波义耳将“微粒说”与“实验”相结合的自然哲学分析

肖显静

(华南师范大学 科学技术与社会研究院,广东 广州 510006)

一、波义耳将“微粒说”与“实验”结合起来了吗？

波义耳(Robert Boyle，1627—1691)被誉为“近代化学之父”。“他坚定地拥护一种机械论哲学版本(‘机械论哲学’一词实际上是波义耳创造的(1)对于波义耳之于“mechanical philosophy”(机械论哲学)一词的创立和使用，学界也有不同的观点。彼得·安斯蒂(Peter Anstey, 2000)认为“机械论哲学”(mechanical philosophy)一词是由亨利·莫尔(Henry More)在笛卡尔哲学的背景下首先引入的。(ANSTEY P. The philosophy of Robert Boyle. London: Routledge, 2000:153-154.)不过，是波义耳对这一概念作了深入细致的阐述，一定程度上使这个术语成为更为广泛的概念。)，即他所谓的微粒说(2)考察科学史家对波义耳机械论哲学方面的研究，所用的词语也很多，除了机械论哲学之外，还有微粒哲学和微粒说。他们一般没有将此加以区分，而当作同样的东西使用。而且考察波义耳本人对这两个词语的使用，也当作同样的东西使用。鉴此，在本论文的撰写和叙述过程中，为了尊重所引文献作者各自的用法，所用词语若无特别说明，可将它们在相同的意义上加以理解。而且，为了本论文论题及研究需要，一般情况下也用“微粒说”表示之。。”[1]146他也“喜欢把自己标榜为培根式的经验主义者”[2]79，并“以建基于实验的物质理论武装机械论自然哲学”[2]80。他被认为把微粒说与实验结合了起来。

R·A·霍尔和M·B·霍尔对波义耳的硝石(硝酸钾)“复原(重整化)实验”(the ‘redintegration experiment’)展开研究，认为波义耳的实验与他的机械论解释之间关系紧密。[3]

M·B·霍尔认为，波义耳的机械论哲学建立在实验的基础上，是一个完整的和发展良好的理论，既是理性的，也是经验的，足以解释所有物质的性质；波义耳的科学成就和他的机械论哲学版本之间，存在着一种亲密而富有成效的关系。[4]57

安德鲁·派尔赞同上述观点，认为波义耳在气动学方面的工作给予机械论解释以力量，照亮了化学学科的发展，是机械论哲学的又一次胜利。[5]

克莱里库齐奥对R·A·霍尔和M·B·霍尔的上述观点展开批判，认为在脱硝基过程中，波义耳根据微粒的化学属性说明了硝酸钾的“复原”，而没有作出从机械论的原则推演的任何努力；波义耳和斯宾诺莎之间的争论事实上是一位严格的化学家与一位严格的机械论哲学家之间的争论。[6]

查尔默斯认为M·B·霍尔(1966)和安德鲁·派尔(1982)的观点有失偏颇。他指出，尽管波义耳忠于机械论哲学，但是，在波义耳的机械论哲学和他的科学之间的连接远非亲密的和富有成效的，波义耳科学上的成功是独立于他的微粒说的；当波义耳出于压力要为自己的观点辩护时，就转向实验结果而不是机械论哲学。结果是，波义耳科学上的成功并没有为他的机械论哲学提供经验上的支持。[7]

萨金特对上述问题进行了深入细致研究，结论是：波义耳坚持实验与思辨哲学(运动微粒的自然哲学)的相互作用(相互制约)，曾经两次各分七点简明扼要地概括了他的这种观点。一是实验对思辨哲学有作用，包括：补充和纠正我们的感官，提出一般的和特殊的假说，对解释进行说明，化解疑问，确证真理，反驳谬误，为有启发性的研究和实验及其熟练完成提供线索；二是思辨哲学对实验的用处，包括：设计全部或主要依赖于原理、概念和推理的哲学实验，设计工具(无论是力学的还是其他的)研究和试验，改变或改进已知的实验，帮助估计哪些在物理上是可能的和可行的，预测一些尚未尝试的实验的结果，确定可疑的、看起来并不明确的实验的界限和原因，精确地确定实验的条件和关系，如重量、尺寸和持续时间等。[8]181-182

萨金特的工作似乎没有受到更多人的关注，倒是查尔默斯的“波义耳之实验与微粒说之间没有互助关系”的观点，受到安斯蒂和安德鲁·派尔两位学者的质疑。安斯蒂认为，波义耳实验研究不是为了把某一现象或性质还原为微粒的具体结构而寻求经验证据，他关心的是用微粒的或机械的属性对实验现象或性质作出与经验相符合的“理智解释”。至于“启发性的结构”(heuristic structure)的机械原则，作为波义耳实验方案的提出动机和方向，广泛指导着波义耳的实验研究。波义耳能够通过两方面的假定——一是假定所有的性质最终能够归结为一组选择的机械的性质，二是假定所有自然现象的解释都能够根据机械的操作以及仅仅诉诸于那些熟悉的性质，去确定任何现象的可能解释范围。……因此，波义耳的实验并非有自己的生命，而是根据机械论哲学被清楚地指导和理解。他对托里拆利实验等的考察和解释，都表明了这一点。[9]

