原子的原理物理学概念叙述

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赫拉克利特开创了一个永无休止的运动概念。可是，我们到底怎样才能领人信服地解释变动不居的世界呢？显然，解释的基本性质，应该是它的立论点本身不能是游移不定的。我们已经知道首先致力于解决这个问题的是早期的米利都学派了。此后，也是有一位米利都学派的思想家对此作出了最后的答案。此人就是原子论之父留基波（Leucippus）。留基波的鼎盛期约公元前440年（1）。他不仅继承了与米利都相联系着的科学理性主义哲学，而且也受到了巴门尼德和芝诺很大的影响。可是，关于他，人们知道得非常少。因此，人们在提到原子论的创始者时，通常总是将留基波与德谟克利特（Democritus，约公元前460年—前370年）相提并论，或大多挂靠在德谟克利特的名下。

德谟克利特出生于希腊北部色雷斯的阿布德拉（Abdera）。他的父亲在当地是一位很有资产和地位的人。德谟克利特拜访过埃及，埃塞俄比亚，波斯和印度。据并不确切的史料称，德谟克利特曾就学于阿那克萨戈拉（Anaxagoras），和苏格拉底讨论过哲学。在苏格拉底看来，他就像是奥林匹亚赛会中的一位五项全能竞赛的胜利者。德谟克利特是经验的自然科学家和希腊人中第一个百科全书式的学者（2），在整个希腊文化史上，其博学多才的程度除了亚里士多德，无人能及其项背（3）。虽然公众给了他很高的荣誉，但是他喜欢沉思的生活胜过了活跃的生活,因此婉言谢绝了这些公众的荣誉而渡过了孤独的余生（4）。

据说，留基波曾和巴门尼德一起研究过哲学，但是二者的观点是完全对立的。他认为非存在和存在一样存在，这就是原子和虚空，它们都是事物生成的原因。德谟克利特正是把他的思想加以发展和系统化，使原子论成为体系。

1．原子与虚空

留基波——如果不是德谟克里特的话——试图调和以巴门尼德与恩培多克勒分别为其代表的一元论与多元论而走到了原子论。他们的观点极其有似于近代科学的观点，并且避免了大部分古希腊的暝想所常犯的错误。

亚里士多德说：“但留基波认为他有一种理论，这种理论与感觉一致，不会取消存在物的生成、消灭、运动和多样性。在对现象作了这些说明后，针对坚持存在为一，并认为没有虚空就无运动的人，他宣称虚空是非存在，而存在的任何一部分都不是非存在；因为严格地说，“存在”就是完全充实。但这样的充实不是一，而是无限多，只是由于体积太小，不能为肉眼所见。它们在虚空中被移动（因为虚空存在着），其结合造成事物的生成，分离导致事物的消灭。在其碰巧接触的地方，它们就动作与承受（因为在那里，它们不是一），当被放在一起且被缠结时，它们也生成。但是，从真正的一，不会生出多，从真正的多，也不会生出一，这是不可能的（325a25-36）"。

德谟克利特扩大了留基波的原子理论，维护了无限地分开事物是不可能的之信仰，从而否定了把存在分解为非存在的思考方式。德谟克利特的原子论是以虚空和原子皆为客观存在的悖论形式来表达的，他认为，万物的本原是原子(原子)和虚空。所谓原子，希腊文的原意就是不可分割性。大概德谟克利特认为原子是由无空隙的、紧密的、坚固的物质所组成的，由于其坚固性而不可能再分割，它既不能从内部破碎也不能从外部破碎。每个原子内部是没有质的区别的、不变的，所以一部分原子不可能比另一部分原子更坚硬，因而相互破碎。事实上原子就是一个巴门尼德式的“一”。而万事万物都是由原子构成的，原子之间存在着虚空。德谟克利特把虚空视为原子存在和运动的根本条件。虚空是原子存在的容器和原子运动的前提。因为在他看来，如果空间都被充满，原子就无法运动，也就不能结合成具体事物。在虚空中运动的原子结合成万物，而原子分离时，事物就消亡。他把虚空和原子都视为万物生成的根本原因。虚空概念的提出是德谟克利特的一大贡献，它是西方哲学史上首次出现“空间”这种理论范畴的萌芽（5）。德谟克利特把现代意义上的空间理解为他的“虚空”，在他看来，空间自身是空虚的、同类的、连续的、无限的。

