牛津通识读本：科学革命 [9]
行星不借助于坚实的天球如何能够沿恒定轨道运动，这个问题继续引人思索。笛卡尔提出了一个无所不包的世界体系，成为17世纪最重要的体系之一。笛卡尔设想整个空间都被不可见的物质微粒填满。这些微粒一刻不停地在环流或涡旋中运动着。我们的太阳系就是一个由这些微粒构成的巨大涡旋，像水中漩涡带着稻草一样裹挟着行星旋转。这种涡旋模型简洁地解释了为什么行星都沿同一方向且几乎在同一平面上运行。地球本身处于一个较小涡旋的中心，该涡旋带着月球在轨道上运行，地球周围的物质漩涡形成一股“风”将物体推向地心，这就解释了重力现象。笛卡尔的涡旋理论为天体的运动提供了一种综合解释，在通俗讨论和教科书中流传甚广，但它太不精确，对天文学家没有实际价值。
牛顿（1643—1727）年轻时曾拥护笛卡尔的涡旋理论。17世纪60年代初在剑桥读书时，牛顿研究了当时多数大学里仍是本科生标准教科书的亚里士多德著作。但牛顿很快就开始在课外阅读像笛卡尔这样的“现代人”的思想。牛顿接受了笛卡尔解释行星运动和重力的原理的一个修改版本。但是到了17世纪80年代初，牛顿的想法开始转变。他抛弃了笛卡尔的涡旋，开始构想太阳与行星之间存在着一种吸引力。这种想法有几个来源，特别是人们所熟知的磁现象以及开普勒曾经假定的太阳与行星之间存在的“类磁”力。对于开普勒而言，正是这种“磁力”与致动灵魂的结合使行星沿椭圆轨道运行。而在牛顿这里则是惯性（行星沿轨道切线运动的倾向）与朝向太阳的吸引力（我们称之为引力）之间的平衡产生了稳定的椭圆轨道。伦敦皇家学会的几位会员曾以类似的思路解释过行星的运动，特别是罗伯特·胡克（1635—1703）曾在1679至1680年写信给牛顿谈了自己的想法。后来胡克抱怨牛顿剽窃了自己的想法而没有给他以足够的尊重，这使得神经极度敏感的牛顿在自己的著作中对胡克只字不提，并且终生将胡克视为宿敌。牛顿发表于《自然哲学的数学原理》（1687）中的伟大成就，用纯数学的方法重新导出了开普勒根据第谷的观测数据经验得出的行星运动定律，并使引力变得真正普遍，即任何两块物质之间都存在引力。开普勒无疑会对此感到欣慰，因为现在有更多证据表明上帝是按照和谐的数学方案创造了世界。牛顿的万有引力定律最终消除了以往关于地界物理学与天界物理学之区分的最后一抹痕迹——行星运转与苹果下落服从的是同一个定律。
并非所有人都为此欢欣。通过复兴引力的观念，牛顿似乎使一种沉寂了约70年的想法死灰复燃。一种不可见、非物质的力可以在一切物体之间发生作用而没有任何机制或明显原因，这不仅比物质性的笛卡尔涡旋更难以理解，而且在许多人看来是又回到了亚里士多德主义者所说的“隐秘性质”或自然魔法中的共感。事实上，17世纪下半叶自然哲学的前沿问题始终是用不可见微粒的运动来解释那些看起来是吸引或共感的现象（见第五章）；如今牛顿似乎是在开倒车。
牛顿曾与之争夺微积分发明优先权的戈特弗里德·威廉·莱布尼茨（1646—1716）指责牛顿“隐秘的吸引属性”是“对真正哲学之原则的混淆”，是躲进了“古老的无知避难所”。为牛顿辩护的人声称引力吸引乃是物质的一种基本属性，但牛顿本人却想找到引力的原因。然而，牛顿寻求答案的方法提醒我们，他并不是一位偶然生在17世纪的“现代科学家”。牛顿或许以不同于往常的谦逊认为自己仅仅是重新发现了万有引力定律，古代人对此早已知晓。这是因为牛顿信奉古代智慧（prisca sapientia），文艺复兴时期的许多人文主义者都持有这种看法，认为神在太古时期揭示了一种“原初智慧”，之后随时间而逐渐败坏。牛顿试图阐释希腊神话、《圣经》段落和赫尔墨斯著作，以表明其中蕴藏着关于世界隐秘结构的思想，包括他本人的平方反比引力定律。牛顿似乎认为——并相信“古人”也认为——引力吸引源于上帝在世界中持续的直接作用。正如开普勒觉得自己揭示了上帝的几何设计一样，牛顿认为自己被赋予了使命去恢复古代的知识——不仅仅是科学知识。他年复一年地研究着神学和历史，相信基督教和所有其他知识一样会随时间而败坏，遂致力于恢复据说是“原初性的”神学，例如，这种原初的神学并不包含基督的神性。同样，牛顿之所以钻研古代年代学，部分程度上也是为了获得可靠年代以解释《圣经》关于世界末日的预言。这里我们再一次回到了自然哲学（与现代科学相比）更加宽泛和全面的看法。牛顿认为“自然哲学的任务是恢复关于整个宇宙体系的知识，包括作为造物主和永恒动因的上帝”。
第四章 月下世界