安德鲁·派尔持有与萨特金相似的观点。他指出，波义耳的机械论哲学与科学成就之间是相互支持的。波义耳在气动学和化学方面的科学成就取决于他的机械论哲学，而且为他的机械论哲学提供支持。作为机械论原则与实验现象解释之间“中间假说”的“微粒假说”，在实验研究中具有独特的方法论作用：“微粒结构”作为现象的“次级原因”(subordinate causes)，用于实验现象的经验解释，类似于培根对经验现象原因的所谓“倒序说明”，有助于对“根本原因”进行经验研究。[10]例如，“空气泵实验”虽然没有明确给出“空气弹性”的微粒机制，但是，基于“空气机械弹性”假说，能够经验性地解释空气的重量、压力和真空等现象。

在同一年(2000年)同一期刊上，查尔默斯对上述两位学者的质疑给予回应。他认为，“机械”有两种含义——机械论哲学家意义上的严格的“机械”和常识意义上的“机械”，波义耳的实验科学是通过机械类比而富有成效地获得信息的，其中“机械”的含义与机械论哲学意义上的严格的“机械”含义毫无关系，而与常识意义上的“机械”含义相符。安斯蒂和派尔以常识意义的“机械”的含义对此加以质疑，是不恰当的。[11]

2009年，查尔默斯对他原先的观点作了进一步的论述。他认为，在波义耳的实验科学中所涉及的“中间因素”，例如空气的重力和弹力，从经验上说是可得到的，而终极机械微粒则不能。正因如此，波义耳的实验科学并没有得益于其机械论哲学的指导，而他的科学实验的成功也没有为其机械论哲学提供重要的支撑。[12]97-122

H·弗洛里斯·科恩对上述问题进行了思考，认为波义耳的微粒说与实验之间是一种相互限制关联：“这种关联使得此前作为普遍教条的微粒思想变成了假说和其他辅助手段的来源。”[8]182

从上述争论可以看出，关于机械论哲学或微粒说与实验之间的关系，概括起来有三种：一是“无助论”；二是“单向有助论”；三是“双向有助论”。哪种观点正确，需要我们深入分析。

二、波义耳为什么将“微粒说”与“实验”相结合？

(一)出于上帝的旨意，通过“微粒说”与“实验”认识自然

波义耳认为，上帝不仅是物理世界的创造者而且还是管理者，从而使得这个世界像一架机器那样运转。波义耳就说：“自然是构成世界的物体的聚集体，当它被构造的时候，它被看作一个本原，由于这个本原，物体按照造物主规定的运动定律活动和变化。……我将用宇宙机制来表示我所说的一般自然，这个宇宙机制包含着一切机械属性(形状、大小、运动等等)，它们属于宇宙这个巨大系统的物质。”[13]149波义耳认为，世界的本原是由微粒构成的，粒子有大小和形状，本身没有运动能力，是上帝在造物之时将它们置于运动之中；上帝凭借其意志直接作用于微粒之上，并且直接赋予微粒以能力以及相互作用，使得宇宙成为一台设计精良的“钟表”。[14]15-31[15]由此，微粒说就与宗教神学的上帝旨意相符合。

对于这个机械般的世界，波义耳指出，人类有责任去认识它，这也是上帝赋予人类的使命。波义耳认为：“基督教福音实际上包含和展现了人的赎罪的全部秘密，因为为了灵魂的得救，我们有必要知道它；微粒哲学或机械哲学竭力从不活动的物质和局部运动中推导出一切自然现象。但是，不管是基督教的基本教义，还是关于物质和运动的能力和效果的学说，它们各个都至多只是……由上帝的产物构成的巨大的宇宙体系中的一个学说……似乎都只是这个普遍假说的成员，这个假说的对象，我认为就是上帝的本质、目的和作品，它们是可以由我们在生活中来发现的。”[13]165-166这段话事实上是说：上帝创造这个世界是有目的和本质的，这样的目的和本质体现其机械特性；这个机械的特性可以由微粒说来说明，这是人类的责任，也是灵魂得救的途径；上帝创造人类并且赋予人类相应的责任以认识上帝创造世界的伟大，从而体现上帝的全知全能。

通过微粒说认识世界是重要的。波义耳在《机械假说的卓越性》(Excellency of the mechanical hypothesis)的结尾明确地说道：“智慧且勤勉的现代博物学家和数学家们，愉快地把它们(机械原理和解释)应用在一些曾被认为具有神秘性质的困难领域上(流体静力学、光学的实用部分、射击学等)。极为可能的是，当这一哲学被更深入地研究和进一步完善后，它将被发现可用于解决更多的自然现象。因此，如果机械哲学继续以近年来的发展速度来阐释物质，那么毋庸置疑，公正无偏见的人们，总有一天会认为这种方法很有价值，因为它既符合自然规律，又能适用于许多自然现象。”[16]

对于波义耳来说，上帝的全知全能不能为人类迅速明了，通过微粒说来认识自然是不完全决定的，还需要实验佐证。波义耳说道：“对于这类作品[完整的躯体或生理系统]，如果其作者(就大部分而言)是敏锐而好奇的人，那么他们或许大有用处，而不是用似是而非的解释来完成他们的智慧；因为一方面，他们的作者，要想使他们的新观点好起来，要么必须带来新的实验和观察，要么就必须以新的方式考虑那些已知的东西，从而使我们注意到他们以前没有注意到的东西，而另一方面，不管读者是否喜欢所提出的假设，他不会因为好奇心而兴奋地去尝试一些事情，这些事情似乎是他的新学说的结果，可能会因为它们被证明是成立或反对的实验而建立或推翻它。”[17]12由于“对自然界的认识依赖于我们对世界的经验而无法理性地先验于经验而取得”[18]，因此，需要进行实验以获得各种各样的关于自然对象的认识。“在方法论上，波义耳以下述方式赋予实验以崇高的地位：自然哲学家通过实验与观察来阅读自然之书，由此了解上帝深置于自然过程中的确凿信息——上帝的暗示；而在一时找不到明确的上帝启示及暗示之处(实际上，前沿的科学探索之处大都缺乏这类启示与暗示)，则要‘用理智来衡度真理’，并用实验来校准人类易谬的理智。”[19]8这就 “从神学意义上确立实验在自然哲学中的地位”。[20]“对于波义耳来说，实验科学本身就是一项宗教的工作。”[13]164

