德謨克里特：近代自然科學的種子——原子論
科學家們用德謨克里特的觀點去看待世界的結構，於是，近代自然科學誕生了。
（一）一個發人深思的問題
多少年來，歷史學家和科學史家一直在探討這樣一個間題：近代自然科學為什麼沒有誕生在中國而是誕生在歐洲？對於熟悉中國和歐洲歷史的人們來說，這是一個最為合乎邏輯的間題。
在世界史中被稱為中世紀的一千多年中，古代巴比倫、埃及和希臘的燦爛文明，對於人類己經成為神話般的遙遠記憶。它們的科技成就，則如同沙漠中的珍寶早已湮沒不彰。在這一漫長的歷史時期，高舉文明火炬走在世界各民族前列的是我們中國人。被譽為四大發明的造紙術、火藥、指南針和活字印刷是我們對世界文明的傑出貢獻。內容豐富的《齊民要術》、《王禎農書》和《農政全書》表明，我們當時有著最為先進的農業技術。兩千多年以前，我們的祖先已經開始種茶。至遲在公元6世紀已得到推廣的綠肥輪作制，直到19世紀歐洲才開始實行。隋朝時開鑿的大運河，全長2400公里，是世界上開鑿最早、里程最長的航行運河。我國是世界上最早製造瓷器的國家，在英文中，「中國」和瓷器是一個詞。我們精美的絲織品，令全世界嘆為觀止。據說，當凱撒身穿一件中國絲袍出現在羅馬劇場時，使得全場沸騰。在天文觀測及儀器製造、曆法、算學方面，我們都曾處於世界領先水平。公元2世紀，張衡製造出了渾天儀和地動儀。公元12世紀繪成的蘇州石刻星圖，已經記錄了1434顆星，而歐洲15世紀的星圖還只有1022顆星。南北朝時期的偉大數學家祖沖之將π值的精確度提高到了小數點後七位，這個世界紀錄，直到一千年後才被阿拉伯和法國的數學家打破。元代的科學家郭守敬組織編製《授時歷》，將一個回歸年長度確定為365.2425日，而歐洲的格里高利曆取得如此精確的數值，已是三百年後的事情。公元7世紀由李春設計建造的趙州橋，首創拱上加拱的」敞肩拱」新式橋型，直到19世紀，這種橋型才被歐洲人首次採用。在那個時期，我國航海技術之發達，也使歐洲人望塵莫及。早在10～13世紀的宋代，我們製造的帆船已能夠操縱自如地利用各個方向的風力航行，而西方帆船學會這一招時，又已是過了三百年。一艘在泉州港出土的13世紀海船，排水量竟達400噸上下，而1492年哥倫布遠航船隊中最大船隻的排水量，也不過只有250噸。15世紀初」鄭和下西洋」，載有27000人的62艘海船，乘風破浪，直達非洲東海岸，是當時最偉大的航海壯舉，較達·伽馬繞過非洲好望角的遠航大約要早一百年。
中世紀的歐洲卻曾在黑暗與蒙昧中沉睡了數百年。直至9世紀初，除了基督教教士，歐洲幾乎很少有人識字，就連聲名赫赫的查理大帝也是既不會讀也不會寫，科學技術的發展根本就無從談起。只是到了11世紀以後，由於城市的興起和十字軍遠征所帶來的東方文化，歐洲才開始走出茫茫的文化沙漠。然而，15世紀以後，似乎發生了奇蹟，哥白尼、布魯諾、開卜勒、伽利略，直至牛頓，一個又一個的科學巨人接連在歐洲站立起來。17世紀，以牛頓力學為標誌，近代自然科學誕生了。日心說、行星三定律、力學三定律、微積分、元素說、血液循環說、熱力學、電磁理論、近代原子論、元素周期律、星雲假說、細胞學說、生物進化論、蒸氣機、內燃機、電報、電話、電燈……數不清的科技成果如同磚磚瓦瓦，最終築成了一座近代科技的大廈，世界的經濟、政治形勢也為之一變，西方人開始獨領風騷。
為什麼走出文化沙漠不久的西方人可以建起近代科學技術的大廈，而中古時期科學技術碩果累累的中國卻轉而落後，這個問題確實發人深思。對此，人們可以從政治和經濟的角度作出種種解釋，但除此之外，還有一個尤其不能忽視的深刻原因。這就是，作為西方文化的源頭，古希臘的哲人們曾以他們的智慧為西方人播下了科學的種子，這些種子雖然在中世紀冰雪覆蓋的嚴冬中進入了休眠狀態，但文藝復興運動後大地回春的世界政治經濟條件卻使它們重新煥發了生機。
在古希臘哲人播下的科學種子中，最值得一提的就是由德謨克利特系統闡述的古代原子論。
（二）不可分的原子
