希腊的自然哲学和宇宙论
一、 希腊人的新问题和新解答
从公元前第六世纪起，希腊人开始对世界产生了全新的问法。他们问：「世界是由什么构成的？其构成成分是什么？如何构成？如何运作？」、「世界是由一种成份或多种成份构成？」他们也问「整个世界的形状如何？位置又如何？」并寻求去了解「变化的过程」：物质的「出现」(come to being)与一种物质如何会转形成另种物质？这些问题乃是人类首度走出神话与巫术的窠臼，而进入科学的领域中。提出这些问题的人被公认为人类历史上最早的（自然）哲学家。
这些最早的哲学家不只提出一组全新的问题而已，他们也提供了全新型态的解答。自然不再如神话和巫术所认知般地拥有人性，自然现象也不再是神灵或精灵的活动与发号施令，自然只是纯物质的、无生命的、根据自己的天性(nature)而运作。除了世界的构成成分之探问外，他们也考察一些特殊种类的现象，如地震和日蚀，并尝试不诉诸任何神灵来说它们的成因。Anaximander 判定日蚀乃是天火环的缝隙阻塞(the result of bolckage of the apertures in rings of celestal fire)的结果。Heraclitus 则认为天体是充满大火的天球(bowls)，而日蚀是当天球的开放转向我们的结果。他们两人的观点不算精致（五十年后的Empedocles 和 Anaxagoras 则理解到日蚀乃是由于宇宙阴影(cosmic shadows)所造成的。）但在排除神力上，跨出了重要的第一步。他们的说明完全是自然的：日蚀没有反映出个人的偶发念头或神明的幻想，单只由于炽热的火环或天球之本性。
总之，哲学家的世界乃是一个有秩序的、有规律、根据其构成物质的本性而稳定运作的世界。反复无常且充满神灵干预的世界图像已被搁置。秩序代替了混沌。这些哲学家引入的思考方式，被亚里士多德称为 physikoi 或physiologi 因为它们在探讨 physis （物质自然）的「自然逻辑（法则）」。
二、 终极实在与生成变化
早的希腊哲学家们出现在小亚细亚西岸的爱奥尼亚地区(Ionia)。希腊人早已在此处建立了殖民地。最初的三位均米勒都(Miletus)城邦的人士，故又被称为米勒都学派。
1. Thales: 来自繁茂商业城邦米勒都的成功商人，开启了哲学与科学传统。
l 据说预测过一次日蚀。
l 能决定一艘船离海岸的距离。
l 从埃及人那儿带回几何学，并且发现了几个几何定理。
l 他宣称世界的根本成分是水。
l 根据希腊历史学家的说法，除了世界的由水构成的宣称之外，他的成就都是旅行中得到的。
宣称世界是由水构成的，蕴涵了革命性的心灵转变：
l 使用cosmos 来称呼宇宙或世界。意谓 ordered, rational, reasonable, comprehensible world，对所有现象可以有一个自然（而非超自然）的说明[1][1][1]。
l 要理解自然，吾人必须认识它的本性(nature)，而且这个自然可以被解释为物质的。
l 泰利斯和其后继者除了接受单一的东西构成宇宙外，这基本的物质成分会转变成多样其它东西而造成了宇宙的复杂性。（这也是哲学上著名的「一」与「多」的问题。）
早期的希腊哲学家都关心「出现」(coming into being)与「消逝」(passing away)，意谓变化、生成、打断、生与死、运动。他们没有区分各种不同种类的变化，在日后导致深奥的哲学问题，却也造成科学上的不便，但他们对这问题本身的强调最为重要。
泰利斯想象地球是一个平碟，像一片木块般地漂浮在水上，或者像植物从水中长出。他选择水作为宇宙的根本原质(principle，最初的意思即是「原质」)与事物的成份，或许是因为水是生命的必需品。或许因为水也能变成固体和气体。或许也因为水是液体的总称，而整个地球上拥有最多的液体。但是，他似乎没有思考水如何以及为什么变成其它实体。
2. Anaximander: a pupil of Thales
首度想回答宇宙的构成原质如何转变成其它物体。
