第二篇 牛顿科学思想中的概念与经验

牛顿对假说的敌视是尽人皆知的。人人都知道，牛顿在其《光学》著名的第一段话中宣称：“我写这本书的目的，不是用假说来解释光的属性，而是要通过推理和实验来提出并证明它们。”我们也都知道，牛顿在《原理》最后的“总释”中提出了著名的“我不杜撰假说”（Hypotheses non fingo），牛顿在其中告诉我们——我引用的是安德鲁·莫特（Andrew Motte）的译文，后面我还要提到它——“迄今为止，我还没有能力从现象中找出引力的那些属性的原因，我也不杜撰假说；因为，凡不是来源于现象的，都应称其为假说；而假说，无论是形而上学的还是物理学的，无论是关于隐秘性质的还是关于机械性质的，在实验哲学中都没有位置。”

用其他非常类似的说法来补充这些引语——它们成了当今对牛顿思想进行实证主义诠释的基础——是很容易的，然而要想弄清楚牛顿说这些话到底是什么意思，则要困难得多，至少在我看来是这样。我认为困难来自两方面：一是材料的获取，二是语义问题或历史问题。后者的困难是显而易见的。

因此，我们还是先来看看材料方面的困难。首先，关于牛顿的著作，我们还没有一个好的现代版本，这一点不同于笛卡儿、伽利略和惠更斯。霍斯利（Horsley）在1779年到1785年间编订的《牛顿现存著作全集》（Opera ominia）之所以能有这个标题，只是出于礼貌起见。英国几乎把牛顿神化了，对待他就像我们对待圣物一样：触及得越少越好。

甚至我们还没有一个好的——我是指附有校勘的——《原理》版本。众所周知，三种版本——1687年版、1713年版、1726年版——中的文字并不相同，其中有些差异，特别是第一版和第二版之间的差异相当重要。奇怪的是，虽然天文学家亚当斯（John Couch Adams）于1855年指出了第二版和第三版之间的差异——尽管不是十分确切和完整——但他并没有研究其重要意义。显然，除了注意到第二版首次出现了结尾处的“总释”以外，还没有人想过要对第一版和第二版做系统的比较。因此，我们还没有一份关于对第一版所做改动的完整清单，而这些改动比已知的第三版所做改动数量更大，也更为重要。就我们所知，尽管里高（S.P.Rigaud）写了一篇关于《原理》出版的非常重要的文章，埃德尔斯顿（J.Edleston）编辑了牛顿与科茨关于准备《原理》第二版的通信集，但他们都没有对前两版进行仔细比较。据称，鲍尔（W.W.Rouse Ball）已经做了这些比较，此前他曾写过一篇关于《原理》的出色论文，但他的这项工作从未发表，也从未有人见到过。至于后来的历史学家，似乎还没有一个人做过这种比较，即使是通常讲求精确的罗森伯格（F.Rosenberger）也是如此。卡约里（Florian Cajori）也没有，他曾对《原理》的前三版以及牛顿1704年作为《光学》的增补发表的《论曲线的求积》（Tractatus de quadratura curvarum）的相关文本进行了比较，还对莫特的《原理》译本（以现代形式）做了再版。

然而，我们必须承认——这当然能使我们平复一些——这种比较之所以不容易做，纯粹是由于材料上的原因。事实上，《原理》——我指的是第一版，当时只印制了250到300本——是一本极其罕见和贵重的书，通常只有在非常大的图书馆里才能找得到。那些有幸拥有这一珍品的图书馆通常将它秘不示人，以免使之降低身份与读者接触。至于极少数私人收藏者，则小心翼翼地使之不在阅读中受损。由道森父子出版公司（Messrs.William Dawson & Son）出版的《原理》第一版（1687）的影印本，终于使前两版的比较变得容易了一些，它将有利于筹备一个异文校勘版，或至少是一份异文列表，它们在学术研究中的作用正变得越来越明显。第三版的原文由彭伯顿整理并于1726年出版，此后又在18、19世纪多次重印，所以现在随时都可以找到。不过这里要补充的是，除了1739—1742年的日内瓦版（及其重印本）以外，还没有一个《原理》的版本具备一个名副其实的内容列表，这对于一本内容如此庞杂且又被糟糕拼凑在一起的书来说是非常必要的。

绝大多数《原理》版本都有一个索引（由科茨在准备第二版时整理），但说得婉转些，这个索引并非十分有帮助。例如，如果你查找“hypothesis”（假说），你将会在莫特翻译的拉丁文第三版的索引中找到一个条目“rejects all hypothesis”（拒斥所有假说），以及让你去参考我在本文开头所引用的“总释”中那段话。但如果我们不想局限于索引，而想在牛顿著作本身（从第三版开始）中寻找的话，我们就会在《原理》的第二编中（第二编“物体的运动”，第六章“流体的圆运动”）找到一个假说，“由于流体各部分缺乏润滑而产生的阻力，在其他条件不变的情况下，正比于使该流体各部分相互分离的速度”。而在《原理》名为“宇宙体系”的第三编中，我们又找到了两个被明确称为假说的命题。这一点相当有趣，值得进一步考察。这些假说是：

