科学革命的本质是找到了一个可靠的验证知识的方法。

理性主义和经验主义之争

第一个开启了理性主义的人是苏格拉底。人类此前的大部分「知识」要么从宗教教义中来，要么从传统习俗中来。人们从生下来就不加怀疑地接受了这些东西。而苏格拉底则要一一审视这些东西。苏格拉底说我们都希望有一个「好」的人生，但到底什么是「好」什么是「坏」呢？不去质疑，不去深究你怎么知道呢？所以深究和道德是不可分割的，不去深究我们身边的世界不仅是无知而且是不道德的，所以他的结论是：一个未经深究的人生根本就不值得过。他平时没事就跑到大街上拉住人诘问：「什么是正义？」「什么是善？」「什么是美？」每当人们给他个定义时，他都能举出一个反例。他这种深究思辨影响了无数代人。后来当他的学生柏拉图把「人」定义为「没有毛的双足动物」时，当时的另一位哲学家提奥奇尼斯马上拿来一只拔光了毛的鸡说：「大家请看柏拉图的『人』！」经过一生的深究，苏格拉底得出结论「我唯一知道的是我什么也不知道」。苏格拉底式思辨震撼了当时的社会，传统势力认为这样会搞乱人心，当政者用「腐蚀青年思想罪」判处他死刑，他最终饮毒酒身亡。他一生全部用来和人辩论，没有留下任何著作。幸亏他的学生柏拉图把老师的辩论编辑成了传世之作《对话录》。正是苏格拉底开启了通过逻辑思辨来验证知识的希腊传统。

如果说是苏格拉底开了理性主义的先河，他的弟子柏拉图就是理性主义集大成的鼻祖。苏格拉底的思辨主要集中在道德哲学领域，探究什么是「公平」和「善」。而柏拉图则对他的先辈毕达哥拉斯（Pythagoras，约公元前 570—前 495）开创的数学传统深为折服。柏拉图的学说深受数学严格推理的影响。他甚至在他创办的学宫门口挂了个牌子：「不懂几何者不得入内。」柏拉图学说的核心是「理想原型」。他说，世界上每一条狗都不一样，我们为什么认为它们都是狗？人类心中一定早有一个关于狗的理想原型。我们知道三角形的内角之和等于 180 度，但我们从未见过一个完美的三角形。他认为人类的感官无法触及这些理想原型，我们能感受到的只是这些理想原型的失真拷贝。真实世界就像洞穴外的一匹马，人类就像一群背对着洞口的洞穴人，只能看到这匹马在洞穴壁上的投影。柏拉图奠定了理性主义的两大基础——知识（理想原型）是天生的；感官是不可靠的，并由此推出理性主义的结论：推理而不是观察，才是获取知识的正确方法。

亚里士多德（Aristotle，公元前 384—前 322）17 岁进入柏拉图的学宫当学生，当时柏拉图已经 60 岁了。亚里士多德在学宫里待了 20 年，直到他的老师柏拉图去世。亚里士多德对老师非常尊敬，但他完全不同意老师的「理想原型」是先天的。他认为每一条狗都带有狗的属性，观察了许多狗之后就会归纳出狗的所有属性。这个「理想原型」完全可以通过后天观察获得，而不需要什么先天的假设。柏拉图酷爱数学，而亚里士多德喜欢到自然中去观察植物和动物。两人的喜好和经历是他们产生分歧的重要原因之一。亚里士多德认为：知识是后天获得的，只有通过感官才能获得知识。正是亚里士多德开了经验主义的先河。

经验主义这一派后世的著名代表人物有英国的洛克（John Locke，1632—1704），贝克莱（George Berkeley，1685—1753）和休谟（David Hume，1711—1776），贝克莱认为人生下来是一张白纸，所有的知识都是通过感官从经验中学来的。但理性主义则认为，经验根本不可靠。英国哲学家罗素（Bertrand Russell，1872—1970）有个著名的「火鸡经验论」。火鸡从生下来每天都看到主人哼着小曲来喂食，于是就根据经验归纳出一个结论：以后每天主人都会这样。这个结论每天都被验证，火鸡对自己的归纳总结越来越自信，直到感恩节的前一天晚上被主人宰杀。理性主义者还问：眼见为实吗？你看看图 1.1 中的横线是水平的还是倾斜的？
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理性主义的后世代表人物则有法国的笛卡儿（Rene Descartes，1596—1650）和德国的莱布尼茨（Gottfried Leibniz，1646—1716）。笛卡儿有句名言「我思，故我在」，我的存在这件事不需要经验，不需要别人教我，我天生知道。莱布尼茨是和牛顿一样的天才，他和牛顿同时发明了微积分，也是二进制的发明人，还发明了世界上第一台手摇计算器。他认为世界上每个事物都包含了定义这个事物的所有特性，其中也包含了和其他事物的关系。从理论上我们可以用推理的方法预测全宇宙任何一点，过去和未来任何时间的状态。[1]

