哲学背景

科学研究的结果往往推动了问题在哲学观点上的改变，这些观点远远超出了科学自身的限制范畴。科学的目的是什么？一个试图描述自然的理论需要什么？这些问题尽管超出了物理学的范围，却与之密切相关，因为科学为它们的出现提供了素材。哲学的推广必须建立在科学成果的基础上。然而，一旦形成并被人们广泛接受，它们又经常促进科学思想的进一步发展，从诸多道路中选出一条。成功地推翻这种被接受的观点，会带来意想不到的和全新的发展，成为新的哲学观点的源泉。这些言论听起来非常含糊而空泛，除非我们引用物理学史的例子来说明。

我们将在这里尝试描述关于科学目标的第一个哲学观点。这些观点在很大程度上影响了物理学的发展，一直到近100年前，才被新的证据、新的事实和理论所推翻，而它们反过来又构成了新的科学背景。

从希腊哲学到现代物理学的整个科学史中，人们不断地尝试将表面上复杂的自然现象简化成几个简单的基本观念和关系。这是所有自然哲学的基本原则。甚至在原子论的著作中也有这样的表达。在23个世纪之前，德谟克利特写道：

按照惯例，甜的是甜的，苦的是苦的，热的是热的，冷的是冷的，颜色是颜色。但实际上只有原子和虚空。也就是说，我们感觉的对象应该是真实的，我们习惯上也把它们看作真实的，但事实上并非如此。只有原子和虚空是真实的。

这个想法在古代哲学中只不过是巧妙的想象。古希腊人并不知道与后续事情相联系的自然法则。把理论和实验联系在一起的科学真正开始于伽利略的工作。我们已经研究了通向运动定律的最初线索。在整整200年的科学研究中，力和物质是一切理解自然的努力中的基本概念。很难想象如果缺少这两个概念中的一个，物质如何通过作用于其他物质上的力来证明其自身的存在性。

我们来考虑一个最简单的例子：两个粒子之间存在作用力。最容易想到的力是吸引力和排斥力。在这两种情况中，力的矢量都在粒子的连线上（见图1-21）。为了简单起见，我们只想象粒子相互吸引或相互排斥的情景；任何其他关于作用力方向的假定都会使情况更复杂。我们可以对力的矢量的长度做同样简单的假设吗？即使我们想要避免太特殊的假设，我们依然可以说一件事：任意两个粒子之间的力只与二者之间的距离有关，如万有引力。这看起来很简单。我们可以设想更复杂的力，如它不仅与距离有关，还与两个粒子的速度有关。若以物质和力作为我们的基本概念，我们很难想象比“作用于粒子的连线上且只取决于距离的力”更简单的假设了。但是仅用这一种力是否可能描述所有的物理现象呢？

力学在其所有分支中所取得的伟大成就，在天文学发展上的显著成功，以及力学观念在那些显然不具备力学特征的问题上的应用，所有的这些都使我们相信，用不变的物体之间的简单作用力来描述所有的自然现象是可能的。在伽利略时代之后的两个世纪里，这种努力，无论是有意还是无意，几乎表现在所有的科学著作中。关于这一点，亥姆霍兹在19世纪中叶表达得很明确：

所以，我们发现，物理科学的难题，归根结底是将自然现象归结为不变的吸引力和排斥力，而这些力的强度只取决于距离。解决这个难题是完全理解自然的前提。

因此，根据亥姆霍兹的说法，科学的发展路线是确定的，并严格遵循固定的程序：

一旦把自然现象都化解为简单的力，并证明自然现象只能用这种方式简化，那么科学的使命就结束了。

对于20世纪的物理学家来说，这种观点显得枯燥而幼稚。如果他想到这场研究大冒险竟会这么快完成，而正确的宇宙图景将会永久地被建立，他一定会被吓住，并不再有什么兴奋的事了。

虽然这些原则能够把一切现象都用简单的力来描述，但还留下一个问题：力是如何依赖于距离的。对不同的现象来说，这种依赖性可能是不同的。从哲学的角度来看，为不同的现象引入多种不同形式的力当然是不够圆满的。无论如何，由亥姆霍兹明确提出的这种所谓的 机械观 在当时发挥了重要作用。物质动力学理论的发展就是直接受机械观影响的一个伟大的成就。

在目睹其衰落之前，让我们暂时接受19世纪物理学家的观点，并看一看从他们对外部世界的设想中可以得到什么结论。 tkS75tQ5s0P2fB5WcT3nFrz2Tm0cc4A0WC1cdHFPtxP0iQKRbvIoLhzUo5WZcn2P