假说I：宇宙体系的中心是不动的。这一点已达成共识。不过固定在中心的，有人说是地球，其他人说是太阳。

假说Ⅱ：如果去掉地球的体积，让剩下的环沿着地球绕太阳运动的轨道做周年运动，而它同时绕着自己与黄道面成23½度的轴做周日旋转，那么不管这个环是流体的，还是由坚硬的刚性物质所组成，它在赤道面上的点的运动将和原来一样。

既然在一个本不应有假说的地方能出现两个假说，那么如果看一下《原理》的第二版（拉丁文版），我们就可以在同一处找到同样的假说。但如果把我们的疑惑推及第一版（拉丁文版），我们就会发现，第三版中的假说II在那里被称为命题38的引理4，而假说I则与另外八个假说列在一起，成了假说IV。事实上，在第一版第三编的开头，我们发现了“假说”这一称呼，以及以这个称呼出现的九个命题。这是相当奇特的；也许事情还另有深意。

说实话，这些假说组合得一点都不漂亮，让我们看看前三个是怎么说的。

假说I：除那些真实而足以解释其现象者外，不必去寻求自然事物的其他原因。

假说Ⅱ：因此[对于同一类自然结果]，其原因是相同的。

假说Ⅲ：无论什么种类，每一个物体都可以转化成另一个物体，而且性质的所有居间程度都可以被相继推导出来。

假说Ⅴ到Ⅸ引入了天文学数据，比如：“环绕木星运动的行星”（即木星的卫星）的运动服从开普勒第二定律；“五大行星”围绕太阳旋转；这些行星和地球围绕太阳（或太阳围绕地球）运转的周期，依照开普勒第三定律而与到太阳的平均距离相关联，而如果“五大行星”都围绕地球旋转，则开普勒第三定律就不再适用了（尽管它仍然适用于月亮）。

这意味着什么？这意味着牛顿的《原理》除其他目的以外（inter alia），还致力于证明哥白尼的假说或哥白尼-开普勒天文学体系的真理性（的确，在1686年4月28日的皇家学会会议上，有人说牛顿的著作包含了一种“对开普勒提出的哥白尼假说的数学证明”）。因此，尽管很不严格，但牛顿却是在天文学所接受的正常意义上使用“假说”一词的，即他打算提出的理论的一个前提或基本命题。

现在让我们转到第二版。“假说”这一称呼消失了，取而代之的是“哲学思考的规则”（Regulae philosophandi）。前两个假说现在被称为“规则”（Rules），而第三条假说，本来是告诉我们一个物体向另一个物体的转化的，在这里却不见了踪影，至少是从《原理》中消失了（尽管稍后又在《光学》的疑问集[Quaeries]中出现了）。假说Ⅴ到Ⅸ变成了“现象”（Phaenomena），假说Ⅳ则仍然是假说。正如我已经说过的，命题38的引理4——说明旋转球与旋转环的运动是等价的——成了假说。因此牛顿宣称他不“杜撰假说”，假说“在自然哲学中没有位置”。

我们完全可以理解，面对着这些术语上的——甚至不仅是术语上的——变化，以及牛顿在结尾的“总释”中对假说的强烈抨击，为什么科茨在准备第二版时会忐忑不安地提出一些异议。的确，难道假说不是充斥在牛顿著作的字里行间吗？万有引力本身不就是一种假说吗？这几乎是肯定的——至少当我们取这个词的传统经典含义，亦即牛顿在《原理》第一版中的用法时就是如此。于是，“假说”意味着理论的一个假设或基本假定。哥白尼在《论天球的旋转》（De revolutionibus orbium coelestium，出版于1543年）的序言中提到了“被希腊人称作‘假说’的原理或假设”（principia et assumptiones quas Graeci hypotheses vocant）；在《天球运动假说简评》（Commentariolus de hypothesibus motuum coelestium a se constitutis）中，哥白尼又把这些“假说”作为“被称作公理的设定”（petitiones，quas axiomata vocant）提了出来。现在牛顿又在“宇宙体系”（De systemate mundi）（或《原理》的第三编）的开头列出了“假说”，也就是说，把它们当成了他自己天文学的基本预设。

而且别忘了，“假说”绝不是一个意义明确的词，它有许多相似的含义，弄不好就容易混淆。但有一点是共同的，就是它们都暂时（或明确地）减弱（或抑制）“假说”命题的肯定语气以及它与真理（或实在）的关系。所以严格说来，假说并不是一个判断，而是一个假设或猜测，其正确与否只能通过它的结果和蕴含来“证实”或“证伪”。这些结果和蕴含可以是内在的，比如柏拉图《巴门尼德篇》中的假说以及欧几里得和阿基米德的设定（petitiones）就是如此；它们也可以是外在的，比如自然科学的那些假说都属这一类。

“假说”还可以指一个或一组命题，提出它纯粹是为了导出其逻辑推论。数学家们经常这样做，他们说：让我们假定或者承认，在一个直角三角形中，角A是给定的……或者，当一条直线段绕着它的一个端点匀速转动时，一个点沿着它做既定的匀速运动或匀加速运动……或如牛顿本人所说，让我们假设或者承认，物体彼此吸引的力并非与距离的平方成反比，而是与其立方成正比或反比，那么这种假设会导出什么结果来呢？不过可以指出，当牛顿在《原理》第一版中对这些不同的引力定律可能引出的推论进行分析时，他实际上并没有使用“假说”一词，当他研究物体在假想的不同阻力的介质中运动时也是如此。而牛顿学说的忠实信奉者克莱罗（Clairaut）却明确使用了这个词。

