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探究宇宙万物本原，是人类好奇心的永恒表现。当人类思维发展到一定程度的时候，人们难免会产生一种思索：在我们的周围，每一种物质都有其组成成分，那么，构成宇宙万物的最根本的组元是什么？换句话说，宇宙万物究竟是由什么组成的？它们的本原是什么？
对上述问题的解答，一开始当然充满了神话色彩。到后来，理性登上历史舞台，神话逐渐退居其次。这一转折大概发生在公元前6世纪左右，当时的希腊人通过自己的思考走出了一条不同于神话传统的新路子，他们给出的答案不需要超自然因素的作用。正是这样的探究，使希腊哲学开始了它的历程，也为希腊科学思想的发展奠定了基础。最早沿着这条新路迈开自己坚实的步伐的是爱奥尼亚米利都的自然哲学家们。爱奥尼亚位于今土耳其，与希腊本土隔爱琴海相望。当时希腊的殖民者已经在爱奥尼亚建立了一批繁华的城市，米利都就是其中之一。米利都的泰勒斯最早提出了不带神话色彩的万物本原学说。
关于泰勒斯的身世，我们所知甚少，只是从希腊人留下的一些残篇中略知一二。据亚里士多德说，泰勒斯因为一心钻研哲学，无暇顾及生计，因而家境并不宽裕，这遭到了一些人的嘲笑，他们散布流言蜚语，说既然泰勒斯很聪明，他为什么发不了财？为了回击这些人的嘲笑，泰勒斯根据他所掌握的气候知识，预计到某一年橄榄会大丰收，于是他买下了米利都全部的橄榄榨油机，并指定了使用榨油机的垄断价格。那一年当地的橄榄果然大丰收，人们不得不到被他垄断了的榨油机那里榨油，结果在一个季度里他就发了财。但泰勒斯的目的只是为了证明哲学家的价值，所以赚到钱之后，他并没有沿经商之路继续走下去，而是回过头来，又继续他的哲学研究了。
关于泰勒斯的这一传说，足以令今天的哲学家们扬眉吐气，不过事情不可能那么简单，且不论泰勒斯是否真的曾经如此，即便此事属实，它也只是一个个案，不具备普遍意义。因为从事哲学研究和经商，毕竟是两个领域的事情。在现实生活中，让哲学家们去经商，十有八九是要蚀本的。而且，如果今天我们还乐于通过这样的例子来论证哲学的功用，似乎也把哲学庸俗化了。
希腊人对泰勒斯的推崇，更多地表现在对其科学成就的肯定上。据说泰勒斯曾经预报过某年在当地会发生日食，后来日食果然如期而至，使正在鏖战的米堤亚人和吕底亚人因惊异而握手言和。虽然泰勒斯的这种预报与巴比伦人相比算不上什么奇迹，但却给当时的希腊人留下了深刻印象，以至于150年后希罗多德还郑重其事对之加以记载。此外，泰勒斯还对埃及人的几何学作了重要发展，他把几何学变成了一种抽象的研究对象，发现了一些具体的几何定理，据说他还应用三角学的概念，测量了埃及金字塔的高度。在天文学上，他是第一个认为月亮是靠反射太阳光而发光的希腊人。他还提出了大地是一个漂浮在浩瀚无边海洋上的圆盘的主张，从而回答了大地靠什么支持这个古老的问题。但所有这些，都是至少一二百年之后人们的追记，而且这些追记本身也都残缺不全。正因为这样，对泰勒斯这些科学成就的具体细节，我们已无从得知，而这些追记是否有夸大其词之处，也不得而知。