理性主义认为，感官根本不靠谱，最可靠的是理性，基于公理严格推导出来的几何定理永远都不会错。理性主义找出更多的例子来说明人类的最基本的概念是天生的。例如自然数，我们怎么学会「1」这个概念的？拿了一个苹果告诉你「这是一个苹果」；又给你拿了个橘子告诉你「这是一个橘子」。但苹果是苹果，橘子是橘子，两者没关系，你怎么就能抽象出「1」这个概念来呢？又比如我们可以根据直角三角形的特点推导出勾股定理，又进一步发现世界上居然有无法用分数表达的无理数。这种革命性的发现完全不依赖感觉和经验。小孩一出生就知道这个球不是那个球，这条狗不是那条狗，这个「同一性」是理解世界最基本的概念，没人教他。

我们注意到理性主义有一个隐含的假设，就是因果关系。在莱布尼茨的世界里，一件事会导致另外一件事，所以才有可能推导。经验主义当然不服，休谟就问，一件事发生在另外一件事之后，两者未必有因果关系。譬如我把两个闹钟一个设在 6:00，一个设在 6:01，能说后面的铃声响了是前一个造成的吗？理性主义不仅认为事物间有因果关系，而且认为通过逻辑推理可以得到很多知识。譬如归纳推理：太阳每天早上都会升起。但休谟就质问：你能像证明数学定理一样证明太阳明天会升起吗？不能吧。那能观察吗？明天还没到来显然不能观察，那你凭什么说明天太阳一定升起，我要说明天不一定升起错在哪里了？我们看到休谟挑战的是归纳背后的假设：事物运动规律不变，在这里就是说地球和太阳系的运动不会改变。休谟最后说，物理世界没什么因果，没什么必然，你最多能根据以往的经验告诉我：明天早上太阳还可能升起。

两者的结合

这两派从 17 世纪吵到 18 世纪，这时候在德国偏僻的海德堡出现了一个小个子乡村秀才。他说，你们双方似乎都有道理，我来整合一下看看。他就是哲学史上最有影响力的康德（Immanuel Kant，1724—1804）。康德说，没错，我们当然要通过感官去理解世界。但我们对事物的理解包括这个事物的具体形态和它的抽象概念。譬如眼前这本书，一本书的具体形态千变万化，但「书」这个概念就是指很多页有字的纸装订在一起的一个东西。我们说「面前有这本书」的意思到底是什么？那至少要说现在几月几日几点几分，在某市某区某小区几号楼几号房间的哪个桌子上有这本书，也就是理解一个具体的东西离不开时间和空间的概念。但谁教给你时间和空间了？你妈从小教过你吗？你教过你孩子吗？好像都没有，我们好像天生就懂。所以康德说，你看，必须有这些先天就有的概念你才能理解世界。我们好像天然知道「书」是个「东西」，「东西」是一种不依赖我们的独立存在。谁教给我们「东西」这个概念的？没人，好像又是天生就懂吗？康德整合了经验主义和理性主义，他的一句名言是「没有内容的思维是空洞的，没有概念的感知是盲目的。只有把两者结合我们才能认识世界」。

在 2 500 年的辩论中，经验主义当然不会否认数学中通过严格推理得出来的结论的可靠性，理性主义也不得不承认认知物理世界离不开感官。那么这场打了 2 500 年的嘴仗到底在争什么呢？问题出在理性主义者企图把数学世界里证明定理这样的绝对可靠性推广到物理世界，也即他们企图找到一个检验知识的普遍的标准，能够适用于所有领域。

数学（例如几何学）是建构在公理之上的一个自洽而完备的系统（至少对自然数和几何是如此）。所谓自洽就是说，在这个系统里只要从公理出发就不会推导出互相矛盾的结论；所谓完备就是说，在这个系统里任何一个命题都是可以证实或证伪的。而亚里士多德时代的自然科学的可靠性判断标准是「观察与模型符合」，即观察到的自然现象和事先假设的模型的预测结果相符合。这种物理真实性的判断标准和数学中的判断标准完全不同。所以经验主义觉得硬要把数学中的可靠性标准搬到自然科学中来不适用，或者说经验主义认为在自然科学领域只能依赖感官。因此这场争论是不对称的：理性主义要从数学攻入自然科学，而经验主义死守自然科学的阵地。两方掰扯不清的另一个原因是谁都不知道感官和认知的本质是什么，或者说知识的本质是什么。双方根据自己的猜测和假设激烈辩论，一直到 20 世纪 50 年代人们对大脑的研究才取得突破。