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但丁尊称亚里士多德为“智者之王”。从阿奎那时代到伽利略时代，学者一直对亚里士多德敬仰有加。想要求知，就得仔细阅读亚里士多德的著作，参照后人的注解以掌握难以理解的段落的含义，探究他的著作提出和讨论的问题。早在13世纪，大学教育就以这些程序为模式。亚里士多德时代并没有基督教，他在一小部分问题上的观点不为当时的大众所接受，神学家发现并纠正了这些错误。亚里士多德常被尊称为大哲学家，正如神圣神学是信仰的根基，哲学是知识的源泉。
一般来说，自然科学，即自然知识，过去被视为自然哲学，在希腊语中是physis。亚里士多德对此有过深入论述，他的《物理学》《论天》《天象论》，以及有关万物起源和消亡的著作都是佐证。而自然科学的基本原理是在亚里士多德写完这些科学著作之后，才在《形而上学》中阐明的，因为科学不能自证自明、无中生有，而要基于对自然的仔细研究。
亚里士多德的物理学和宇宙学框架，或许众所周知，但简单概括并不能公正地说清楚。伽利略提出了一条新的探索自然之路，却遭到了强烈反对。本章试图简述当时大学所教授的既有方法，让人们清楚地了解反对者的立场和出发点。
亚里士多德的哲学追求，是要洞察事物的本来面目，揭示它们不可更改的必然性，以及它们保持现状的深层原因。要达到这一目的，就必须深入探索事物的根源，把握自然界万事万物背后的终极意义。他在前人研究的基础上，采用土、气、水和火四“元素”及热和冷、湿和干四种对立属性来构建自然哲学体系。他认为各元素都有其固有的位置，一旦偏离，就会在重力和轻力的驱使下回到原位。他制定了逻辑法则，用理性而非感官来推断我们在自然界中所观察到的现象的原因，区分了质料因、形式因、动力因和目的因这四种不同类型的因果关系。他通过定义来界定事物的内在本质，并以此来区分它们在不同环境下所呈现的偶然属性。自然哲学的任务，是在一个逻辑严谨、图式清晰的框架内，探究自然界中所观察到的现象的因果解释。
亚里士多德物理学着眼于变化，他视变化为自然的根本特征，并认为不知变化者不知自然。亚里士多德用来形容变化的术语，在拉丁语中被译为“运动”，此术语后来专指亚里士多德之“运动”（位置随时间的变化）。他认为，运动在某种逻辑上先于其他变化，或牵涉或暗含其他变化。然而，他的物理学并非只讨论运动，质变亦在其研究之列，如铁受热变红，由红转橙，由橙转黄，或万物生长过程中的变化，皆激发了亚里士多德的兴趣。
亚里士多德从物理学转向宇宙学，将天体与以地球为中心的四元素世界分隔开来。在他看来，火元素处于最外层，月球的轨道则是元素间的分界线。四元素之外，一切都由第五种物质——以太组成。与四元素不同，以太在永恒不变中不断重复着完美的圆周运动。亚里士多德的宇宙观似乎源自柏拉图的一个设想，欧多克索斯在数学上合理化了。因此，在这个问题上，并不存在两派哲学的对立。亚里士多德的宇宙观在托勒密天文学中得以保留，尽管其中的行星偏心轨道和本轮运动已经破坏了围绕地球做匀速圆周运动这一最初的简单观念。然而，它在哥白尼天文学面前失去了立足之地，因为后者将地球本身置于运动之中，与亚里士多德自然哲学的基本原则背道而驰。人们必须选择放弃或彻底改变亚里士多德自然哲学或者哥白尼的天文学理论。
1605年至1644年，英国、意大利和法国相继涌现了一批著作，对亚里士多德自然哲学展开了无情的抨击。这些著作的作者包括培根、伽利略和笛卡儿。他们虽观点各异，但都认为亚里士多德自然哲学不是好科学。其实，此前，也有不少人对哲学家心生不满，提出过改进科学的各种设想，尤其是在16世纪，而16世纪末此类呼声越发高涨。在如此早期，我们就可以见到类似的著作。但我们需要将目光投向欧洲文化史上的一个重要时期：在亚里士多德的科学思想占据主导地位400年之后，在三个不同的国家，同一代人中出现了三位伟大的思想家，他们都有充分的理由来挑战亚里士多德的权威，虽然各自的理由有很大不同。