l 宇宙是由无界限者(the boundless; apeiron)构成的，无界限者是共相的、永恒的、不变的、不受限的、不可知觉的，不是物质实体，但从无界限者中，可以导致其它事物的各种属性。
l 首先，无界限者产生对立的事物，因其行动倾向而分离。无界限者首先因热和冷的行动突然地形成火环，外部热（火）、里面冷（气），更里面则是土(the earth)。但这热和冷又是怎么产生的呢？ Anaximander 似乎没有交待。
l 土一开始是湿的，被火烤后变成干的，因而留下四种环：热（火）、冷（气）、湿（水）、干（土），这些质性(qualities)和实体(substances)往后的二千年间，被接受为自然的根本元素和根本性质。
l Anaximander 为何选择这无界限者来称呼构成世界最基本的元素呢？而不是常见的某种元素呢？可能是因为他质疑他老师的观点：如果世界的根本元素是水，那火是如何诞生的？为何水能灭火？而火能烤干水？这形成了最早的「理性批判」。
l 天体的起源：火环的裂隙才使我们看到太阳、月亮和诸星星。太阳环有地球的二十七倍大；月亮环则有19倍；星星环则是地球的九倍。地球的形状是圆柱体形，位于天体火环的中心地带。天体的形状本身不重要，重要的是 Anaximander 把天体本性的思辨为可能且可行──天体不是神明的两轮战车，而是可以测量的物质体。
l 人类最初是由生自某个不同的动物物种，经过长时间的发展使他们变成人类。这当然不是说 Anaximander 已经提出了演化论，但至少显示长期希腊哲学家已经思索了人类起源的问题。
3. Anaximanes （比泰利斯小四十岁）：
l 确认恒星(stars)与行星(planets)的差异。
l 拒绝无界限者，因为它缺乏可指认可描述的性质。换言之，我们无法明确地指认或描述「无界限者」为什么样的物质。Anaximanes另找了一种元素──气(air)或蒸气(vapor)──来作为构成宇宙的基本成份。
l 气是不可见的原质。表面上，这是回到泰利斯较素朴的宇宙观，实则不然。因为，首先，气可以描述和指认，而且变动不定，符合「无界限者」的「不限定」之特性；提供了气如何变成其它物质的说明。
l 他认为气稀化就会变热，因而转成火；气，凝缩则变冷而转成风、云、水、土和石头。稀化和凝缩被认为是以「量」来解释「质」的尝试──气的份量少则会产生热性质；份量多则产生冷性质。而我们张口呼气时，气是暖的；闭口吸气时，气是冷的──这是 Anaximanes 所提出的经验证据。因为气总是在运动着，所以变化是一个永远会出现的可能性。
l 气也是呼吸，也就是生命。他以「气」作为原质的想法，可能是来自这个灵感。
l 地球是扁平的，像一片叶子般飘浮在气中。彩虹则是阳光落在无法穿透的云层上所形成的。
4. 毕达哥拉斯学派 (530 B. C.；Anaximanes 之后二十年左右)：一个半宗教、半哲学的派系，出现于希腊东方，南意大利地区和西西里岛。他们是理性论者，而非唯物论者。对宇宙的物质成分没什么兴趣，对存在和变化的本性这种深奥问题的兴趣较大。他们是一个具神秘性的修行团体，相信灵魂不朽与转生(transmigration)──即灵魂会从一个肉体迁移到另一个肉体。他们对希腊思想（哲学和形上学，特别是柏拉图深受毕氏学派的影响）的发展有很深的影响。他们主张数目是理解宇宙的关键。
l 所有的数目都可以由1建立起来，所以宇宙是1。
l 1是一点、2是一线、３是三角形、４是四面体。（另一个解释是1是点、２是线、３是面、４是立体）数目可以用小石砾来表征。所以，固体能由数来建造(built up)。或者说，数乃是一种物质体。
l 弦的长度和数目间的比例有关。因此数也相关了音乐。
l 毕氏学派将数和各种人事一一配对，譬如「正义」(justice)是4，因为4是第一个平方数（２的平方）；婚姻是5，因为男人是3而女人是2。机运(opportunity)则是7。（想想西方文化把7视为幸运数）。
神圣图形、正方形的数目、长方形的数目。
