和佛罗伦萨实验学院的院士,该学院的组成人员都是伽利略的学生和门徒。博雷利提出,行星的椭圆轨道是两种相反力量平衡的合成;第一个是把行星吸向太阳的引力,第二个是一种使行星离开太阳的离心力,就象石子用吊索旋转起来所受到的力量一样。博雷利坚持力学上的冲力说,因此和刻卜勒一样,设想行星的运转是受太阳的力的推动,各种力就象光线一样被太阳射出来,而且象轮辐一样随太阳转动。他认为物体的天然倾向是走直线,而不是如刻卜勒和伽利略认为的走成圆周,因此来自太阳的引力必然把行星约束在闭合的轨道中运行。但是博雷利没有能找出:引力究竟需要多大,才能把行星的天然直线运动弯曲为人们所观察到的椭圆轨道,所以他的行星运动说始终只是一种揣测。
博雷利的思想是理论物理学在十七世纪意大利的最后一闪的火花,而在荷兰和法国则是笛卡儿的学说占优势。所以天体力学的问题整整兜了一个大圈子。从吉尔伯特的以定性为主的哲学思想开始,引力问题又回到英国来,由后期斯图亚特王朝的科学家们提供了具体的答案。这一派的主要人物是伊萨克?牛顿(Isaac Newton,公元1642-1727),不过其他一些人,如罗伯特?胡克(Robert Hooke,公元1635-1703),克里斯托弗?雷恩(Christopher Wren,公元1632-1723)和爱德蒙?哈雷(Edmund Halley,公元1656-1742)的贡献,也都是相当重要的。
伽利略的近代惯性原理内容是,物体不受阻扰时以均速沿直线运动。这一原理一经成立,用力学解释天体运动的问题,就成为这样两个问题了:第一,使这种惯性运动弯曲为圆形或椭圆形运动,需要向心力,现在要导出支配这种向心力的规律;第二,证明引力能提供约束行星沿闭合轨道运动的向心力,这就需要导出支配引力随吸引物体间距离变化的规律。英国皇家学会的干事罗伯特?胡克,热心地从实验上来研究第二个问题。他倾向于相信吉尔伯特的见解,即认为引力是和磁力类似的东西,而且,由于吉尔伯特已经从实验上证明,两物体之间的磁力视距离远近而异。胡克觉得也可以证明引力同样是如此。在公元1662年和公元1666年,胡克作了些考验这项假说的实验,把在深井或者矿井里量得的物体重量,和地面的重量以及高山上的重量进行比较。但是,用他自己的话说:“什么都没有落实。”在公元1664年,胡克和雷恩讨论了那一年出现的彗星的轨道。雷恩德看法是,彗星在惯性的影响下走一根直线;但是胡克指出彗星靠近太阳时轨道是弯曲的,并且表示这种弯曲是太阳引力作用的结果。差不多在同一时候,胡克企图通过研究弧形摆的运动,发现支配物体保持沿圆周运动的力的关系,但是他没有发现向心力的决定性规律。
牛顿也在研究这些同样的问题。在公元1665-1666年的大瘟疫时期,牛顿离开剑桥大学,住在格兰赛姆附近自己家里的乌尔斯绍普庄。根据牛顿三十年后所作的一项声明,他当时既发现了向心力规律,也发现了两个物体之间的引力随物体之间距离的平方而减少的关系。看上去牛顿是从刻卜勒的行星运动第三定律推演出向心力规律,并由此导出引力的平方反比定律。这些定律的正确性可以用计算来证明,即根据平方反比定律和落体实验测量出来的地面引力已知值,计算地球对月亮的引力。根据月亮的速度和月亮轨道的大小,就可以算出把月亮约束在它的轨道上所需要的向心力。如果计算出来的向心力的值和引力值在数量上吻合,那就证明是地球的引力提供了维持月亮在轨道上的向心力。
