作者：文一
就职于美国联邦储备银行（圣路易斯分行）研究部
本文分为上、下两部分推送，下半部分主要探讨：这样一种流行于中外教科书和媒体的西方“意识流”对科学革命的解释靠谱吗？究竟是什么力量和历史逻辑催生了这场科学革
【内容摘要】为什么“科学革命”和“工业革命”都发生在西方，而不是东方？流行的新自由主义和“西方中心论”认为，这是因为西方拥有古希腊民主自由的文化传统和基于其上的、西方独有的严格私有财产和知识产权保护、契约精神与法律制度；然而这与历史事实截然不符——欧洲这两场“革命”都是战争和国家间生存竞争的产物。欧洲文艺复兴以来的全部工商文明史，是一部以高度组织起来的民族国家为单位、以重商主义意识形态为指导、以利润竞争和市场扩张为目的、以“战争-贸易”循环加速器为动力的“丛林竞争”史。欧洲现代社会中的“民主、自由、人权”普世价值观，不过是欧洲数百年血腥的原始工业化积累完成之后，又经过百年殖民掠夺下的工业革命洗礼，尤其是经历两次世界大战以后，由于欧美资本主义国家内部自身尖锐阶级矛盾调和的产物；是被欧洲殖民主义和帝国主义扩张所催生的共产主义和社会主义运动倒逼的结果，而绝不是西方列强当年崛起的原因和前提。欧美工业国集团在完成各自的科学革命和工业革命以后，又继续利用新的更加强大的国家机器和前所未有的生产技术、军工武器、知识专利、新闻媒体与对“普世价值”阐释权的肆意垄断，继续操控全世界商业、工业、军事、政治及意识形态数百年。然而，当21世纪的全球生产力中心和产业链从欧美转移回亚洲后，随着经济基础的瓦解，披着“普世价值”皇帝新衣的西方文明时代和“新自由主义”与“空想市场主义”意识形态将会终结。历史经验告诉我们，没有强大的“重商主义”国家机器和正确的产业政策，就不可能有安全、规范、统一的大市场与自我输血的产业升级能力，从而也就不可能有基于后发优势的爆发式经济增长和富有自己文化特色的工业革命。因此，以国家、国家能力、产业政策为主导的市场经济，仍然是欠发达国家进入工业文明的不二法门和政治保障。
【关键词】重商主义；科学革命；工业革命；丛林竞争；空想市场主义


谨以此文纪念中华人民共和国诞辰70周年。文章仅代表个人观点，与作者所在工作单位无关。作者感谢陈经、文杨、高柏、朱云汉、王绍光、王湘穗、文莉、曲径、肖丰等对文章初稿提出的反馈意见。


三
解开“李约瑟之谜”：
为什么科学革命发生在欧洲？


通过研究历史我们会发现，欧洲科学技术创新的最大动力不是宗教改革开启的思想解放和启蒙运动高喊的“自由”，而是世俗的屡试不爽的“战争-商业”循环加速器，即为了商业-政治利益而展开的战争和国家力量主导的军事技术竞赛。在这场军事与商业互动的竞赛中，欧洲国家用战争手段来推动和捍卫海外商业利益，再用商业所获得的垄断利润来支付战争，从而获得可持续的商业资本积累和国家军事力量建设。文艺复兴之前，无论是亚历山大大帝和恺撒大帝的东征，还是成吉思汗蒙古铁骑的西征，或是秦始皇完成统一大业后中国面对北方匈奴侵扰的战争，又或是中国历史上连绵不断的农民革命，很少具备这样的“军事-商业”双重属性。而这样的新型“商业-战争”循环加速器模式恰好是近代资本主义萌芽、发展和壮大的助推器。


因此，流行的关于科学革命为何产生于近代欧洲的欧洲中心主义与自由主义“常识”，是一个被精心粉饰后的极其偏颇和害人匪浅的巨大神话。欧洲17世纪的科学革命，当然需要思维方式的“格式塔”转换，然而这一转换本身也是由于世俗社会对军事技术知识的巨大需求促成的。而以下我们将通过历史考察发现，近代科学理论的诞生恰好来源于对军事技术的巨大兴趣，来自对军事技术和资源掠夺背后的自然机制和规律的认识。


因此，流行的关于科学革命的“常识观念”完全忽略了推动科学发现和技术发明背后的“原动力”——它并非简单地来自思维方式的“格式塔转换”“科学方法”创新，或“对古希腊经典的偶然发现”本身，而是来自“困而知之”的巨大社会需求，尤其是军事和商业需求。否则根本无法解释为什么作为近代科学发源地的意大利，在17世纪科学革命爆发的阶段（牛顿1687年7月5日发表《自然哲学的数学原理》时）已经衰落了半个多世纪（伽利略的经典力学思想形成于1600年前后，他的著名《对话》发表于1632年）。这是因为17世纪中叶时欧洲的生产力（商业、手工制造业、军事工业）中心已经远离意大利，转移到了弗兰德斯、荷兰、英国和法国这样的北欧地区。而流行的教科书对17世纪意大利科学精神萎缩这个现象的解释， 是意大利天主教对科学家（比如哥白尼和伽利略）的宗教迫害。但是这个流行说法无法解释为什么恰好是作为天主教统治中心的意大利，成为了15-16世纪近代科学思想的发源地；而15-16世纪同一时期作为宗教改革运动发源地的北欧地区，却与近代科学思想的起源完全无缘。(17)


问题的关键在于，14-16世纪欧洲的商业-生产-文化-军事中心在意大利半岛，从而为商业扩张和贸易垄断而挑起的频繁军事战争的中心也在意大利半岛；反过来，强大的军事力量使得意大利城邦国家有实力控制和垄断地中海海域通往古丝绸之路的全球贸易通道。欧洲第一个崛起的近代资本主义国家就是威尼斯。威尼斯拥有一个欧洲最大的国营兵工厂，负责生产威尼斯用以捍卫国民经济所需要的所有商船和海军战舰。威尼斯通过建设它强大的海军而崛起，也依靠这支强大的海军力量垄断了几乎整个地中海海域的贸易。威尼斯与周边意大利城邦国家以及地中海东岸阿拉伯国家为争夺贸易通道控制权的战争是家常便饭。


而且事实上，文艺复兴前后意大利各个城邦国家的工程师和科学家的科学研究与技术创新活动，都主要是由教会、王室、寡头和贵族们来倡导和资助的，比如达?芬奇的人体解剖研究是由教会支持的，伽利略的机械力学和数学研究是由王室、寡头、贵族、教会（包括教皇）资助的。中世纪末期的教会之所以支持实证科学和数学的研究，不是因为这些东西可以证明上帝的存在，而是因为科学技术可以提高杀人效率(18)并帮助赢得与异教徒（尤其是穆斯林）争夺巴尔干半岛商贸中心和古丝绸之路以及耶路撒冷宗教圣地的频繁战争。尤其是意大利城邦国家间的战争， 都是由于贸易战引起，其白热化达到了相互切断贸易通道、断绝对方生活资料和资金链，以导致对方国民经济萧条和灭亡的高度焦虑与神经紧张的程度，因此促成所有商人和贵族阶级力量的联合来大力资助对于军事技术及武器改良有关的科学研究。而正是这些与军事技术密切相关的刨根究底的科学研究活动（比如达?芬奇和伽利略对军事技术知识的痴迷），通过200多年的日积月累和整个北欧地区的卷入，促成了16-17世纪两场革命——军事革命和科学革命——的同时爆发。