(二)“第二凝结物”由“第一凝结物”形成，与化学实验过程有着更加紧密的关联

波义耳微粒说思想主要来自于两本书：一本是创作于1650年代晚期，出版于1666年的《根据微粒哲学的形式与性质的起源》(The origin of forms and qualities according to the corpuscular philosophy)；另外一本是出版于1674年的《关于机械假说的优点和依据》(About the excellency and grounds of the mechanical hypothesis)。

根据波义耳机械论自然观，这个世界是由十分微小的微粒组成，当微粒与物体结合或分离时，因为要与物体中的孔洞(pores)相适应，其大小和形状也会变化。如果其中微粒的运动和结构产生变动，物体会发生变化而获得新性质。可感的物体是由许多不可感的微粒结合而成，微粒的摆置方式和顺序，使物体产生一定的排列和配置，构成物体的特殊织构(texture),规定着物体的性质，导致物体的颜色、气味、味道等可感性质。物体及性质的产生、毁灭和变化均是微粒结构的变化。[14]15-31[15]

对于波义耳来说，构成世界的微粒有大小、形状和运动或静止的机械属性，微小而不可感知。对于那些理论上可分而用自然的方法几乎不可分的微粒，称其为“自然的最小量”(Natural minima)或“自然始基”(prima naturalia)。物质世界的所有现象都可以而且应该根据“原始情感”为特性的“自然最小量”的微粒的排列和运动来解释、追溯或简化，这些不可见微粒的排列和运动称为“织构”，它们对物体的可观察属性负责。

进一步地，作为“自然的最小量”的微粒并非静止不动，它们可以紧密凝结形成相对稳定的“团簇”(clusters)。这些“团簇”是“第一凝结物”(prima mixta)，也是基本的物质(fundamental matter)，具有严格的机械论属性，对应于基本的微粒(fundamental corpuscles)。它们仍然不能被感知并且不能用自然的办法分开，但是，它们具有独特的且不变的形状与大小，具有不可穿透性(impenetrability characteristic)和“原始情感”(primary affections)，能够运动。

“第一凝结物”以其大小、形状、运动以及“原始情感”造就事物，形成“第二凝结物”。对于波义耳来说，事物的性质是由“第一凝结物”，其他各级“微粒”的结构，以及由逐级凝结形成的物体的整体微粒结构(其中包括物体内部的孔隙)决定的，即由各级微粒特定的机械属性和结构决定的。

“第二凝结物”与“第一凝结物”是不同的。波义耳认为：“物质是由大量相同的、微小的微粒组成的，这些微粒可接合在一起形成较大的粒子，这些粒子本身又组成化学所处理的物质和物体。我们观察到的物体之间的所有不同，必定导源于组成物体的有效粒子即第二凝结物在形状和运动上的不同。”[2]80-81这就是说，在化学实验或变化过程中，“第一凝结物”相对于“第二凝结物”更加稳定，也更加根本，与实验现象或者事物的性质没有直接的关联，而“第二凝结物”则与实验现象或事物的性质有直接的关联，因此，可以作为直接的原因用来解释和说明实验现象，而实验所得到的结果也更多更紧密地与“第二凝结物”及其特征相关联。

(三)“微粒说”需要实验的支持，实验给予日常意义的微粒说更多支持

对于波义耳，他是如何捍卫机械论哲学的呢？他希望对物质实在的终极本质，即表象背后的实质作出解释。即像古人一样，借鉴可观察世界的知识，抽象它的各个方面，并将其转化为基本原理。具体而言就是，他主张这些原则的可解性，试图通过与可观察的宏观领域的类比，提出关于微观领域的似乎合理的(plausible)主张。这些主张援引了不可观测粒子的形状、大小和运动，必然超出了直接可观察属性，从而使得关于这些不可观察粒子的论述并不必然合理。而且，将物体的性质从可观察的领域向不可观察领域扩展外推，也不是必然的，如对于自由落体定律，对轻的和重的物体来说，都是不变的，但是，不能说它就同样适用于波义耳的自然的最小量，因为此时它没有重量。

这就是说，基于实验所作出的各种各样的微粒说并不是完全确定的，很多时候只是假说，需要进一步的实验去为其辩护。在一篇关于《多种个别性质的机械起源或生产》(mechanical origin or production of divers particular qualities)的文章中，波义耳特别评论了事实与他的机械哲学之间的关系。在他看来，我们可以通过诉诸实验来支持“微粒学说”(corpuscular doctrine)，以至于提出可能的微粒机制来解释现象或使其与机械哲学相兼容。他反复声称，他在化学领域中颇受青睐的实验，如硝石实验，就为他的微粒说提供了支持；他还早在《形式与性质的起源》(Origin of forms and qualities)一文中就明确指出：“那些热爱真正学问的人，希望通过特定实验来重回新哲学的学说，而我已经尽力为他们提供了所需的经验。”[21]

