哲学背景

科学研究的结果，往往会促使在某些问题上哲学观点的改变，尽管这些问题远远超过科学领域本身，但科学的目的是什么？试图描述自然的理论应该是什么样子的呢？这些问题，尽管超越了物理学的界限，却与物理学息息相关，因为科学正是产生这些问题的土壤。哲学的归纳推广必须要以科学成果为基础，可是哲学一经确立并被人们广泛接纳以后，往往会影响科学思想的进一步发展，因为它可以指示科学未来应该选择哪一条可能的道路。如果能成功推翻人们已经接受的观点，那么又会有意想不到的全新进展，这将孕育新的哲学观点。当然我们要从物理学史上举出例子对这些观点加以说明，否则它们肯定听起来含糊不清、言之无物。

现在我们来看一下旨在解释科学目的的最初哲学观点。这些观点极大地推动了物理学的发展。一直到差不多100年前，新的证据、事实和理论出现，人们才抛弃了这些哲学观点。这些新的证据、事实和理论成为科学发展的新背景。

在整个科学发展史中，从古希腊哲学到现代物理学，一直有人试图把看上去极为复杂的自然现象归结为几个简单的基本理念和关系。这就是所有自然哲学的基本原理，甚至在原子论者的著作中都有这样的体现。2300年前，德谟克利特（Democritus）写道：

依照人们惯常的说法，甜就是甜，苦就是苦，冷就是冷，热就是热，颜色就是颜色。但是实际上，万物的本质是原子和虚空。也就是说，我们习惯于把感官能感受到的东西当作实际存在的，但是事实上它们不是实在的，只有原子和虚空是实在的。

在古代哲学中，这个观念只不过是一个颇为巧妙的猜想而已。古希腊人并不知道与后续事件相关的自然法则。事实上，把理论和实验联系起来的科学是从伽利略时代才真正开始发展的。我们已经沿着这些最初的线索，推导出了运动的定律。经过200年的科学研究，人们认识到在所有尝试理解自然的行动中，力和物质是最基本的概念。我们不能把这两个概念分割开来，因为物质作用于其他物质，产生了力，这证明了它是确实存在的。

我们来考虑一个最简单的例子：两个粒子，彼此之间有力作用着。我们能想到的最简单的力就是引力和斥力。在这两种情况中，力的矢量方向跟两个粒子的连线重合。追寻最简单的情况的话，如图1-20所示，两个粒子彼此吸引或排斥，其他任何关于作用力方向的假设都会使情况复杂得多。我们能否同样做一个关于力的矢量长度的简单假设呢？即使我们不做非常特殊的假设，也可以说：两个给定粒子之间的作用力取决于它们之间的距离，就像万有引力一样。这个假设看上去非常简单。当然我们可以设想更多更复杂的力，例如那些不仅仅取决于距离，还跟粒子的速度相关的力。在把物质与力作为基本概念的前提下，我们能想到的最简单的假设可能就是，力作用的方向跟粒子连线的方向是重合的，同时力只跟粒子间的距离有关。但只用这一类的力是否能描述所有的物理现象呢？

力学在其所有分支学科中所取得的巨大成就，比如在天文学中取得的巨大成功，其理念在那些非力学领域问题上的应用，都让我们确信：所有的自然现象都可以用恒常物体之间的简单作用力来解释。在伽利略时代之后的两个世纪，无论有意还是无意，所有的科学著作都在进行这样的尝试。19世纪中期，亥姆霍兹（Helmholtz）对此进行了十分清晰的阐释：

因此，我们最终发现物理学的任务就是：把自然现象都归结为在任何情况下都存在的引力或斥力。这些力的强度只跟距离相关。要想完全了解自然，就必须先解决这个问题（图1-20）。

因此，亥姆霍兹认为，科学发展的方向已经确定下来了，我们应该严格地沿着这样一条固定的道路前进：

一旦我们能够把自然现象都简化为简单的力，并且证明这是简化自然现象的唯一方式，科学的使命就算完成了。

对于20世纪的物理学家来说，这种观点有些乏善可陈且十分幼稚。他们一定无法想象科学研究的伟大征程会迅速结束；他们一定会被这种观点吓坏的：对于宇宙的绝对正确认识就这样被确定下来了，之后就没什么值得兴奋的事了。

即便这些原则能够把一切自然现象简化为简单的力，它们还存在一个问题——力与距离之间的关系是怎样的？对不同的现象来说，这种关系是不同的。从哲学视角来看，为解释不同现象，必须引入多种不同形式的力，这点是无法令人满意的。亥姆霍兹对机械观进行了最清晰的阐释，这在他的时代起了非常重要的作用。受机械观直接影响的最伟大的成就就是物质运动论的发展。

在叙述它的衰落以前，让我们暂时接受19世纪的物理学家所持有的观点，并看一看从他们对外部世界的解读中，我们可以得出什么样的结论。 I06cfUQtzU/unxqXDL4kpfoIvhB7Xas3CDkPzd83oqkIzTOgnEK/6nhSPmvxs7Pk