我们也可以像托勒密时代以来所有天文学家那样，把一个或一组命题称为“假说”，然后用它们去规定或导出——从而预言——天界现象（以此来“拯救现象”），而不承认观测数据对这些命题的“证实”意味着这些假说有任何本体论意义或实质意义上的“真理性”。正是在这个意义上，奥西安德尔（Osiander）在给哥白尼《论天球的旋转》所作的匿名序言中，只是把哥白尼的天文学体系当成了一种假说，一种纯粹的简便易用的数学技巧，它绝不是断言这个体系就是真理，也就是说地球实际上真的在绕太阳旋转；作为一种计算工具，这个“假说”甚至与地球静止不动的信念完全相容。这也是伽利略在《关于两大世界体系的对话》（Dialogue on the Two Principal Systems of the World）中用来呈现哥白尼体系的“假说”的含义。宗教裁判所也是这个意思，它后来谴责伽利略只是假装把遭到谴责的观点当作假说（quamvis hypo-thetice）。

然而很清楚的是，同样的结论可以从完全不同的前提中推导出来，现象无法唯一地确定必须由哪一组假说来“拯救”它们。正如开普勒在致梅斯特林（Maestlin）的一封著名信件（1616年12月12/22日）中所说：“天文学假说是任何可以用来比较[计算]行星位置的东西。”（Astronomica hypothesis est quicquid se praebet ad computanda loca planetarum）

因此可能同时存在若干种实现这些“比较”或计算的方法，它们甚至可能是等价的。一个例子是托勒密天文学中的本轮和偏心圆“假说”，开普勒在其《新天文学》（Astronomia nova）的开篇就向我们解释了这些内容，而且这本书的“第一部分”还被特别冠以“对假说的比较”（De comparatione hypothesium）之名。

于是，可能有两种甚至三种相互冲突的假说——托勒密的与哥白尼的，或者托勒密的、哥白尼的与第谷的——同时存在，它们中每一个都能“拯救”现象，结果是至少从严格天文学的观点来看，没有理由在它们当中做出任何选择。每一种假说都可能是真的，但也可能都是错误的。我们知道，这是17世纪一些天主教（也有新教）天文学家所采用的观点，至少官方观点是如此；虽然出于宗教理由，地心体系仍被保留，但他们可以讲授至少是可以阐释互相冲突的体系。

我们甚至可以把假说的虚构性强调得更厉害一些，一如笛卡儿在其《哲学原理》（第三部分，第44条）中所说：“我期望我写的东西仅仅被当作一种假说，一种也许距离真理甚为遥远的东西；但不管怎样，如果它所导出的东西与经验完全一致，那么我将深信我还是实际获得了某些东西的。”笛卡儿进而不怀好意地坚持真理与“假说性”前提之间的差距，他宣称，“我将在这里提出几条我确信是错误的[假说]”，虽然“其谬误并不妨碍可以由之推出正确的结论”。

我们知道，面对着这种已然流行于他那个时代的、在科学中由谬误推出真理的认识论，也就是说，在笛卡儿完整提出理论（假说）与真理的脱节之前很久，拉穆斯（Petrus Ramus）曾经强烈抗议这种认识论。他坚持认为，用错误的前提去证明自然事物的真理是荒谬的（absurdum naturalium rerum reveritatem per falsas causas demonstrare）。拉穆斯呼吁一种没有假说的天文学，甚至愿意把他的皇家学院（今天的法兰西学院）主席一职让给那些能够担当此任的人。开普勒也曾经拒绝过那种对天文学的“实证主义”阐释，而主张科学是追求真理的。我们同样可以理解为什么几百年后，牛顿如此强烈地把“杜撰假说”拒斥为非科学的，并且自豪地宣称，在任何情况下他都不会那样做。Hypotheses non fingo，“我不杜撰假说”，这对牛顿来说意味着：我不使用虚构的东西，我不把错误的命题当作前提或者解释。

读者们也许已经注意到，我把Hypotheses non fingo译成了“我不杜撰假说”（I don't feign hypotheses），而非通常的“我不构造假说”（I don't frame hypotheses）。这样做的原因很简单：“feign”（杜撰）与“frame”（构造）的含义不同，“Feign”——feindre——暗含着错误，而“frame”则不然，或至少并不一定如此，因此，“feign”假说绝不等同于“frame”假说。事实上，fingo是指“feign”而不是“frame”。深谙英语和拉丁语的牛顿，从来也没有在任何地方使用过“frame”一词，而莫特却在他翻译的《原理》中用了。当牛顿说non fingo时，他的意思是指“我不杜撰”，但如此重要的观点却被莫特误译了，以致夏特莱夫人也跟着他译成了“我不设想假说”（Je n'imagine pas d'hypothèses），而不是“我不杜撰假说”（Je ne feins pas d'hypothèses）。莫特和夏特莱夫人仅仅是犯了个错误吗？也许。不过正如一句意大利谚语所说的，“译者即背信者”（traduttore-traditore），在我看来，他们所做的事情还要糟糕许多。他们并没有仅限于翻译本身，而是通过“阐释”，把一种并不符合牛顿本意的意思强加给了他。