如果说牛顿在乌尔斯绍普庄时作了这些计算,但他并没有把计算的结果公布出来。他为什么在公元1666年没有发表这些成果,人们提出了好几条理由。其一,据说牛顿的向心力和引力的计算值并不符合,因为当时人们对地面和地心的距离知道得并不准确。后来又有人设想,牛顿在当时没有能证明,地球这样整个物质所产生的引力场,就象在地球的几何中心点所产生的引力场一样。比较晚近的设想是,牛顿在公元1666年事实上并没有发现向心力定律和平方反比定律,原因是没有任何文件记录支持这种说法,而牛顿三十年后的回忆在若干别的事情上都记错了,可能在这件事情上也记错了。再者,牛顿在公元1666年和公元1667年之间还是根据一种假想的以太介质从天上到地球的循环流动,而发展了一种引力学说,并认为以太带着有重量的物体下降。在公元1679年,他设想太阳和行星说不定是“由它们的旋涡中以太所具有的某种隐蔽的互不影响原则”所排列的,这种说法意味着牛顿是比较倾向笛卡儿的见解的。
到了公元1679年,其他的科学家都已经找到向心力定律和引力的平方反比定律了。荷兰的惠更斯作了摆的运动实验和一般圆周运动的实验,根据这些实验,他在公元1673年推算出向心力定律。有了这条定律,那就有可能从我们前面讲过的刻卜勒的行星运动第三定律推论平方反比定律。惠更斯并没有这样作,但是胡克、雷恩和哈雷作了,于公元1679年找到平方反比定律。那一年胡克写信给牛顿,问他能不能根据向心力定律和平方反比定律,证明行星沿椭圆轨道运动。胡克在信中指出,困难在于太阳和行星都是广袤物体,然而在理论上却不得不把它们的质量看作好象是集中在它们各自的中心点上来处理。牛顿没有回答胡克的问题,但是在公元1684年雷恩为解决胡克向牛顿提出的这个问题,提出一笔奖金。胡克自称解决了这个问题,但是据哈雷说,雷恩对解决并不满意。第二年,这个问题又向牛顿提了出来,这次是由哈雷提出的,后来牛顿就送给哈雷一项证明,说明行星在太阳的引力场影响下将会沿椭圆轨道运动。哈雷力劝牛顿把证明详细写出来,并公布于世。牛顿现在已能证明广袤的球体,诸如地球或者太阳,如果全部质量集中在球体中心,其引力场将保持不变,所以可以把天体当作质点看待。这时候,地球半径、太阳离地球的距离和太阳系的其他一些测算的比较准确数值,都已经找到了,所以牛顿靠了这些就能够证明,地球的引力完全可以提供保持月亮留在所观察到轨道上的向心力。同样地,牛顿也证明太阳的引力场能说明人们观察到的行星遵照刻卜勒定律的运动,以及彗星大致沿抛物线轨迹环绕太阳。牛顿并且进一步发展了自己的理论,认为每一行星由于其自身的旋转运动,应当在两极扁平,而在赤道上突出。这样一个扁平球的形状,在望远镜中窥见的木星就是如此;至于地球则是从地球的引力场在赤道较小,在靠近两极地区较大,而推论出来的。既然地球并不完全是正圆形,牛顿就指出太阳和月亮的引力摄动将不会通过地球中心,因此将使地球的轴作一种缓慢的圆锥运动,这就说明了二分点的岁差现象。最后,牛顿又把潮汐的产生归之于太阳和月亮对海洋的引力效应的差异,证明高潮总是在新月和满月时发生。因为这时太阳和月亮的引力一同在起作用,而低潮则在上下弦月时发生,因为两种引力会相互抵消掉一些。
这些证明都被牛顿收在他在公元1686年尾完成的《数学原理》里。皇家学会要出版这部书,但是凑不出适当款子,而皇家学会的干事胡克则声称引力的平方反比定律是他首先发现的,所以爱德蒙?哈雷就自费出版了牛顿的书。胡克在公元1693年又提出他首先发现平方反比定律的声明,这次是在皇家学会的会议上提出的。这事发生后不久,牛顿就患了神经系统的疾病,直到复原以后,才第一次发表声明,说他在公元1666年基本上就发现了向心力定律和平方反比定律。牛顿毫无疑问在万有引力论上作出了他个人的最主要的贡献,不过正如后来他和莱布尼茨激烈争吵谁先发现微积分的问题一样,牛顿只是当时解决引力问题的若干科学家中的一个。这些人全都在研究同样的问题,并且独立而同时地在解决引力问题上作出了贡献。