由于本书只讨论伽利略的贡献，因此有必要强调他与培根和笛卡儿的贡献的一个显著区别。后两者凭借他们的哲学思想而名垂青史，即培根主义和笛卡儿主义，后世的欧美哲学家或哲学史家绝不会忽视他们。与此相反，伽利略仅仅由于他在科学领域所做的杰出贡献而被后人铭记，后世的哲学家或哲学史家很少关注他，只有少数科学家和几乎所有的科学史家才真正了解他。
培根、伽利略和笛卡儿等人引领了一个文化史上的新时期，即科学革命，或者说科学革命的开端。在17世纪，科学从自我探索阶段走向了实用方向，但这并不意味着纯粹的科学追求就此终止，它仍在继续。亚里士多德自然哲学刻意排除了实用性因素。亚里士多德并不反对实用知识，他称之为技艺（techne），一种在本质上与科学知识（episteme）不同的知识形式。technology（技术）一词源自techne，它对我们来说主要是指科学知识的应用；而epistemology（认识论）一词源自episteme，它是哲学的一个分支，探讨知识的理论，涉及科学或其他。然而，在亚里士多德看来，技艺和科学知识之间的区别不是应用和理论之间的区别，而是知识来源和知识目标之间的区别。技艺知识源于实践经验，粗略地说，其目标是指导下一步的行动；科学知识源于理性，其目标是通过寻求事物的原因来认识事物。
科学革命在很大程度上消除了那些典型区别，把从实践经验获得的知识和通过理性思维所得的知识融合，即便这要求放弃对事物原因的洞察，而只是接受对下一步行动的指导。在后一种转变中，我们可以委婉地将之视作寻求事物的规律而非原因。
对哲学家来说，探究原因似乎是一项重要的任务，即使是现在，他们也不愿意对此有丝毫的轻视。这种轻视对他们来说是一种冒犯，几个世纪以来，科学或自然哲学的唯一目标就是揭示事物的原因。例如，笛卡儿坚持任何背离这一原则的做法都是荒谬的，他对伽利略科学不屑一顾，因为后者未能从运动和重力的原因入手。
亚里士多德物理学将自然界中的各类变化归结为四种原因：质料因、形式因、动力因和目的因。伽利略物理学主要研究局部运动，尤其是地球表面或附近重物的局部运动，而对这些运动没有做出任何因果性解释。它不仅对当代哲学家关心的大部分问题束手无策，还违背了亚里士多德关于（例如）重物下落速度的明确论断，也没有给出因果性解释来取代亚里士多德的。这些哲学家对伽利略科学不屑一顾，也就不足为奇了。在他们看来，这门科学微不足道且不堪一击。
伽利略在他的物理研究伊始，也曾经按照他在大学里的学习所得，用因果推理来探究物体运动的奥秘。但当他在晚年提出自由落体定律时——这一定律后来成为新物理学的基石，他对这个问题有了如下见解：
我认为现在并不是探究自然运动加速度原因的恰当时机，在这个问题上，各路哲学家各执一词……这些幻想，以及其他类似的虚妄，都要经过审慎的检查和验证，但效果寥寥。（TNS 158-9）
我们将探讨伽利略的思想转变，他是如何、何时，以及为何在恰当时机摒弃因果推理的。他并没有完全放弃使用“原因”一词，这个词在适当的情境下仍然有其价值。但在我们走进他的生平故事之前，让我们先了解他关于科学及其与哲学关系的一些成熟言论。
伽利略科学不拘泥于一个封闭的体系，与亚里士多德的不同。与其说它是一套定论，不如说它是一种灵活的方法。在某种程度上，它所包含的结论，不是一个完整的体系，而是一些零碎的片段。而且伽利略预计，无论科学如何发展，这些结论总会保持不变。他在1623年所著的《试金者》（ The Assayer ）一书中写道：
抛开暗示，直截了当地说，如果将科学视作一种人类追求的论证和推理方法，那么它越是完美，所承诺教授的主张就越是寥寥无几，能够确凿证明的更是少之又少。因此，它越是完美，就越是乏味，也就越无人问津。另一方面，那些（著作）用华丽的标题和浮夸的承诺，勾起了人们与生俱来的好奇心。它们让人永远陶醉在谬误和幻想中，却从不提供任何尖锐的真实证据，让人们看清自己阅读的著作是多么寡淡无味。（D&O 239-40）