对于实验给予微粒说的支持，查尔默斯有不同的看法。他认为，机械论哲学分为两种：一种是严格意义上的精确的机械论哲学，它以微粒的大小、形状、运动以及“原始情感”来解释实验，与事物变化的根本原因或第一原则相对应；另外一种是日常意义上的朴素的机械论哲学，它与钟表、手表、标杆以及机器相对应，以其组织部分之间的相互作用来解释实验，与事物变化的中间原因或从属原理相对应。波义耳的实验所涉及的物质的性质更多地关涉于诸如重力、弹力、材料的反射和折射属性等等,而不是仅涉及原始情感，因此，这类实验就不能给予严格意义上的机械论哲学以充分的支持，而只能给予日常意义的机械论哲学以支持。[12]110-114

应该说，查尔默斯的主张有一定道理。霍布斯与波义耳之间关于空气泵的“真空”争论，以及斯宾诺莎与波义耳之间关于硝石(硝酸钾)“复原”实验的争论，都说明了这一点。

三、波义耳为什么不将“元素说”与“实验”相结合？

考察传统的科学实验，可以分为炼金术士的实验、帕拉塞尔苏斯派(又称“医药化学学派”)的实验，以及冶炼金属者的实验(又称“矿物冶炼实验”)，它们分别基于亚里士多德的水、火、土、气“四元素说”，硫、汞、盐“三元素说”，以及硫、汞、盐、水、土“综合五元素说”(3)对于“五元素说”有两种理解：一是根据古希腊学说，世界的本原除了水、火、土、气这四种基本的元素外，还有一种最完美最终极的第五元素“以太”，它支配着生命的真元，是物质的“精髓”，是“不朽的物质”，是“制造”日月星空的材料，也是精神的原初、动力和终极，并以此来解释宇宙空间的永恒，由此，水、火、土、气、以太可称为“五元素说”；二是由“三元素说”和“四元素说”综合而成，为硫、汞、盐、水、土，这被称为“综合五元素说”。冶炼金属基于的是“综合五元素说”。。波义耳指出，它们或者是实验上的(主要针对的是炼金术士、医药化学派等)，或者是概念上的(主要针对的是亚里士多德派学者)，或者是神学意义上的(主要针对的是神学观念)。“如要用短短的一句话来归结我所要谈的全部理由，那我只能这样告诉你，任何一个命题，无论它如何著名，如何重要，只要它尚未为毋庸置疑的证据证明为真，那么，从哲学上讲，我就有充足的理由去怀疑它。如同往常一样，如果我能揭示，人们用于说明元素存在的那些理由并不能令那些勤于思考的人们满意，那我就敢于认为我的怀疑是一种合理的怀疑。”[19]189

(一)基于实验事实，“元素说”之本原性“元素”并非存在于所有物体中

波义耳说道：“我从一开始便一直抱有某种怀疑，亦即怀疑通常的那些要素可能并不像人们所相信的那样是一些普遍而广泛的要素，并不能从化学操作中一一得出，因此，对我来说，既要注意到种种为怀有偏见的人们所忽视的、看起来与炼金术学说不太协调的现象；又要设计出一些可能为我反对该学说提供依据的，且并不为许多现在仍然活着的、从事化学事业或许要比我更久、对于某些特殊过程可能要比我更有经验的人们所熟知的实验，倒算不得什么难事。”[19]11

基于这样的思想，波义耳结合相关实验，对于“元素说”作了一番考察和评论。

波义耳说道：“首先，我认为，在何种程度以及何种意义上，才应当将火视为真正的且是万能的分析结合物的工具，这可能恰恰还是一个有待质疑的问题，而不论庸俗化学家们曾作过怎样的证明或训示。”[19]29“其次，我发现，存在着某些结合物，看起来似乎以任何强度的火都可以从这些结合物中分离出盐或硫或汞，但这种可能却从来就不曾被实现过，更不用说要将所有这三要素一起分离出来。”[19]32“下一项，我们着手考虑，仅只使用火，有些分析要么完全不能进行，要么不能很好地完成，而利用其他方法却能够完成。”[19]37“我将要提出第四点理由以支持我的第一类思考，这就是，火即便有时能将某种物体分解成稠性各不相同的种种物质，但通常情况下并不能将其分成种种实体性的要素，而只是重组其成分形成种种新的结构，由此产生的种种凝结物，无疑有着新的性质，但仍然不外乎是复合物性质。”[19]41“第五，上述实验促使我认为，很难证明，除了火以外，再也找不到其他任何物体或办法，能够将凝结物分解成数种匀质物质，而这些物质如同用火分离得到或产生的那些物质一样，无疑应称为是凝结物的元素或要素。”[19]41

根据上面五点，波义耳事实上是说，除了通过“火”作为手段之外 ，还可以运用其他手段达到分析结合物的目的；根据以往的经验，用“火”对结合物进行分析，还不能从所有物质中分离出本原性的“盐”或“硫”或“汞”，至于同时从同一物质中分离出这三种本原性的元素，就更未见；这说明，在很多时候用“火”分析结合物，并不能得到本原性的元素；而且，通过除“火”以外的其他方法也难以得到这些元素。

在这样的基础上，波义耳最后得出结论：“须知，此后我还将会证明，化学家们通常称之为物体的盐、硫、汞的那些物质，并不像他们所想象的那样以他们的假说所要求的那样是一些纯一的、元素性的物质。”[19]42这样的证明就是波义耳的水培植物(如烟草、绿薄荷、南瓜等)、黄杨木的蒸馏实验。通过这两个实验，波义耳得到了与已有判断相矛盾的结论。[22]

