醞釀兩千年才誕生的「原子論」，源頭竟然是古希臘哲學？——《奇怪的生物知識增加了》

被誤認的「賢者之石」

與人體細胞、骨骼、生命活動密切相關的腺苷二磷酸（adenosine diphosphate，ADP）中的磷，是很重要的元素。磷的發現過程其實有點讓人不忍想像，古時候鍊金術師待人類尿液久置後腐臭，再加熱蒸餾提煉出磷，一開始磷被認為是為提煉黃金時所需的「賢者之石」。

我們在日常生活中使用到磷的是火柴，可是現今看到的火柴頂端的火藥裡並沒有磷，而是把磷移到火柴盒的摩擦面了。原理是摩擦火柴棒，讓火柴盒產生火花，藉此點燃火柴棒頂端的火藥，進而產生火光。

磷有很多同伴，組成成分明明只有磷，但外觀和特性卻截然不同，有紫磷、白磷、黑磷、赤磷、紅磷，或是白磷表面覆蓋紅磷的黃磷等。火柴盒上使用的是紅磷，而在西部電影中等常出現，隨時隨地都可以點燃的火柴則是黃磷。

小女孩賣的火柴裡也有磷

安徒生童話「賣火柴的小女孩」誕生於十九世紀中葉，當時火柴剛問世不久，跟現代的火柴截然不同。小女孩賣的火柴是黃磷火柴，火柴棒較長，造價也高，通常是論根賣的。黃磷或白磷是一種具有劇毒的化學品，由於工廠屢屢傳出磷中毒的事件，現在已經禁止使用。

【常溫狀態】固體 【原子量】30.973762

【熔點】44.15˚C 【沸點】280.5˚C

【密度】1.82 g/cm3

【發現】1669 年，德國煉金術師布蘭德（Henning Brand ）

【語源】希臘文 phosphoros，意思是帶來光明的。

——本文摘自《原子有話要說！元素週期表》，2023 年 4 月，漫遊者文化出版，未經同意請勿轉載。

古希臘哲學家中，不乏能精準測量天體位置的人，還有能運用幾何學知識來丈量土地的人。儘管他們尚未發展出「實驗」這項科學方法，但相對的，他們非常仔細觀察自然界發生的變化，並思考形形色色的問題，成為自然界和社會的知識探索者。

萬物皆由水組成

古希臘最早深入探索「萬物根源」的人是泰利斯（Thales）。他是個生意做很大的貿易商，曾搭船經由地中海，到埃及推銷橄欖油，是個見多識廣的人。

某天，泰利斯開始萌生疑惑：

世界上有數之不盡的萬象事物，都是由物質所構成的，而且物質的變化方式多得令人驚奇。雖說物質會不斷變化，卻並非無中生有，存在的東西也不可能完全消失；由此可知，物質是不生不滅的。無數物質不斷變化，但為什麼大家都是不生不滅的？

泰利斯認為，所有物質必然是由唯一的「本原」所組成的，而他得到的答案就是水：

水遇冷後凝結成冰，加溫之後就會恢復原狀；溫度繼續升高的水會成為水蒸氣，再冷卻後又會形成水滴。河川、海洋和地表的水，都會變成水蒸氣上升到空中、形成雲朵，雲又會降水成為雨和雪。水能如此千變萬化，不論怎麼變也不會消失殆盡。話說回來，金屬的變化、生物形體的變化，不也都和水一樣嗎？

泰利斯推論，這些物質的型態和外形不論再怎麼變化，也不會完全消失，應該是因為所有物質都是由某個「本原」所組成的——不論構成的是金屬或生物。

後來泰利斯便把構成所有物質的「本原」命名為「水」。

值得注意的是，泰利斯所說的「水」，並不是指現代科學做為研究對象、做為物質的水，而是將變化不歇、變換型態後生成其他物質，並能再度回歸原初型態的萬物本原稱為「水」而已。這種思考的背景，可能來自於他曾到東方旅行，聽聞流傳在美索不達米亞的世界起源傳說、得知其故事中心就是「水」，才深受影響。