虽然如此，从今天的观点来看，泰勒斯仍不愧为科学的鼻祖，这不仅仅是由于上面提到的他在具体科学上的那些贡献，更重要的在于，他提出了宇宙本原问题，并明确给出了自己的解答：万物源于水。他的这一说法是否成立无关紧要，但他这种把大千世界的本原归结于一种具体物质的做法，则很能引起哲学上的怀疑论，因为如果木、铁甚至火在本质上都和水一样，那只能证明感官上的证据是不可靠的，这就势必会促进人们理性地对客观事物进行思考，而理性对于科学发展的重要性是不言而喻的。再者，泰勒斯的解答排除了超自然因素的干预，他把众神从这一领域请了出去。正因为这样，泰勒斯及其同时代人的思想才一脉不断地流传了下来，最终形成了现代科学。因此，我们有理由认为现代科学始于泰勒斯。
泰勒斯提出万物源于水的主张，是一种哲学猜测。他之所以提出这样的命题，应该是意识到了水对于生命之重要。这样做是可以理解的。要寻找万物本原，当然应该着眼于事物普遍具有、对之又非常重要的因素。万物中最神奇的莫过于生命，而水是生命要素中不可或缺的，因此，把水视为万物本原，是理所当然的。不过，泰勒斯可以以水立论，别人也同样可以出于其他考虑提出另外的主张。同样是在米利都，泰勒斯的再传弟子阿那克西米尼就提出了一种新的学说，他认为空气是万物本原，空气的稀薄会变成火，而其凝聚则会变成水，进一步压缩又会变成土。与阿那克西米尼同时的爱奥尼亚地区的另一位哲学家齐诺弗尼斯则着眼于脚下的大地，认为土是宇宙万物本原。他还根据有时在山顶上发现贝壳这一事实，得出地球外貌会随时间而发生变化的结论。几十年后，米利都附近的另一城市以弗所的哲学家赫拉克利特则把事物的起源与火相联系，说：“既不是神也不是人创造了这一世界秩序，它在过去、现在和未来永远是一团永恒的火。” (3)
在人们感官所能察知的范围内，土、水、气、火确实具有极端的重要性，作为万物本原，好像它们都有资格。正是由于意识到了这一点，西西里的哲学家恩培多克勒干脆博采众长，提出了四元素说，认为它们共同构成万物。这四种元素，土是固体，水是液体，空气是气体，火则比气体还稀薄，它们在宇宙中受到两种神力的影响，发生分化与组合。这两种神力作用在人的身上，表现出来的是爱与憎；作用在万物身上，则是吸引和排斥。四元素就是在它们的作用下，以各种不同的方式和比例结合起来，从而组成了世界上形形色色的各种物质。
四元素说的产生与人们对火的作用的认识有关。当时人们认为，可燃物是复杂的，它燃烧后，必然要还原为它的几种要素。例如拿一段新鲜的木柴让它燃烧，就能清晰地看出这一点：燃烧时的火由光可见，冒出的烟属于气，木柴两端跑出嗞嗞作响的水，剩下的灰烬则具有土的性质。重视火的作用，是近代化学得以产生的重要因素。近代化学的前身是炼金术，炼金术离不开火，近代化学本身也是通过对火的研究，阐明了燃烧的本质是氧化反应之后才得以建立起来的。
上述这几种学说有一共同特点：它们所主张的万物本原，都是人们日常生活中可以感觉到的具体物质。与这些学说相比，米利都的留基伯则另辟蹊径，提出万物是由人们感官不能感觉到的微小粒子——原子组成的。这就是对近代科学有极大影响的原子学说。关于留基伯的情况，我们几乎一无所知，只是听说他提出了因果原则，认为任何事情都不会无缘无故地发生，一切事情的发生都有其自然原因。他还提出了原子论的基本观念，而且是德谟克利特之师。他发明的原子学说，被德谟克利特发扬光大了。
原子论认为，原子是组成世界万物的终极粒子。原子极其微小，它是永恒的，不可毁灭，也不可分。原子这个词本身就表示“不可分割”的意思。宇宙是由原子和原子之间的空间组成的，甚至人的思想和上帝（如果有上帝存在的话）也是由原子组成的。
