接触，然后把一个圆筒里的空气抽去，再把这两个圆筒由冷的地方搬到热的地方；在真
空中的温度计将与在非真空中的一样变热，而且差不多一样的快。再把这些圆筒搬回冷
的地方时，真空中的温度计与其他一个差不多一样快的变冷。暖室里的热是不是借一种
比空气还要微妙的介质的颤动，在真空中传达呢？这种微妙的介质，是空气抽出后仍然
存在在真空中的。这种介质是不是就是光折射和反射所凭借的媒介呢？光是不是就靠了
这种介质的颤动传其热于物体，并且变得时而容易反射和时而容易透射呢？是不是热体
中这种介质的颤动，帮助热体维持其热的强度与期间呢？热体传其热于附近的冷体时，
是不是靠了从热体中传播到冷体中去的这种介质的颤动呢？这种介质是不是比空气还
要稀薄与微妙万分，还要有弹性和活泼万分呢？它是不足很容易渗透到一切物体中去
呢？它是不是 （由于富有弹性）弥漫于一切欠体中呢？
牛顿接着表示：光的折射是由于这种介质在不同物体中有不同的密度的
缘故；它在重物体中比较稀薄，在太阳和行星体内比在自由空间格外稀薄，
而在自由空间中，离物质愈远这介质就愈浓密。他想这样去解释万有引力，
去解释微粒说所需要的光在密的介质中的较大的速度。障碍物边缘的衍射是
物质对表面以外的以大的影响所造成的一种折射。所以在牛顿看来，以太是
① 上引书，323 页。
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光和可称量的物质之间的一种中间物。但是我们不要忘记，这些见解不过是
牛顿书中正文以外提出的一些疑问。牛顿明白地指出进一步的实验是必需
的，而他提出这些问题，是请旁人解答。有人抱怨说人们所以迟迟不接受光
的波动说是由于牛顿的权威的缘故，但这种抱怨只有对于那些认为他的疑问
里已经包含了解答的人，才适用。
读者当会看出，如果光在空气中和水中的速度可以测量出来或加以比较
的话，就可以进行一次决定性的实验，来判断这两个学说孰是孰非。1850年
左右，弗科 （Foucault）根据直接观测，第一次进行了这种实验。光的速度
在水中较小，合于波动说的需要。
但近年来在阴极线中和放射物过程中发现了运动迅速的质点 65 或电
子。这说明和牛顿所想象的质点很相似的质点现时已可观察得到。事实上，
牛顿理论的最可注意之点，是它和十分现代的观念相似，因为在牛顿看来与
普兰克和J．J．汤姆生看来一样， “光的结构基本上是原子的”，薛定谔等
人还必须想象有一种由质点和波动组成的复合体，这同牛顿的想法更是依稀
仿佛。当我们想到这些发现以及许多别的发现不过是一位青年人的成就，这
个人后来做了造币局长，把他的晚年时间用于实际铸钱工作，又把他的闲暇
消耗在思辨的神学著作上的时候，我们不禁对于他的心灵惊叹不置，象古代
德谟克利特一样，他真可算是人类中杰出的天才。
化 学
前章所叙述的化学与医学的结合，直到十七世纪之末仍然统治着这两种
学科。医药化学家逐渐把化学从依附于炼金术的不名誉的状态中解放出来，
纳入职业研究的范围中去。已知的元素和化学反应的数目大大增加，从而奠
定了提高化学理论的基础。
我们讲过波义耳怎样在他的 《怀疑的化学家》一书中，反驳“火的理论”
的残余——一方面是亚里斯多德的四元素，另一方面是当时流行的化学理
论，主张盐、硫、汞是三个主要原质。他的 《怀疑的化学家》一书是化学走
向现代观点的转捩点。
牛顿在他的房间后面，剑桥大学大门口与三一学院礼拜堂之间的花园
里，设立了一个实验室。他无疑是在这里进行他的光学和其他物理学学术的
实验的，但他也研究了化学。他的族人和助手汉弗莱·牛顿 （Humphrey
①
Newton）说 ：
他很少在两三点钟以前睡觉，有时一直到五六点钟才睡觉??特别是在
春天或落叶时节，他常常六个星期一直留在实验室里，不分昼夜，炉火总是
不熄，他通夜不睡，守过一夜，我继续守第二夜，一直等到他完成了他的化
学实验才罢体。
牛顿的化学兴趣似乎主要在于金属，在于化学亲合力的原因和物质的结
构。在他的 《光学》第311 问题里，有这样一节：