德谟克利特认为，原子是充满而又坚实的，所以是“存在”；而虚空是空虚而又稀疏的，所以是“非存在”。虚空尽管是非存在，然而它并不是纯粹的虚无，“非存在”并不是不存在，而是相对于有充实性的原子来说，虚空是没有被充实的。“存在”并不比“非存在”多点什么，因为虚空并不比物体少点什么，它们同样都是实在的。德谟克利特之所以具有这样的在我们看来十分诡异的观点是基于这样的思维困惑：对存在可进行无穷可分的观点将导致非存在，而根据巴门尼德的学说，这种非存在是必须被排除的，所以在芝诺看来，根本就不可能对存在进行分割。要么是巴门尼德的不可分割的存在；要么是阿那克萨哥拉的可以无穷尽地分割的存在——二者必居其一（6）。为了回避这种结论，原子论者在“无”前边，在分割的一个有限数字之后，假定了最后“不可分割的形式”的存在。

德谟克利特认为，原子在虚空中处于永恒的运动之中，而原子自身的运动是它的本质特征之一。因此，事物运动的原因不在外力的推动，而就在事物本身之中，这是由原子——本身的属性决定的：球形的原子拖拽着整个物体运动，原子运动是因为它们的本性即是永无静止（406b21-23）。当然，为什么原子自己能运动，这一点德谟克利特尽管到处探索却没能在最终作出解释。但是，在逻辑上而言，由于一切因果式的解释都必定要有一个任意设想的开端，因而，在德谟克利特的原子理论里留下来的原子具有的原始运动而不加以说明的做法就并不能算是缺欠了。

在这一基础之上，德谟克利特还进一步地认为：原子及由原子组成的物体的所有运动都是由动作和承受（activeandpassive）所引起的。他区分了原初的运动（primarymotion）与继起的效果（secondaryeffects），分别称为冲动和反应（impulseandreaction）。这一观点对亚里士多德的动力学观产生了很大的影响。并且，这一思想还引发了德谟克利特的一个猜想：原子在没有受到阻力的时候将做匀速直线运动。牛顿曾经就这一猜想写道：“所有那些古人都知道第一定律（即惯性定律），他们归之于原子在虚空中作直线运动，因为没有阻力，运动极快而永恒（7）”。

原子在数量上是无限多的，甚至于原子的种类也是无限的，在性质上则没有什么区别。为了说明万物在性质上的差异，德谟克利特主张原子在大小和形状上有区别，它们结合时又有次序和位置上的不同（后来的伊壁鸠鲁补充了重量的特征）。这样，在德谟克利特那里，原子在质上是相同的，在量上则存在四种区别：大小、形状、次序和位置。万物之所以会有千差万别的形态，完全是因为其中所包含的原子数量、大小、形状、次序和位置的不同而造成的。在大小上，既然他认为原子是不可分的物质微粒，那么原子应该很小，小到肉眼看不见。在形状上，德谟克利特认为有些原子是球形的，有的光滑，有的粗糙；有的是凹形的，有的是凸形的，有的甚至是带钩的。他认为太阳和月亮就是由光滑的球形原子组成的。构成灵魂的原子和火原子差不多，它们都是由最精细的球形原子组成的，所以，它们具有很大的活动性。

德谟克利特认为原子的不可入性（impenetrable）和具有一种密度的比例（densityproportionate）构成了它们的体积。这一观点影响到了牛顿用密度与体积来定义物体的质量（8）。现代，由于技术理性的进步，质量成为比密度更为基础的一个物理量。但在古代，密度与体积比现代意义上的质量更具有形而上的特征，“他们设定所受作用的本原就是浓聚和稀散（985b14-15）”。

德谟克利特有时也将原子的性质与人对物体的直接感觉联系在一起：“每个不可分的东西超过得越多，也就越重，所以很显然，它也就越热”（326a11）。德谟克利特还试图用原子和虚空的学说来解释许多复杂的自然现象。例如，他认为磁石和铁是由相类似的原子构成的，不过磁石的原子比铁原子更精细，磁石原子之间的空隙比铁原子之间的空隙要大得多，因此磁石原子的活动能力更强。由于原子的运动永远趋向于与它相类似的原子，所以，磁石的原子向铁移动，钻进了铁原子的空隙，使铁原子运动起来，并流向磁石。十分明显，他的这个解释是不符合现代科学的。但是他努力用自然本身的原因来解释自然现象的理性主义精神则是可贵的。