这就是说，根据波义耳的相关实验，并不能保证世界上的万事万物最终都有“四元素说”“三元素说”“五元素说”之各种各样的本原性的“元素”存在，传统“元素说”将世上万物的最终存在定于几种本原性的“元素”是错误的。

当然，对于这几种元素是否是物质性地存在，波义耳并不否认，他否认的是把这些物质作为万事万物的本原性的“元素”。波义耳说道：“我想，您大概猜得出我这样争辩的意思，也想得到我总不至于可笑到如此地步，竟然会否认土、水、汞和硫这些物体的存在：我将土和水视为宇宙(或者毋宁说地球)的一些组成部分，而不是所有混合物的组成部分。而且，虽然我不会武断地否认有时可能会从某种矿物甚至是金属中得到某种流动的汞或可燃物，但我无需承认在这种情况下得到的流动的汞或可燃物即是上述意义上的元素。”[1]146

(二)基于“‘凝结物’是多种多样” 的思辨，“元素”也应该是多种多样的

波义耳说道：“就我当时所运用的那些元素概念而言，我想再次指出，如果我们姑且认为下述假定是合理的，这一假定就像我当时曾作过的假定一样，是说一种元素由彼此完全相同的众多的微粒构成的，而这种微粒又是由质料的极其微小的粒子所构成的某种微小的第一凝结物组成的，那么，我们设想上述第一聚集体的种数可能远远不止三个或五个，便绝无荒谬可言。因此，我们无须假定，在我们所探讨的每一复合物中，都恰好能够找出三种如上所述的原始凝结物。”[19]93

根据波义耳的上述话语，每一种元素都与同一种微粒凝结成的第一凝结物对应，第一凝结物多种多样，因此，元素也应该多种多样，有的结合物可能由两种元素构成，有的结合物可能由三种、四种、五种乃至更多的元素组成。“所以，按照这一见解，就不可能给一切类别的复合物的元素指定确定的种数，因为有些凝结物可能是由较少的元素组成的，还有些凝结物又可能是由较多的元素组成的。而且，按照这些原则，就的确可能存在着这样的两类结合物，其中一类可能并不含有组成另一类结合物的全部元素中的任何一种。”[19]93-94

这就是说，组成万事万物的最终元素有多种，也可能完全不同。“由于元素可能不止五六种，而且一物体所具有的那些元素亦可能不同于另一物体所具有的那些元素，因此，某些再混合物的分解可能导致某些新种类的结合物的产生，因为一些以前并未聚集在一起的元素可能会发生结合。”[19]109

综合上面的论述，波义耳似乎是说，存在于一切事物之中作为世界本原的那样几种特定的“元素”是不存在的，存在的应该是多种多样的作为微粒的“第一凝结物”的“元素”，这样的“元素”多种多样，可以作为每一种事物之根本。波义耳就说：“须知，正如一种语言的每一个单词无不是由数目相同的一组字母组成未见得就合乎语言的本性一样，说一切由元素组成的物体都是由数目相同的一组元素复合而成，也未见得合乎我们的这个正因为多姿多彩才显得完美无缺的大千世界的本色。”[19]184

(三)从神学上看，造物主无需只用少数几种“元素”创造世界

波义耳说道：“人们想到元素的存在，可能出自于这样的一些考虑，简单地划分一下，不外乎有两类。其一是说，造物主在构成那些被看作是结合物的物体时必须使用元素作为砌块。另一是说，结合物的分解表明造物主早已将元素复合成了结合物。”[19]189

对于上述两类考虑，波义耳认为都是存在欠缺的。“因为同一团质料无须通过与任何外部物体发生复合，起码它无须通过与元素发生复合，就可以赋予形形色色的形式，从而可被(成功地)转变成许许多多的不同物体。又因为质料纵然披有多种不同的形式，但从根本上讲都不过是水而已，而且它在历经如此之多的转变过程中，从未被还原成其他的那些被说成是结合物的要素和元素的物质中的任何一种，这当然要把剧烈的火除开在外，火本身并不能将物体分解成绝对简单或绝对基本的物质，而只是将其变成一些新的复合物；所以，我要说，既然是这样的话，那我实在看不出有什么理由非要相信存在着这样的一些原始而简单的物体，说造物主正是用这些物体作为先在的元素才得以复合出一切其他物体。我实在看不出我们为什么不能设想，造物主只须以各种方式对那些被认为是结合物的物体的微小部分施行改造作用，即可以令这些物体相互造成它们自己，而无须将质料化作那些所谓的简单物质或匀质物质。”[19]223

由上面的叙述可以看出，波义耳怀疑各种“元素说”之本原性的“元素”存在。这点由波义耳的下面一段话可以看出：“我现在所谈的元素，如同那些谈吐最为明确的化学家们所谈的要素，是指某些原始的、简单的物体，或者说是完全没有混杂的物体。它们由于既不是由其他任何物体所混成，也不能由自身混成，而是我们所说的完全结合物的组分，它们直接复合成完全结合物，而完全结合物最终也分解成它们。然而，在所有的那些被说成是元素的物体当中，是否总可以找出一种这样的物体，则是我现在所要质疑的事情。”[19]188

如果我们承认波义耳怀疑乃至否定“元素说”，那么，我们就可以理解他为什么不将“元素说”与实验结合起来，而将微粒说与实验结合起来了。

四、波义耳如何将“微粒说”与“实验”相结合?