既然万物都是由原子组成的，它们为什么会表现出互不相同的性质？德谟克利特解释说，这是因为原子的外形彼此各不相同，例如水原子外表平滑，呈现圆形，所以水无定形且易于流动；火原子多刺，人接触它当然会有烧灼感；土原子毛糙且凸凹不平，所以彼此容易结合在一起形成坚固不变的物质。至于事物的发展变化，则是原子重新分化组合的结果。德谟克利特还认为宇宙的产生也与原子有关，无数原子在无限的空间中做无规运动，相互冲击，引起了直线运动和旋转运动，旋转运动导致原子结成团块，小的组成万物，大的形成天地。
从表面上看来，原子论是一种不自洽的理论：原子虽然很微小，但它毕竟有一定大小，既然有大小，就应该有内部组成，有内部组成就应该可分，为什么说它不可分？实际上，原子论的产生与希腊人缜密的逻辑思维是分不开的，尤其与名噪一时的芝诺悖论有关系。希腊的哲学家非常关注运动、变化问题，芝诺就曾运用思辨方式，对之提出过似是而非的论断，这就是有名的芝诺悖论。芝诺悖论之一是说运动不可能，他的论证是：如果运动是可能的，就意味着你要在有限的时间内跑完一段路程，而要跑完这段路程，你必须先跑完它的一半；而要跑完这一半，你必须先跑完一半的一半，即四分之一；而要跑完这四分之一，你必须先跑完八分之一……依此类推，以至无穷，而要在有限的时间内穿越无穷个间隔是不可能的。因此，运动是不可能的。
芝诺另一个更有名的悖论是阿基里斯赶不上乌龟。阿基里斯是希腊神话中的英雄、赛跑能手，芝诺假定他和乌龟赛跑，而且乌龟先跑，待乌龟跑出一段距离后阿基里斯再追。芝诺的结论是这种情况下阿基里斯永远追不上乌龟，其理由是阿基里斯追上这一段距离需要一定的时间，而在这段时间内乌龟又向前移动了一小段距离，阿基里斯需要再跑完这新的一段才行，而这时乌龟又向前移动了。依此类推，这是一个无穷系列，而无穷是不能实现的，因此，阿基里斯不可能赶上乌龟。
芝诺悖论似是而非：经验告诉人们，运动是客观存在的；直觉也告诉人们，阿基里斯赶上乌龟不费吹灰之力。但芝诺的论证又无懈可击，那么，问题出在什么地方呢？人们发现，芝诺所有的悖论都是建立在空间和时间可以无限分割这一假说基础之上的，如果抛弃了这一可分性，芝诺悖论将不再成立。因此，从思想发展的逻辑来看，原子论者就是通过赋予构成物质的原子以不可分性来否定芝诺悖论的。大概在他们看来，承认原子不可分，虽然在逻辑上有漏洞，但也比承认芝诺悖论好。另外，泰勒斯对万物本原的探讨只是有可能启发人们想到感官的不可靠，而芝诺的论证则明确指出了感官的不可信，这有助于原子论者到感官所不能察觉的东西中去寻找物质本原，原子就是这样被找到的。所以，原子论的产生有其哲学基础。
原子论体现的是一种机械论哲学。根据原子论者的观点，单个原子是永恒不变的，通过原子的各种运动和排列，形成了丰富多彩的世界。整个世界就像一架大机器一样，这个机器的运转是原子按其本性运动的必然结果，这中间没有神的作用，没有精神的力量，也没有偶然性，一切都按铁的必然性进行。这种机械论哲学17世纪以后在科学界找到了知音。物理学家们把物质分析为质点，用数学来描述它们的相互作用和运动，预测它们未来的运动状态，这使人们认为整个世界本质上就是如此。20世纪以来，机械论哲学已经成为历史，但在科学发展的过程中，机械论哲学的阶段是不可逾越的。也正因为如此，在古希腊诸多哲学流派中，原子论哲学特别受到了科学史家的青睐。