在研究太阳系力学的问题上,胡克和牛顿采用的方法是有点两样的。胡克属于共和国时期达到成熟阶段的一代科学家,这一代受培根科学哲学的经验主义和功利主义影响最深。牛顿属于王朝复辟时期达到成熟的后一代科学家,他采用的是一种比较演绎的方法论,有点象伽利略和笛卡儿采用的方法。胡克努力通过测算物体在地面以上和以下不同高度的重量,从实验上找出两物体之间引力和距离的变化,而牛顿大概是从向心力定律和刻卜勒的行星运动第三定律演绎出引力的平方反比定律的。他在讨论科学方法时,牛顿采纳的观点是,物理-数学演绎的起点应当是从实验所观察到的效果或者规律,而演绎则应当导致其他可观察效果的解释或者预测。在《数学原理》的序言中,牛顿写道:“哲学的所有困难好象就在这里:从运动的现象研究自然界的各种力,然后从这些力再来证明其他现象。”
牛顿因此特别强调,作为自然哲学中数理证明的起点的,应当是观测到的效果和力学运动的那些规律。笛卡儿也提倡同样的观点,设想自然现象应当用机械名词来解释,因为我们对机器的作用和其他机械设计的东西最熟悉,而且必然以已知解释未知。这种以已知解释未知的方法在牛顿的著作中非常明显。他把行星轨道比作抛射体的轨迹时,在两者之间建立了一种伽利略所没有能建立的联系。他写道:“如果我们想一想抛射体的运动,就可以很容易地理解到为什么行星可以保持在某种轨道上:因为一个射出的石子是由于它本身重量的压力而逼得离开直线轨迹……并在空中描出一条曲线,经过这条弯曲的路线最后落在地上;而且射出的速度愈快,它在落地前就射出愈远。所以我们可以设想它的速度增加得非常之快,以至非要经过好多里的一段弧线才会落到地上,而且最后还会超出地球的界限,从地球边上就掠过去了。”
由此可见,如果月亮可以比作一个抛射体时,它就应当遵守同样的定律,而且它的运动就应当符合伽利略对抛射体运动所作的分析。也就是说,月亮的曲线运动应当可以分解为两种简单的直线运动,每一种运动都受力学定律支配。牛顿的方法事实上和伽利略采用的方法非常之象,不但总的方面相似,如数学证明要根据实验上已知的原理,而且在细节上也相似,如把复杂的曲线运动分解为简单直线运动的方法。
可是牛顿不同于伽利略的是,他严格区别于实验所提供的原理和直觉所提供的原理。笛卡儿认为直觉为不受蒙蔽的心灵提供确实和无可置疑的思想,而科学证明就是以这种所谓确实和无可置疑为根据的。牛顿对笛卡儿的这种方法并不喜欢。在牛顿看来,这些思想只是假说,他并且声称自己不采用假说。牛顿当然也曾提出一种思辨性质的假说,并且根据这些假说进行论辩和证明,但是他坚称这类思辨和他的实验哲学是分开的并且与之全然不同。由于这个缘故,牛顿在自己的后期著作《光学》(公元1704年)中把他的实验哲学和思辨性的自然哲学作了分别的阐述,在介绍他的光学实验工作那一部分的末尾,以若干条《询问》的形式附带地谈了他的思辨性自然哲学,所以他这部书分为两个部分,不妨说一部分是采用伽利略的方法,一部分用的是笛卡儿的方法。
别的科学家,如惠更斯和莱布尼茨,觉得很难赞同牛顿所作的实验哲学和假说性思辨之间的区别。他们暗示,牛顿把引力说成是物体之间遥远作用着的一种力,这种观念等于恢复了新近被自然科学所否定了的神秘性和精神力量。牛顿回答说引力只是给所谓物体坠地、行星沿闭合轨道环绕太阳等等现象的原因起的一个名称,实验哲学由于没有适当的观测可以进行,无法定出这个原因是什么。实验哲学家只能指出引力怎样起着作用,表明物体坠地时在给定时间内速度增加多少,等等,正如伽利略发现物体的坠落不断加速时所做的一样臆测引力的“原因”,把引力说成是一种神秘的力或者是宇宙以太的旋涡,对实验哲学说来都毫无价值,因为所有这类解释都属于假说性质。牛顿写道:“告诉我们任何事物都具有一种神秘的特殊性,而事物就是靠这种特殊性起作用,并产生明显效果,这样说等于白说。但是从现象推出两三条运动的普遍原理,并且在事后告诉我们一切有形体的东西的性质和作用都是根据这些明显的原理来的,那就是在哲学上前进了一大步,虽则这些原理的原因还没有发现。因此我考虑下来,还是不提出上述运动的那些原理来的好,因为这些原理包括的范围非常之广,还是让别人去发现他们的原因罢。”
