工程哲學之力學應用

本書撰寫的宗旨，是透過使用西方基於字母拼音語言所塑造的線型思維循環：「對象-歸納-本質-演繹」，來統整古典力學所衍生之固體力學、流體力學、熱力學，以及相關的工程科學，證明西方各類科學工程知識均來自同一個思維循環，以達到透過掌握思維，來統御西方科技(STEM)的目標，降低學習西方科技的障礙，提升學習西方科技的效率，進而啟發科學創造力。

■ 本書特色

◆ 基於作者首創的思維循環理論，貫穿西方哲學與科學，統整眾多工程科學，為理解西方科技提供一個全新且全面的視角！
◆ 透過思維循環理論，說明啟發科學創造力的關鍵，正在於思維循環的掌握！

■ 序

中國航空航天之父錢學森晚年最關心的一件事，就是如何建立能夠培養科學創新能力的教育體系，經後人整理成為所謂的「錢學森之問」。自從西方人挾其船堅炮利入侵中國以來，一百多年了，歷經洋務運動、維新運動、五四運動，如何學習西方科學就一直是困擾中華文化的一個大難題，「錢學森之問」代表了其中最深沉的一面。

除了錢學森之問，另外還有一個更為有名的「李約瑟之問」。李約瑟是英國人，卻以研究中國科技史而聞名全球。李約瑟在他關於中國科技發展的系列著作中，提出了所謂的李約瑟之問：「現代科學為什麼沒有產生在中國」。中國在宋元時代科技領先全球，為何在近代，卻被西方所發展出來的現代科學全面超越，而出現了中國人竟然被迫使用長矛大刀，去對抗西方人使用的、由中國人自己所發明的長槍大炮，直接造成中國近代的百年恥辱。從此以後，學習西方科學就是中國救亡圖存最優先的目標。

西元1923年，北京大學教授張君勱，在清華作了一場名為「人生觀」的演講，強調人的自由意志非科學所能規範，引發了「科學與玄學」的論戰。當時中國頂尖知識份子幾乎全部參與，如科學派的胡適、丁文江；玄學派的張君勱、梁啟超。兩派儘管爭論激烈，卻共同承認：科學是客觀的、科學無國界、科學在追尋真理！甚至到了今天，很多兩岸讀書人依然毫不懷疑的接受這些觀點。

西方科學到底是不是客觀的？是不是無國界？是不是在追尋真理？讓我們來看看西方最偉大的科學家與哲學家是怎麼看科學。愛因斯坦說：「所有科學的目的是在協調、重整我們的經驗，並將其轉變成為一個邏輯系統」。顯然，科學並沒有在追尋真理，只是在建構一套邏輯系統。其次，愛因斯坦也說過：「我們習慣將不同人感覺相同的事視為真實，也就是客觀。自然科學，尤其是其中最基本的物理學，便是處理這種感官知覺的。」換句話說，科學面對的是感官知覺，與客觀毫無關係。另外，量子力學大師狄拉克也說過：「理論物理學唯一的目標，是要計算出能夠跟實驗比對的結果而已。此外，針對整個現象提出令人滿意的完整解釋，是完全沒有必要的。」狄拉克的話證明了百年來我們對於西方科學的認知完全錯誤！英國知名的數學家、哲學家懷特海說：「科學的目標是尋找複雜事實的最簡單解釋」。奧地利科學哲學家卡爾波普說：「科學理論不是確定的知識，而是大膽的假設。」薛丁格建構了量子力學理論中最重要的薛丁格方程式，他甚至說過一句話：「所有的科學均被文化所局限。」至此，我們終於明白，原來西方科學只是一種源自西方的「文物」。