德谟克利特的原子论100多年后在伊壁鸠鲁那里找到了知音，伊壁鸠鲁在雅典讲授原子论，把原子论作为他整个伦理、心理和物理哲学的一部分。又过了200多年，罗马诗人卢克莱修在其不朽的诗篇《物性论》中重提原子论，并把原子论推到了极端。卢克莱修认为甚至像思想、灵魂这类非物质的东西也是由原子组成的，只是这些原子比构成物质性的东西的原子更细微些而已。他详细记述了伊壁鸠鲁学派的观点，正是通过他的记述，我们今天尚能了解希腊哲人对原子论的描述。
在古希腊哲学流派中，原子论虽然最接近近代科学的认识，但希腊的哲学家们赞成原子论的并不多。著名的哲学家柏拉图和他的学生亚里士多德都不赞成原子论，他们赞成的，都是恩培多克勒的四元素说，不过他们对四元素说作了各自的发展。
柏拉图受到毕达哥拉斯学派的影响，对四元素说作了改造。他把它们还原成三角形。一个三角形当然是平面的，但几个三角形适当地组合起来，就成了三维粒子，这种三维粒子每个不同的形状对应一种元素，再由这些元素组成万物。“在柏拉图的时代，人们已经知道，存在而且只存在五种几何正多面体（就是由完全相同的平面组成的对称几何体），它们是：四面体（四个等边三角形）、立方体（六个正方形）、八面体（八个等边三角形）、十二面体（十二个等边五边形）和二十面体（二十个等边三角形）。柏拉图将每种元素与这些图形中的一种联系起来——火与四面体（最小、最锐利和最易变动的正多面体），气与八面体，水与二十面体，土与最稳定的正多面体，即立方体。最后，柏拉图把十二面体（最接近球体的正多面体）等同于整个宇宙。” (4)
柏拉图对希腊科学发展的影响主要不在于此。他的兴趣主要在道德哲学，也就是伦理学上。他轻视自然哲学，把自然哲学看成是低级的、没有研究价值的学问。他还在雅典创立了柏拉图学院，用来传授他的主张。柏拉图学院存在了9个多世纪，直到公元529年，东罗马皇帝查士丁尼下令将其关闭才告结束。即使在学院关闭以后，柏拉图哲学仍然对整个中世纪早期的基督教思想具有强烈的影响。鉴于柏拉图哲学不利于科学的发展，希腊科学的衰落，与思想层面上柏拉图哲学的长期影响不无关系。
柏拉图对恩培多克勒的四元素说从形状上作了改造，而其弟子亚里士多德则另辟蹊径，从性质上对之加以创新。亚里士多德和柏拉图一样，都认为四元素说中的四元素可以还原为比它们更为根本的东西。柏拉图把它们还原成了三角形，而亚里士多德则把它们还原成人们对客观世界可以感觉到的那些性质。他认为在这些性质中有两对是起决定性作用的——热和冷、干和湿，它们有四种结合方式，每一种产生出一种元素。亚里士多德认为，在这四种性质中，没有任何力量能够阻止它们被其对立面所取代。例如，如果水被加热，水中的冷就被热所取代，而热和湿的结合就使水变成了气。亚里士多德还认为，他的四元素说中的四元素不能简单地理解成这些名称所代表的那些经验物质，例如土不仅仅指我们脚下的大地，它也可以泛指各种固体。经过这些界定之后，亚里士多德可以轻而易举地解释同一种物质状态的变化以及不同物质相互之间的转化。他还认为四元素说只适用于地球本身，而天体则是由第五元素“以太”组成的。这种天地有别的观念在思想界统治了人们一千多年。
亚里士多德是古代知识的集大成者，在文艺复兴之前，没有人像他一样对知识有那样系统的考察和掌握。从13世纪以后，在欧洲基督教世界里，亚里士多德在哲学方面取代了柏拉图，他关于万物本原的四元素说，也顺理成章成了这方面的权威学说。一直到了17世纪，波义耳的元素说问世，四元素说才退出历史舞台。到了19世纪初，英国化学家道尔顿提出了科学的原子论学说，古老的原子论学说得到了脱胎换骨的新生，至此，人们对万物本原的探讨才真正融入到了近代科学的洪流之中。