伽利略所谓的寡淡无味的著作，乃是亚里士多德的一系列自然哲学著作。它们涵盖了物理学和天文学的完备体系，依据形而上学的原则和逻辑程序整理而成，能够为自然界中可能出现的任何现象寻得原因。伽利略曾言，科学进步伴随着越来越少的科学命题，但这并非绝对意义上的少，而是与自然哲学及其试图解释一切可能被发现之事这一宏大企图相比少了。相反，他认为：
自然界的奥秘，无论多么细微，都超出了最聪明的理论家的彻底洞察。那些自诩无所不知的人，其实一无所知，因为只有真正领悟过一个单一事物的奥妙，并真正体验了知识是如何获得的，才会在无尽的真理之海面前，感叹于自己的见识浅薄。（D 101）
伽利略曾言，自然界的奥秘，纵使微乎其微，也永远不会被人类完全理解。然而，他又隐晦透露，曾有人洞悉一事一物的真相，从而体会到知识的价值。他的说法表面上似乎自相矛盾，实则不然：
我认为，人类的智力能够完全理解某些命题，从而在这些命题上拥有与自然本身一般的绝对确定性。这些命题仅源于数学科学，也就是几何学和算术，而在这些领域，神的智慧远超人类所知，因为神无所不知。但对那些人类智力能够洞悉的少数命题，我认为人类的知识与神的智慧同样具有客观确定性，因为人类能够成功把握必然性，而这就是最大的确定性。（D 103）
伽利略只提及几何学和算术，故意排除了物理学和天文学，因为后两者涉及自然事件。他曾感叹，这些事件令人费解：但是我们在数学证明中体会到的必然性，让我们领略到大自然在其运作中所表现出的确定性。无论如何，在大多数情况下，我们将数学与自然联系起来的手段既不确定，也不能无限制且无条件地运用：
（运动物体的）重量、速度和形状等变化无穷，没有可靠的科学可以给出。因此，要想科学地研究这类问题，就必须进行抽象化处理。我们必须寻求并验证那些从（物质）障碍中抽象出来的结论，以便在经验教给我们的限制下将之运用于实践。（TNS 225）
伽利略以这种方式构思了实践经验与理论科学的结合，而这正是科学革命的一大特征。关于哲学的未来，他写道：
我们的争论对哲学本身也有益处，无论我们的观念是真还是假，我们都会有所收获。如果是真，就会有新的发现；如果是假，那么对它们的驳斥就会进一步证实原有的学说。所以，我们不必为某些哲学家忧心忡忡，去帮助他们，为他们辩护。至于科学，它只会发展得越来越好。（D 37-8）
这段话出自伽利略的《对话》，面对一个担心伽利略科学会摧毁哲学的亚里士多德信徒，伽利略给出了如此回答。伽利略并不幻想哲学家尝试理解他的科学，更不用说让他们放弃自己的任何观点了：
不必忧虑那些伟大、敏锐、聪明的哲学家会屈服于一两个夸夸其谈之人。相反，他们甚至不屑于用笔墨来驳斥那些人，只沉默，就能让对方成为全世界藐视和嘲笑的对象。试图通过否定他人的见解来建立自己的新哲学体系的做法是徒劳的。我们必须先教导人类转变思想，培养分辨真理和谎言的能力，而只有上帝才能做到。（D 57）
伽利略与培根、笛卡儿一样，怀揣着建立一门新哲学的梦想，摒弃了亚里士多德哲学的文字游戏。但伽利略与后两者有所不同：伽利略并没有试图创立一个新的哲学体系。在他看来，这样的哲学还远未真正诞生，只有凭借理性将实践经验与实用科学相结合，对物质宇宙有了更深刻的认识之后，才能达到如此哲学境界。实用科学在16世纪开始出现，却不为大学所容，因为它与已经在学术教育中成形的自然哲学格格不入。实用科学的独特之处在于，它首次对实践知识进行了系统的梳理。自然哲学已经是一套严密完备的体系，对它的任何调整或补充都会动摇亚里士多德从他的自然哲学中衍生出来的形而上学理论，从而波及哲学的其他部分。哲学的高度整合和一致性赋予了它力量，也使科学必须脱离哲学才能有所突破。
只要手稿是记录知识的唯一途径，科学就只能是大学的专属。印刷书籍初现时，往往昂贵且稀少，主要涉及学者和神学家关心的话题，而且（与手稿一样）只在学习中心间流传。这种情况在1500年前后发生了改变。当时，许多城市中出现了印刷商，而大量涌入的投资使得他们的印刷机日夜运转。以威尼斯的阿尔杜斯·马努蒂乌斯为首，印刷商出版廉价印刷书籍，拓展读者群体，并从新作者处寻觅公众感兴趣的著作。新教运动掀起了一场识字热潮，小册子和传单纷纷涌现，天主教也发动宣传攻势进行反击。为了让更多的人阅读这些文字，双方都加大了教育力度。在印刷商的鼓励下，作者大量涌现，以写作教化民众，或普及新知与实用信息。于是，实用科学渐渐远离了学习中心。