而文艺复兴时期最关键的武器，已经不是中国春秋战国时期的尖刀和长矛，而是火药和大炮。火药和大炮最早在英法百年战争（1337-1453）期间使用，很快成为罗马教皇、意大利城邦国家和欧洲各国王室必争的“高科技杀手锏”，受到教会和所有王公贵族、寡头统治集团以及国家政府机构的高度重视。


热兵器与冷兵器的最大区别不仅仅是杀伤力的区别，而且是所涉及物理学原理的根本区别；这种区别导致人类对（1）高速飞行的炮弹（和子弹）的“速度”和“轨迹”的巨大兴趣，以及（2） 对火药爆炸时产生的巨大“冲力”和“气体受热膨胀”现象的巨大兴趣。而对这两大物理现象背后的机理的探索，不仅可以大大提高对炮（子）弹打击精度、炮（枪）筒制作工艺、火药配方、火药爆炸机理的充分认识，而且可以带来人类对自然规律认识的飞跃——比如炮弹是一个巨大的铁球，它满足在空气阻力可以忽略不计的情况下，观察一个理想球体在地球引力下如何做抛物线运动的要求，从而为理解天体之间在万有引力支配下的运动规律打下基础；再比如对火药爆炸所产生的威力的研究会导致对空气加热以后产生膨胀现象的认识，从而导致波义耳定律的发现；另外对火药燃烧条件的研究会导致火药专家拉瓦锡对氧气作用的认识，等等。


而一旦国家力量出面对这样的研究活动加以支持和重赏，科学家就会作为一个单独的职业群体脱颖而出，哪怕科学研究的好多成果本身不一定具有即刻甚至任何直接的商业价值和军事回报。科学家协会和团体的产生，就会使得科学研究的各种思维通过定期有组织的相互碰撞而形成知识“演化之树”，其成果就会得到积累、修正、改进、突破，这样经过几十年、上百年或几百年的积累，就能造成对背后“自然规律”认识上的革命性突破，从而爆发科学革命。而这恰好是科学革命爆发在欧洲的原因和历史规律。


与此同时，科学研究的方法和工具也会发生进化。比如对于炮弹“速度”和“轨迹”的描述必然涉及数学工具的改进（包括表现出对古希腊和阿拉伯已经掌握的平面几何和基础代数知识的巨大兴趣），尤其是当这个“速度”和“轨迹”都是变化的情况下，那么“匀速运动”和“匀加速运动”以及“切线运动”等概念就会产生，因此适用于描述“瞬时速度”的微积分概念和方法就会出现。又比如对于火药爆炸以后产生的空气膨胀和燃烧现象会促进科学家采用实验方法来验证与推翻各种可能的关于空气性质和物质燃烧的理论及假说，比如是否存在“真空”“燃素”和“热质”等，并在这个过程中发明新的实验仪器。


因此，由于对以上提到的（1）和（2）这两个与战争和军事技术密切相关的物理和化学现象的“数学描述”及背后“自然规则”的不懈追求，经过（从14世纪到16世纪）两三百年的知识积累之后，直接导致了伽利略关于力的分解（“重力”与“惯性”）以及炮弹飞行与行星运动的相似性的突破性研究成果，从而为后来17世纪牛顿经典力学三大定律和万有引力定律的诞生奠定了坚实基础；并再经过波义耳等一大批炼金术士和化学家的努力，为100年之后（18世纪）法国火药专家拉瓦锡的“化学革命”创造了条件。因此，如果说古人在缺乏钟表等对时间的精确记录仪器条件下可以因为对弓箭的观察而产生“飞矢不动”的芝诺悖论和中国名家惠施“飞鸟之景 , 未尝动也”的哲学命题，那么由伽利略及其无数前辈对巨大铁球（炮弹）在火药推力和铁球自身重力作用之下在空中画出的抛物线轨迹的不断思索与对铁球的斜面滚动试验，从而产生了对“力的叠加”原理的认识，即铁球在“重力下的加速运动”及在火药推力作用下由于惯性的向前“匀速运动”的分解，就是容易理解的了。而这样的抽象思维起源于过去几百年来炮兵工程师们对于“炮弹以 45度仰角发射时所跨越的距离最大”这样的长期经验观察和应用古希腊几何学描述炮弹抛物线轨迹的尝试。伽利略本人也长期花时间在意大利兵工厂观察和试验炮弹运动并帮助炮兵们改进炮弹射程。


而像教会、国王、寡头、贵族统治阶级及议会政府这样的国家力量之所以会对实证科学和数学研究产生兴趣，愿意资助像伽利略这样的一大批数学家与物理学家的科研活动，主要是意识到这种科研活动的重大军事意义和由此带来的对于国民经济的商业意义，是为了提高在长期的“你死我活”的贸易争夺战中赢得军事主导权，以及提高在频繁的战争和文明冲突中其宗教、文化、国家、王权的生存机会。


所以在罗马天主教组织的十字军东征大战略总体失败以后，文艺复兴时期以后的科学研究，尤其是关于球体（炮弹）的动力学研究和机械装置（弓箭、枪炮、钟表）的动力传动机制以及火药的研究，都有巨大国家力量的大力介入、资金投入和对“工程师-科学家-数学家”学术团体的积极扶持。这样做的好处除了包括提高赢得战争所需要的国家能力、获得垄断全球商业要道和争夺殖民地资源所需要的军事力量以外，还可以帮助降低每场战争所消耗的炮弹、火药等军事物资的财政负担和经济成本。因此所谓文艺复兴以后展开的大规模科学研究活动，并非是后来流行思潮所误认为的是出于“人类思想的自由解放和翱翔”，而是完全由世俗的实用主义与功利主义推动的。


而随着科学家团体对这些课题的研究活动的深入，由于脑力分工所刺激出来的“知识之树”，自然就会通过“思维碰撞”和世代积累而逐渐生根发芽、攀藤附墙、开花结果，沿着知识积累自身的“动力学”规律，最终在17世纪导致一场伟大的“科学革命”的爆发。而这场科学革命的爆发是与欧洲的一场军事技术革命的爆发在时间上高度重叠的，两者都是受到先前的一系列战争、远洋探险、环球航行、奴隶贸易、全球殖民地开拓的活动所刺激。其实牛顿经典力学的最高成就，就是发现与战争密切相关的地面物体（炮弹），及与航海知识密切相关的天上物体（行星）的运动，都遵循同样的规律，即万有引力规律和牛顿三大定律。而这个伟大发现完全是建立在数代前人对炮弹运动规律和行星运行规律的观察研究基础之上的。


因此，正是对炮弹发射和弹道轨迹的研究刺激了牛顿经典力学和现代数学（解析几何与微积分）的诞生，对火药燃烧和爆炸原理的研究刺激了现代化学（原子、分子理论）的诞生，对外殖民和大航海的需求刺激了大批量天文观察和现代天文学（日心说）的诞生与航海技术（指南针和远航帆船以及载炮军舰）的改进，对火药作用下空气热胀冷缩原理的研究刺激了温度计、气压计、蒸汽机等装置的发明和气体动力学的诞生，规模化战争所刺激的对枪炮的规模化生产刺激了冶金、采矿、锻造等行业的发展以及劳动分工原理和零部件标准化生产体制的发现，为满足军事研发而设立的各种大学机构和科学与工程学院促进了“科学家团体”这个职业的涌现及国家对于“科技人才”选拔制度的建立，等等。这一系列科学技术成就无一不是由于“战争—商业”这个循环加速器所推动的产物。