德謨克利特(約公元前460～前370年)出身於阿布德拉城的一個富商家庭。為了追求知識他到處遊歷，到過埃及和波斯等地，最後耗盡了全部家產。他學識淵博，著述豐富，亞里士多德說他「似乎曾經研究過一切事物」。他的70部(篇)著作，涉及到哲學、邏輯學、倫理學、法學、政治學、教育學、修辭學、醫學、數學、生物學、天文學、地理學和文學藝術等各個領域，可惜大都佚失了。據說，阿布德拉的法律規定不許像德謨克利特這樣浪費祖產的人在本土舉行葬禮，可是當德謨克利特當眾誦讀了他的著作《大世界體系》之後，人們對他肅然起敬，不僅給了他一筆錢，而且為他立了銅像。他死後，城邦出錢為他舉辦了隆重的葬禮。
德謨克利特是希臘唯物主義哲學的集大成者，他的原子論代表了二百年來希臘哲人對世界本原問題苦苦探索的最高成就。
在米利都學派將世界的本原歸結為水和氣之類的物質之後，人們面對赫拉克利特和巴門尼德的哲學，在這個問題上又陷入了左右為難的境地。一方面，人們無法否認世界萬物無不處於變動之中，因而必須站在赫拉克利特一邊；另一方面人們又看到，如果不像巴門尼德那樣將事物看成就是它自身而不是別的東西，這個世界就會變得不可思議。如同那個諷刺赫拉克利特哲學的故事所說.一個負債人就可以不承認自己就是昨天的自己，因而拒絕償還過去所欠的債務。說「本原」就是變中的不變，似乎本身就是一個矛盾，不變的東西怎麼會生出變化的東西呢？「生出」本身不就是變嗎？對於這個間題，從來沒有人說清楚過。
於是希臘哲人開始設法調和赫拉克利特和巴門尼德，試圖將變與不變合理地結合起來。他們的基本思路是，設想世界上存在著永恆不變的基本物質成分，而千姿百態、千變萬化的事物來源於這種永恆物質成分的不同方式結合。一位名叫恩培多克勒(公元前495～前435年)的哲學家提出了一種「四根說」，認為水、氣、火、土這四種元素是世界的基本成分，它們自身永恆不變，但混合能生萬物。」「四根」合則物生，「四根」離而物滅；「四根」混合的比例不同，所生之物的性質就不同；「四根」混合的比例發生變化，事物的性質就發生變化。大約與他同時，又有一位阿那克薩哥拉提出了「種子說」。他認為一個物體不可能由與它性質不同的東西產生。他問道：「毛怎能來自非毛呢？肉又怎能來自非肉呢？」因此，世界的本原既不是一種也不是四種元素，而是種類無限多的「種子」。「種子」體積無限小，種類無限多，世上有多少種事物，有多少類」種子」，世界萬物都是分別由同類「種子」組成的。不過他又說，物體的成分並非純而又純的，一個物體之所以呈現為某種性質，是由於它主要是由這類種子組成的，但其中同時也含有少量的其他種子。因此事物可以發生變化，一種事物變為他種事物，就意味著以某種「種子」為主要成分的結構變成了以另外一類「種子」為主要成分的結構。在這種「四根說」和「種子說」的基礎上，古代希臘原子論產生了。
第一個提出「原子」這個概念的人叫做留基波，德謨克利特就做過他的學生。原子論認為，世界萬物的基本成分是一種物質微粒，它的名字就叫原子。原子在希臘文中的原意是「不可分」，它雖有一定的體積，但內部無空隙，因此不可入、不可毀、不可分割，它是構成萬物的最基本的、最小的粒子。原子沒有性質的差別，換句話說，世界萬物都是由一種元素組成的，而不是如恩培多克勒和阿那克薩哥拉所說的是由四種或多種元素組成的。原子之間的差別僅僅在於它們的形狀、排列順序和位置有所不同，性質相同的原子之所以能組成千差萬別的萬物，原因就在於此。
對德謨克利特來說，與原子同等重要的是「虛空」，它也是一種真實的存在。正是由於虛空的存在，數量眾多的原子才能得以互相分隔開來；也正是由於虛空的存在，才給原子提供了活動的場所。
在恩培多克勒的「四根說」中，「四根」的聚散要靠「愛」和「恨」這兩種半物質半精神的力量來推動；在阿那克薩哥拉的「種子說」中，「種子」的聚散則是出於一種叫做「諾斯」(心靈)的精神力量的安排。德謨克利特對於原子運動的理解與他們都不同。德謨克利特認為原子自身就有運動的能力，而不需要外力的推動或安排。原子在虛空中一刻不停地四處活動，由於互相碰撞，就形成了一個漩渦運動，在這種漩渦運動中，形式相同的原子互相結合，便形成了各種可感知的宏觀物體。