2、漩涡运动说

德谟克利特认为，宇宙之初，在无限的虚空中充满着无限多、大小不一、形状各异的原子，它们向不同方向凌乱运动，相互碰撞（正象现代气体分子的运动理论那样），从而形成一种漩涡运动。在漩涡运动中，相似的原子聚集在一起。这正像在筛子的旋动中，扁豆和扁豆、裸麦和裸麦分别聚拢在一起；波浪把狭长的石块与滚圆的石块分别冲在一起。圆形的、光滑的、最精细的和最活泼的原子结合在一起，形成火元素；钩形的、粗糙的、较大的原子聚集起来，形成土元素。另外一些相同的原子结合起来就成为水、气元素。之后，各种元素再结合成万物。

在漩涡运动中，轻的物体被抛到周围的虚空里；其余重的物质则留在漩涡中心，它们更加紧密地结合而形成最初的球形体。这个球形体由于来自中心的推动力而继续旋转着，邻近的物体不断附着在上面，最初是潮湿的泥沙，后来渐渐干涸，于是地球形成了。

在漩涡运动中被抛向外面的最轻物体燃烧起来，从而发出亮光，日、月、星辰也就产生了。我们生活在其中的世界就是这样形成的。德谟克利特认为，在无限的虚空中，原子形成的漩涡运动不止一个，所以从漩涡中产生的世界不是一个，而是无限。它们的大小各不相同。在一些世界中没有太阳和月亮；在另外一些世界中太阳和月亮比我们这个世界的要大，还有一些世界的太阳和月亮在数量上多于我们这个世界。一些世界有生物，另外一些世界则没有生物。

德谟克利特不但根据原子论详细地论述了世界产生的过程，而且还指出世界也会生长和衰落。他认为，一个世界达到鼎盛时期之后，就会逐渐解体，或者由于碰撞而毁灭。

德谟克利特的天体起源于漩涡的理论在天体演化学上有重要意义。近代哲学家笛卡尔和康德都是在继承他的漩涡说的基础上，提出了以近代科学为根据的新漩涡说。

不仅如此，德谟克利特在论述天体形成过程时，明确地提出了两个重要思想，它们是更值得我们重视。

一个是，他认为世界有无数个，它们是有生有灭的。没有一样东西是从无中来的，也没有一样东西在毁灭之后归于无。因为他看来，原子是永恒的，它们既不会产生，也不会毁灭。用它们构成元素、物质和世界，是属于物质形态的转化。

另一个重要思想是，德谟克利特认为世界的产生、成长和衰亡都遵照一种必然性。他把必然性理解为自然界固有的运动变化的规律及法则，以及事物之间的因果制约关系。在他看来，原子的自身运动是必然的，而由原子结合为一定的物体和结合为全部分繁多样的世界也是必然的，从而宇宙间发生的一切都是必然的，根本不存在偶然的事情。德谟克利特认为，“偶然性”这个概念是人们为了掩盖自己的无知而提出来的。他举例说（9），种橄榄挖地发现了一个宝藏，秃鹰从高空猛扑乌龟而撞破了自己的脑袋，看起来都是偶然的，细究起来，都有必然的原因。既然他认为万物都产生于漩涡运动，所以他就把漩涡视为万物生成的原因，并进一步把漩涡叫做必然性。不过，在现代人看来，承认必然性和规律性的决定论是正确的，但否定偶然性的存在，把一切都视为必然的机械决定论就是不正确的了。

3、影像说

德谟克利特在认识论上继承了恩培多克勒的“流射说”，提出了著名的“影像说”，进一步利用原子说来说明人的认识活动。德谟克利特的影像说对近代西方哲学的经验论产生了较大的影响。