近代早期的许多自然哲学家都将目光投向了天空，但重新看待地界事物的自然哲学家更多。月下世界是地球以及土、水、气、火四元素的领域，是生灭变化的领域，是不断发生转变的动态世界。重元素（土和水）和重物自然落向宇宙的最低点，即静止的地球所处的宇宙中心。轻元素（气和火）则朝着月亮天球上升，后者是四元素的最高边界。于是，经由一种基于其重性或轻性的“自然运动”，每一种元素都在宇宙中找到了其“自然位置”。这种亚里士多德体系解释了为什么石头和雨水会下落，而烟却会上升，蜡烛的火焰总是朝上。而月上世界的情况则相反，天体是由第五元素构成的，第五元素非重非轻，既不上升也不下降，而是永远围绕地球作圆周运动。近代早期人重新考察了地球、元素以及变化和运动过程，提出了各种体系来理解事物。有些人明确表示打算取代亚里士多德主义世界观，另一些人则仅仅试图改进它，几乎没有人能够完全摆脱亚里士多德的影响。观察、实验和用新的概念来理解月下世界，这些努力并未造就唯一一种通向现代科学的世界观，而是创造出各种相互竞争的世界体系，它们在整个17世纪力争获得认可和占据主导地位。
地球
近代早期的自然哲学家认为，地球和宇宙其余部分一样，年龄只有数千年。所能找到的最古老的文本《圣经》所提供的年表将人类的谱系追溯到大约6000年前。虽然只有某些读者将《创世记》第一章解释为描述了包含创世六日的字面意义上的年表（圣奥古斯丁曾在公元5世纪拒绝接受这种对字句的拘泥），但没有人认真认为，人类出现以前的地球历史还可以往回追溯得更长。最长的估计是，创世大约发生于一万年前。这并非教条使然，而是根本没有证据让人不这样想。正是在尼尔斯·斯滕森（1638—1686，其拉丁化的名字尼古拉·斯泰诺更为人所熟知）的工作中，地质历史的观念出现了。斯泰诺出生在丹麦，他先是致力于解剖学，因其解剖技巧而闻名，并且用解剖技巧作出了唾液管（今天被称为“斯滕森氏管”）等重要发现。和当时其他许多自然哲学家一样，他游历于欧洲各大学术中心，与其他自然哲学家会面并交流新知。17世纪60年代，他在美第奇的赞助下定居于佛罗伦萨，开始对托斯卡纳山丘中的岩层——我们称之为“地层”——以及包裹于其中的贝壳感兴趣。他断言，这些岩层必定曾经是逐渐沉积下来的松软泥土，因此较低的岩层必定比较高者更为古老。他认为，某个地方的地层只要不是水平的，就必定是在硬化为石头后因某种剧变而发生破裂。这些结论并未使斯泰诺增加对地球年龄的估计，毕竟，泥土可以迅速硬化成砖块，但它们的确暗示，地球表面发生过巨大变化，而岩石中保存着这些变化的记录。
到了17世纪末，一些学者——特别是在英格兰——在斯泰诺工作的基础上编写了“地球的历史”来解释当时的地球样貌。他们大都援引全球灾难作为因果动因，在自然哲学的观念和观察资料中插入《圣经》记述和其他历史记载。托马斯·伯内特的《地球的神圣历史》（17世纪80年代）提出了六个地质时代，这六个时代被《圣经》所述的灾难性事件打断。牛顿的伙伴埃德蒙·哈雷和威廉·惠斯顿（1667—1752）提出，主要是彗星与地球相撞缔造了地球历史，导致了地轴倾斜和诺亚洪水这样的事情。
博学多才的耶稣会士基歇尔对地球表面的变化作了第一手的研究。1638年在西西里岛时，基歇尔见证了一次强烈地震和埃特纳火山的喷发。此前火山作用从未成为研究课题，这在很大程度上是因为欧洲大陆唯一的活火山维苏威火山已经沉寂了300多年，直到1631年突然剧烈喷发。基歇尔前往那里观察了持续的喷发，为了看得更清楚，他甚至下到了活跃的火山口。他观察到火山活动既摧毁了旧山脉，也形成了新山脉，使地貌产生了显著改变。他把火山的热归因于地下的硫、沥青和硝石（其结合近似于火药）的燃烧。他注意到，火和喷发出的熔岩的量太过巨大，不可能产生于山体本身，于是推测，火山必定是地球深处大火的通风口。因此他断言，地球不可能只是“大洪水过后由黏土和泥压在一起形成的，就像是一块奶酪”，而是有一种复杂的动态内部结构。他设想地球内部充满了通道和室（图8）。一些通道将火从火热的核心（他从未在字面上将这个核心与地狱混为一谈）转到火山口，另一些通道则允许水通过，往往是从一个海洋流到另一个海洋。大量的水流经这些通道就产生了洋流和湍动。基歇尔收集了来源各异的材料，尤其是耶稣会传教士的报告，编写了他百科全书式的《地下世界》（1665），除其他各种内容外，其中包含了显示洋流、火山和海底通道可能位置的世界地图。
图8 基歇尔，《地下世界》（阿姆斯特丹，1665）对地球隐秘内部及其火山的理想化描绘。
基歇尔是对地球上最具戏剧性的