对于牛顿在《原理》的定义1中的质量定义,在《牛顿自然哲学著作选》中的译文是:“物质的量是用它的密度和体积一起来量度的。”显然,这样的翻译并没有把牛顿的原义译完整。它只是一个操作性、运算性的翻译,而不是一个形而上学性的翻译。因为质量的“质”正是体现在与密度和(体积的)大小所表征的同一性上。而在王克迪译的《原理》中的译文是:“物质的量是物质的度量,可由其密度和体积共同求出”。虽然这个译文比前面的要进步了一些,但它也不是一个完整的翻译。从逻辑上讲,这样的译文也是不规范的。译文中的“物质的量是物质的度量”是一种毫无意义的同语反复,对于深刻无比的牛顿来说,他怎么会以如此庸俗的方式来做它的第一个定义呢?作为一个理想主义者,牛顿的写作是极为谨慎的:“他经常要反复地琢磨同一段话,有时要写上五六遍,才能使自己完全满意”。牛顿的《原理》是从先提出几个定义和运动三定律开始的,其中质量定义列于八个定义的首位。这不但说明质量概念对于《原理》来说,是后面一切命题、定理及其论证的出发点,而且说明质量概念是牛顿建立其动力学体系的最重要基石,因此,其意义十分重要。作为《原理》的第一个定义,必然是深思熟虑地表达了牛顿对于存在的某种深刻的信仰。事实上,这个信仰的物理含义就是:存在物具有一种不随时间、空间、作用而变化的自在性质。并且,牛顿在综合前人研究的基础上也发现,这一性质是可以通过一个特定的数量来表示的,而且这种表达方式是普适的,即对任何存在物来说是同一的。牛顿的这一信仰与现代理论物理学中所首先要对研究对象找寻的物理量的不变性信仰是一致的,这也是牛顿物理学到如今还保持它的活力的一个深刻原因。也就是说,在这一层意义上,现代物理学与牛顿的物理学在本体论上是保持一致的。在牛顿的对于自然哲学的同一性的表述中,已经隐含了现代物理学对于自然表述的形而上学隐义:不变性,协变性。而自然科学,正是专门与关于自然的同质思想有关的。“科学在对定律进行最根本阐述的过程中,寻找带有最大持久明确的简单性特征的对象。按照他们来表述其最终的定律”。
牛顿的这个质量定义不能形而下地将质量理解为由物质的密度和体积共同产生的东西。关于这一点被包括马赫在内的很多学者所误解。就连埃德温·阿瑟·伯特也没有深刻领会牛顿的愿意:“他选择用那些比较熟悉的项来定义质量,而不是把它作为物体的一个基本性质提出来……”。因为牛顿质量定义的属概念是“同一性的量度”,而种概念才是密度与体积共同产生的(东西)。以种概念限制属概念才构成合乎逻辑的定义。因此,这个质量定义在逻辑上是正确的,其关键在于指出了属概念同一性的量度。
那么,什么是“同一性的量度”?牛顿在手稿中指出:“同一性可理解为一切同种物体的质,这似乎是全部哲学的基础。人们没有别的办法从可觉察到的物体推导出觉察不到的物体性质。”这说明,“同一性的量度”是对相同一种物体性质的量度而言的。牛顿既然把这个概念推广到所有物质的质量定义,显然指所有物质都有同一种属性。那么,同一种属性指的又是什么?牛顿写道:“因为所有东西的物质是一样或同一样的,因自然的作用而嬗变成无数的形式……”。
牛顿的“同一性”是一个蕴意深刻而内涵丰富的概念,它在不同的场合有不同的意义。正像亚里士多德所言:“运动的同一可以是种上的,可以是属上的,也可以是数目上的。”在向心力的定义中,“同一性”是指形成它的原因与它所产生效果的相同性。牛顿在定义6中说:“向心力的绝对量是其同一性的量度,它正比于中心导致向心力产生并通过周围空间传递的作用源的功效。”。而在定义7中说;“向心力的加速量是其同一性的量度,它正比于向心力在给定时间里所产生的速度。在前一种情况下,同一性是指形成向心力的原因的同一性,而在后一种情况下则是指向心力引起的效果的同一性。”
牛顿又说:“不过我们可以由事物的属性、原因和效果把一事物与他事物的静止与运动、绝对与相对区别开来。”因而,综合起来可以认为,牛顿的同一性是与事物的属性、原因和效果相联结在一起的。
而在质量概念中,牛顿所表述的同一性意义主要体现在与事物的属性和原因这两个方面。并且,牛顿更重视的是前一种因数。牛顿对于质量的定义首先是从反映事物的内在属性而言来进行的,因而,牛顿才以物质的密度与体积来定义质量。因为这样的定义可以明确地表示:不同的物体在本性(质)上没有差异,而只有量的差异。同时,牛顿的同一性中也包含着不随时空而变的特征。而当牛顿说到惯性力或vis insita时,他指的是在一切自然物体中体现出来的对于变革的天然抵抗的原因,因为事实证明,这种天然抵抗性不会随着具体物体的不同而产生或消失,而仅仅只有能力大小的不同。并且,无论这些物体处于何种运动状态,特定的物体对于外界的天然抵抗的能力总是一样的、不变的。
2.牛顿质量概念中“同一性”的历史渊源