我們對西方科學的無知如此之深，有一個根本原因來自於我們對西方哲學的深刻誤解。眾所周知，哲學是科學之母，對哲學的誤解就不可能產生對科學正確的認識。我們對西方哲學的深刻誤解，由「中國哲學合法性」問題的爭議就可以看出。「中國哲學合法性」問題是指中國到底有沒有哲學的爭議，這個爭議的主要源頭來自西方十九世紀最偉大的哲學家黑格爾。黑格爾說：「東方及東方的哲學不屬於哲學史」，並舉孔子為例：「在他那裡，思辨的哲學是一點也沒有的」。其它知名的哲學家如海德格、德希達等，均持類似的看法。

西元1917年，剛從美國哥倫比亞大學獲得哲學博士的胡適，來到北京大學任教，講授「中國哲學史」。兩年後，胡適將教材出版成為《中國古代哲學史大綱》一書。書中，胡適這樣定義哲學：「凡是研究人生切要的問題，從根本上著想，要尋一個根本的解決，這種學問叫做哲學。」1931年，同樣是新文化運動大師級人物的馮友蘭，出版了《中國哲學史》，書中，馮友蘭這樣定義哲學：「哲學是對人生的系統的反思。」基於兩位大師的定義，從此以後，哲學在中國就逐漸演變成為一門關於人生觀、世界觀、與方法學的學問。而且，馮友蘭在《中國哲學史》的第一章中，進一步表達了他對「中國哲學」的看法：「今欲講中國哲學史，其主要工作之一，即就中國歷史上各種學問中，將其可以西洋所謂哲學名之者，選出而敘述之。」從此，為了證明中國也有哲學，很多學者開始按照自己對西方哲學的理解，將中國思想進行肢解，然後硬塞進自己想像的西方哲學框架中，如概念、本體、存在等。將近一百年後，中國人對西方哲學的誤解，毫不意外的更甚於對西方科學的誤解。

要了解什麼是西方哲學，就要知道哲學（philosophy）這個字的由來。哲學這個字最早出自畢達哥拉斯，然而，這個字最早出現的卻是「哲學家」而不是「哲學」。在古希臘時代，畢達哥拉斯是一個長相俊美、身材健壯、口才一流、又充滿智慧的人，因而被人當成神膜拜。但他非常謙虛，總是說智慧是屬神的事，他沒有智慧，他只是一個喜愛追求（philo-）智慧（-sophy-）的人（-er）。換句話說，他不是神，只是一個哲學家，而哲學家從事的工作就稱為哲學。從此，philosophy在西方就被翻譯為「愛智」，其含意是「對智慧的愛」。這個「愛」是指「愛追求」，philosophy在西方遂指關於如何「追求」智慧的學問。然而，非常的不幸，在西學東漸的年代，philosophy竟然被一個日本人翻譯成「哲學」，更加不幸的是我國竟然毫不懷疑的引進。此後，philosophy在中國就被接受為「智慧之學」，因為「哲」就是「智慧」。philosophy的核心精神「愛追求」完全被排除掉，根本性的誤解乃完全無法避免。

哲學一詞雖然來自西方，但即便在西方，也不存在一個共同接受的定義。不過，二千多年來，西方的大哲學家所做的卻都是同一件事情。黑格爾曾經說過：「思想之思想出現時，哲學便從那裡開始。」人類的思想可以拿任何對象做為思考目標，不論是人生、宇宙、大自然，還是國家、社會與道德，但只有以思想自身為目標的思想，才能稱為哲學，因此，哲學才會是「思想的思想」。

在蘇格拉底之前，希臘已經出現過許多哲學家，其中也包括知名的畢達哥拉斯。但是，為什麼到了蘇格拉底才被稱為西方哲學之父？在古希臘的智者時代，那是一個詭辯橫行、思想混亂、邪說氾濫、是非不分的年代。為了力挽狂瀾、拯救雅典於沉淪，被認為也是智者一份子的蘇格拉底，從正名開始，思考如何才能建立超越個人感官、意見、認知的可靠知識，而把重點逐漸放在思維的釐清之上，因為只有經過了正確的思維，才會有可靠的知識，而不是各說各話。據此，蘇格拉底提出了他永垂不朽的貢獻：歸納法與概念論，從而被尊為西方哲學之父，因為他是第一個針對西方人如何思考進行思考的人。在蘇格拉底之前，所有的哲學家所思考的對象都是思外之物，而不是思維自身。根據蘇格拉底與黑格爾二位古今最偉大的西方哲學家的言論，我們可以完全確定，西方所謂的「哲學」指的正是：「正確的思維」，因為只有正確的思維，才是「追求」智慧的正道。