物体的小质点是不是有某种能力，效能或力量，使这些小质点可以起超距作用，
不但作用于光而令光发生反射、折射与弯曲，而且互相作用，造成很大一部份的自然现
象呢？物体因重力、磁和电的吸引而互相作用已是熟知的166事情；这些例子表现了自
① Sir lsauc Neuwton， Hisiory Of Science Society ． Baltimore, 1928，p ，214。
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然之理，因而在这些吸引力之外也许还有别的吸引力，因为自然是极有常规而不会自相
矛盾的。至于这些吸引力如何形成，我不在这里讨论。我所说的吸引力也许是靠了冲动
或我所不知的方法形成的。我用的吸引力一词，只是一般地指使物体互相接近的力量，
不管它的原因是什么。因为我们在探讨吸引力形成的原因以前，必须先从自然现象了解
哪些物体互相吸引，和吸引的性质与定律是怎样的。重力、磁扣电的吸引，达到相当远
的地方，因而常人的眼中也能看见。可能还有作用于极短距离的吸引力，直到现今还没
有被人观察到，电的吸引力也许在没有被摩擦所激起的时候也可以达到那样的短距离。
酒石酸盐在空气中潮解，不是由于它对于空气中的水蒸汽的质点有吸引的倾向
吗？为什么普通的食盐、硝石或硫酸盐不潮解，岂不是因为它们没有那种吸引力
吗？??纯硫酸能从空气中吸收很多的水，到饱和之后才不再吸收，以后要在蒸馏中把
水蒸发出去也很困难，这不是因为水的质点与硫酸的质点有同样的引力吗？硫酸与水依
次倾入一个容器，而混合起来的时候变得很热。这不是说明溶液里各部中有极大的运动
吗？而这个运动不是表明这两种液体在温和时，有激烈的结合，因而以加速运动互相冲
击吗？
牛顿在炼金术和化学上所花费的时间，比花在使他成名的物理学上的，
可能还要多些。他没有写一本有关他的化学工作的书，除了在 《光学》一书
里所提的问题之外，只能在他的遗稿上找着一点记录。这些文件表明他对于
合金特别感兴趣。例如，牛顿说熔点最低的铅、锡、铋合金，其成分的比例
为5：7 ： 12。他的这些笔记里节录了许多炼金术的著作，还有关于火焰、
蒸馏、由矿石中提取金属，以及许多物质和它们的反应的化学实验的记载。
①
这些手稿经人整理，并附上年表，而在 1888年发表 ，但其节要过于简短，
似乎有重加整理的必要。牛顿在化学上，虽然不象在物理学上那样有特出的
发现，但他对于化学的见解远远超过当时的化学家。例如，他对火焰的意义
就有深刻的认炽。他认为火焰与蒸汽不同，就如赤热的物体与非赤热的物体
②
一样 。这种看法比亚里斯多德关于火是四元素之一的说法，与当时化学家用
盐、汞、硫三原质来解释物质的见解，远远更接近于现代的思想。
牛顿关于物质结构的见解已见上述。他承认了原子说，使它得到正统的
地位，虽然那时原子论还不能达到精确与定量的形式，如以后道尔顿所完成
③
的那样。伏尔泰在他的 《哲学词典》中有这样一段话：
物质的充实性今天己认为是虚幻了??空虚，已经被承认了；最坚硬的物体都被
看做象筛一样多孔，事实上确是这样。不可分割与不可改变的原子被接受了。不同的元
素和不同的种类的存在物的永久性都应归功于这种原理。
生物学
前章已经讲过透镜的改进与复显微镜的发明，对动物组织与器官的研究
产生很大影响。在我们现在要讲的时期中，学者们，尤其是格鲁 （Grew）与
马尔比基 （1671年）又把这样的方法推广到植物学中。关于植物的细胞与器
官的正确的观念也开始形成。从德奥弗拉斯特 （Theophrastns）到舍萨平尼
① A Catalogue of the Portsmouth Collection ofBooks and PapersWritten by or belonging sir lsaoc Newtor，
Cambridge 1888。
② 上引书P.21 。
③ Tda Praund 翻译的： The Study of ChemicaI Composition Campridge ，1904,p.283.