(一)将实验从哲学的统领中解放出来，把化学确立为科学

考察传统的炼金术士、巫术士和医药化学学派的实验，虽然基于的元素各有不同，但是，在波义耳看来，却具有以下一系列共同特点。

第一，万事万物都是由这些元素构成，它们是世上万事万物的始基。这些元素并非是没有生命，没有精神和没有灵魂的，而是有其内在的本质和自身的倾向，正是这些引导并决定着炼金术士、巫术士、医药化学学家等进行实验，“激发”(vexing)自然，产生新的物质，以达到制得贵金属、治疗疾病等的目的。

第二，这些实验都是以无法解释(验证)的亚里士多德的“实体的形式”(substantial form)来解释事物的性质的，即事物除了具体化的质料外，还有使该事物“是其所是”的形式(form)，这样的形式是事物运动变化的内在原因，就是它赋予事物的性质或特性。[23]如此，在传统的实验者那里，各种“元素说”是最基本的，是上述各种实验的理论基础，正是它们作为先验的真理，成为不容怀疑的教条，指导并且规定着各种实验的设计、实施及其实验结果的解释和检验，而它们自身不用解释和检验。结果是，作为哲学的各种“元素说”就成为实验的先导统领着实验，而实验反而为上述各种“元素说”背书，并成为各种神秘方术的代名词，“各种现象都被压进了概念所提供的模子中”。[2]70

这就是当时化学的状况。这虽然一定程度上推动了化学的发展，甚至也推动着冶炼术和医药化学为人类服务，但是，化学作为一门独特的、实证性的近代自然科学学科，并没有产生。福斯特福尔就说：“作为一门独特科学的化学几乎不存在。就作为一种独特事业的化学而言，它通常不被看作一门科学。另一方面，就作为科学之一部分的化学而言，它又不是一种独特的事业。化学家们自己把他们的学科看作是服务于医学的一门技艺，并致力于药物的制备。”[2]69

关于波义耳认识到的当时的化学所处的状况，他说：“那些称颂抽象理性的人在言语上赞美理性，就好像它是自足的，而我们则是在实效上赞美理性，我们把理性交予物理经验和神学经验，告诉理性如何请教它们并从中获得信息；后一种人比前一种人更能为理性提供有用的服务，因为前一种人只是恭维理性，而后一种人却能用正确的方式来改进它。”[13]144

他是这样说的，也是这样做的。他不以理论的教条规定实验，而是把理性交于物理经验；他遵从机械论哲学，通过实验否定“元素说”将某些元素作为事物本原(最终存在)，并且通过大量实验来研究物质的性质和结构，然后再运用微粒说解释实验，确实将实验从哲学之中，以及将理论(微粒说)从先验之中，独立了出来。波义耳曾写道：“我们在物理学、力学、化学和医学领域中最有用的概念，并不是从基本原理衍生出来的，而是源于从基本原理衍生出来的中间理论、概念和规则，这实际上是说，实验科学能够独立于机械论哲学的指示而卓有成效地进行。”(4)转引自查尔默斯，同时包含相关的保存在皇家学会的波义耳论文微缩胶片案卷信息(BOYLE R. 1990. Collections from the royal society: letters and papers of Robert Boyle. Bethesda, Maryland: University Publications of America, Vol. ix, f40, reel 5, frame 250)。[12]107-108就此，他改变了当时化学的状况——不以传统哲学统领和裁决实验，而以物质性的实验及其实验检视保证实验过程及其结果的真实，获得客观经验，再进一步构建微粒假说解释实验以校验微粒说，从而将化学确立为科学，创立近代化学。

(二)寻找与实验紧密关联的“中间原因”或“次级原因”将更为重要

对于机械微粒说与实验之间的关系，波义耳就说：“我的主要目的是通过实验向你表明，几乎一切种类的特性——其中大多数没有得到学界的阐明就留了下来，或者一般地把它们称为不可理解的物质形式(但我知道其实并非如此)——都可以机械地产生，这些性质中的大多数都没有得到经院学者的解释，或者泛泛地归于我所不了解的某些无法理解的实体形式；我所谓的物质动因是指只有凭借物质自身各个部分的运动、大小、形状和设计(contrivance)才会运作的东西(我把这些属性称为物质的机械属性)。”[13]146据此，波义耳是说，通过实验可以机械地呈现事物的现象和性质，对于它们，不可通过实体的形式来解释，而可以通过各种微粒的机械属性来阐明现象发生的原因。

任何现象(包括实验现象)的发生都有原因，也都需要解释。对于波义耳来说，这样的原因和解释，存在一个“量表或一系列的原因”和相应的“解释程度”。[17]21在自然原因的范畴内，最高级的原因是真正的机械原因，源于物质的最小微粒或原子的运动，以原始情感作为其特性；最低级的原因是最直观、最具体，也是最易懂的原因，例如可以用重量(重力)来解释石块的下落。高级原因和低级原因之间形成一个“原因量表”，根本解释与非根本解释之间造成“程度差异”，两者之间存在着某种对应。“事实上，在事物的特定结果和最普遍的原因之间，常常存在着许多次要的原因，因此留下了一个很大的领域，使人们能够发挥自己的勤勉和理智，从更普遍和常见的因素中推断出事物的性质以及它们之间的中间原因(如果我可以这样称呼它们的话)。”[17]23例如，我们可以通过气压来解释气压计中的汞含量，通过空气的弹性(“弹力”)和重力来解释气压，通过构成微粒的弹性来解释空气的弹性，以此类推，直到达到最高级，通过普遍存在的物质组分的形状、大小和运动解释微粒的弹性。至此，就可以由机械论哲学——最终的物质微粒的形状、大小和运动来解释实验的现象。