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l 发现了直角三角形的斜边平方等于另两边的平方之和。而且直角三角形的斜边和其它任一边是「不可共量的」(incommensurable)（即不可形成比例数 a:b或a/b。换言之，如果斜边长是a，其它边长是b，则a/b是个无理数(irrational number)。）
5. Heracleitos 和 Parmenides 的形上学思考：世界究竟是不断地变化或者不变的存有（变化只是假像）？
6. Empedocles因应上述的哲学反省，想回答存在与变化之间的问题。
Empedocles 生活在西西里岛。他相信知识有用，始终强调理解自然的重要。他在一首《论自然》的长诗中提出他的观念。
l 最初，有一个球形宇宙，充满四种「事物之根」(roots of things)：火、气、土、水。今天我们称作「元素」。它们恒久地存在，而且所由的事物都由它们而被创造出来。
l 存在两种力量：爱(love)和恨(hate)。爱使元素结合在一起，而恨使它们分离。爱的力量稍微强一些，但恨对变化和运动而言是必要的。
l 除此之外，Empedocles也作了天文学的思辨。他认为月光来自太阳，太阳和月亮绕地球旋转；日蚀则是由于镜形的月亮通过太阳和地球之间而造成的；天空的穹窿是一种透明的结晶球体、它带动星体旋转，而地球则在中心保持静止。这个观点影响了日后的亚里士多德。
7. Leucippus & Democritos: atomic theorists。德谟克利图宣称路西帕斯是他的老师，但是后者的工作十分模糊，没人知道他作了什么。所以，严格说来，德谟克利图是第一个原子论者。
l 只有两种真实：原子和虚空(void)。原子论必然需要真空的存在。
l 德谟克利图的原子有很多不同的大小和形状。每个实体有它自己特别的原子。像火的所有原子都是球状的，因为它们不可再分割，所以，它们永远是火且永远是球状的。
l 所有的原子都在运动着，一种散漫且永恒的运动，就像光线下的灰尘一般。运动使得原子互相接触，虽然运动是散漫的，但是某些原子会特别偏爱另一种原子结合。（很像今天的化学分子）
l 这是一种不折不扣的唯物论。完全没有任何力量导致原子运动，纯粹只是散漫碰撞。而人的心灵或灵魂也是物质的，感觉和梦是由于原子的冲击才产生的。
Democritos 的原子论在其后的两三百年的自然哲学家之间并不流行，一直到现代（十七世纪）才能受到赞赏。虽然十七世纪之后的原子论和他的学说已经大不相同。
三、 柏拉图的宇宙模型
柏拉图在〈迪美吾斯篇〉(Timaeus)中提出了一个自然哲学和宇宙模型。由于柏拉图宣称〈迪美吾斯〉的内容只是一个「可能的故事」，以致有一些哲学家把它看成是神话而不予重视。其实柏拉图的自然哲学和宇宙模型也是一个具有价值的古代科学理论。
在〈迪美吾斯〉中，柏拉图热切地反对先苏时期自然哲学家的唯物论式的物理学(physikoi)，他认为一个没有神性的世界是危险的。柏拉图当然不是想恢复那个奥林匹斯山诸神随意干预自然的世界，但是他深信宇宙的秩序和理性不能纯由物质的内在本性来说明，必须有一个外在的心灵。换言之，先苏的自然哲学家们认为 physikoi 揭开了physis 的秩序，柏拉图则主张是 psyche (mind)。
柏拉图把宇宙描绘成一个工匠神德米奥吉(Dermiurge)的制作品。德米奥吉是一位仁慈的工匠、理性的神明（事实上，就是理性的人格化）。德米奥吉不像犹太、基督传统的上帝，祂不是个无中生有、全能的创造神。祂并没有创造物质，相反地，祂必须努力克服物质的内在限制，以便尽祂所能地制作一个最善、最美、在理性知识上最令人满意的宇宙。德米奥吉在最初的混沌之中，填入毫无形式的物质，再依据祂内心的理性计划而建构一个有秩序的宇宙。
德米奥吉是纯心灵吗？有没有（物质）身体？不是另一种理性生命？或者是宇宙自己的「内在秩序」之形象化？这些问题柏拉图并没有告诉我们，但可确定的是祂是超自然的、存在于祂所建造的宇宙之外，因此祂并不是宇宙自己的「内在秩序」。祂之制造出有秩序的宇宙乃是将「理型」或「形式」赋加在被动的纯粹物质之上。