有了正確的思維，才能得到可靠的知識。在古希臘時代，可靠的知識稱為科學。換句話說，「科學」從頭開始指的就是「可靠的知識」，哲學也因此成為了科學之母。毫無疑問，要掌握西方科學，就必須明瞭西方科學背後的正確思維。如果無法掌握科學背後的思維過程，就無法理解科學如何產生，對科學造成深刻的誤解就必然無法避免。例如，相信科學在追尋真理，相信科學是客觀、無國界。

西方科學是目前全世界公認唯一的學術典範，這並不意外，因為西方科學背後所依據的思維過程，早在經過希臘哲學將近二百年的發展中被釐清。希臘哲學起源於希臘字母拼音文字，並形成「對象—歸納—本質—演繹」的線型式思維循環。文藝復興之後，西方人將此一思維工具應用到各特定領域，而建立了各種相關的分科之學，即現代西方科學，讓西方人得以統治世界數百年，並進一步讓世人引為探索世界、建構知識的唯一標準化工具。

我國知識體系的建立走的則是另外一條截然不同的演化之路。基於漢字，國人的思維方式為「對象—類比—特徵—關聯」的圖象式思維循環。西風東漸之後，由於救亡圖存的迫切需求，促使我們期待快速而且全面性的引進西方科技。不幸的是，由於我們完全不了解中西思維方式的根本不同，誤以為西方科學思維為人類的唯一，因而陷入既不知己、又不知彼的困境，造成了長期而且重大的思想障礙，以致於學習西方科學淪為只剩下知識的學習，渾然不知科學知識背後的思維過程，以致於科學創造力的開發長期不彰，至今猶然。

突破困境的核心關鍵，在於科學教育中，必須將科學知識背後的思維過程一起包含在內。要達到這個目的，必先說明中西思維方式的根本差異，讓學生徹底了悟，從而完成必須的思想轉換，實現知己知彼。再透過希臘哲學的發展歷史，呈現西方思維工具從出現、到成熟的逐步發展過程，及其在西方各門科學體系建構中所扮演的角色。

這正是本書撰寫的核心宗旨，透過希臘哲學發展史，來說明西方線型思維循環的出現、發展與成熟。使用西方基於字母拼音語言所塑造的線型思維循環：「對象—歸納—本質—演繹」，來說明物理學中三大力學：牛頓力學、量子力學、相對力學的基本思維過程，進而統整牛頓力學所衍生之固體力學、流體力學、熱力學，以及相關的工程科學，來證明西方各類科學工程知識均來自同一個思維循環，以達到透過掌握思維，來統御西方科技的目標，大幅降低學習西方科技的障礙，迅速提升學習西方科技的效率，進而全面啟發科學創造力。

為了避免失去焦點，本書謹以牛頓力學及其工程應用為標的，排除電磁學、量子力學、相對力學的所有相關工程應用。因此，本書名為《工程哲學之力學應用》，主要探討的對象為在古典物理學中，牛頓力學與熱力學所延伸出來的固體力學、流體力學、熱力學，及其相關應用的土木、機械、造船、航空的各類工程學。本書將使用西方線型思維工具，貫穿古典工程學各個領域，提供一個一致性的說明，透過具體應用的工程目標，呈現西方哲學思維的應用示範，展現思維工具的掌握才是科學創造力的來源，為錢學森之問提出一個可能的答案。