就德謨克利特將萬物的基本成分視為同一種元素而言，他與米利都學派是相同的，但不同的是，米利都學派假設他們視為世界本原的水、無限和氣自身可以發生變化，可以變成萬物，而原子是不變的，就像巴門尼德的「存在」一樣。原子要組成萬物，靠的不是自身的質變，而是靠的在性質相同基礎上的數量關係變化，後面我們將會看到，這樣一種觀點對於自然科學的發展有著多麼至關重要的意義。
（三）有機體自然觀與中國古代科技
翻開人類的科學技術史，我們可以發現有兩種不同的自然觀。一種是連續體的或有機的自然觀。它把對象看成是一個整體，這個整體不是由先於它存在的各個部分組合起來的，而是由一個更為低級的整體發展而來的。因此，它在實際上也不可能分解成為各個部分，更確切地說，它的內部根本就不存在彼此界限分明的「部分」。它的任何一個變化己從來都是一種整體變化，而不是由某一個部分的變化引起的。中醫學以及人們常識中對於人體的看法，就是這樣一種自然觀的典型範例。另一種是離散集合體的或機械的自然觀。它認為對象是由先於它而獨立存在的各個部分組合起來的，因而也可以分解還原為各個部分。各個部分之間有著明確的界限，一個部分的運動可以傳遞給其他部分，從而引起連鎖運動。這種自然觀典型地表現在我們對於一部機器的看法上，古代希臘的原子論也正是反映了這樣一種自然觀。
對於這兩種自然觀的理論價值之高下，也就是說它們到底是哪一個更正確地反映了世界的本來面目，我們姑且不論，僅就它們的實用價值而言，兩者是各有干秋的。它們曾分別是不同科技成果或科技體系的哲學基礎。在古代中國，占統治地位的始終是連續體的或有機的自然觀，它在很大程度上決定了中國古代科學技術的特點、優點和弱點，也在很大程度上決定了它未能發展成為近代科學技術的命運。
早在公元前11世紀的商周之際，《周易》中就提出了陰、陽的概念，《尚書·洪範》中就提出了金、木、水、火、土的「五行」概念，世界萬物被認為是由這些物質因素組成的。這種觀點與米利都學派相同，並比它要早幾百年。陰陽和金木水火上都是一種無形的、瀰漫的物質，是一種「氣」，是典型的連續體，但卻沒有像在古希臘那樣，最終發展成為「原子」這樣的離散集合體。直到近代西方的哲學和科學傳入中國之前，中國哲學家們在解釋世界的成分時，都始終沒有超出這種「氣」的概念。
連續體的或有機的自然觀由於將對象看成是不可分的整體，因此對研究事物的內部結構沒有興趣，它只是從事物的屬性和功能上來把握它。這種自然觀直接造成了中國古代科技重技術而輕科學、重應用而輕理論的特點。我們曾有著世界上最先進的冶鐵技術，但是沒有人關心各種冶鐵燃料、原料的成分以及它們的化合過程；我們最先發明了火藥，但直到明代，大科學家宋應星仍然是從直觀的屬性上來解釋火藥的爆炸性能，他說硝石性陰，硫磺性陽，「陰陽兩神物相遇於無隙可空之中」，就引起了爆炸；張衡製造出了地動儀，卻說不出它的原理；他提出了渾天說，但只能直觀地以雞蛋來打比方，而對於地球之大小，日、地、月之間的相對距離都不關心。連續體的自然觀在解釋人體時無疑有著天然的優勢，因此中國古代中醫中藥學發達，但是它也只能使用經絡、陰陽、虛實、寒熱、表裡、甘苦等功能性概念來建立它的病理和藥理理論。我們引以為驕傲的「四大發明」，無一不是應用性技術成果，各種理論科學都相對落後。數學偏重於解題和運算技巧，天文學附屬於曆法，生物學依存於農學與醫學之中，化學和物理學也未能擺脫道家煉丹術、建築和手工業製造而完全獨立。
此外，缺乏科學理論基礎的技術往往意味著不能定量化，因此不能以文字或圖表等符號形式獨立存在，而只能存在於操作者的主觀體驗和嫻熟技藝之中，甚至只能存在於操作者的創造成果之中。一位身懷絕技的藝人離開了人世，他的技藝就很可能伴隨他永遠地埋進了墳墓；一件高水平的技術成果被創出後，甚至就連它的創造者本人也從此不再能夠複製。這就極大地妨礙了技術的保存、傳播和發展。直到今天，我們再也未能擁有第二個神醫華佗，再也未能造出張衡的地動儀。