因此马克思说：“没有商业和工业，哪来的现代自然科学；说什么生活有其基础，而自然科学则另有基础，那压根是谎言。”（《德意志意识形态》）


这种国家间出于商业与贸易的需要而展开的战争和军事技术竞争并从而导致的科学大突破的社会历史现象，不仅在文艺复兴时期意大利各个城邦国家间为垄断地中海贸易而展开的军事冲突中，而且在后来17-18世纪的英国与欧洲大陆各国的出于统治亚洲贸易通道而展开的军事较量中，在19世纪德国为突破英国及法国的经济和技术封锁而实现的化学工业与火箭技术的崛起过程中，在20世纪美苏两大阵营间展开的太空争霸与计算机技术竞赛过程中，都一而再、再而三地呈现过。


以下我们通过列举一些具体的科学家个人的研究兴趣的基本历史事实，来进一步体现战争和商业需求对于科学发现的不可或缺的重大推动作用，以及国家力量的投入对于科学家群体这个创造知识的“生态体系”的建设的关键作用，并紧跟这些历史事实来初步探讨近代科学理论这个“知识之树”的“胚胎发育”和演化规律。(19)


通过历史材料，我们会发现欧洲15世纪以来几乎所有重要的技术发明和科学理论发现都与战争和出于商业利益的远洋探索有关，而这些科技发明都离不开国家财政支持，包括天主教教会支持。


具体说来，文艺复兴时期的巨匠列奥纳多?达?芬奇（1452-1519）是最早把军事工程和规范化的科学思维方式结合起来的先驱者，这可以他设计和幻想的多角城堡、蒸汽大炮、后膛炮、来福枪和转轮手枪的草图作为例证。


达芬奇当时研究并吸收了几乎所有有关军事工程的古典和当代作品。在他给米兰公爵卢多维科?斯福尔扎（Ludovico il Moro Sforza）的一封著名的信中，他列出了自己熟练掌握的许多技能中的九类军事工程技术。这些技术项目包括各种新式武器、架桥、轰炸机械和沟渠排水机械。达?芬奇的立体透视作画原理因此也应该是在这个过程中被逐渐发现和建立的。




除了发明各种机械化武器外，达?芬奇还作为首席军事工程师为残暴而好战的瓦伦西亚公爵切萨雷?波吉亚（Cesare Borgia）效劳和服务。达?芬奇可能曾经作为支持方或反对派多次参加佛罗伦萨、米兰、威尼斯、法国和甚至地中海东岸阿拉伯地区的战争。据说他对兵役的兴趣完全是出于自愿，而不是受到政治、经济、宗教或其他方面的压力。要知道，正是战场上无数无人认领的尸体还有大量被修道院收留的伤员，为达?芬奇的人体解剖和绘画提供了无限的素材。


同样，欧洲后来的一系列著名物理学家和数学家，包括塔塔格利亚、比林古乔、伽利略、笛卡尔、莱布尼茨、牛顿、伯努利父子、欧拉等，多数首先是从解决与当时军事技术问题直接相关的课题的过程中做出自己的学术贡献的，而一些显得与武器和战争无关的伟大发现都不过是这些研究的副产品。


尼古拉?丰塔纳?塔塔格利亚（Niccolò Fontana Tartaglia，1499-1557）是意大利威尼斯共和国的著名数学家和工程师，其主要工作是为威尼斯设计城市的军事防御工事，也是为战争寻求最好的防御与进攻地形的一名测绘员（为此需要用到平面几何知识），同时也是当时威尼斯共和国的财政簿记员（为此需要用到财会数学知识）。他出版了许多书籍，包括阿基米德和欧几里得的第一本意大利语译本。他是欧洲第一个将数学应用于炮弹（铁球）路径描述（即弹道学）的数学家和工程师；他的工作直接刺激了伽利略对运动力学的研究。他在1537年和1546年出版的两本书中，试图决定炮弹飞行的最佳轨道，并且他可能是第一个断言“炮弹飞行的轨迹是抛物线”和指出“炮弹在45度角向上发射时所达到的射程最大”的人。正是塔塔格利亚关于炮弹的轨迹是抛物线的理论促成了伽利略关于地面物体运动的经典力学理论的奠基性成果，这些成果直接为后来牛顿经典力学体系的诞生立下汗马功劳。他还发表了一篇关于如何在未知海域寻找被炮弹击沉的沉船的论文，这对于寻求丢失的宝船和货船十分有用。(20)


万努奇?比林古乔（Vanucci Biringuccio，1480-1539）是意大利铸造业之父，他的著作《火法技艺》（De la Pirotechnia ）是第一部描述正确的炮筒铸造方法的书。这本书还详细介绍了采矿、多种金属的提取和精炼、黄铜等合金以及用于铸造爆破的化合物。在他的书出版之前，有关冶金和军事艺术的知识是保密的；但是对于这类知识的巨大的市场需求刺激出版商不惜花费巨资引诱工程师们将所知道的知识发表出来。他的书被认为是开创了科学和技术文献的传统。在他的职业生涯中，他负责威尼斯的铁矿开采与军火库管理，也负责为威尼斯和后来的佛罗伦萨铸造大炮。


伽利列奥?伽利略（Galileo Galilei，1564-642）是牛顿之前欧洲16-17世纪最伟大的意大利天文学家、物理学家、数学家和工程师，是近代经典物理学之父与现代物理实验科学方法之父。他提出的关于物体运动的惯性定律和自由落体定律都是从研究炮弹的运动轨迹中提炼出来的。伽利略1638年发表的《关于两种科学体系的对话》总结了前人和他自己过去多年的研究成果，其内容特别与当时那个时代对军事技术的浓厚兴趣有关。伽利略在这一著作的引言中表示了对佛罗伦萨兵工厂提供的各种帮助的感谢。这一事实提示了伽利略与军事技术的密切联系和他的科学研究背后的社会力量的支持。事实上伽利略与威尼斯兵工厂有长期合作关系，并于1593年正式成为兵工厂的私人科技顾问，专门负责对兵器和军舰的技术革新，因此对军事工程学做出了许多贡献。比如1595年至1598年间，伽利略设计并改进了适合枪手和测量员使用的军用几何指南针。对于炮手来说，这种改进后的指南针除了提供一种更安全、更精确的升降炮筒角度的方式之外， 它还提供了一种快速计算不同尺寸和重量的炮弹所需的最佳火药填充量的方法。作为一种几何仪器，它可以构建任何正多边形，计算任何多边形或圆形扇区的面积，以及满足各种其他计算用途。伽利略很有商业头脑，在伽利略的指导下，一位仪器制造商制作了100多台这样的指南针，他通过出售这些指南针（以及他写的一本指导手册）赚了不少钱；指南针50里拉一台，而指南针的使用手册则为120里拉一本。1609年，伽利略与英国人托马斯?哈里奥特等人一起，用改进后的军事望远镜来观测天空。伽利略似乎坚信行星不过是一些绕太阳飞行的“炮弹（铁球）”，其运动方式与地面炮弹或许没有本质区别。望远镜先是发明来用于军事远距离观察的；1608年10月2日，荷兰眼镜制造商与荷兰政府签署了一项专利，协议中说他发明的仪器“用于远远地观看远处的东西”。由于该装置的军事用途似乎十分广泛，因此荷兰政府没有对这一发明授予专利，而是签订合同用钱买断了这位眼镜制造商的设计和知识产权。伽利略用改进后的望远镜于1612年确定了木星卫星的轨道周期。提出通过对卫星轨道足够精确的测量，将它们的位置用来制作世界通用时钟并解决当时航海学里面最困难的地球经度的确定问题。但是对于海上航行，伽利略的解决方案没有成功，经度问题最终需要开发实用的便携式航海天文台，比如后来的约翰?哈里森使用的那种。伽利略还被多次邀请为减轻河水泛滥的工程方案提供建议。1630年，伽利略为佛罗伦萨附近的一条新运河开通的计划方面提供了咨询帮助。