 

对牛顿本人而言，“假说”一词除了在《原理》第一版中的经典含义以外，还有其他两种（或更多的）意思。首先是好的或至少可以接受的含义，即假说是一种虽然无法证明但却看似合理的观念，牛顿愿意在这种意义上使用这个词；与此相反的则是坏的含义，它——以及与之对应的思路——被笛卡儿、胡克、莱布尼茨等人所采用，这对牛顿来说就等同于虚构，一种毫无根据而且必定是错误的虚构，于是在这种坏的意义上使用“假说”，就意味着科学与实在或真理的脱节。这意味着，如果这种虚构被认为与实在相脱节，那么就会导致彻底的怀疑论；要么像通常那样，意味着用一个虚构的实在，或至少是一个本身无法感知和认识的实在，一个为达特定目的而被随意赋予了假想属性的伪实在，来代替既定的实在。

从第一次发表光学著作开始，牛顿就反对在建构理论时如此使用假说，就像他也反对使用错误的，或者说不能由经验“证实”或者“导出”的原因解释一样——我们可以随意想象，或者更确切地说是杜撰这些原因。从那时起，“假说”对牛顿而言就意味着某种无法得到证明的东西。于是，牛顿总是沿用一种非常类似于帕斯卡在《关于真空的新实验》（Expériences nouvelles touchant la vide）中所采用的思维模式，以一种纯粹的或“蛮横的”（brute）形式，或者说——用塞缪尔·克拉克（Samuel Clarke）在《光学》的拉丁文译本中所引入的术语来说，但这不见于牛顿原先的英文版——是以一种“无遮拦的”（naked）形式提出实验。因此，他并不像胡克和格里马尔迪（Grimaldi）等人那样，把超出现象的无法确证的假说与实验描述混在一起。

不过到了晚年，“假说”的坏的含义在牛顿心中似乎又占据了统治地位。如果取这种坏的含义，甚或只是把它当成某种无法证明的东西，那么就只能尴尬地把牛顿认为已经得到证明的天文学实际数据称为假说了。于是你只好使用另一个术语，比如“现象”这个旧名，虽然这个词的含义其实略有不同。你也不能继续把你的理论的真正基础称为假说，你将需要给它们重新命名，比如称它们为规则、定律或公理。

这恰恰就是牛顿在《原理》第二版中所做的事情。他区分了两个方面的内容：一是哲学中一般的逻辑-形而上学的（logicometaphysical）推理规则、运动的公理和定律，二是被牛顿称为现象的实验或观察数据及其直接推论。这也就是牛顿向科茨解释的事情，他说：“如同在几何学中，‘假说’一词并不含有这样广泛的含义，足以把公理和公设都包括在内，所以在实验哲学中，它也并不含有这样广泛的含义，足以把那些被我称为运动定律的基本原理或公理都包括在内。这些原理从现象中推出，通过归纳方法使之成为一般，这是在这种实验哲学中一个命题所能有的最具说服力的证据。我这里使用的‘假说’一词，仅仅是指这样一种命题，它既不是一种现象，也不是从任何现象中推论出来的，而是一个没有任何实验证据的臆断或猜测。”于是，为了把意思表达得足够清楚，牛顿指示科茨加入那段著名的话：“因为凡不是从现象中推论出的，都应称其为假说，而这种假说无论是形而上学的还是物理的，无论是关于隐秘性质的还是关于机械性质的，在实验哲学中都没有位置。在这种哲学中，特定的命题总是从现象中推论出来的，然后再通过归纳使之成为一般。物体的不可入性、可运动性和冲力，以及运动和引力定律，都是这样发现出来的。对我们来说，能知道引力确实存在，并且按照我们业已说明的那些定律起着作用，还可以用它来广泛地解释天体和海洋的一切运动，就已经足够了。”“假说，无论是形而上学的还是物理的，无论是关于隐秘性质的还是关于机械性质的……”，我必须承认，到目前为止我尚未完全弄明白牛顿所说的“形而上学假说”是什么意思，它也许是指亚里士多德或开普勒天文学中的“假说”，但更有可能是指笛卡儿所断言的从上帝的不变性推出运动的守恒。牛顿的“形而上学假说”肯定不是指上帝的存在及其在世界中的行动。拉普拉斯也许会把上帝称为一个假说——一个他并不需要的假说——但对于牛顿来说，上帝的存在是个不争的事实，所有现象最终都要通过它来解释。

“隐秘性质”可能是指炼金术的隐秘性质，我们知道，牛顿对此深感兴趣，并试图与他的朋友波义耳一起把炼金术转变成化学。《光学》（疑问集）中的一段话表明了这种解释，即隐秘性质并不像科茨在《原理》第二版序言中所暗示的那样，仅仅指笛卡儿的先入之见。科茨说：“那些人设想了一种完全虚构的、不能为我们的感官所感知的物质涡旋，宁愿求助于隐秘原因去解释那些运动。”