牛顿当然没有把自己的活动限制在他规定的实验哲学方面。他建议用思辨性的假说来解释为什么人们所观察到的力学定律不可逾越。特别是提出给有形东西之间所观测到的引力找一个物理“原因”。在牛顿的时代,亚里士多德的引力现象学说已经不再有什么地位了;这个学说设想四大元素不断努力回到其在宇宙中的规定位置。比较有影响的还是笛卡儿的引力学说,即行星际和恒星际空间都挤满了一种物质,这种物质以一种旋涡式的运动环绕着地球和每一个天体。这些旋涡具有一种把有形体的东西拉向中心的性质,因此以地球上重的东西为例,就有一种落地的倾向,而较大天体诸如太阳周围的旋涡,则把地球和行星等小天体带着转,使它们沿闭合轨道运行。牛顿在他的后期著作中,否定了笛卡儿的这个学说,理由是它不能说明刻卜勒的行星运动诸定律的确切形式,而且和彗星穿过太阳系的运动这类天文现象不符。牛顿提出了几种不同的学说代替笛卡儿的观点来说明引力现象,其中最成熟的是收在《光学》附录《答客问》里的一种说明。在这里,牛顿设想整个空间都充溢着一种静止的以太介质,类似包围地球的大气,但是精细得多。这种介质由极小的微粒组成,微粒相互排斥,也受到有形体东西的微粒的排斥。由于有这种排斥存在,以太介质在庞大物体诸如天体的间隙里很少找到,而密布在环绕这些庞大天体的空间里;而且离天体愈远,密度愈大。这一来,一个重物体和地球离开一定距离,物体里面的以太介质在其背离地球的部分就要密些,在其朝向地球的部分就要稀些,而由于以太介质的排斥作用,物体将向地球坠落。
牛顿计算过,如果以太介质的平均密度是空气密度的七十万分之一,而且如果成比例地较空气更有弹性,那末介质对物体通过它时的阻力就会很小,事实上只有水的阻力的六亿分之一,因此行星的运行就是经过一万年,也不会因摩擦阻力而有多大改变。但是经过很长的时间之后,行星将会逐渐慢下来,而且因摩擦作用,运动一般将在宇宙中消失。由此可见,宇宙中的运动量不可能如笛卡儿所设想的那样,永远守恒,而世界整个说来是不可能成为一个完善的自动机器的。牛顿因此设想上帝经常补充宇宙内因摩擦而丧失的运动,并改正因行星和彗星打乱相互的轨道而引起的那类干扰。在牛顿看来,上帝是无所不在而且是万古长存的,所以不管宇宙哪里出现混乱,上帝都会看到并改正它。牛顿写道:“上帝永远存在而且到处都有,并凭自己的永远和普遍存在构成时间和空间……〔上帝〕统驭万物,熟悉万物,并懂得一切可做的事……我们靠自己意志挪动自己的肢体,上帝由于无所不在,更能靠自己的意志挪动处在他的无边而统一的感观内的物体,从而形成并改造宇宙的那些部分。”
在这段话里,牛顿的观点很接近荷兰哲学家斯宾诺沙(Spinoza,公元1632-1677)所提倡机械泛神论观点。在神学上,牛顿是比较脱离正统的,因为他是个一神论者,同早期近代科学传统上的其他知名人士,如塞尔维特(Servetus,公元1509-1553)、约翰?洛克(John Locke,公元1632-1704)和约瑟夫?普利斯特列(Joseph Priestley,公元1733-1804)一样,都反对神是三位一体的学说。
牛顿总是自称在实验哲学上不用思辨性假说的,但在上帝构成时间和空间这种学说里,和整个空间充溢着一种静止的以太介质的理论上,他的这些假说就影响和决定了他的科学面目。这些假说促使他假定时间、空间和运动都是绝对数量,在原则上可以根据宇宙内某种固定不变的东西计算出来。在牛顿看来,宇宙中静止和不动的实体就是上帝,上帝的存在构成时间和空间,以及弥漫一切空间的以太介质。他写道:“天父是不动的,宇宙间没有一个地方除掉因自然界的永恒需要而变得有虚有实外,天父是不会变得更虚空一点或者更充实一点的。宇宙中其他万物则都在到处移动。”
这种认为时间、空间和运动是绝对量的见解一直持续到二十世纪,因为在往后所有涉及充溢一切空间的以太介质的学说里,宇宙间都有一套体系和观察者,在原则上能够测量绝对速度,也就是那些在宇宙以太中处于静止状态的体系和观察者。
[英]梅森