伊万格利斯塔?托里切利（Evangelista Torricelli，1608-1647）是一位在重要性及威望方面仅次于伽利略的意大利物理学家和数学家，是流体力学之父，以发明气压计而闻名。在1642年1月8日伽利略去世后，应大公费迪南多二世（德?美第奇）的要求，他接替伽利略成为比萨大学的数学讲席教授。托里切利研究了炮弹发射以及它们如何在空中飞行的数学和动力学原理。他在炮弹发射这个当时欧洲十分火爆的领域里最值得注意的成就，是第一次建立了一个“包络”（envelope）概念：即在各个方向以相同速度发出的炮弹的路径都是抛物线，这些抛物线都与一条普通抛物线（包络）相切。这个包络被称为“抛物线的抛物线”（“包络抛物线”）。炮弹高速飞行过程中需要克服空气和风的阻力这个事实，使得当时很多科学家对空气和缺乏空气的真空感兴趣。托里切利首次对风的形成原因进行了科学描述：“……风是由地球两个区域之间的气温和密度差异产生的。”托里切利的主要技术发明是水银气压计。


威廉?伯恩（William Bourne，1535-1582）是英国数学家和都铎王朝前皇家海军炮手。他是第一个设计潜艇的人，并编写了重要的导航手册。1574年，他制作了一个受欢迎的关于航海技巧的手册。他在书中描述了如何在大海航行中观察太阳和恒星，以及如何通过使用三角测量来绘制船舶的沿海地图及地形特征。他还在1583年出版了一本关于如何在海上和陆地进行远距离炮击的书，叫作《海陆远距离炮击的艺术》。


威廉?埃尔德雷德（William Eldred，1563-1646）是一名英国著名的炮击大师，被誉为“多佛城堡的神炮手”，也是欧洲流行手册《炮手》一书的作者。


罗伯特?安德森（Robert Anderson，？-1696）是一位英国数学家。安德森来自伦敦，是英国皇家学会的早期成员之一，帮助学会管理图书资料和借还书籍，并向读者提供科学技术信息。他对改进炮弹发射的艺术特别感兴趣，并且从1671年起至少有21年时间用自己的经费从事数千次炮击实验，表明他的射击技术相当可观。他说：“我可以打赌，我是这种战争工具发明有史以来，比所有靠年薪和津贴干活的炮兵工程师和炮手都更加勤奋实验和改进炮击技术的个体单干户。”(21)他的知识为英国海军和陆军军事技术的发展提供了很大帮助。


弗朗索瓦?布隆德尔（Fran?ois Blondel，1618—1686）是著名的法国数学家、军事土木工程师和建筑大师。他因为《建筑课程》（Cours d’architecture ）而被人们所铭记，这本专著在一个多世纪中一直是军事城堡建筑学领域的核心教程。1671年12月31日，他被法国国王任命为皇家建筑学院第一任所长和教授。他另外一本最受欢迎的书是《射击迫击炮的艺术》（Art de jetter les Bombes ）。


托马斯?滨宁（Thomas Binning）1620年发表的《火炮枪械艺术透视》，其中包括火药的本质和作用、火药的制作工艺、各种军械的制作，还有在各种天气下无论是海上还是陆地的炮击技术，以及重达1000磅的火箭的制作工艺。作者希望提高英国炮兵的实战技术。


爱德华?萨默塞特（Edward Somerset,1601-1667），伍斯特第二侯爵，1628年至1644年被称为拉格兰勋爵，是一位参与保皇派政治的英国贵族、政治家，也是一位发明家和军事指挥官。1655年，他出版了《发明的世纪》（The Century of Inventions ），详细介绍了100多项发明， 其中包括一种最早的蒸汽机雏形。这是一个被描述为“水上发动机”的装置，用大炮的炮管构成，它很明显是一个后来的蒸汽机的原型。1663年，有人参观了爱德华的工作室，看到并描述了“伍斯特侯爵发明的液压机”。它是为灌溉目的而设计的，这台机器“通过一个人的力量，在一分钟的时间内，能够将相当于四个大水桶的水升高到四十英尺的高度”。意大利的科西莫?德?美第奇公爵在1669年参观了一个类似的装置。然而，物理学家罗伯特?胡克却将其描述为“一个永动机的幻想”。但是这个装置意义是它充分说明蒸汽机的雏形是大炮，其原理都是在封闭圆柱体内将受热膨胀的气体转化为机械动力。


塔塔格利亚、科拉多、伽利略和托里切利关于炮弹抛物线轨迹的理论工作都汇入了16-17世纪科学和军事技术的“两股洪流”，这两股洪流是（1）炮弹发射以后的运动力学的研究洪流（又称为“外部弹道学”），及（2）引起炮弹射出的火药爆炸机制的研究洪流（又称为“内部弹道学”）。接下来的两个世纪里最著名的有关炮弹轨迹的的实验者包括罗宾斯（Robbins）、赫顿（Hutton）、迪迪翁（Didion）、泊松（Poisson）、赫利（Helie）、巴什福斯（Bashforth）、梅耶夫斯基（Mayevski）、西阿奇（Siacci）等。


决定一个炮弹的飞行轨迹是与很多物理学和数学问题密切相连的，因此吸引了同时代无数国王、贵族、商人、哲学家、神学家、科学家和数学家最密切的关注。


随着对炮弹速度和打击精度的要求的提高，人们自然开始关注物体在有阻力情况下的运动规律的研究。比如关于单摆在空气和水中的运动的实验使得人们可以检验关于媒介对在其中运动的物体的阻力的假说。从伽利略时代到后来罗宾斯关于这个课题的划时代工作，空气对于在其中运动的子弹和炮弹所产生的阻力，在估计物体运行轨迹的工作中变得越来越重要。尽管伽利略知道这种阻力的影响，他只是花了较小的力气去研究它，这与后来沃利斯、牛顿、伯努利和欧拉等以越来越大的注意力去专攻这个问题形成了鲜明对照。这也是知识之树演化的特点，即“抓大放小”， 小的分叉以后又“根深叶茂”变成大的研究课题。


对炮弹轨迹的研究涉及关于运动的第一定律和第二定律，即关于匀速运动物体的惯性定律， 及匀加速度运动物体或受力物体在“作用力、加速度和物体质量”三者之间关系的定律。


而且平行发射出的炮弹的抛物线运动也与从一个装满液体的器皿中的一个小孔流出的射流的轨迹相似，因此刺激了流体力学的发展。卡斯特利、托里切利、默森、马略特、哈雷和牛顿都明显地把流体动力学与研究炮弹轨迹的外部弹道学相联系。