“机械假说”可能是指培根的假说，但更有可能是指笛卡儿和笛卡儿主义者的假说，牛顿有诸多理由可以反驳它们。首先，它们无法解释天文学现象，即开普勒定律。不仅如此——也许同样重要的是——机械假说是不虔敬的，根据牛顿的说法，它们会把上帝从宇宙中驱逐出去。

至于“物理假说”，我认为牛顿这里想到的是，他的万有引力理论被一些人频繁地曲解了，比如本特利和切恩，惠更斯和莱布尼茨，他们都把引力说成是一种物理的力，使之成为物体的一种本质属性，或者至少是一种基本属性——本特利和切恩是为了接受这一“假说”，惠更斯和莱布尼茨则是为了拒斥它。这种意义上的机械解释和物理解释，已然被视为无事实根据的错误虚构，甚至被视为无法容忍的谬论而从自然哲学中排除出去，因为引力不是一种“机械的”或“物理的”力。于是，“物理假说”成了最坏意义上的假说，牛顿当然很有理由拒绝杜撰这些错误的虚构。

既然如此，牛顿下面的做法就愈发有趣了。他把宇宙中心的静止不动，以及液体或刚性的球壳与实心的地球之间的等价都称为假说，当然，他这里取的是好的含义，或者至少也是好坏参半。在牛顿看来，这两个命题虽然看似合理，却仍然有些可疑。他无法证明其中任何一个，所以很诚实地称它们为“假说”。也许起初他觉得自己能够证明第二个假说，于是在《原理》的第一版中它是作为一个引理出现的。后来他发现自己没法证明它（后来是拉普拉斯找到了证明），所以在第二版中他又把这条引理变成了一个假说，即“假说Ⅱ”。至于第二版和第三版中的“假说I”，考虑到宇宙体系（太阳系）中心的静止不动，牛顿无疑相信它可能是完全错误的。

我想我们现在多少已经清楚了，牛顿所理解和使用的“假说”到底是什么意思。在《原理》的第一版中是取其经典含义，假说是作为理论的基本命题出现的；而在第二版中则相反，假说被当作一种虚构的东西，而且通常是错误的，或至少是一种未经证实的断言。牛顿的观点并不代表当时的普遍看法，科茨起初并没有理解它，就充分证明了这一点，不过可以把牛顿的观点解释为英国经验论传统，即培根和波义耳传统的终结。正如我所说，虽然形式并不很严格，但反假说的态度从牛顿最早的著作就已经表现出来了。现在我们把注意力转向这些著作，因为对它们的分析将会帮助我们理解实验在牛顿那里所扮演的角色。

1671年12月，牛顿把他在当年秋季自制的一架反射式望远镜送交皇家学会审查。12月21日，沃德（Seth Ward）提议选牛顿为学会会员，到了1672年1月11日，他正式当选为皇家学会会员。牛顿在18日写给奥尔登堡（Oldenburg）的信中，说明了他为什么要把一项哲学发现提交给学会，他并不故作谦虚，而是把它形容为“即使不是迄今为止在自然的运作方面所做出的最重大的发现，也是最奇特的发现。”

在这篇文章中，牛顿完全推翻了光学业已建立的最牢固的基础。他证明，颜色其实并不属于有色物体，而是属于光线；颜色并非光的改变，而是光线原初的固有属性；白光并非最基本、最单纯的光，各色光都由它从棱镜产生，而是一种由各色光组成的复杂混合物，各色光本来就存在于白光之中。这封描述其发现的信于2月8日被收到，然后19日被刊登在皇家学会的《哲学会报》（Philosophical Transactions）上，按语如下：

这是剑桥大学数学教授艾萨克·牛顿先生的一封信，内有他关于光和颜色的新理论：光不再被认为是相似的或者均匀的，而是由不同光线所组成，其中一些要比另一些更容易折射；而颜色并非从自然物体的折射中所导出的光的性能（一如通常所认为的那样），而是一种原初的、固有的、因光线而异的属性，文中举出了几项观察和实验来证明这种理论。

在致奥尔登堡的信中，牛顿讲述了这项发现的历史经过：

我在1666年初（那时我正在从事于磨制一些非球面形的光学玻璃）做了一个三角形的玻璃棱镜，以便试验那些著名的颜色现象……起初我看到那里产生的鲜艳、浓烈的颜色，颇感有趣；但经过较为周密的考察，我惊异地发现它们是长条形的；而根据公认的折射定律，我预期它们应该是圆形的。

正是这种“惊奇”促使牛顿进行实验和观察，从而建立了关于颜色的新理论，并把结果报告给了皇家学会。这里我就不再去描述牛顿所做的实验了——直到现在，全世界课堂上所做的还是这些实验；不过，把它们和它们的结构同波义耳和胡克的实验进行比较会很有趣，他们与牛顿同时（确切地说是稍早一些）研究了“著名的颜色现象”。