德米奥吉不只是个理性神明而已，祂还是个数学家。祂根据几何原理来建构宇宙秩序。柏拉图认为 Empedocles 的四元素(roots)乃是不同的几何三角形构成的。一个二度空间形状的三角形当然没有形体可言，但把几个三角形组合起来就可以建构三度空间的立体元素。在柏拉图时代，人们已经知道五种规则的几何固体：
a. 四面体：the tetrahedron (four equilateral triangles)
b. 八面体：the octahedron (eight equilateral triangles)
c. 立方体：the cube (six squares; one square consists of two triangles)
d. 十二面体：the dodecahedron (twelve pentagons; one pentagon consists of three triangles)
e. 二十面体：the icosahedron (twenty equilateral triangles)
柏拉图进一步将四种元素和诸形体联结起来。火是四面体，因为它最小、最尖锐、最具可动性；气是八面体；水是二十面体；土乃是最稳定的元素，故是立方体；至于十二面体最接近圆形，所以它代表宇宙做为一个整体。
这个理论有三点重要的特色：首先，它可以说明变化和歧异。诸元素能以不同比例混合而产生物质世界的多样性。其次，它容许一种元素转变为另一种元素。譬如，一个水的微粒（二十面体）可以瓦解成两个空气微粒（各有八面三角形）和一个火微粒（四面体）。但土微粒则不可转变成其它元素。第三，柏拉图的几何微粒代表着朝向自然数学化迈出重要的一步。
柏拉图也提供了一个相当精致的宇宙模型。他主张地球是球形的，由球形天幕(spherical envelops of the heavens)所环绕着。他定义了天球上的诸种圆形轨道，标志了太阳、月亮和其它行星的路径。他也了解太阳公转的轨道（黄道）在天球中的位置，并且显示了黄道和天球赤道的关系。他知道诸大行星，也知道水星和金星总是不会离太阳太远。
最后，柏拉图认为宇宙是生物。因为德米奥吉「希望使世界尽可能地最像可理解的事物，在每一方面都是最好的和最完美的。因此把世界塑造成单一可见的生物。」可是，如果世界是一个生物，它必定要拥有魂(soul)（世界魂）。而且位在宇宙的中心。德米奥吉因此「设立一个魂，而且让它扩张到整体，并使外围的物质包裹着世界魂。所以，德米奥吉建立一个单一的世界，圆形的，而且以圆周运转（因为圆形是最完美的形状）。它孤独地存在，毋需同伴，自己可以自满自足。这世界魂乃是整个世界的一切运动变化的最终原因，正如人类的灵魂乃是人体一切行动或运动的原因。因此，柏拉图笔下的宇宙是个活生生的宇宙，理性弥漫各处，而且充满着目的与设计。
当然，神明也没有缺席。有德米奥吉，世界魂也有神性。但柏拉图的神明绝不会打断自然的过程。相反地，神明反而是自然的规则性和稳定性之保证。柏拉图重新把神性引入世界中，并不是回到无法预测自然变化的神话时代，刚好相反，神性的作用恰是为了保证世界的可预测性，并且用来说明宇宙的合理性与秩序。
四、 亚里士多德的宇宙模型
亚里士多德拥有一个非常庞大的、融贯、且几乎涉及每个主题的自然哲学理论体系。但在此，我们只打算考察他的宇宙模型。至于他的其它科学：如物理学、生物学等等，我们留待中世纪科学时再来考察。
亚里士多德的宇宙是由多壳层的同心球体构成的（像一个球形的洋葱一般），在中心地带是地球。外围则是多层天球，它们均有一共同的球心，也是地球的球心。亚里士多德将宇宙划分成上下两个区域，以月亮所在天球壳层为分界限。在月亮壳层之上的是「天体区域」(celestial region)或「超月区域」(supralunar region)，在月亮壳层之下的是「尘世区域」(terrestrial region)或「月下区域」(sublunar region)。月下区域的特征是诞生、死亡、所有物种的短暂变化；天体区域的特征则是永恒不变的圆周循环。
