第一节 空间及空间科学

一、空间的科学与技术定义

1974年，联合国教科文组织界定了七种基础学科，包括数学、逻辑学、天文学和天体物理学、地理科学和空间科学、物理学、化学、生命科学。可见，空间科学是一种基础科学，而对空间科学的研究超越空间科学本身的哲学观点。比如，爱因斯坦认为，“科学研究的结果，往往使那些范围远远超出有限的科学领域本身的问题的哲学观点发生变化”。自古希腊以来，科学和哲学就是同根同源之物。在亚里士多德的哲学观念当中，具体科学研究的是各自领域的“是”（being）的问题，而哲学则是研究作为“是”之为“是”的问题，也就是一般的“是”。爱因斯坦的观点跟亚里士多德相同，他认为：

哲学的推广必须以科学成果为基础。可是哲学的推广一经建立并广泛地被人们接受以后，它们又常常促使科学思想的进一步发展，因为它们能指示科学从许多可能着手的路线中选择一条路线。等到这种已经接受的观点被推翻以后，又会有一种意想不到的和全然不同的发展，它又成为一种新的哲学观点的源泉。

对空间的哲学考察也要建立在对空间科学技术的考察基础之上，同时，也只有当空间科学技术发展到一定的阶段之后才能进行考察。通过对空间的哲学考察，反过来促进空间科学技术的研究。科学和哲学双向互动，共同进步。

空间是宇宙构成的基元，是人类认识的基元，也是人类思维的基元。哲学就是运用逻辑思想的活动。空间哲学自然是运用逻辑思想的活动过程。人本身栖居于空间（space）之中，因此，人若要认识世界、解释世界，就必须认识、解释人类栖居的空间。所以，自古以来，空间是哲学和科学研究的基本概念，也是科学家和哲学家比较喜欢的一个概念。

据不列颠百科全书（Encyclopedia Britannica）的释义，空间首先是一个数学概念。在数学当中，空间是一个点的集合，其中每一个点对应着有序的数集，空间的各个维度都有一个数集。空间的维度可能是无限维的。通常，一个空间的定义总是伴随着一组规则，这组规则被赋予一定的值（比如矩阵，一个距离的模拟）。一直以来，空间是数学研究的主要对象，尤其是几何学的研究对象。在科学研究当中，描述空间的语言是几何学。（物理学的空间借助了几何学的语言。除此之外，不知道还有没有另外的语言？）几何学在古希腊是从丈量土地开始形成的科学。几何学是“从空间关系出发形成的学问”（恩格斯），在几何学这门学科中有诸多空间概念，比如欧氏空间、矩阵空间、拓扑空间、希尔伯特空间、巴那赫空间、闵科夫斯基空间等。在数学的空间当中，起初研究的是点、线、面、体构成的三维空间。后来拓展到无数维的空间。超越三维的空间也超越了多数人的想象力，是一种精神的创造物，是人类充分发挥主观能动性的结果。比如在现代物理学理论——M理论中，空间就是十一维的。在爱因斯坦的相对论中，他创造性地将时间与三维空间结合起来，提出四维时空的概念。这里谈论的空间概念主要是指一种数学空间，也即精神空间。这是一种数学定义和物理学定义。

空间技术和空间科学是现代科学技术的重要应用领域。中国的空间科学研究院和美国航天局是专门研究空间科学的科研机构。在这一科学领域，对空间界定是有其特殊的含义的。据《简明天文学词典》介绍，空间通常指宇宙空间。在茫茫宇宙里，包含着无数星系，例如银河系和河外星系。航空医学认为，海平面以上20千米便可称为“空间”，因为此处大气压力降到大约6133帕，人体血液会“沸腾”，可导致人体死亡。天体力学认为海平面以上200千米为空间，因为此处空气十分稀薄，大气对飞行器的阻力接近于零，大气的力学性质基本完结。目前，世界上公认的定义是距海平面80千米以上为“空间”，即外层空间。现代的空间技术主要指外层空间领域的技术。在这个领域，有各种各样的空间词汇，比如空间吸收、空间红化、空间通信、空间天文学、空间天体测量学等。这些科学主要研究的是除地球之外的星际空间。据维基百科介绍，空间技术就是用空间飞行器探索外层空间的技术，空间科学也是如此。

对空间技术与科学中的空间概念比较标准的定义就是外层空间。安吉洛在《空间与天文学》中也给出了空间的概念：

Space——Specially, the part of the universe lying outside the limits of Earth's atmosphere.More generally, the volume is which all celestial bodies, induding Earth move.（从狭义上讲，空间是地球大气层以外的宇宙部分，从广义上讲，包括所有运行的天体的体积，包括地球。）

在这里，安吉洛的空间概念也是指外层空间，它跟叶叔华的空间概念大体是一致的。

二、经典的哲学定义

空间在科学和技术上的界定与其在哲学上的含义通常是不一样的。从逻辑的角度来讲，空间的哲学定义是对空间的科学技术定义的概括，也就是说，空间的哲学定义会更加抽象，更加一般，更为普遍。《牛津哲学词典》给出了关于空间的另外一种说明：

The classical questions include:is space real, or is it some kind of mental construct, or artefact of our ways of perceiving and thinking? Is it“substantival”or purely“relational”? According to substantialism, space is an obj ective thing comprised of points or regions at which, or in which, things are located.Opposed to this is reationalism, according to which the only thing that is real about space are the spatial（and temporal）relations between physical obj ects.Substantialism was advocated by Clarke, speaking for Newton, and reationalism by Leibniz, in their famous correspondence and the debate continues today.There is also and issue whether the measures of space and time are obj ective, or whether an element of convention enters into them.