简而言之，它们的差异可以归结为牛顿的一个极为典型的特征：牛顿做测量，波义耳和胡克则不做测量。他们对鸟的羽毛、金属、云母的美丽颜色进行描述、赞美和解释——虽然胡克把云母片（他们叫“俄国玻璃”）和肥皂泡的颜色解释得相当出色，但并不是建立在测量的基础之上。牛顿则与此相反，他“起初看到鲜艳、浓烈的颜色，颇感有趣”，但却没有就此止步；在他看来，光谱的延长以及不同颜色在其中占据的不同位置才是这个现象更重要的特征。正是由于这种定量的研究方法——它超越了感官知觉——他才精确地测量了折射角，并发现“不同的颜色”与“不同的折射度”密切相关，而且颜色和折射度无论怎样都无法通过实验来改变，也就是说，无法被反射或折射所改变。对于这些实验的意义，牛顿是非常清楚的，尤其是那个某种单色光陆续穿过棱镜的实验，牛顿把它称为“判决性实验”（experimentum crucis）。让我们看看他是怎样得出结论的：

同一大小的折射度总是对应着同一种颜色，而同一种颜色也总是对应着同一大小的折射度。折射得最少的光线都倾向于呈现红色，反过来，凡倾向于呈现红色的光都折射得最少；同样，折射得最大的光线都倾向于呈现深紫色，反过来，凡倾向于呈现深紫色的光都折射得最大。此外对于连续系列中的所有中间颜色，也有各种居中的折射度与之相配。颜色与折射度之间的这种类比关系是精确而严格的；两条光线总是或者在这两方面完全一致，或者都按同样的比例不相一致……

事情既然这样，就没有必要再去争论黑暗地方是否有颜色，颜色是否是我们所看到的物体的性质，以及光是否可能是一种物体等问题。因为既然颜色是光的性质，并把光线作为它们完全而直接的主体，那么我们怎么能够设想那些光线也是性质呢，除非一种性质可以是其他性质的主体并且可以承载它；这实际上就应称之为实体。如果不是由于物体的那些可感性质，我们就不会知道它们是实体，而当现在由于别的什么东西而发现了可感性质的主体之后，我们就很有理由认为它也是一种实体。

此外，谁曾想到任何性质是一种异质的聚集，如同我们对于光所发现的那样？但是，要想更确切地判定什么是光，它怎样折射，还有它是通过什么方式或作用在我们头脑中产生颜色的感觉印象，这都不是那么容易的事。我不想把推测和既已确定的事实混淆起来。

于是对牛顿而言，那个著名的争论问题（question disputata）——光到底是一种实体还是仅仅为一种属性——似乎已有定论：光是一种实体。它甚至还是一种物体，虽然牛顿——这是胡克等人注意不到的——没有直接把它说出来。牛顿当然相信这一点，但他认为自己还没有证明它：“物体”和“实体”并不是相同的概念。

在我看来，牛顿的实验结果有助于我们理解实验的结构。它们以公理化的方式预设了一种数学的自然结构，旨在把纷繁复杂的经验现象厘清，查明或孤立出其真实的简单组分。牛顿的实验并不把确立现象之间的数值关系或函数关系当作目的，而是要去揭示它们真正的充分原因。

牛顿的“关于光和颜色的理论”的出版引发了一连串极为有趣的争论。唉，可惜这里没那么多地方来讨论。巴蒂斯（Pardies）、利努斯（Linus）、惠更斯，特别是胡克，都反对牛顿的新“假说”。他们认为，如果每一种光线都被赋予了特别的颜色，那么这就意味着颜色的种类近乎无穷。不仅如此，胡克还暗示，牛顿的实验（在他看来）实际上没有什么新东西，牛顿所有的实验，甚至是其“判决性实验”，都没能证明牛顿关于“光是一种物体”的假说，而这却可以用胡克在《显微图谱》（Micrographia）中所提出的假说同样好地解释，即使不是比牛顿更好的话。这种假说把光看成一种以无限大的速度在以太介质中传播的波动或脉冲，这种脉冲在白光情况下是直的，也就是与传播方向垂直，而在单色光情况下则是倾斜的。或者，甚至可能有“两三种其他[假说]非常不同于”牛顿和胡克的看法，却同样可以解释这些现象。

牛顿对胡克攻击的回应非常奇特。他当然否认自己提出了一种假说：他所提出的只是一种理论。牛顿批评胡克（a）把一种不是他提出的假说，即光是一种物体（难道他没有说“也许”吗？）强加给了他；（b）不理解他自己的（胡克的）假说非但不能解释光的直进现象，而且也是被牛顿的判决性实验否证的诸多假说之一。

显然，牛顿的话既对又错，甚至有点不公平——说他错和不公平是因为，不要说胡克，没有人能不附带“可能”或者“也许”就提出一个假说的，至少也要在头脑中带上，而这也正是牛顿批评那些使用假说的人的原因。于是我们不能否认——胡克在这一点上非常正确——牛顿在给皇家学会的信中，实际上是提出了一个关于光的物质性的假说。不过牛顿也有对的地方，即虽然他暗示光线是物质性的，却并没有把这种设想当成一个理论基础。这与笛卡儿和胡克相反，笛卡儿把他的光学建立在预设的并且彼此不相容的假说之上，而胡克则把他的光学基于一个错误的假说，整部《显微图谱》中充斥着他根据需要而特设的各种假说。

牛顿并不否认他的实验可以同时被若干机械假说所解释，因此，他并没有提出任何假说，而只是详细阐述了一种严格遵守可证实——和已被证实——的东西，即折射度与颜色之间密切联系的理论。他的理论暗示，甚至可能提出，光的粒子性是非常正确的。但这是完全正当的，因为这个假说（如果希望它是假说的话）是作为实验数据的结果，而不是作为某种已经得到证明的东西而提出的，所以并不构成理论必不可少的一部分。