在后期人们越来越意识到炮弹的实际路线是偏离伽利略预言的标准抛物线的，尤其是在研究了飞行路程很远的炮弹的轨迹以后。科学家们意识到除了空气阻力以外，部分原因是由于地球本身的旋转。英国的胡克、牛顿，以及法国的默森、珀替都试图决定这种旋转对远程炮弹轨迹的影响。


英国著名物理学家罗伯特?胡克（Robert Hooke, 1635—1703）的多数科学研究明显体现出与军事技术的关联。比如胡克用若干实验设计来测定空气对炮弹飞行的阻力，这些实验曾在皇家学会演示。胡克认为这种阻力可以用下述方法测定：将炮弹从一棵高大的树顶上朝与地面平行的方向发射，以及朝垂直向上的方向发射，以这两种发射方式来观察炮弹在飞行某一固定距离时所需要的时间。胡克设想垂直向上发射的试验可以确定地球自转运动对于炮弹路径的影响。


为了精确定量测定火药爆发时所产生的威力，胡克设计了一种用重量来测定火药威力的器械来进行他的实验。这样的实验引起了广泛的兴趣，所以在皇家学会的几次会议上重复表演。他花费了相当多的时间和精力来开展物体自由下落的实验并试图测定从一支毛瑟枪射出的子弹的速度。胡克在他的关于铁球下落的实验中继承了伽利略开创的关于自由落体的研究，而这是炮弹轨迹研究中必不可少的一环。胡克的研究使得军事研究与纯科学之间的紧密关系变得更加明朗，这种由于战争和军事需求所刺激的纯科学理论研究也体现在他发表的《用测量落体时间的仪器来测量子弹的速度的实验》这篇文章中。


因此，炮弹轨迹的研究引发了一系列与物体运动规律有关的科学问题，并由此派生出其他的研究分支，帮助欧洲思想界形成了今后长期支配科学价值观的“动力学—机械论”。而且这些理论研究都是与它们在战争或商业应用中的实用价值紧密联系的。这一实用主义思想后来集中体现在17世纪伟大的英国哲学家弗朗西斯?培根与20世纪美国哲学家杜威的理念和教育思想中。因此，当代科学技术史专家默顿指出：“对于炮弹飞行的轨迹力图达到数学的精确性描述，是军事工业技艺刺激科学理论长期发展的一个标准典范。”(22)


英国17-18世纪著名天文学家、物理学家、数学家、气象学与地球物理学家埃德蒙?哈雷（Edmond Halley, 1656-1742)，被认为是同一时期在英格兰天文学家中仅次于牛顿的人物，他的科学研究与实际的军事与商业活动也是紧密相联。他的天文学工作在相当程度上是与当时大英帝国作为海权霸主崛起时航海和海上贸易的直接需求相联系的。他的力学研究，尤其是他对沃利斯和牛顿在这个领域的工作的热心支持与鼓励，同样是受到实用主义考虑的影响。因为哈雷熟悉他的同行的科学成果，因此能够及时地将其他人的深奥的科学理论与英国眼前的实用目标联系起来。比如当他看到了牛顿的《关于运动的命题》手稿的时候（这个手稿后来构成了牛顿《数学原理》的头两册的大部分内容），他就立刻把这些学说应用于炮弹运动的研究。其实这样做毫不奇怪，因为自从达?芬奇和伽利略开始直到牛顿，整个经典力学体系就是由于对炮弹的研究而刺激出来的，而且理论又被科学家们反复应用回实践加以检验和提炼。以至于理论的每一步微小发展都可以立即产生军事和商业应用的“群体分叉效应”，这些应用又反过来促进理论的研究。哈雷深知这些应用研究对于英国的军事、经济、技术和社会效益，宣称他应用牛顿理论的法则可以对所有炮兵都实用：不仅可以节省炮兵使用的火药，而且可以提高打击的精度。


必须知道，自从文艺复兴开始，欧洲就进入一个功利主义横行的时代，即追求知识的实用性与商业价值，而不是像中世纪的亚里士多德经院哲学那样只追求对外部世界的“解释”和“理解”，也不是今天中国国内象牙塔里面的知识分子误以为的那样是出于什么康德式“仰望头上星空时所产生的对自然法则的敬畏”。其实在那个时代这样的功利主义体现在哈雷这样伟大的科学家身上毫不奇怪。


那个时代制造火药和冶炼炮弹（铁球）的成本十分高昂，一场战争往往需要消耗很多的火药和炮弹。比如1375年，一磅火药的价格相当于4.938磅黄金，而1326-1700年一台重炮的价格可能相当于今天一枚导弹的价格。(23)而在15世纪40年代，法国一个国家每年就需要消耗2万磅火药，即相当于每年仅火药就得花费掉10万磅黄金。而一个多世纪之后，这个数字翻了25倍，达到50万磅，按1375年的价格相当于250万磅黄金，而且还没有计算炮弹和士兵工资等其他天文数字的费用。虽然当时的炮弹就是一个铁球，不是后来的开花弹，但是造价昂贵而且需求旺盛。想要炸开一堵城墙可能需要无数发炮弹反复打击同一个地方，即便那样也就是炸出一个洞来而已，因此需要同时炮击城墙的好几个关键部位，最后才能奏效。炮弹还被用来打击商船、军舰、聚集的士兵等目标。所以在那个年代欧洲的冶金和炼铁工业非常兴旺发达， 除了大批量生产炮弹还要大批量生产炮筒和其他枪械。为了制造炮弹，除了铁矿以外还需要很多木炭。铁的熔点远远高于金、银、铜等金属。炼一吨铁需要的木炭是铜的好几倍。这样巨大的经济成本使得在使用枪炮的热兵器战争时代，武器生产成为一个国家的巨大财政负担，因而也使得研究提高武器杀人效率（比如炮弹发射和打击的精度）成为一个国家的科研目标。为了能够支付昂贵的战争，所有欧洲国家都利用军事工业赚钱，喜欢挑拨离间利用别的国家之间的战争来大发战争横财（比如日本和美国在第一次世界大战期间），实现自身军事工业的自负盈亏。这也是为什么今天人们仍然看到落后非洲国家用大量现代武器相互残杀，以及全球军火市场完全由发达西方国家的军事产品所垄断的根本原因，因为贩卖军火是欧洲500年来根深蒂固的“文化”传统。但是他们兜售给落后国家的军火都是自己需要淘汰的过时技术，却能用落后国家的巨大市场来补贴自己军火生产的高昂成本和吸收过剩产能。中国学者常征指出：“英国（16世纪）靠大炮赚钱，土地有限，1550年代森林告急，颁布法令保护森林，依靠进口铁来制造大炮，同时保护国内铁产量维持一个合理低水平。森林告急与森林保护造成两个后果，一是煤炭代替木炭成为主要燃料（引起燃料革命），二是进口铁涨价倒逼英国探索煤炭炼铁。”(24)


因此，从伽利略到哈雷等伟大科学家的一系列物理学研究背后的关键动机之一，就是通过他们的研究来提高军事技术和武器效率，帮助节省战争成本。哈雷还在皇家学会宣读的一篇论文中提出，炮弹与炮膛之间的吻合程度决定了炮弹的飞行距离和威力；而通过炮筒制造的工艺改进来提高吻合程度，则可以节省大量的火药（这篇于1690年7月2日向皇家学会宣读的论文可以在《埃德蒙?哈雷书信文集》中找到）。