通过高级原因解释事物是重要的，波义耳认为：“拒绝或轻视所有不是从原子或其他不可观察的物质微粒的形状、大小和运动中直接推导出来的解释是倒退的”，并敦促那些坚持机械程序的人“承担比他们想象的更艰巨的任务”。(5)同上一注释，Boyle (1990, Vol. viii, f166, reel 5, frame 168)。[12]108

但是，进一步通过中间原因乃至低级原因来解释事物也是重要的。波义耳就说：“知道事物的性质是如何从物质中最小部分的原始情感推导出来的，这是一种好处，也是令人满意的地方；然而无论我们是否意识到，如果我们知道它们所组成的这个或那个的主体性质，以及它是如何作用于其他的物质，或是由它们所带来的，我们可以在没有上升至原因量表顶端的情况下，谨慎做出当下之举，例如，如果没有对特定的物质进行仔细的检查，恐怕即使是知识最渊博的沉思者，也从来不会找到先验的先例。”[17]21他进一步指出：“因为为了要阐明一个现象，赋予它一个普遍有效的原因是不够的，我们还必须明确表明那个一般的原因产生这个拟定效果的具体方式。如果一个人，只想弄清楚一只手表的现象，满足于知道它是一个钟表匠制造出来的机械，那么，他必定是个很迟钝的研究者；但是因此他就对如下这些东西一无所知：发条、齿轮、摆轮和其他零件的结构和接合，以及它们相互作用、合作起来使表针指出正确时间的方式。”[13]150

在此情况下，波义耳努力寻找与实验紧密相关的 “从属原则”和“中间原因”。他将重力、发酵、弹性和磁性列为次要原则和中间原因。他明确提出，他那个时代的大部分科学，包括他自己的化学和气动学，都应该被视为“中间原因”的知识，而不是首要的原因——机械论的原因。对于这些原因，波义耳认为它们虽然不能对实验现象给出最终的和最根本的解释，但是，这样的解释能够被实验所证实，因而也更加真实和有用。波义耳就说：“在自然事物的从属或中间原因中，可能有许多：有些或多或少地偏离了基本原理，但是它们中的每一个都能够给人以一种令人愉悦和有益的指导。为了区别起见，我们可以把这些称为宇宙学、流体静力学、解剖学、磁学、化学和其他现象的原因，因为这些原因相较自然现象的普通和初始原因更加直接(按我们估量事物的方式)。”(6)同上一注释，Boyle (1990, Vol. ix, f40-41, reel 5, frame 250)。[12]107

(三)从还原论的到涌现论的化学本体论出发，以获得更加充分的对实验的解释

查尔默斯(2009)认为，从某种意义来说，波义耳是通过还原论来解释可观察物体的一系列属性的。他认为，对于这些属性可分为两类：一类是可感知特性(波义耳术语中的“感知特性”)，如颜色和气味；另外一类，如温度或弹性，则取决于物体的主要部分如何相互作用。对于前一类可感知特性，通过机械粒子(即仅以形状、大小和运动为特征的粒子)对我们感官的作用引起的反应来解释。如对于某个特定环境中的物体的颜色，是由构成它们的微粒结构同构成光的微粒结构相互作用的结果，以及在这些情况下光与我们的眼睛(它们本身是由机械粒子组成的一种特殊排列)的相互作用的结果。对于后一类特性，波义耳认为，它们与人类能否感知无关，而均可以用机械粒子及其运动来解释。如对于一个物体的温度取决于组成它的微粒运动的相对活力，而硝酸溶解黄金的能力则归因于构成这两种物质的机械粒子的形状和运动之间的关系及其相互作用。[12]100

考察我国学者对波义耳硝石(硝酸钾)的“复原实验”(the ‘redintegration experiment’)微粒说解释的解读[24]，似乎正是如此。

不过，也有学者持有不同观点。玛丽娜·保拉就认为，微粒是分等级的，有“一阶凝结物”和“二阶凝结物”(rst-order and second-order corpuscles)。“二阶凝结物”由“一阶凝结物”形成但又不同于“一阶凝结物”，对于“一阶凝结物”，可以以还原论的机械论属性对待之，而对于“二阶凝结物”则应该以非还原论的化学属性讨论之。这就是波义耳的复杂的化学本体论，它要比通过精确的还原论者以及笛卡尔的机械论哲学，提供更加令人满意的对化学现象的理解。这点体现于波义耳和斯宾诺莎(Spinoza)之间的关于硝石(硝酸钾)的“复原”的争论上。[25]

五、波义耳微粒说与实验相结合的意义和说明

根据以上的论述，波义耳否定了亚里士多德学者哲学推理式的先验的自然观——“元素说”以及“内在目的论”的真理性，代之以微粒说来解释世界；抛弃了传统炼金术士、医药化学派以及金属冶炼家们以先在的“四元素说”“三元素说”“五元素说”的演绎推理统领并裁决实验的“哲学式科学”，而走向实验先在的并以实验为基础建构并审度相关微粒说的“实证式科学”；提出了“第一凝结物”“第二凝结物”的概念，并以“中间原因”以及“低级原因”的探求，给出实验现象以及物质性质的“二阶解释”，从而从“哲学式科学”的原理式的自然观理论形态，走向“实证式科学”的原理式的自然观理论形态与概念式的命题理论形态之中间形态——“准科学定理”或“准科学规律”形态，使得化学成为科学实验与科学理论的结合体。