泰利斯的「水」，促使眾多學者開始思考萬物的「本原」（元素）為何。有人認為本原是「空氣」，經過壓縮和稀釋，分別形成水、土和火，進一步創造了自然界；也有人認為本原就是「火」，並將自然界比喻為「燃起、消失，無時無刻都在活動的火」。

微粒組成萬物

對於「萬物根源」是什麼的問題，德謨克利特（Democritus）提出了名為「原子論」的主張。

和泰利斯一樣，德謨克利特曾周遊地中海沿岸，徒步觀察風土、歷史和文化迥異的各個國家裡，有什麼樣的自然環境與人民，並學習各國的學問和技術。他認為，創造萬物的「本原」存在於無數微粒中，而且這一顆顆粒子永遠不會毀滅。他將這些無法再分解得更小的微粒，以希臘語中意指「不可分割之物」的「atomos」（原子）來命名。

德謨克利特還思考了另一項觀點，也就是「虛空」（什麼都沒有的空間），若改用現代科學的用語來說，就是「真空」。因為原子會占據空間、四處活動，所以必須要有提供給原子活動的「虛空」。

簡單來說，德謨克利特的原子論就是「萬物是由原子和真空所構成的，除此之外別無其他」。

德謨克利特認為，無數原子在除了原子以外什麼都沒有的空間裡，激烈且毫不停歇地四處活動，互相撞擊、形成漩渦。有的原子雖然會和其他原子相連成一團，但這團東西總有一天會分解，恢復成原本四散的原子。只要改變原子的排列方式和組合，就能製造出不同種類的物質。萬物是藉由原子的組合而形成，就連火、氣、水、土也不例外。

據說德謨克利特寫了一系列共七十多部鉅著，但沒有一本流傳下來。由於他大膽主張，人類的靈魂也是由輕盈、活潑好動的原子組成，不會遵從神的指示，而是跟隨控制原子運動的自然定律；只要構成人類肉體的原子瓦解分散，人類的靈魂就會消失。也就是說，神並不存在。他因此遭到統治階層指控「試圖抹滅神的存在」，並飽受攻擊，與他有關的書籍全數遭到銷毀。我們之所以能認識德謨克利特的事蹟，主要是由於反對原子論的哲學家們，將他的思想記錄在自己的著作之故。

——本文摘自《世界史是化學寫成的：從玻璃到手機，從肥料到炸藥，保證有趣的化學入門》，2022 年 2 月，究竟出版，未經同意請勿轉載。

• 作者 / 陳瑞麟｜中正大學哲學系教授，對於理解我們生存的自然與社會世界有高度的興趣，相信理解世界最好的方式是結合哲學與科學。

什麼是「科學哲學」？哲學家心中的科學哲學，與科學家心中的科學哲學是一樣的嗎？想了解科學哲學，首要的問題就是「科學是什麼」，為此我們需要一個分類人類活動的認知理論，再建立一個科學哲學理論，才能完整地回答這個問題。而在 19 世紀前，科學和哲學尚未分家，科學就是自然哲學；到了 20 世紀後，也仍有許多科學家對哲學深感興趣，並將其科學／自然哲學思考寫入科普著作中，展現他們的科學哲學思考。

筆者是個科學哲學的專業研究者，每年都會在哲學系開設相關課程，也經常有理工與社會科學系的同學來選修。根據經驗，歷來修過這堂課程的同學大致有兩種反應：一種在課業表現上優於哲學系同學；另一種則逐漸地消失在課堂上。