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（Cesa1pinus），好像没有人注意生殖器官。首先从事这一研究的也许是格
鲁。1676年他在皇家学会宣读了一篇植物构造的论文，他讲到雄蕊是雄的生
殖器官，并叙述了它的作用，但把这一学说的功绩归于牛津大学教授米林顿
（Thomas MiIlington）爵士。杜宾根的卡梅腊鲁斯 （Camerarius）、莫尔
兰 （Morland）、杰沃弗罗瓦 （Geoffroy）诸人在巴黎科学院提出的论文中，
又添了一些肯定的证据和细节。这些植物学家弄明白了：没有雄蕊粉囊里的
花粉，雌蕊的受胎或种子的形成是不可能的。
早期动植物的分类，主要以功利主义的观念为根据或根据表面的显著特
点，如把植物分为草本、木本与灌木等类便是。但在 1660年，植物学史上的
①
一个杰出的人物约翰·雷 （John HaY，1627—1705年） 开始发表论述系统
植物学的一系列著作中的第一部著作。这些著作引起植物分类的大改进，同
时也促进了形态学的进步，例如对于芽的真正性质的认识便是。约翰·雷最
先看到把植物胚胎中的单子叶与双子叶加以区别的重要性，又利用果、花、
叶和其他特性，首创植物分类的天然系统，并指出许多植物的纲目，至今仍
为植物学家使用。此后他转而研究动物的比较解剖学，又促进了自然的分类，
如将动物分为兽、禽和昆虫便是。约翰·雷常与维路格比 （Francis
Willugbby）一块出外旅行，研究植物和动物，足迹遍于全球。约翰·雷不以
古人的见解为最后权威，而将现代的自然历史建立在观察的稳固基础之上。
牛顿与哲学
牛顿工作的两个最大的结果是， （1）证明地上的力学也能应用于星球；
（2）从自然科学的大厦中排除掉不必要的哲学成见。希腊与中世纪认为天体
具有特殊的和神圣的性质。这种见解已经部分地被伽利略的望远镜所解除
了，但牛顿则更进一步加以摧毁。
那时哲学与科学仍是混淆不清。连笛卡尔在为天文学建立一种力学理论
时，也把它放在经院哲学的相反的观点和认为物质的本质是广延性的形而上
学见解的基础上。牛顿摆脱了这些先人之见，实在是一种真正的进步。他对
他的研究成果的解释，叉包含了多少新的形而上学，我们将要在下面再加以
说明。
他的工作的意义，在他的直接弟子们看起来究竟怎样，可以从科茨（Roger
Cotes）所写的 《原理》第二版的序言中看出。在这里，科茨把残存的经院哲
学和它固有的与不能解说的特性，笛卡尔想要在充满旋涡的实体空间的基础
上建立自然界机械体系的、为时过早的尝试，以及牛顿只承认与观测符合的
假设的方法，加以比较。科茨说：
研究自然哲学的人可以大致分为三类，有些人把一些具体的神秘的性质归于几类
物体，他们又断定某些物体的作用不可思议地决定于这些性质。亚里斯多德和逍遥学派
所传下来的各学派的学说，一齐都包括在这里面。他们断言物体的若干效果是由于那些
物体的特殊性质而产生的，但那些物体从何处得到这些性质，他们却不告诉我们，因此
实际上他们没有告诉我们什么。他们只是致力于给事物起名称，而不探索事物本身。我
① John Ray ，by C.E.Raven，Cambridge1943。
① 特别看牛顿 《原理》中的序和附言，以及《光学》中的疑问。并看：A.J.Snow，Matter and Gravity in
Newtons ．Physical philosophy ，Oxford， 1926；E.A。Burtt， The MetaphysicaI Foundation5 of Modern Science，
New York， 1925 。
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们可以说他们发明了一种富于哲学味道的说话方式，并没有把真正的哲学告诉我们。
因此，另外一些人就撇开大堆无用的词句，想使他们的勤劳收到较好的效果。他
们假定一切物质是纯一的，物体所表现的多种多样的形式，是由于组成它的质点具有极
平常而简单的亲合力所造成的；他们达种由简单物走到复杂物的方法当然是正确的，只
要他们不在自然赋予质点的基本亲合力的性质之外，另外再给这些亲合力添上一些性
质。但是当他们任意想象未知的图形与大小以及各部份的不能肯定的情况与运动的时