从历史的角度而言,在事物性质的同一性问题上,是牛顿继承他的前辈的观点的结果。同一性的概念,早在古希腊的思想中就占据着一个非常重要的地位,泰勒斯早就认为,水是万物的本源。亚里士多德说:“在那些最初进行哲学思考的人们中,大多数都认为万物的本原是以质料为形式,一切存在着的东西都由它而存在,最初由它生成,在最终消灭时又回归于它。实体则处于底层,只是表面承受各种作用而变化,人们说这就是存在着东西的元素和本原。正是因为这个缘故,他们认为既没有任何东西生成,也没有任何东西消灭,因为同一本性永远持续着”。
牛顿在此也历史性地继承了柏拉图的美学理念。由于在柏拉图看来,我们的世界只是造物主依据永恒的理念所创造的一个摹本,而“永恒本身则始终为一。”因而,处于这个世界中的物体也必具有保持它自身稳定性(不变性)的性质。从形式上而言,造物主是通过创造时间来使这个世界的同一性与永恒的一体性来取得同一的。这也使我们可以理解,何以绝对时间的观念在牛顿的力学构架中具有与质量的同一性相当的根本性的形而上学意义。
牛顿在质量的定义中,表明了质量所揭示的物质的同一性含义,而在其后的附注中又明确的表达了他那著名的时空观。牛顿为什么要这样做?即使对于现代人来说,对这一问题进行一下思考也许不是无益的。牛顿在谈到绝对时间与相对时间的区分的时候说:“能用以精确测定时间的等速运动可能是不存在的。所有运动都可能加速或减速,但绝对时间的流逝并不迁就任何变化。事物的存在顽强地延续维持不变,无论运动是快是慢抑或停止”从这里,我们可以明显的看到,牛顿的“绝对时空”是存在物之同一性可被人的经验所认知的一个理论性的形而上学基础。时间延续的不变性或均匀性构成了描述事物不变性的操作平台。具体地而言,事物的这种不变性是由绝对时间与绝对空间对所构成的基本处所的不变性所构成的。诚如牛顿所说:“因为时间和空间是,而且一直是它们自己以及一切其他事物的处所。所有事物置于时间中以列出顺序;置于空间中以排出位置。时间和空间在本质上或特性上就是处所,事物的基本处所可以移动的说法是不合理的。”
牛顿质量概念中的同一性含义,又是对于亚里士多德物理学思想的继承、深化与发展。在亚里士多德看来,物理学的研究对象不是就偶性而产生的变化。因为那种不必然的、无确定性的东西的原因是无迹可寻的、不定型的。“只有诡辩术才投身于研究偶性”。而“一切科学都以恒久存在的或经常存在的东西为研究对象,这里决不包括偶性”。从而,“物理学所研究的是在自身内具有运动本原的东西”。亚里士多德又认为,从存在到存在的物体的运动只有三种形式:性质的运动、数量的运动和地点上的运动,而存在的其他范畴:实体、关系、动作和承受等,都不能运动,即他们是保持不变的、同一的。因而,在亚里士多德物理学的意义上,牛顿质量概念中所表达的不变性就是被运动物的实体不变性。而牛顿的运动定律则是表达了亚里士多德物理学意义上的运动关系、动作和承受的不变性。
当然,毫无疑问,牛顿质量概念中的同一性含义又是对于伽利略与笛卡儿物理学思想的继承。伽利略认为:“对可以在数学上表示的每种不同的活动,都存在着某个基本的原因或不可消灭的力,总是可以指望这个原因或这个力产生其后果。如果想定量地处理这些基本原因的后果,那么,它们的主要标志或主要特征便是同一性、均匀性和简单性,这些特点对它们来说是本质的。”在笛卡儿看来,与人(我在)的本质特征(我思)相联结的是一种时间的恒久不变性:“现在我觉得思维是属于我的一个属性,只有它不能跟我分开。有我,我存在这是靠得住的;可是,多长时间?我思维多长时间,就存在多长时间;因为假如我停止思维,也许很可能我就同时停止了存在。”因而,与人的存在特征相对应的物体的本质特征也将必然是时间不变性的:“凡是人们归之于物体性质的东西都很可能不过是梦或幻想。”而物体的真正特性是“一个刚才在那些形式之下表现而现在又在另外一些形式之下表现的物体”的性质。不仅如此,笛卡儿还深信物质在空间上也是保持同一的:“很容易推断出天空的物质和地球的物质没有什么两样;通常而言,即使世界有无限多个,它们也不可能不由同一种物质组成;因而不可能有多个世界而只能有一个世界:因为我们清楚地知道构成整个自然界的这种物质,作为一种广延的实体,一定已经完全占据了其他世界应该位于其中的所有可想象空间;而且,我们自身中根本没有其他任何种类物质的观念”。
其实,牛顿在对物体的内在特征的描述上同笛卡儿信仰同一个真理:我思故我在。只有在时间中的不变性才是真正的存在,只有经历了时间而不变的性质才是物理学所研究的对象。虽然牛顿在许多地方说:“我不杜撰假说”。但是,我们从牛顿的质量定义里可以清楚地看到,牛顿的宗教上的先入之见,以及他的那些美学-科学的假定,对他的物理学理论的建立产生了根本性的作用。同时,牛顿也继承了巴罗对于自然不变性公设的宗教兴趣,他相信,“大自然本身是很一致的,并且是很简单的”。当然,“在运动变化是不规则的或独特的地方,问题往往没有解决,这不是因为手头上没有对它们进行完备处理的工具,而是因为它们不值得人们去进行化简”。而物理学,它所研究的对象也是仅仅自然变化的不变性,即变化的恒久性联系,也即人对自然的几组感觉特性之间的关系的不变性。我们常认为,质量是物体的特性。但以其这样还不如说,牛顿引入质量正是锁住了物体的内在(的同一)性质,从而使人可以直接地来研究物体的位置运动。