廉价印刷书籍如潮水般涌来，社会各界或许都能从中受益，但大学并非如此。它们历经几个世纪的风雨沧桑，从不依靠书籍文本的批量复制，而是靠教授的口传心授和学子的思辨交流生生不息。大学科学的变化寥寥，甚至较14世纪还要落后。对亚里士多德学说的评注依旧是主要的教材。教授的传统职责并非创造新知，而是筛选和保留公认的资料，然后传递给学生。
除了医学，16世纪最重要的科学进步都与大学无缘。哥白尼和第谷的新天文学，塔尔塔利亚和西蒙·斯蒂文的数学，蒙蒂（Guidobaldo del Monte）的力学和G. B.贝内代蒂的物理学都是明证。此外，这些领域的发展却鲜为大学教学所重视。哥白尼学说在16世纪的欧洲只引起了两三位教授的讲授兴趣，在意大利则无人问津。哲学教授们争论的物理学问题只是中世纪的遗产，与实用科学的兴起毫无关系。
中世纪科学和哲学对伽利略有多大的影响，始终是一个争议话题。在21世纪之前，科学史家普遍认为，从托勒密时代到哥白尼时代之间的中世纪是天文学的荒芜时期，数学物理学也是如此，从阿基米德时代到伽利略时代这段甚至更长的时间，未能取得任何突破。皮埃尔·迪昂主要在第一次世界大战期间发表了他对中世纪手稿的研究成果，认为上述观点与事实大相径庭。基于大量的研究，迪昂认为，科学从古典时代起就一直在进步，只是有些时期的进步更为显著。他大胆提出了一个挑起争议的观点：如果曾有一场科学革命，那么它并非发生在17世纪，而是更早的14世纪。迪昂的结论已经被后世的研究修正，但在许多方面仍然具有一定的合理性。
迪昂的研究提出的两个问题均与伽利略科学有关。第一个是具体的问题，即伽利略关于重物下落的重要研究是本着现代科学的精神，直接从探索自然的过程中得出，还是源于中世纪的动力学理论和对同时存在（但独立）的匀加速运动的“平均速度”的分析（见下文）。第二个是更深层的问题，即伽利略科学是建立在哲学之上，而不是意味着对哲学的挑战，还是一种与哲学匹敌的自然认知方式，正如他在最后两部也是最重要的著作中对哲学家的贬损之词所暗示的那样。由于中世纪的科学毫无疑问是亚里士多德哲学的一个分支，迪昂的连续性论点需要伽利略物理学在哲学上扎根于中世纪的著作，而非源于对自然现象的新的直接探索。另一方面，亚里士多德学派对伽利略科学的激烈抨击让人难以将伽利略视作一位亚里士多德学派的自然哲学家。
伽利略科学的另一种解读，是由亚历山大·柯瓦雷在1939年提出的。他认为，伽利略科学是对大学传统亚里士多德主义的一种柏拉图主义的反抗。柯瓦雷指出，伽利略强调数学物理学根植于柏拉图学说，即只有超越感官的世界才是哲学家的研究对象，只能通过数学来把握。中世纪的亚里士多德学派虽然从理论上对运动进行了抽象的数学研究，却铺平了道路。柯瓦雷认为，伽利略的柏拉图主义是科学上的真正革命。他还认为，伽利略所谓的实验纯粹是想象的，他对运动的所有研究都可以用阿基米德式的数学推理来解释。这些结论得到了大多数科学史家的支持。
伽利略的手稿就是最有力的证据，它揭穿了中世纪字面意义上的连续性是一种谬误。中世纪数学家对加速运动的分析，依赖于一个关键的概念——平均速度，但伽利略关于运动的研究论文和出版的著作却并未提及这个概念。在中世纪，平均速度分析是通过计算运动过程中中间时刻的速度，将加速运动和匀速运动联系起来的。只有当一个有限的运动结束了，它的中间时刻才能确定。伽利略则是从数学上推导出速度不断变化的开放式运动的加速度。至于中世纪的“动力”概念，在伽利略的著作中，很快被简单的速度守恒取代。最近公布的伽利略以前未发表的一些笔记，还记录了他进行的实验测量，这也驳斥了柯瓦雷的观点。最后，伽利略在推导重物自由落体的基本定律时，运用了与中世纪自然哲学家截然不同的数学概念和方法。