月下区域由四种元素构成的：土、水、气、火。亚里士多德虽然同意柏拉图的主张说这些元素可以化约成更基础的东西；但他不接受柏拉图的数学化倾向，所以拒绝它们可以化约成几何固体和三角形。他由可感质性(sensible qualities)的方向来考察这四种元素（显然这建立在他的「实体－属性」(substance-attributes)之逻辑和形上学架构上）。四种主要的可感质性乃是热、冷、干、湿。这四质性和四元素可以用下列的方形图来表示：
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也就是火是「既干且热」；气是「既热且湿」；土是「既干且冷」；水是「既湿且冷」。这四种元素和质性也可以互相变化：加热水会让冷水变热并且转化成气；火变干且冷却下来，就会得到灰烬（土），如此等等。显然，这个系统可以轻易地说明状态变化。
除了冷、热、干、湿之外，四元素还有重和轻两种质性。土和水有「重性」，土最重、水次重；气和火则「轻性」，火最轻。「轻」(light)也蕴涵了「浮躁、善变」(levity)，这是一个绝对的性质，而不仅是相对地「重量」轻而已。既然土和水是重的，依它们的本性就会倾向聚集在宇宙的核心地带；气和火是轻的，依它们的本性就会倾向在宇宙（其实只是月下区域）的周边地带。如此依四元素的重性和轻性，一个理想的月下区域应该如下：
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但实际的宇宙并不是那么理想，而是有所混合。但基本上，土和水还是构成地球的主要元素，气和火（光是火的一种）则环绕在地球周遭。
月下区域由四种会生灭变化的元素构成的，这说明了地球上的种种自然现象之变化。但是，我们所观察的天空是永恒不变的圆周循环，如此，天空绝不是由尘世的元素所构成的。尘世元素的本质是短暂的升起衰落之直线运动。那么天空由什么构成呢？亚氏认为天空由四元素之外的「第五元素」(quintessence; the fifth element)构成的，又称作「以太」(aether)。以太比火更「轻」，事实上是「无重」且透明的固体物质，它们是构成天球且承载行星的唯一物质。
从巴比伦时代起，人们已经指认「七大行星」(the seven planet)：月亮、太阳、水星(Mercury)、金星(Venus)、火星(Mars)、木星(Jupiter)、土星(Saturn)。每个行星都依附在一个天球壳层(celestial shell)上，整个「天体区域」共有八层天球壳层，除了七大行星壳层外，最外层则是各恒星所在的壳层。这些壳层一层一层地紧密地贴在一起，完全没有缝隙，因此也不存在「虚空」(void; empty space)。整个宇宙的任何地方都必定充满物质。
对亚里士多德来说，物质（五种元素）并不是由细微质点所构成的，而是一个连续的整体，虽然我们经验到的尘世物质总是在混合的型态下出现。就算固体物质有空隙，那也必定充满气。这个主张实际上是为了对抗原子论的宇宙模型，亚里士多德设计了很多论证来支持他的主张。譬如一个论证是诉诸「运动比例」的论证。首先，任两个运动之间必有比例存在，也就是穿过一定空间所需的时间比例。再者，时间比例和媒介的密度比例相等，亦即物体穿过的媒介的密度大，所需时间长。如果媒介是虚空的话，则媒介和其它物体间就没有密度上的比例可言，因此穿过虚空的运动也和其它运动没有比例可言，违反一开始的前提。故虚空不可能存在。
最后必须一提的是亚里士多德的地球也是球形的，因为地球主要是土构成的，土根据其本性会向中心聚集，而且必定聚集成对称状，也就是球形。他甚至报导了数学家对地球圆周的估计，约相当今日数据的1.8倍。中世纪人士也接受了亚氏的自然哲学和宇宙模型。然而，在科学界却产生一个神话（或许是为了强调哥伦布为了证明地球是圆的而发现新大陆，以及哥白尼天文学的革命性与成就），以为古代人和中世纪人们都相信地球是平的。
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