哈雷如此热心于科学与军事应用的结合完全是出于当时的大国争雄的时代背景，也是出于他对国家命运和前途的关怀。他指出英国作为一个岛国“必须成为海洋的主人，其海军力量必须超过任何邻国”。(25)


哈雷还利用他的天文学功底研究了如何使一艘船在极端坏天气下运载大炮的方法，从而提高英国军舰或武装商船的战争能力。同样，在英国皇家学会的鼓励下，他研究核查了西格诺尔?阿尔贝盖帝（Signor Alberghetti）的炮弹发射计算表，称赞指出在这些计算表中作者充分正确利用了伽利略、托里切利和其他学者的科研成果。


哈雷还特别重视流体力学与炮弹发射之间的关系。流体力学中关于流体速度的理论，与射流实验密切相关。前面已经提到，这个实验企图确立一小股流体从一个装满流体的容器中的一个小孔射出时的动力学，哈雷认为这种理论可以用来确定火药爆炸时子弹所获得的初始速度。牛顿与哈雷的通信证明牛顿对这样的问题也十分重视和感兴趣，而且还花了相当多时间来自己做实验。哈雷同样鼓励沃利斯关于空气对射弹阻力的研究，而且告诉沃利斯，牛顿也正在研究同一个问题。结果是促成了沃利斯的论文发表在皇家学会的《哲学汇刊》上。他在这篇论文中指出：一发炮弹水平发射时画出的轨迹类似于一条变形的抛物线，他认为这种变形主要来自空气的阻力，因此有必要精确地确定这种阻力的影响。牛顿继而深入地探讨了这个问题。但是事实证明炮弹或子弹轨迹的精确数学描述几乎是不可能的，因为涉及求解复杂的偏微分方程和准确知道环境参数与其他技术变量等一系列问题。


沃利斯是第一个对球体碰撞理论做出正确表述的数学物理学家，这个问题由伽利略首先提出，但是被他误解。笛卡尔1644年在他的《原理》中也对这个问题做出了错误的分析。差不多同时，克里斯托弗?雷恩发现了弹性小球碰撞的经验定律，而惠更斯在不到一个月时间之内提交了他的详细得多的分析。这些碰撞实验暗含了牛顿第三定律的假设。(26)这条定律是理解炮弹发射时产生的反冲现象的关键。


因此可以说牛顿三大定律都是从炮弹动力学的研究中经过几代人的努力才总结出来的，而第谷和开普勒的天文观察记录不过是牛顿用来证明他的经典物理学理论的普适性的工具。而正是广泛使用火药和炮弹的战争年代，才使得人类对地面物体运动规律的理解提升到了一个新的境界，即如何用数学来精确描述可以轻易克服空气阻力的球形物体（炮弹）在很高速度下运行的规律。牛顿第一定律说明这样一个物体具有惯性，从静止到运动需要爆发力（火药）的推动，而且一旦推动就会在惯性作用下继续保持匀速运动状态，除非受到空气阻力或地心引力而改变其速度和方向。牛顿第二定律说明推动物体在空间运动的“力”的大小是如何测量的，这个力的大小等于物体的重量（质量）乘以速度的改变（即加速度）；因此火药的爆发力等同于炮弹的质量乘以它在静止状态所获得的初始加速度。而牛顿第三定律则说明这个力如果作用到另外一个物体上，会同时产生一个大小相等、方向相反的反作用力，这就是炮弹发射时的反冲现象；这个第三定律暗示了安装炮筒的炮车必须具有的基本重量和固定基座的牢固程度（尤其在船上），以及炮筒本身的坚固程度（取决于锻造工艺水平）。事实上在战争中经常出现炮筒炸裂现象。


牛顿还在他的《数学原理》中试图计算空气阻力对炮弹轨迹的影响。但是约翰?伯努利(27)指出了牛顿的错误，结果牛顿在《数学原理》第二版中删去了这一部分。牛顿希望通过研究受阻力最小的运动物体的规律，不仅能应用于决定子弹和炮弹的轨迹、提高命中精确度、预测敌方进攻所造成的损失，而且能用于决定军舰的船底和船身的最佳形状（因为军舰在水中航行需要克服水的摩擦阻力）。牛顿在《数学原理》第二卷中以相当大的篇幅致力于讨论不同媒介对炮弹或子弹飞行的阻力和对轨迹的影响，在第六章中他通过测定摆在空气和水中的物体的运动来检验他所假设的阻力定律，第八章提出了一些命题，从它们可以推导出空气对炮弹的阻力约等于炮弹速度的平方。


牛顿对于地面球体在万有引力作用下的运动规律与天体围绕太阳运动的规律的综合，恰好来自他对炮弹发射的一个理想实验：设想在一个很高的山顶上向与地面平行的方向发射出一枚炮弹，由于地球是圆的，那么如果炮弹被火药给定的初始速度越大，那么炮弹在地心引力作用下形成的抛物线就越来越接近地面的弧度，以至于最终当初始速度达到一定程度，这个炮弹将围绕地球做永恒圆周运动而不会回落到地面；如果初始速度超出这个速度，那么炮弹将以抛物线方式逃脱地心引力而永远离开地球。于是牛顿得出一个惊人的结果，天体围绕太阳或地球的运行服从同样的动力学规律，即牛顿三大定律和万有引力定律。


具体说来，牛顿的理论突破源自他问了一个问题：如果我们把大炮放在一个非常高的处于大气层上方的山上（因此空气阻力不存在），并且沿地面平行方向发射出一个高速飞行的炮弹， 会出现什么样的局面？炮弹在第一秒钟内仍然会按照地心引力造成的重力加速度下降5米（忽略重力加速度g在离地心很远的高山上会稍微有点降低这个事实），但是如果它的初始速度足够快，一秒钟后炮弹在向正前方飞行的过程中虽然由于地心引力下降了5米，但是地球表面的曲率也使得地表由于曲率刚好离原始水平高度向下弯曲了5米。在这种情况下，炮弹等于没有失去任何地面高度——因为“高度”被定义为垂直于地球表面上方的距离。并且，由于没有空气阻力，炮弹不会失去任何水平速度，所以在下一秒发生的事情会与第一秒钟所发生的完全相同，再往下也是一样。炮弹因此会一直围绕地球做环形飞行而不会落向地球表面。


以下是牛顿自己的绘图，图中 VD，VE，VF，VB 线段分别代表了以不同初始速度发射出的炮弹的运行轨迹，随着速度的提高，最终炮弹就会沿着地球完成一个循环再次回到初始发射台，并继续围绕地球永远转圈下去。而这就正好是卫星（月亮）绕地球运动的根本原理，也是地球围绕太阳运动的原理。因此，牛顿通过对炮弹在万有引力下的运动规律的分析，完成了人类抽象思维的一个壮举：地面物体运动和天体运动服从同样的物理学规律。(28)




战争不仅刺激政府为科学家团体提供科研条件和经费支持，而且给牛顿的物理学研究直接提供了无限丰富的灵感和素材。在后来的物理学教科书和历史叙事上，这些产生经典物理学的历史背景和时代条件被统统抽掉了，以至于使得很多所谓启蒙思想家和20世纪的新自由主义者们天真地（以讹传讹）认为，牛顿是因为在自由的香甜空气中、坐在秋天金色和平的草地上，被一颗硕大的象征基督教智慧之树上的苹果砸在头顶上，出于对上帝的虔诚信仰而获得了康德称为“仰望星空”时的纯洁无瑕的灵机一动，于是发现了万有引力定律并创立了经典物理学理论大厦。