在第三种解读中，以小J. H.兰德尔为首的科学方法史学家，对16世纪帕多瓦的亚里士多德主义进行了专门研究，并对伽利略科学做出了新的亚里士多德主义的解释。他们认为，在文艺复兴时期，帕多瓦大学的教授们对数学的方法和确定性进行了讨论，从而形成了一种启蒙的亚里士多德主义。伽利略采用了其中的一些术语，根据这些学者的说法，伽利略的科学方法是从中借鉴而来的。然而，这种解释也存在问题。首先，帕多瓦的新亚里士多德主义的领导者之一，贾科莫·扎巴雷拉（Giacomo Zabarella），在伽利略入职帕多瓦大学前不久去世，他明确反对在科学中使用数学，尽管他赞成直接诉诸经验。其次，他的继任者是切萨雷·克雷莫尼尼，与伽利略同在帕多瓦大学任教时，在所有科学问题上对伽利略的观点持强烈反对意见。两人私交甚好，但显而易见，帕多瓦的亚里士多德主义最后大放光彩，却与伽利略的主张背道而驰。伽利略倡导精确测量，用数学比例取代通过归纳得出的物理原理，用三段论逻辑探寻事物的因果。
人们对伽利略合理地建立自身科学观所依据的哲学一直没有定论。有人认为他借鉴了德谟克里特的原子论，但这完全误解了伽利略对连续量级的数学分析。还有人认为他是一位“调和者”，就像那些过去被认为调和柏拉图和亚里士多德的思想的人一样，或者是一位哲学折中主义者，从各种相互矛盾的哲学中取精华为自己所用，像焦尔达诺·布鲁诺一般。有人将伽利略视为约翰·洛克哲学经验主义的先驱，还有人则认为他开了奥古斯特·孔德实证主义的先河。实际上，正如阿利斯泰尔·克隆比多年前所言，伽利略的著作几乎能为任何一种哲学提供支持和安慰。因此，将伽利略科学与这样或那样的哲学体系联系起来并不困难，不管这样做是否值得。
伽利略在学生时代就接受了亚里士多德自然哲学教育，这也是当时大学物理学的主流。可以理解的是，在担任数学教授的最初几年，他并没有对传统的运动理论进行颠覆，而是试图对其进行改进。即便如此，他也遭到了教授物理学的哲学教授的敌视。然而，他在私人教学中对数学相关的实际问题产生了浓厚的兴趣。通过解决这些问题，他不仅获得了实用科学知识，也对那些虽然没有受过多少教育却能巧妙解决物理问题的实践者敬佩不已。最终，他的大部分著作都是以意大利文出版的，他在1612年给一位友人的信中写道：
我写作的动力源于我见证的一些大学生的经历，他们被迫走上了与自己不相称的道路，有的在医学、哲学等领域挣扎，有的在家庭琐事或其他与学识无关的事务中消磨，而他们本应该有更好的选择和发展。这些人虽然不乏鲁赞特（Ruzzante）所谓的常识，却因为不通晓拉丁文而对那些包含逻辑和哲学新知的小册子无从下手，只能望而却步。此刻，我想让他们明白，自然既然赐予了他们与哲学家同样的视力去审视自然的杰作，那么也必然赐予了他们理解和领悟这些杰作的智力。（GW 187）
对于谁能取代亚里士多德成为哲学的领路人这一问题，伽利略回答道：
在茫茫的森林和未知的土地，我们寻求向导的指引，但在广袤的平原和开阔的地方，只有失明的人才需要向导。这样的人不如安于家园，但任何目明的聪慧之人都可以为他们引路。（D 112）
在没有任何哲学指引的情况下，向普通的聪慧之人介绍自然的奥秘，这种想法直到19世纪才在科学家中流行起来，当时托马斯·亨利·赫胥黎将科学称为“有组织的常识”。对更近代的学者而言，无论伽利略的言论如何，把类似的观点归功于他似乎完全不合时宜。有人深信，科学离不开哲学的指引，但由于伽利略未曾阐述自己的哲学立场，他们便以为历史学家的任务是为他寻找或创造一种哲学。伽利略所指的哲学，正是他在谈论森林与未知的土地时所提及的，也是他笔下所表达的：
这样高深的境界，是我们（身为科学家）所不能及的。而我们只能甘心做那些卑微的工匠，从采石场中挖掘和提取大理石。待到后来，手巧的雕刻家才能从大理石中雕刻出隐藏在粗糙无形外表下的绝妙人物。（TNS 182-3）
伽利略认为，科学，作为一种人类所能寻求的论证和推理方法，无法解答人类感兴趣的一切问题，甚至其中的许多问题。他的这一看法正是他生平事业的缩影。