候，当他们还设想有一些 169神秘的流质，自由弥漫于物体孔罅之中，具有无所不能的
微妙性，带着神秘不测的运动的时候，他们这时就已经进入梦幻的境界，而忘记了物体
的真正结构；这种结构，我们凭借最精确的观测还很难达到，凭借谬妄的猜度就更没有
希望达到了。有些人把假设当作构造他们的玄想的基础，也许的确能形成一部奇妙的传
奇，但也仍然不过是传奇而已。
剩下的还有倡导实验哲学的第三类人。这些人诚然要从可能的最简单的原理中去
寻找万物的原因，但他们从不把未经现象证明的东西当做原理。他们从不构造假说，也
不把假说放进哲学里去，除非把它当做真实性还可以商榷的问题。他们所用的方法，有
综合与分析两种。从一些选择出来的现象，他们用分析的方法推出自然界里的力以及力
的简单定律；又从这里用综合的方法推证共他的结构。这是哲学探讨的无可比拟的最好
方法，我们的著名作者最先最正确地掌握了这个方法，并且认为只有这个方法才值得他
用他的卓越的劳动去加以发扬光大。在这方面，他给我提供了一个最光辉的范例，那就
是根据重力理论极美满地推出来的对于世界体系的解释。
牛顿的动力学与天文学的基础，建立在绝对空间与绝对时间的观念上。
牛顿说他 “他不给时间、空间与运动下定义，因为它们是人人都熟悉的”，
但是他却把我们的感宫根据自然物体和运动所量度的相对空间与时间，同不
动地存在着的绝对空间，和 “不管外界情形如何”，均匀流动着的绝对时间
区别开来。 “流动”观念带来了时间的流动性，作为它的必要组成成份，因
①
而这个时间的定义里包含循环的因素，不过，这个定义已经很够牛顿用了 。
伽利略的球在地球上依直线运动。但地球既绕地轴旋转，又围绕太阳运行，
而太阳与行星更在恒星间前进。牛顿的结论是物体总是在绝对空间里作等速
直线运动，除非为外力所改变。1883年马赫指出把这个推理推到恒星的参照
座标以外，是不恰当的。再从现代知识看来，我们可以更清楚地看出绝对时
间与绝对空间的观念，是一些不一定可以从物理现象得出来的学说，虽然在
十七世纪这些观念也许是从一般经验的事实中得出的很好的假设。事实上，
彻底的相对论者，要免除使用绝对旋转的观念，也仍然是有困难的。
170 惠更斯与莱布尼茨责难牛顿的工作是非哲学的；因为他对于万有引
力的根本原因并未加以说明。牛顿最先清楚地了解到如果这个说明是需要或
有可能的话，它必定是后来的事。他从已如的事实出发，想出一个符合于事
实而又能用数学表达的理论，从这个理论得出数学的和逻辑的推论，又把这
些推论与观测和实验得来的事实比较，并发现其完全符合。引力的原因不一
定必须知道；牛顿看来，这是一个次要而无关的问题，在当时只达到适于猜
想的阶段。我们现在可更进一步说，知道这样一个引力实际存在也并无必要。
只要晓得复杂的行星运动就好象太阳系里每一质点都按质量及平方反比的定
律被另一质点吸引着似的，这在数理天文学家看来已经够了。
牛顿的吸引质点，不一定就是原子，但它们显然很可以起原子的作用。在他的化
① G ，Windred，“Hlstory of MatliLuLnatlcaI Time”，lsis ，No ，19， 1924，P，121 alldNo 。58，1933，p ．192。
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学研究中，牛顿又回到质点的问题。他对于物质本性的意见见于他的 《光学》书末尾人
们常常引用的一段话中：在考虑了达一切以后，我觉得好象是这样的：上帝在开头把物
质造成固实、有质、坚硬、不可贯穿、而可活动的质点，它们的大小、形状以及其他性
质与其对空间的比例，都最适合于上帝创造它们时所要达到的目的。原始的质点既属固
实，就比用它们造成的有孔物体，要不可比拟的坚硬：它们坚硬到不能损坏或分割；寻
常的力量不能分开上帝在最初创造时所造成的单体??我还觉得这些质点不但有一种
惯性以及由此自然产生出来的被动的运动定律，它们并且为一些主动的原理所推动，如
象万有引力、发酵的原因以及物体的内聚力等。这些原理，我不着做是由物体的特殊形
式得来的神秘性质，而看做是自然界里决定物体形式的普遍定律；它们所具有的真实性
通过现象显现在我们面前，虽然它们的原因还没有发现。因为这些是明显的特性，它们
的原因才是奥秘的。亚里斯多德派并不把明显的特性叫做奥秘的性质，而仅把他们认为
隐藏在物体中、成为明显效应的未知原因的一些性质，叫做奥秘的性质；这些明显的效