如此，波义耳就以有根据的自然观代替无根据的自然观，以实验的独立性以及对微粒说的理论建构及将此用于实验之中，避免了传统“元素说”对事物的解释以及在其基础上的实验的随机性(不确定性)，使得相关微粒说解释和实验实践具有确定性。这是微粒说的胜利，也是独立的实验实践的胜利，更是波义耳的微粒说与实验实践相结合的胜利，正是这样的胜利，使得化学从原来神秘的先验的理论统领经验之路走向后验的实验实证之路，也使得化学成为科学。

历史上的科学史家给予波义耳以很高的评价。法国科学史家萨韦里安称赞波义耳，说他使化学与物理学统一了起来，或者至少与物理学联系了起来，教给化学家以一种可理解的方式谈论化学。[26]英国化学家沃特森宣称波义耳的各种著作和实验极大地促进了英国理性化学的引入。[27]化学家、炼金术士普赖斯称赞波义耳是可敬的英国哲学化化学之父。[28]伯特认为，波义耳“通过把多样性和变化完全还原为运动而对其进行解释的尝试不可避免会引向原子论。”博厄斯经过研究指出，波义耳不仅证明了化学对医药和实用技艺是有用的，而且还证明了化学对自然哲学也是有用的；波义耳通过化学阐述自然哲学，在当时是非常激进的做法；波义耳可能是第一个把化学当作自然哲学的一个分支来处理的人，他成功地从机械论哲学之微粒说来解释物体的化学性质。[29]玛丽娜·保拉说道，我们当代对结构解释的关心，是当代化学强调微观结构的一个功能。不过，在波义耳那里，对结构解释的讨论，将作为案例研究，用于阐明我们当代关注的主题早就有深刻的历史来源，而且，化学史能够本质地影响到当代化学哲学的议题。[30]

上述评价有一定道理。当然，受着时代的影响、科学发展以及个人的局限，波义耳的许多科学思想并不是纯粹的，而是复杂的。

第一，波义耳曾多次提出，世界上的许多现象不能单用机械论来解释，上帝的活性和运动能力，是其运动变化的最根本原因。“波义耳强烈反对莫尔的天使和自然精神(或向一定目的运动的附属的精神存在)学说，反对以此来说明凝聚力、吸引力、重力等这样的吸引现象。”[13]149但是，“同莱默里和梅奥一样，波义耳的化学也在其机械论外表之下保留了相当多的属于帕拉塞尔苏斯传统的残余物。”[2]81如波义耳认为，酸精是硝石的活的成分的具体体现，空气中包含的“活性射流”(seminal effluvia)参与了硝石的结晶；波义耳同意，金属生长在土中，而且是“雄性要素”(赫尔蒙特的术语)产生了它们。这体现了活力论与炼金术传统的“种子”(通过在“转化”中加入“种子”来完成转化)对他的影响。这也说明，波义耳虽然批判了活力论、目的论等，但并没有完全质疑它们的有效性。这也是他热衷于炼金的原因之一。

第二，波义耳基于机械自然观否定了亚里士多德学者、炼金术士、医药化学派、冶炼金属者等“元素说”之“实体形式”的元素存在，也基于实验否定了上述“元素说”之本原性的几种“元素”存在，但是，他并没有明确否定“元素说”的核心内涵，只是可能把这样的“元素”归于多种多样的“自然的最小量”凝结成的“第一凝结物”。如果是这样的话，说他“创立了科学的元素概念，把化学确立为科学”有一定道理，因为基于波义耳的实验实践之贯彻，体现了物质化学鉴别的思想，最终目标是达到他的“元素”定义的状态——“不能分解的状态”，只不过这样的元素种类有多种而不是原先的“元素说”的三种、四种或五种。

第三，深入考察波义耳的微粒说与实验之间的结合，可以发现，正是实验之于微粒说的相对独立，以及基于实验的“中间原因”或“低级原因”非根本的对“第二凝结物”等的具体的解释，把基于机械论自然观的实验与基于实验的微粒说结合了起来。这可能导致两方面的结果：一是实验之于微粒说的依赖要比微粒说之于实验的依赖更少；二是基于“中间原因的”或“低级原因的”更加具体的机械论的解释对实验的支持，要比基于“根本原因的”更加抽象的微粒说的解释对实验的支持更多。如此，就在传统的“哲学式”科学之自然观与观察事实之间加进了一个中间层次——基于中间原因的更为具体的微粒说，这是科学假说或科学理论的前身，一定意义上将科学理论与实验关联了起来。应该说，这是波义耳将化学确立为科学的最重要的方面。

需要指出的是，“波义耳的代数解题能力以及数学应用的能力与他的神学、语言、公共事务、实验哲学、医学以及化学一样好。”[4]他也不是不知道数学对于自然科学(自然哲学)的作用，他曾指出没有学过数学的人是不能发现自然界事物的许多性质和用处的。既如此，他为什么不将数学与实验结合起来，将实验推进到定量阶段？最主要原因是他觉得，在他那一时代，走向实验更重要。第一，人们习惯于在较少的观察和实验的情形下提出普遍性的假说(公理或原则)，结果这些假说(公理或原则)最终被新的进一步的观察和实验所否决，[31]鉴此，他决定从自身做起，进行实证性的实验研究[32]；第二，数学证明有点过于接近从先验原理推理的方法，实验证明比数学证明更有说服力；[33]第三，相对于数学文献，绅士和商人都更容易从实验文献中受益[4]。