是时候在中小学和高等教育中抛弃这种神话了。其实牛顿是在欧洲大地隆隆炮声中诞生， 并在隆隆炮声中去世的。牛顿出生于1642年的圣诞节，1727年3月20日去世，享年85岁。这期间欧洲爆发过至少44场战争，其中与英国直接有关的就至少有10场，最著名的战争包括牛顿出生那一年爆发的三场英国内战（1642-1651），法国—西班牙战争（1635-1659），英国-西班牙战争（1654-1659），法国—荷兰战争（1672-1678，在这场战争中法国获得了英格兰和瑞典的支持，而荷兰则得到了西班牙、神圣罗马帝国和丹麦的支持），土耳其大战（1683-1699，或称圣盟战争，是奥斯曼帝国和欧洲神圣同盟国之间的一系列冲突，包括哈布斯堡帝国、波兰、立陶宛、威尼斯和俄罗斯），九年战争（1688-1697，又被称为奥格斯堡联盟战争，是法国路易十四和欧洲神圣罗马帝国联盟之间的冲突，帝国联盟包括奥地利、荷兰、西班牙、英国和萨沃伊，冲突包括爱尔兰的威廉姆斯战争和苏格兰的雅各布派崛起，威廉三世与詹姆斯二世争夺英格兰及爱尔兰的控制权），西班牙王位继承战争（1701-1714），以及英国—西班牙战争（1727-1729），等等。


如果说对炮弹轨迹的研究刺激了经典力学与数学（包括笛卡尔坐标系和微积分）的发展的话，对火药的研究则刺激了气体力学、流体力学乃至整个化学学科的发展（包括燃烧的氧气理论、化学元素理论以及后来元素周期表的发现）。还有，对枪炮制造工艺的研究开启了整个近代西方的冶金、炼铁、铸造、锻造等工程技术的不断创新与发明，刺激了后来以气缸及活塞运动为基础的蒸汽机和内燃机技术。


因此可以说，如果没有火药从中国的传入（哪怕西方人自己能够发明造纸术、印刷术、指南针等中国技术），西方的整个近现代文明，包括17世纪的科学革命和18世纪的工业革命是不可想象的。这个观点最近在中国民间学者常征撰写的巨著《机器文明数学本质：火药火器、科学革命、工业革命、资本主义全球体系》中也得到了全面阐述和详细考证。常征指出：“经典力学三巨头，伽利略地面力学，开普勒天空力学，牛顿万有引力，其实都是从炮弹力学开始，都受炮弹力学启发，因此经典力学就是炮弹力学。”(29)


火药通过燃烧才能够转化成气体的膨胀运动，并由此在密封管道内转化为强大的机械推力。对火药爆炸威力和空气受热后急剧膨胀现象的研究导致了后来的一系列化学理论的创立与技术应用。


约翰?伯努利在他1690年出版的书中研究了在火药作用下气体的膨胀。对火药威力的认识的一个基本点是气体的压力与体积的关系。理查德?汤纳利提出了一个假说，它假定气体的压力和体积的膨胀成反比。波义耳和胡克的实验结果证明了这个猜想，并在1662年建立了以波义耳的名字命名的“波义耳定律”。除了汤纳利以外，波义耳和胡克都明确地表现出对火药爆炸所产生的气体膨胀现象的巨大兴趣。波义耳提交英国皇家学会的最早建议之一就是要求“考察当火药爆炸时真正膨胀的是什么物质”。(30)胡克也详细地研究了同一个问题。虽然他居住在荷兰，但他隶属于英格兰皇家学会，他向英国皇家学会提交过375篇论文。他有一篇关于火药爆炸的实验论文《爆炸产生的空气量》，发表在皇家学会的《哲学汇刊》上。这个实验引起了很广泛的兴趣， 因而由帕平在皇家学会成员面前重复做了多次，并做了一些修正。在一次皇家学会早期的会议上，波义耳和布龙克尔二人建议做大气压力和气体膨胀的一系列实验。实验之一是探讨火药的点火与燃烧机理――这也是诺贝尔和阿贝尔关于炮弹发射内部弹道学的著名研究报告中的一个基本课题。这两个报告分别于1874和1879年在皇家学会宣读。


罗伯特?莫雷爵士向皇家学会介绍了鲁珀特王子的火药，其强度远远超过英格兰最好的火药，也介绍了同一位皇家科学家发明的新式火炮。莫雷同样建议做一系列有关枪炮的实验，这些实验结果都发表在皇家学会的《哲学汇刊》上。这些实验的目的是要测定火药的剂量、枪炮的口径和子弹的射程之间的关系。之前的沙维里天文学教授约翰?格里夫斯也进行过类似的实验。


英国皇家学会在它的科学仪器实验馆中列入了几种考察枪炮的反冲和炮架稳定性的仪器，以及几种寻求和测定大炮火力的器械，供大家使用。


佛朗西斯?豪克斯比也对气体在各种条件下的膨胀做了实验，以模拟在火药爆炸后发生的近似的膨胀现象。豪克斯比的结果被采用在本杰明?罗宾斯1742年发表的有关弹道学的基本著作中，包括他关于“决定由定量火药爆炸所产生的弹性和这种弹性流体的量”的一些定理中。


17世纪英格兰的科学家在很大程度上全神贯注于火药爆炸所产生的力学效应这一点，可以由时常在皇家学会由文章作者亲自所做的实验作为证据。当年皇家学会某些最活跃的会员参加了这些关于火药爆炸的实验演示，例如，亨肖、莫雷、布龙克尔、胡克、尼尔、查尔斯顿、鲍威、戈达德、波义耳、帕平，等等。


这些研究成果被迅速地应用到英国军队。其他欧洲国家的科学院和皇家学会也同样对这些研究课题保持浓厚兴趣及财政投入。因此文艺复兴以后，尤其是进入16-17世纪以后，整个欧洲的大学、科学院和科学研究团体就像是为殖民战争前线不断提供军事知识与军事技术的大脑中枢及战略大后方，而庞大的远洋舰队和拥有私人武装的荷兰东印度公司、英国东印度公司、法国东印度公司等皇家特许公司，则是欧洲国家深入战争前线的排头兵与运输大队。通过家族联姻而捆绑在一起的欧洲国家之间，在科学技术知识方面互通有无，但在国家利益方面却相互争夺甚至厮杀，就像经常发生内讧的黑帮团伙，一方面一致对外“打砸抢”，另一方面经常为了争夺首领统治地位而发起暗杀行动和大规模武装冲突。然而世界其余仍然处在狩猎文明和农业文明的广大地区就是他们实施“打砸抢”的商店、粮仓、金库、中转基地和广阔战场。