我沒有機會調查後者的反應，但我猜測可能是教學內容與他們預先期待的有所落差，也許他們心目中的科學哲學不是哲學系課堂所授的模樣？

你心中的科學哲學是什麼？

或許科學哲學有兩種？一種是哲學家的科學哲學，另一種是科學家的科學哲學。兩者的思想並非截然不同，而是密切相關，只是關注的重點略有不同。

科學家透過測量、觀察、實驗、數學、模擬、計算等各種科學方法，發現自然的定律或機制，並建立科學假說與理論來認識與理解我們生存的世界。

然而，這些科學方法通常運作在抽象符號或數量上，它們表示什麼意義？揭示了什麼樣的世界實況 （reality）？科學家必須提供說明與詮釋，而他們的詮釋構成自然哲學的傳統。

哲學家一方面想認識與理解我們生存的世界，另一方面則對科學家的活動與詮釋深感好奇，雙重興趣使他們採取比較迂迴的路線。

那便是透過閱讀、分析、反思，比較過去與現在科學家的種種理論、思想、活動來了解科學，從而認識、理解並反思科學所揭示與詮釋的世界，甚至進一步建立哲學家自己的世界觀，形成了今天所謂的「科學哲學」。

哲學家的科學哲學

科學哲學的首要問題是「科學是什麼」，其反面則是「科學不是什麼」，兩者共同蘊涵了「科學與非科學」的區分。

很多科學家十分在意非科學的從業者，例如占星者或算命者，偽稱自己的行業是科學，因此如何分辨科學與偽科學就成了科學哲學的一個核心任務。

哲學家波普（Karl Popper） 用「可否證性」 （falsifiability） 來定義「科學性」，主張能被否證的理論或假設才有資格成為科學。

但我們又該如何否證一個科學假設呢？只要找到一個反例就行了，例如「所有生物體都由細胞構成」的假設，會被一個「不是由細胞構成的生物體」否證。

然而，做為科學性定義的「可否證性」本身會不會有反例？就像我們似乎無法找到反例，以否證宇宙起源的大霹靂 （Big Bang） 假說？反過來說，如果現代占星家承認自己的預測可以否證，是否就可以被列入「科學」的行列之內？

事實上，我們很難透過一個簡單的定義來回答「科學是什麼」。

回答任何「 X 是什麼」的問題總是免不了分類系統的建立，例如在科學上我們想回答「現代智人 （homo sapiens） 是什麼」就得了解關於「人種、人屬、人科」的分類與相關理論。

回答「科學是什麼」的問題亦然，我們甚至需要一個「分類人類活動的認知理論」，並建立一個科學哲學理論，才能完整地回答這個問題。波普的可否證性也不是一個簡單的定義，而是一個系統性的否證論。

科學進展到現在已經發展出一個龐大的系統，包含大量形形色色的知識，諸如假說、理論、定律、模型等，以及產生那些知識的種種方法和工具，還有建立與應用知識的活動或實作，概括了探索、說明、解釋、預測、實驗、模擬、干預、控制、改造等，並構成一個複雜而長遠的歷史，發生過革命性的變遷。

如果我們想徹底了解「科學是什麼」，就得探討上述各個主題，也就是科學知識的本質、科學方法的本質、各種科學活動的特性、科學的歷史演變等，其相應的名目就是「科學方法學」、「科學知識論」、「科學實作的哲學」、「科學史的哲學」等，這一切構成了「科學哲學」這門領域的內容。在這方面，國內已經有不少紙本書籍與線上文章能供讀者參考，可見文末的資訊欄。

進行哲學思考的科學家

在 19 世紀之前，科學和哲學尚未分家，科學就是自然哲學。

專業的科學哲學也是建立在 19 世紀末如馬赫 （Ernst Mach） 、龐加萊 （Henri Poincaré） 、杜恩 （Pierre Duhem） 等科學家手上，然後在 20 世紀上半葉發展成一門專業，至今已有 100 多年的歷史。

雖然今日多數在思考、談論、教學、研究科學哲學的人是哲學家，但這並不意味科學家沒有貢獻。 20 世紀之後仍有許多科學家對哲學深感興趣，他們經常將自己的科學／自然哲學思考寫在其科普著作中，形成一個深厚的傳統，例如：