我们知道，牛顿不“涉足猜测”。于是很有意思，牛顿说如果他也可以提出假说，那么他的做法一定会与他所尊敬的朋友胡克有所不同，而且方法肯定要出色得多。胡克对光的微粒说的敌意是牛顿所不理解的，牛顿本人对光的波动说并没有太大敌意，事实上，这两种假说他都需要。如果他要构造一个假说，他会开始积累事实亦即实验数据，以把它的假说“奠基于”现象和严格的测量之上，然后假定光线是由极小的微粒构成的——按照牛顿的说法，这一假定是解释光的直进现象所必需的。然而除了这个微粒假说之外，牛顿还会再补充一个假说，即存在着一种以太介质，这些光微粒在其中激发出不同“大小”的振动或波动，其“大小”取决于光的不同颜色。牛顿会用这两种假说来完整地解释折射、反射和薄片的颜色。因此，他实际上是综合了这两种看法，这种方式在他给胡克的答复中就已初见端倪。

1675年，牛顿发现“一些大师（virtuosos）的头脑中……处处萦绕着假说”，情况是如此严重，以致当他“抽象地”谈论光的时候，没有人能够理解他说的是什么，而当他补充了一个假说以使理论变得更加具体之后，他们立刻就明白了——“就好像我的论文需要假说来解释一样”，于是牛顿交给奥尔登堡即皇家学会一篇很长的论文，其中包括那篇“用于解释在我几篇论文中所谈到的光的性质的一个假说”。他特别指出，他提出这个假说只是作为对理论的一个“说明”，即使它看似正确，他本人也并不这样假定。这意味着，虽然他相信自己的观点是正确的，但他知道自己还不能证明。牛顿告诉我们：

假定[牛顿喜欢“假定”（supposition）这个词；假定不同于假说，我们当然有权去做假定]……存在着一种以太介质，它的构成大体与空气相同，但却远为稀薄和精细，而且更有弹性……

假定以太像空气一样是一种能振动的介质，只是它的振动要远为迅速和微小；人们通常说话的声音所产生的空气振动，前后两个之间的距离要大于半英尺或一英尺；而以太振动的间距则要小于十万分之一英寸。而且由于在空气中的振动有大有小，而快慢却没有什么差别……因此我假定，在以太中的振动大小不同，而快慢相同。

还应当假定（Birch，p.255），“光与以太是相互起作用的，以太使光发生折射，而光使以太发热；而且越稠密的以太起的作用也越强”。事实上，由于以太并非均匀，而是密度有所不同，光线将被较密的以太向较疏的一边推压或挤压，从而向较疏的以太偏折。如果假设光是斜向透过越来越稠密的连续介质层的话，那么这一过程可以解释折射和全反射，甚至只要我们承认以太流大体上与流体类似，它还可以解释一般的反射，这是由于以太流“在其表面附近不像内部那样柔顺”，因此，光线有时无法穿透反射物体“更为刚硬的”以太表面。

还必须进一步假定（Birch，p.263）：“虽然光的运动不可思议地迅速，然而为光线所激起的以太的振动却要比光线本身的运动快得多，所以它们会一个接一个地赶上并超过光线。”这使我们能够解释半反射现象和薄片的颜色：穿透第一个表面的光线在通向第二个表面时被以太波赶上，于是“就在那里发生了反射或折射，具体情况依赶上它的是以太波的稠密部分还是稀疏部分而定”。

正是利用了这种综合了微粒与波动两方面内容的假说，牛顿才成功地研究了现在以他的名字命名的环和格里马尔迪发现的光的衍射。

牛顿自己是这样说的：

我假定光既不是以太，也不是它的振动，而是从发光物体传播出来的某种不同的东西。

接着他提出了两种可能性。他首先说，

如果人们愿意，可以想象它是逍遥学派所说的各种性质的集合体。

显然，这不是牛顿自己的观点。接着他又介绍了另一些人的观点（其中无疑包括牛顿自己的观点），

他们设想光是一群小得不可思议的、大小不同的、快速运动的微粒，它们从远处发光体那里一个接一个地发射出来，但在相继两个之间我们却感觉不到有什么时间间隔，它们为一种运动本原所不断推向前进，正是这种运动本原在开始时使它们速度得到增加。

牛顿又进而明确指出，只要能够给出一种定量标准，任何种类的假说都是可行的。他用一种微粒（沙粒）和一种波（水波）来说明这一点：

为了避免争论，并使这个假说的讨论更加普遍，每个人在这里愿意讲什么就讲什么；不过我认为，无论光是什么，它总是由一些互不相同的光线所组成，这些光线的大小、种类或活力都依所处环境的不同而不同；就像海边的沙粒，大海的波涛，人们的面容，以及其他一切种类相同却彼此存在差异的自然事物一样。