大致的意思是这样的，即空间是真实存在的还是我们人类认知和思维的创造物？是实体论的还是关系论的？根据实体论，空间是一种由对象所在位置构成的点和区域的客观事物；根据关系论，空间是物理客体之间的空间关系。现代科学对待空间的问题在于空间和时间的测量是不是客观的，或者说在它们里面是否有约定的因素，这是一种哲学描述和哲学定义。

同时，《哲学词典》是这样来解说空间的：

与“时间”一起构成运动着的物质存在的两种基本形式。空间指物质存在的广延性；时间指物质运动过程的持续性和顺序性。空间和时间具有客观性，同运动着的物质不可分割。没有脱离物质运动的空间和时间，也没有不在空间和时间中运动着的物质。空间和时间也是互相联系的。现代物理学的发展特别是相对论，证明空间和时间同运动着的物质的不可分割的联系。唯心主义否认空间和时间的客观性，形而上学唯物主义则把空间和时间看成是脱离物质运动的，这些看法是不科学的。空间和时间是无限和有限的统一。就宇宙而言，空间无边无际，时间无始无终；而对各个具体事物来说，则是有限的。

这个定义比较符合恩格斯关于空间的思想。而且这是一种被中国学者普遍接受的哲学定义。这种定义是物质—时空结构式的定义，在现代马克思主义哲学研究当中是有其局限性的。俞吾金教授的论文就深刻指出了这一点。

中国古代也有丰富的关于空间的思想。比如，在《管子·宙合》中我们可以看到这样的精彩论述：

宙合之意，上通于天之上，下泉于地之下，外出于四海之外，合络天地，以为一裹。散之至于无闲……是大之无外，小之无内，故曰有橐天地。

这是古人对空间的界定和基本认知，也就是古人的空间观。他们认为空间是无限的。同时《列子·汤问》也印证了这说法：

殷汤曰：“然则上下八方有极尽乎？革曰“不知也。”汤固问。革曰：无则无极，有则有尽，朕何以知之？然无极之外，复无无极；无尽之中，复无无尽。无极复无无极，无尽复无无尽。朕是以知其无极无尽也，而不知其有极有尽也。

另外，《淮南子》也有对空间问题的描述：

夫有形埒者，天下讼见之；有篇籍者，世人传学之，此皆以形相胜者也，善形者弗法也。所贵道者，贵其无形也。无形则不可制迫，不可度量也，不可巧计也，不可规虑也。智见者，人为之谋；形见者，人为之功；众见者，人为之状；器见者，人为之备。

从唯物主义的角度来讲，空间是物质及其运动的存在形式。科学中的空间概念只是客观现实物体的形式反映。马克思对空间的本质有着深刻的认识。康德的先天直观形式有两种——时间和空间，他从唯心主义的角度发展了空间是形式这一观点。恩格斯批判地分析了康德的空间观，重新将其基础还原为物质。但是，空间在人的认识功能中是一个重要的环节。空间的概念并不是一蹴而就的，而是有一个形成过程。吴国盛先生对古希腊的空间概念进行了一番卓越的梳理，就是一个很好的例证。我国已故的哲学家刘文英先生对中国古代的时空观念进行了详细的考证。这两个事例说明了空间的概念并不是静止的，而是随着实践的发展而发展，随着人类认识的深化而深化。

空间的第三种形式乃是社会形式，即社会空间。社会空间是当今学术研究的一个热点。法国哲学家列斐伏尔将空间分为物理空间、精神空间或者认知空间、社会空间，从传统的空间概念中分析出社会空间，以便分析当今社会现实。铁路、商店、广场、公园等这些形态的物质具有空间形式，甚至一个小小的商品，比如照相机、啤酒瓶都有它们自己的空间形式。比如我国著名数学家苏步青先生讨论的“计算几何”概念，在造船工业、航空工业等工业生产中经常会碰到几何外形的设计问题，这就需要计算几何的概念。传统的社会学和哲学并没有注意到这一点。社会是人类活动和实践的产物，也是人类实践的基本场所，人类创造的这些社会实体在空间层面仍然具有规律。

但是，空间的基本概念仍是物质及其运动的基本形式，而在整个世界之中，有三种基本的表现方式——物理空间、精神空间和社会空间。精神或者认知空间是物理空间和社会空间在人脑中的反映，社会空间和物理空间是精神空间的应用。社会空间和物理空间是具体的物质性存在，精神空间是一般的形式抽象。它们之间存在个别和一般、具体和抽象的辩证关系。同时，它们深层的本质在于“是”和“思”的关系，也就是存在和思维的关系，即物质和精神的关系。认识到这两重关系可以为空间哲学的研究奠定一个基本的框架。空间问题可以沿着三个方向展开：自然科学中空间的生成；社会空间的生成，即空间的生产；精神空间的深层生成。

总之，本书所界定的空间是指通过点、线、面、体等几何学语言（如图1-1所示）形成的空间以及通过该种方式呈现的世界图像。只有能用语言描述出来的东西才能进入思维过程，“语言的界限就是世界的界限”（维特根斯坦）。因此，只有通过几何语言描述的空间才是我们真正思考的对象。该种界定用以区别各种各样的空间定义及其不同用法，或者说用以区别当前混乱的“空间市场”。