具體而言，工程知識既不偏向純粹的科學，也不偏向純粹的實際，而是兩者的有機結合，一般稱之為工程科學。工程科學要運用科學知識來解決實際工程問題。因此，工程科學不同於科學，因為每一個具體的工程應用都各不相同。例如，同樣都是力學，當應用於橋樑、機械、汽車、輪船、飛機、火箭等不同領域時，都需要因應特殊需求而建立不同形式的相關力學與工程學。

根據哲學的定義，工程哲學就是針對工程科學的哲學思考。如果哲學就是正確的思維，則工程哲學就是關於工程科學的正確思維。換句話說，工程哲學就是針對工程應用領域，如何使用科學理論，來完成應用目標的正確思維方法，因此，關於工程科學的正確思維就是工程哲學。所以，「哲學是科學之母」，而「工程哲學就是工程科學之母」。

綜合以上的陳述，本書的章節分別說明如下。首先，第一章是緒論，主要的目標是為了說明什麼是工程哲學。當然，工程本身有它非常深刻的含意；哲學，我們也必須予以釐清，然後結合工程與哲學，我們定義什麼是工程哲學，為本書提供基礎性的理解框架。第二章是從思維循環的角度，重新審視西方哲學的發展史，從而說明線型思維循環：「對象—歸納—本質—演繹」是理解西方哲學一個非常有力的工具。第三章根據工程哲學的定義，說明如何使用線型思維循環，進行科學理論與工程應用相關學科的說明，包含了提出牛頓力學、量子力學、相對力學的基本思維循環建構；以及在古典工程學的應用中，針對最基礎的固體力學、流體力學、熱力學，所提出的思維循環建構加以說明。第三章的主要目的，是說明西方科學存在一個來自哲學、基礎性的線性思維循環。根據這個線性思維循環，考慮不同的科學理論系統，以及相關的應用工程學，都可以分別建構相關的思維循環。換句話說，針對所有的科學理論與相關工程學，都可以統整在同一個思維循環之下。

從第四章開始，本書分別針對固體力學、流體力學、熱力學，與其相關的應用工程領域，如固體力學的材料力學、結構力學、板殼理論，以及流體力學的水文學、明渠水力學、空氣動力學，與熱力學的熱機，詳細說明其理論推導過程中，相關的思維循環建構，其中還包含相關的物理意義與邏輯上的要求，以提供讀者對於該科學理論與工程學之思維過程與意義的徹底了解。

本書最後一章探討的是耦合工程問題。事實上，每一個實際的工程應用問題，常常牽涉到不同領域的專業知識。換句話說，耦合工程問題是無處不在的。本章挑選土壤力學，來代表固體力學與流體力學的耦合；與流體引致振動學，來說明結構動力學與流體動力學的耦合；以及熱彈性力學，代表了固體力學與熱力學的耦合。耦合問題必然牽涉到不同專業領域之思維循環的耦合，因此，針對耦合工程問題，思維循環更可以提供關於複雜現象、更為清晰、簡潔的說明與理解，從而充分證明思維循環工具的優越性。

思維循環既然可以應用到固體力學、流體力學、熱力學，以及相關的工程學，並提供其理論推導背後相關之思維過程的詳細說明，自然就可以推廣到電磁學、量子力學、相對力學，及其相關的各類工程學。既然如此多的科學理論與應用工程學，都可以統一在同一個思維循環之下，說明了在人類科技高速發展的今天，思維循環將同樣可以應用到未來開發的新科技、新科學、新工程學。因此之故，讀者必然可以沿著前人的腳步，模仿前人的思維循環建構，充分開發自己的科學創造力，做出一己的傑出貢獻。

最後，由於本書並非一般的科技用書，而是一本跨領域、思想性的教科書，以釐清科學理論與相關工程學背後的思維過程建構為主要目的，追尋全面啟發讀者的科學創造力，而非單獨訓練某一專業領域的工程師，故本書並不提供例題的說明與習題的練習，但這並不妨礙本書針對思維循環的說明與應用的巨大價值與完整性。

景鴻鑫
於台南成功大學