由此可見，在中國古代，有機自然觀使得與之相適應的中醫學、農學等學科結出了累累碩果，但同時也造成了重技術、輕科學的不合理科技結構，而下面我們將會看到，這種科技結構恰恰不利於近代科學技術的產生。
（四）千年的種子發了芽
由德謨克利特系統闡述的古代原子論是一種典型的離散集合體自然觀。第一，它將宏觀物體看成是由剛性的原子機械結合而成。因此，第二，它認為物體之間質的差別可以還原為量的差別；第三，它認為物體的變化歸根結底在於原子的機械運動和力的傳遞。在德謨克利特去世後，由於希臘社會的動蕩使人們越來越重視倫理和宗教問題，原子論這樣一種以自然為對象的哲學幾乎漸漸被人完全遺忘了。
時間一晃過了將近兩千年，地理大發現後航海事業的起飛和歐洲城市中漸漸發達的手工業生產引起了人們對於天文學、數學和力學的興趣，人文主義思潮的興起則激勵著人們反對基督教會思想專制的勇氣。於是，一個自然科學的春天來到了。原子論好像一顆沉眠於地下的種子，現在終於發了芽。16世紀以後的歐洲科學巨人，全都精心研究過德謨克利特的思想，這一時期的科學技術成果，也無不浸透著原子論的精神。
古代原子論對於近代自然科學的深刻影響首先表現在樣一個事實上，即近代的科學巨人們都對物質世界的秩序和結構有著極大的興趣，從而奠定了近代科技重理論的結構特色。在天文學中，人們開始懷疑盛行於中世紀的托勒密地心說，而試圖重新安排宇宙的秩序，哥白尼的日心說即由此誕生。對於物質的微觀結構，牛頓提出了與古代原子論極為相似的「微粒說」，微粒這一概念，在16～18世紀的科學中，成為了一個最基本的概念。在化學中，17世紀的英國科學家波義耳提出了由微粒構成的化學元素概念，一百多年後，道爾頓在此基礎上創立了科學的原子論；化學中的燃素說和物理學中的熱素說也都是建立在微粒概念之上的，對於氧的發現和熱力學的建立，它們起到了無可爭議的橋樑作用。在生物學中，18世紀的瑞典科學家林奈創立了分類學，使得繁雜混亂的生物一下子變得井然有序。所有這些成就的取得，離開原子論帶給西方人的對於物質結構的信仰和興趣，都是不可想像的。
古代原子論將一切質量差別化為數量差別的思想，也成為近代科技的一個原則，它有力地推動著科學技術的發展和傳播。在理論科學中，數學表達成為每一門科學成熟的標誌，一切結構都可以歸結為數的比例，一切運動變化都可以歸結為兩個或幾個變數之間的關係。定量化也使得技術能夠脫離操作者和技術成果而以符號的形態獨立存在，從而取得了人人可以通過學習而掌握的客觀形態。定量分析還是程序化的機器生產的必要前提，一種技術如果不能做到定量，就永遠不能同機器相結合，就會永遠停留在手工操作階段。
此外，古代原子論將事物的運動變化歸因於機械力傳動的思想對近代科技的巨大影響也是顯而易見的，它不僅成為牛頓力學的哲學基礎，同時也在近代天文學、熱力學和電力學中得到了廣泛的體現。
綜上所述，產生於歐洲的近代自然科學，理論、技術、實驗三者並重而且尤重理淪，它從結構的觀點看待世界，從量的角度把握事物，用機械論解釋運動；而中國古代科技則重技術而輕理論，它從屬性、功能的角度看待世界，從質的異同上把握事物，用整體和諧的觀點解釋運動。從本質上說，這是兩種不同的科技體系。因此，發達的中國古代科技沒有能夠直接產生出西方式的近代自然科學其實並不奇怪，就如同一匹強壯的馬未能生出小牛一樣不奇怪。而這兩種不同的科技體系的靈魂，則分別是離散集合體和連續體的自然觀。至此，再想想德謨克利特在兩千多年前就通過原子論系統地表達了離散集合體世界觀的各項原則，我們就不能不對這位天才的唯物主義哲學家懷有深深的敬意和感到無限的欽佩。
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