在1704年出版的《光学》中，牛顿似乎已经放弃了他曾经在其假说中提出的综合理论，他并没有用以太来解释折射和反射。在解释折射时，他求助于一种迫使物体（光微粒）偏向折射面的（吸引）力；而关于反射，他只是告诉我们，“光线的反射……是由一种均匀弥散在[反射体]表面的力量实现的，这种力量使得反射体不与光线直接接触就能作用于它”。甚至在处理半透明现象和牛顿环现象时，他也很谨慎地避免提及以太，而只是说“每条光线透过任何折射面时，都会处于某种暂时的状况或状态，这种暂态会在光线的行进过程中以相等的间隔恢复”，因为当光线透过镜片时，“它被某种从第一个镜片表面传到第二个镜片表面的作用或倾向影响了”。牛顿把这些状况或状态称作“易反射猝发”（Fits of easy Refexion）和“易折射猝发”（Fits of easy Transmission），它们的存在并非假说。和往常一样，他说自己“不会去追问，使光线进入这些状态的到底是一种什么样的作用或倾向”。

那些除非用假说来解释就不愿接受任何新发现的人，现在可以认为，既然石块落到水中会使水荡漾，物体相撞会在空气中激起振动；那么当光线射到折射面或反射面时……也会在折反射介质或物质中激起振动……这种振动的传播方式很像引起声音的振动在空气中的传播，而且其运动比光线更快，从而能够超过它们[产生猝发]。

然而牛顿又加了一句，“这个假说是对是错，我在这里不做考虑”。

我们又一次看到了牛顿对能够证实和无法证实的东西所做的严格区分，以及对怀特海所说的“具体性误置”（misplaced concreteness）的厌恶。

牛顿在《光学》英文第一版（1704年）结尾所增补的疑问中甚至有过之而无不及。在那里，牛顿完全放弃了对自己的假说正确与否所一贯持有的中立或漠不关心的态度，声称只有通过那些不可或缺的假说，他的理论才能被更好地理解。不过他这里使用的并非“假说”一词，但他确信自己所提出的假定无疑是正确的，于是他就用一些等价而方便的修辞性疑问句来表达自己的看法：“物体对于光难道没有超距作用吗……？”“这种作用，当其他情况相同时（ceteris paribus），难道不是在距离最小时最强吗？”（疑问1），或者“难道物体和光彼此不发生相互作用吗（疑问5）？”

后来，牛顿在《光学》的拉丁文版（1706年）和英文第二版（1717年）中又补充了一些疑问。他仍然没有直接说出自己的真实观点，而是继续使用一些等价而方便的修辞性疑问。他问道：“暖地方的热难道不是由一种远比空气更为精细的介质的振动穿过真空传过去的，而这种介质在空气被抽出后仍旧留在真空中？这种介质不就是光赖以折射和反射……并使光处于易反射猝发和易折射猝发状态的那种介质吗？”

疑问中充斥着这类修辞性疑问。如果我们事先不知道牛顿从不做假说，我们很可能会误把它们当成一个令人兴奋的假说集，这些假说大胆而有影响力，其数量也多得近乎奢侈。当然，那样一来我们就错了，假说在牛顿的哲学中是没有位置的。必须记住，这一点是牛顿在“总释”中明确告诉我们的。不过，这一点在疑问28中也有清楚的说明，该疑问是最先被收入《光学》拉丁文版（1706年）中的疑问之一，然后又被收入英文第二版（1717年）。牛顿在其中说，他本人的观点其实与古希腊和腓尼基的那些哲学家的观点相同，他们都承认虚空和非机械的原因。可惜，

后来的哲学家们都把对这样一种原因的考虑排除在自然哲学之外。为了机械地解释一切事物，他们就杜撰了一些假说，而将其他一些原因交给形而上学去解释。然而自然哲学的主要任务是不用杜撰的假说而是从现象来讨论问题，并从结果中导出其原因，直到我们找到那个第一因为止，而此原因一定不是机械的。

上述文本为我们理解“总释”的结尾提供了一个独特视角。在那里，牛顿先是声明他还没有发现重力的原因，而且他也不杜撰假说，然后牛顿告诉我们：

现在我们不妨再谈一点关于能渗透并隐藏在一切粗大物体之中的某种异常微细的精气；由于这种精气的力和作用，物体中各微粒在距离较近时能相互吸引，彼此接触时能黏连在一起；带电体的作用能够延及较远的距离，既能吸引又能排斥周围的微粒；由于它，光才被发射、反射、折射、衍射，并能使物体发热；而一切感官之受到刺激，动物肢体在意志的驱使下运动，也是由于这种精气的振动沿着神经的固体纤维，从外部感官共同传递到大脑，并从大脑共同传递到肌肉的缘故。但是这些都不是用寥寥数语就可以讲得清楚的事情；而要精确地得到和证明这些电的和弹性的精气作用的规律，我们还缺乏必要而充分的实验。

那么显然，要承认虚空、原子、以太精气以及非机械力的存在，并不是说要去杜撰假说；而假设空间的充实、涡旋以及宇宙中运动的量的守恒，却反倒应该由于使用这种方法而受到责备。随着牛顿走向生命的尽头，“假说”这种表述似乎成了一个类似“异端”那样的古怪术语，我们从来都不把它用于自己，而只用于别人。我们不杜撰假说，我们不是异端。是他们，培根主义者、笛卡儿主义者、莱布尼茨、切恩以及其他人——是他们杜撰了假说，他们才是异端。