应有重力、碰、电的吸引原出，发酵的原因等，只要我们假定这些力或作用是由未知而
且是不能发现或弄明白的原因所造成的。这样的奥秘性质阻碍了自然哲学的进步，所以
近年以来被人摈弃了。告诉我们每一物种有其天赋的特殊奥秘性质，因而它才能起作用
或产生可见的效果，这等于什么也没有告诉我们。但如果你能从现象中发现两三个普遍
性的运动原理，然后再告诉我们一切有形体的物体的性质与作用都是由这些明显的原理
中 17 产生的，那在哲学上就是一个大进步，虽然这些原理的原因还没有发现出来。所
以我毫不迟疑地提出以上所说的运动原理——因为它们的范围是很广泛的——而让别
人去发现它们的原因。
自从牛顿时代以来，虽然经过很多人的努力，还没有人能对万有引力提
出圆满的机械解释，而且从爱因斯坦的研究看来，这个问题已经转移到非欧
几里得几何学的领域去了。这一事实证明牛顿的小心谨慎的真正科学精神是
非常明智的。牛顿在 《原理》中说，“到现在为止我还不能从现象发现重力
的那些性质的原因，我也不愿建立什么假说。”他仅用问题的形式，在他的
《光学》书中发表了一项意见，在那里他假设行星际间有以太存在，并假设
其压力离物质愈远而愈密，因而压迫物质使其互相接近。但在他对事实进行
归纳研究的时候，在他从他的理论中得出数学推论的时候，猜度是没有地位
的。
现在回到他比较确定的意见。他对于自然界的见解，见于 《原理》的序
①
言中 ：
哲学的困难好象在这里——从运动的现象去研究自然界的力，再从这些力去验证
其他现象；书中第一、第二卷的一般命题就致力于这个目标。在第三卷中我们阐明了世
界体系，作为这方面的一个例子。因为根据第一卷里用数学证明的命题，我们在第三卷
里由天象推出把物体吸向太阳和几个行星的重力。我们又从这些力，使用其他数学的命
题，推演出行星、彗星、月球和海水的运动。我希望我们可以用同样的推理，从机械的
原理中推演出其余一切自然现象：因为我有许多理由疑心它们可能全部取决于某些力，
物体的质点就靠了这些力，由于一些迄今未知的原因，而互相吸引，粘着成有规律的形
状，或互相排斥，而彼此离散；这些力既不可知，哲学家在自然界里追求，至今仍然徒
劳无功；但我希望这里所阐述的一些原理能帮助说明这一点或某种比较合乎真理的哲学
方法。
在这里，牛顿所指的显然是按照物质与运动，用数学方式解释一切自然
① 见A ，Motte 英文译本，1803 年版p ，X 。
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现象的可能性，虽然 “自然现象”一词是否包括生命和心灵现象，他没有说
明。但就其他事物而论，他接受首先由伽利略阐明的机械观点，而认为这是
可能的。
172 他还接受了伽利略对于第一性性质和第二性性质所作的区别：所谓
第一性性质，有广延性与惯性等，是可用数学处理的，第二性性质，有色、
①
味、声等，不过是第一性性质在大脑里所造成的感觉 。人的灵魂或心则应置
在脑或感觉中枢里，运动由外界物体通过神经传达到这里，又由这里传达到
②
肌肉里去 。
伯特教授认为这一切说明：虽然牛顿采取经验主义态度并且坚持处处都
需要有实验的证明，虽然他反对把一切哲学体系当做科学的基础，并且在建
立科学时摈斥不能证明的假设，但由于需要，他却暗暗地采用了一个形而上
学的体系，这个体系正因为没有明白说出，所以才对思想发生了更大的影响
①
。
牛顿的权威丝毫不差地成为一种宇宙观的后盾。这种宇宙观认为人是一个庞大的
数学体系的不相干的渺小旁观者 （象一个关闭在暗室中的人那样），而这个体系的符合
机械原理的有规则的运动，便构成了这个自然界。但丁与弥尔顿的富于光辉的浪漫主义
情趣的宇宙，在人类想象力翱翔于时空之上时、对人类的想象力不曾有任何限制，现在
却一扫而空了。空间与几何学领域变成一个东西了，时间则与数的连续变成，一个东西
了。从前人们认为他们所居处的世界，是一个富有色、声、香，充满了喜乐、爱、美，
到处表现出有目的的和谐与创造性的理想的世界，现在这个世界却被逼到生物大脑的小
小角落里去了。而真正重要的外部世界则是一个冷、硬，无色、无声的沉死世界，一个
量的世界，一个服从机械规律性、可用数学计算的运动的世界。具有人类直接感知的各
种特性的世界，变成仅仅是外面那个无限的机器所造成的奇特而不重要的效果。在牛顿