在德谟克里特看来，肉体是由灵魂所推动的（409b1-2），而灵魂也是由原子组成的，生命是从原始的泥土里发展出来的，一个生活体全身处处都有一些火，但是在脑子里或者在胸中火最多。人是宇宙的缩影，因为人含有各种各样的原子。人的呼吸就是不断地把原子从人体中排出去，又不断地从空气中吸入人体，因此呼吸停止，生命便结束。思想也是一种物理的运动过程，且可以造成别的地方运动。他认为，由光滑的圆形原子构成的灵魂既是身体运动的动力，又具有认识的功能。他把灵魂的认识功能分为感觉和理智。感觉的功能由遍布全身的灵魂原子来承担；理智则是由灵魂的一个特殊部分“心灵”来完成的，心灵位于“脑中”。

德谟克利特主张，不管是感觉还是理智的认识，都是由组成外界事物的原子所流出的影像所造成的。在较广泛的意义上而言，“所有的感觉对象都是触觉对象（442b1）”。他认为，一切事物都不断地发射出一种波流，这种波流会把认识对象和眼睛之间的空气压紧，在湿润的眼睛中造成影像，然后影像进入脑子和脑膜，形成关于形状和颜色的视觉。他用同样的办法解释了听觉和其他感觉的产生。总之，他认为，感觉和思想生成于从外部世界所进入的影像。如果没有影像撞击，那么，任何人都不可能有感觉和思想。

德谟克利特尽管认为感觉是由事物的影像造成的，但他并不认为所有感觉都是对事物的性质忠实写照。只有关于形状和大小的感觉是反映事物本身的形状和大小的。因为原子本身有形状和大小，由它们构成物体也有形状和大小。有些性质如重量、密度与硬度实际上是在客体之内固有的。除此之外，“甜是从俗约定的，苦是从俗约定的，热是从俗约定的，冷是从俗约定的，颜色是从俗约定的，实际上只有原子和虚空”（10）。因为原子本身并不存在颜色、滋味和冷热的区别，所以由它们组成的物体本身也没有颜色、滋味和冷热的区别。但是，德谟克利特也没有把颜色、滋味和冷热等感觉完全视为主观自生的。相反地，他认为，它们的产生是有一定的客观基础的，这就是原子的形状和大小。例如，粗糙的原子会造成黑色的感觉（442b12-13），光滑的原子会产生白色的感觉；钩状原子产生辛辣的滋味，中等圆形原子产生甜的滋味。这样，德谟克利特在西方哲学史上最先提出两种性质学说。这种学说认为，物体的形状、大小、结构和运动等是第一性质，它们是物体本身固有的，关于它们的感觉是这些性质本身的“肖像”；颜色、气味、滋味等是第二性质，它们不是物体本身固有的，关于它们的感觉不是物体本身性质的“肖像”。这一学说为近代许多哲学家和科学家（11）如维维斯（Vives）、桑切斯（Sanchez）、蒙田（Montaigne）康帕尼拉（Campanella）、布鲁诺、伽利略、波义耳、牛顿、洛克等所主张，特别是洛克，他对这一观点发展到了淋漓至尽的地步。由于这一观念涉及到人与自然的关系（12）、人与上帝的关系、人在宇宙中的地位问题，它对现代科学观念的发展产生了广泛的影响。特别是在现代物理学的动力因取代古代世界的目的因上，德谟克利特的这一思想显得更为珍贵。

德谟克利特不仅认识到感觉具有主观因素，而且也认识到感觉的局限性。德谟克利特称感觉为“暗昧的认识”，而把理性（思想）称为“真实的认识”（13）：“有两种认识，真实的认识和暗昧的认识。属于后者的是视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉。但是真实的认识与这完全不同”。“当暗昧的认识在细微的领域中再也看不到、再也听不见、再也闻不出、再也尝不到、再也摸不到、而研究又必须精确的时候，真实的认识就参加进来了，它有一种更精致的工具”。他这里说的细微领域就是指构成的物体原子和虚空。原子和虚空是用感官无法把握的，所以只能用理智去认识。因为原子和虚空是物体的本原，所以他把通过理智得来的关于原子和虚空的知识称为真实的知识，并认为可以作为真理的尺度。相对而言，通过感觉得来的关于物体的知识，他称为虚假的知识，并且认为它没有能力正确地判别真假。