• 海森堡 （Werner Heisenberg） 的《物理學與哲學》（Physics and Philosophy: The Revolution in Modern Science）
• 薛丁格 （Erwin Schrödinger） 的《生命是什麼？》（What Is Life?）
• 莫納德 （Jacques Monod） 的《偶然與必然》（Chance and Necessity: Essay on the Natural Philosophy of Modern Biology）
• 道金斯 （Richard Dawkins） 《自私的基因》（The Selfish Gene）
• 維爾澤克 （Frank Wilczek） 《萬物皆數》（A Beautiful Question: Finding Nature’s Deep Design）和《物質之輕》（The Lightness of Being: Mass, Ether, and the Unification of Forces）
• 葛林 （Brian Greene） 的《眺望時間的盡頭》（Until the End of Time: Mind, Matter, and Our Search for Meaning in an Evolving Universe）

然而對於專業科學家來說，他們更感興趣的是「世界的起源」、「物質的起源」、「生命的起源」、「心智／意識的起源」、「語言的起源」、「宗教信仰的起源」等在傳統上屬於形上學 （metaphysics）^[註]的問題，他們企圖透過各個相關的科學理論推論並回答。

不管答案的依據是什麼，他們的思想和論述都超出了科學的界限，進入哲學的層次，換言之，科學家此時在作科學哲學、科學形上學。

臺灣的科學哲學

其實臺灣同樣也有科學家在進行哲學書寫，例如天下出版社「科學文化」書系的幾位策劃人林和、李國偉、周成功等寫作的科普譯書導讀，又如物理學家高涌泉的《科學人：非物理不可》與他在《科學人》雜誌中的長期專欄「形上集」，以及免疫學家楊倍昌更偏向學術性的科學哲學作品《變遷：生醫實驗室的知識拼圖》，並與臺灣的科學哲學家對話。

筆者相信這些臺灣的科學家，在「科學家的科學哲學」上，已經提供可資學習的典範，期待透過《科學月刊》的引介，臺灣未來有年輕一代的科學家走上哲思之道，持續發展本土科學家的科學哲學。

註解

• 哲學的核心部門，研究最根本與最抽象的「存在」、「實在」、「世界」、「時空」、「範疇」、「物質」、「心智」、「個體」、「共性」等概念的哲學。

尋找更多科學哲學的資訊

筆者已經在網路上刊過一些介紹性的文章，以下分成三部分提供資訊，希望有興趣的讀者能按圖索驥，以探索更多科學哲學內容。

一、關於科學與偽科學的區分問題

• 陳瑞麟，〈【科哲絮語】占星學的巫術性與科學性〉，《想想副刊》， 2018 年 4 月 29 日。
• 陳瑞麟，〈【科哲絮語】怎樣才算是科學？或者，一門學問的科學性程度有多高？〉，《想想副刊》， 2018 年 11 月 4 日。
• 陳瑞麟，〈第三問  如何寫自然哲學與科學史？科學編史方法學的問題〉，《人類怎樣質問大自然》，八旗文化， 2020 年。

二、科學哲學的理論與歷史：

• 陳瑞麟，《科學哲學：理論與歷史》，群學， 2010 年。
• 陳瑞麟，《科學哲學：假設的推理》，五南， 2017 年。
• 陳瑞麟，《人類怎樣質問大自然》，八旗文化， 2020 年。
• 陳瑞麟，〈當代科學哲學的發展〉，哲學新媒體， 2021 年。
• 線上《華文哲學百科》「科學哲學」部分現有的每個詞條。

三、科學家的科學哲學：

• 陳瑞麟，〈科學家的哲學思考，探討世界起源的科普書寫──《眺望時間的盡頭》〉，故事 StoryStudio ， 2021 年。
• 林義宏，〈科普能改變文化？中正陳瑞麟破解科普書籍暢銷秘訣〉，人文・島嶼， 2021 年。

• 〈本文選自《科學月刊》2021 年 8 月號〉
• 科學月刊／在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。