正如英国著名物理学家和皇家学会秘书罗伯特?胡克在为学会制定路线方针时说：从古至今，很多人都试图探寻“万物的性质和原因”，然而“他们的努力只是单打独斗，几乎没有被艺术结合、改善、管控，结果只取得了一些无足轻重、几乎不值一提的产物。但是，尽管人类已经为此思考了6000年，仍然是原地踏步，完全不适合、没有能力克服自然知识的困难。但是，这个新被发现的世界必须被一支‘科尔特斯的军队’征服。这支军队训练有素、管理完善，但人数却很少”。(31)这里胡克提到的“科尔特斯的军队”是指地理大发现之初西班牙殖民者埃尔南?科尔特斯（Hernán Cortés）征服美洲大陆的部队，他1519-1561年作为西班牙第三次远征军大队长率领一支久经沙场的、高度组织起来的、拥有现代武器（加农炮）的几百人军队，轻而易举地征服了拥有500万人口的中美洲阿兹特克帝国（位于今天的墨西哥），并通过屠城和杀戮摧毁了这个古老文明。胡克这里指的“军队”就是皇家学会，在胡克眼里，这样高度组织起来的科学家“军队”带有西班牙殖民者同样的杀气，并更加具备摧毁一切其他文明的威力。


事实上，即便在牛顿和胡克之前，欧洲文艺复兴以来几乎所有重要的技术发明，都离不开政府（统治阶级）与国家机构的财政支持，包括教会支持，14-15世纪的好多科学研究主要是由王室和教会倡导和资助的。比如前面已经提到，达·芬奇的人体解剖研究与工程研究是由教会支持的；哥白尼本身就是一个传教士，他临死前发表的革命性著作也是题献给教皇的；开普勒和他的老师泰寇?布刺的天文学研究完全是在丹麦王室赞助下完成的。


以下我们再来详细考察一下文艺复兴时期的科学活动和成果是如何与国家力量的积极参与密不可分的。


1605年，伽利略被聘为科西莫?德?美第奇（Cosimo de’Medici）的数学老师。1609年，科西莫成为托斯卡纳的大公科西莫二世。伽利略为了寻求现在已经升官发财的前学生科西莫以及他强大家族的科研赞助，利用发现木星的卫星这个机会大献殷勤。以下是1610年2月13日伽利略写给大公的秘书的私信：


“上帝通过这样一个独一无二的标志，使我向我的主显示我的奉献精神和我发自内心的愿望，使他的荣耀之名在天上的星体之间平等地存在。因为这取决于我作为这些新星的第一个发现者来为它们命名，我希望可以模仿那些把那个时代最优秀的英雄放在星星中的伟大圣人，用最圣洁的大公爵的名字来命名这些行星。”(32)


伽利略问是否应该将木星的卫星命名为“科西莫星”，或者是“美第奇星”，这样将尊重美第奇家族中的所有四兄弟。秘书回答说后者最好。1610年3月12日，伽利略致信给托斯卡纳的公爵，第二天就给大公送了一份副本，希望能尽快得到大公的经费支持。3月19日，他将他用来首次观察木星卫星的望远镜送给大公，并附上一份官方介绍副本，按照秘书的建议，将这四个卫星命名为美第奇星（代表他们家族的美第奇四兄弟）。在他的专属介绍中，伽利略写道：


“你灵魂的不朽美德从来没有像这些明亮的星星在天堂中那样在地球上闪耀，它们将会像会说话的舌头一样，永恒地吐露并一直庆祝你最优秀的美德。因此，有四颗行星以您家族的名字命名……它们围绕着木星以天体惊人的速度进行着它们的旅程……就像同一个家庭的四个孩子一样……的确，这似乎是造物主通过明确的论据，告诫我用殿下的杰出名称在太空的众星面前称呼这些新行星。”(33)


然而当时观察天体运动并发现木星卫星的并非伽利略一个人，虽然伽利略被公认为第一个发现者。其实那个时代有很多人竞争王公贵族的科研经费来从事这样的发现和发明。


随着争夺王公贵族和朝臣们的注意力的竞争程度的提高，从事科学发现的人用来从贵族那里“申请”“科研经费”的礼物的要求越来越高，必须具有戏剧性和天赋，比如一项了不起的技术发明和科学创新。比如伽利略将他新发现的木星卫星作为“礼物”呈现给美第奇公爵，这个“礼物”实际上是在这个公爵所关心的世界之外（他对天文学毫无兴趣）。作为回报，这位科西莫大公给与伽利略“宫廷哲学家和数学家”（court philosopher and mathematician）的头衔和地位， 使伽利略变得“高贵”。这与中国的科举考试选拔人才的方式有异曲同工之妙。


如果礼物获得了王公贵族的青睐，礼物赠送者可能会像伽利略一样有幸获得对自己有意义的回报。然而礼品赠送者无法预测这个回报将采取何种形式，因为社会地位关系他们不敢奢望，因此可能发现自己会为无法拒绝的“优惠”回报承担压力。比如文艺复兴时期的丹麦伟大天文学家第谷?布拉赫（Tycho Brahe，1546-1601），就收到了一大堆礼物，从富有异国情调的稀有动物，到私人岛屿，以换取他的天文学发现所带给这些王公贵族的名誉。


作为科研赞助人的王公贵族经常用印有自己头像的黄金像章作为奖励的一种形式，这种形式一直延续到今天的诺贝尔奖章。金质奖章通常附在一条可以出售的金项链上，但奖章本身不能出售，以免冒犯赞助人的形象。




当时的很多发明和创新与战争似乎没有直接关系，但是政府官员及贵族们拿到这些发明以后就可以迅速将这种新的知识和技术用于他们自己擅长的商业与权力游戏中。比如英格兰国王詹姆斯一世打算将一个从自己赞助的发明家那里获得的机械自动装置运往印度，在那里“征服”并“取悦”印度皇室成员，以便达成贸易协定，并宣称这个机械装置可以为莫卧儿皇帝的宫殿里面的污浊空气进行“冷却和清新”。这台装置是由工程师科内利斯?德雷贝尔（Cornelis Drebbel，1572-1633）设计和发明的，他因此而获得“宫廷工程师”这个职位。当获得这个职位作为他研发的回报时，德雷贝尔在宫廷上出现并跪倒在地。(34)


政府和科学家在17世纪早期都已经意识到这样的送礼方式越来越不适合鼓励实验科学的发展。实验科学要求许多人花很长时间在不同地方收集大量数据，并由很多不同地方和时代的人完成，而礼物却强调“个人英雄”主义。因此，在科学家之间的合作和实验室工作变得越来越至关重要的时候，这种以王公贵戚的礼物作为奖励的方式就显得越来越不合时宜。


换句话说，在文艺复兴前后的科学发展初期，科学家们主要依靠教会或有权有钱的王公贵族的资助来从事科学研究，成果和名声都属于教会和这些国王或王子。随着国家间竞争的加剧和民族国家的形成，最终不同类型的激励措施，包括由中央政府和国家直接统一出台的公开奖项和奖励，以及拿薪水的高等研究院的学术职位，变得更加普遍，依靠贵族的青睐从事科学研究的重要性就下降了。


虽然科学家和发明家个人之间的竞争有助于激发和推动科学发展，但过多的竞争可能会导致夸大、炫耀和保密。最重要的是，人们担心那些个体户没有动机去从事或解决一个需要终生投入甚至都无解的科学问题或技术发明，即使有人这样做了，他们恐怕不愿意在死亡的时候把自己未完成的发现或发明公开出来，而是把秘密带进坟墓。


由于这些原因，欧洲国家的政府或为国家着想的“士大夫”们，开始将奖励机制的改革视为提高和推动科学发现的速度和规模的重要环节。例如，近代科学方法论鼻祖弗朗西斯?培根（1561-1626）强调，没有完成的科学实验和尝试也是有意义的科学贡献。他希望，与其让他们花大力气去向赞助商解

贴主:Michaelliu888于2019_11_11 22:54:11编辑