但是，德谟克利特也并不认为两种知识是完全对立和割裂开来的。他曾以感觉与理智对话的方式指出：“可怜的理智，你从我们这里获得证据，又想抛弃我们吗？我们被抛掉了，你也就垮台了”。这表明理性主义与经验主义在德谟克利特的思维中得到了汇合，他已经认识到理性的认识高于感性的认识，只有它才能如实地认识事物，但他也在同时清醒地看到，理性的认识离不开感性的认识，理性必须以感觉为出发点，只有这样才能够保证理性不陷入空想。

4、结束语

从德谟克利特、伊壁鸠鲁、鲁克莱修到道尔顿，原子作为宇宙之砖，以其不可分性而最终上升为科学本体论的基石。另一方面，将虚空作为存在提出，在人类思想史上也产生了重大的影响，因为它直接涉及到运动与物质的不可分割性。在本体论的意义上，虚空不再只是原子之间的空隙、原子运动的场所（14），它只能被理解是一种客观存在着的、非实体化的、连续态的“无”。列宁在《哲学笔记》中写道（15）：“一是古老的原子(和虚空)的原则。虚空之被认为是运动的泉源，不仅由于地方空着这个意思，而且还由于它包含有‘更深一层的思想：在否定的东西中一般都包含着生成的根据，自己运动的不安根据’”。虚空范畴在历史上的演化轨迹也使我们将目光投注于亚里士多德的“天然处所”的猜测，即轻的东西上升，因为天是它的天然处所；重的东西下降，因为地是它的天然处所。德谟克里特理论逻辑发展的结果便似乎是牛顿的绝对空间的理论，问题仅是在于这种理论遇到的困难乃是必须把实在归之于“不存在”。尽管如此，原子论派的世界要比任何其他古代哲学家的世界都更接近于实际的世界。

德谟克里特认为，宇宙之中并没有目的，只有被机械的法则所统驭着的原子。他不相信流俗的宗教，也反驳过阿那克萨哥拉的nous。他对于漩涡加以机械的解释而不以心的作用来解释。

德谟克里特提出了前苏格拉底自然哲学最系统,且适于一切物体的理论（325a1）。原子论和影像论的学说，是前苏格拉底自然哲学的终结，它使德谟克利特步上了希腊唯物主义思想的高峰。德谟克里特的原子论和柏拉图的相论、亚里士多德的哲学体系合称为希腊哲学的三大体系。原子论对后来哲学和科学的发展都产生过深远的影响。我们现在在物质的“基本结构粒子”方面所知道的东西要比德谟克里特所知道的多得多。然而，我们不知道，他的粒子概念还将把我们引向多远（16）。在我们看来，以下问题是值得考虑的：物质是否有最终的基本粒子？这些基本粒子的始基何在？究竟有没有这样一种始基？

参考文献：

苗力田主编。亚里士多德全集。中国人民大学出版社，1991，11，1版。

（1）罗素著，何兆武、李约瑟译。西文哲学史，上卷。商务印书馆，1963，9，1版，96。

（2）《马克思恩格斯全集》，第三卷，人民出版社，1960，1版，146。

（3）彭越、陈立胜著。西方哲学初步。广东人民出版社，1999，5，2版，40。

（4）Democritus(460-370BCE.)TheInternetEncyclopediaofPhilosophy.

（5）彭越、陈立胜著。西方哲学初步。广东人民出版社，1999，5，2版，42。

（6）〔德〕乌·罗塞堡著，朱章才译。哲学与物理学。求实出版社，1987，1，1版32。

（7）yan(雁)。力是维持物体运动的原因吗？中国园丁网物理王国。发表时间00.08.2314:36

（8）〔英〕伊萨克·牛顿。自然哲学之数学原理。陕西人民出版社，2001，1，1版,5。

（9）谭鑫田橄榄色的智慧—古希腊哲学漫谈

（10）周辅成编。西方论理学名著选辑上卷。商务印书馆，1964，10，1版72。

（11）埃德温·阿瑟·伯特近代物理科学的形而上基础五、对新形而上学的第一表述——因果性、量、第一性质和第二性质

（12）徐向东伯特《近代物理科学的形而上学基础》译序

（13）宫雄飞。寻觅唯光论的芳踪。

（14）王齐。虚空—原子旋涡论。

（15）《列宁全集》第38卷。人民出版社1959年版，116。

（16）〔德〕乌·罗塞堡著，朱章才译。哲学与物理学。求实出版社，1987，1，1版4。