物理學革命的先行者

陳登海

物理學與文學分屬兩個不同的學科領域，表面看二者毫無關聯(lián)，其實不然。物理學與文學面對的是同一個對象，都是對世界的研究，物理學對世界的研究具有真實性、規(guī)律性，而文學對世界的研究更具有想象性和情感性。深刻領悟物理的奧秘，對于初涉其中的人來說，大量閱讀物理學經(jīng)典著作就顯得必不可少，如《晶格動力學理論》《力學及其發(fā)展的批判歷史概論》和《勢力不滅論》等等。了解物理原理，感受物理研究工作者的人格魅力，豐富和完善自身人文素養(yǎng)，對新時代大學生的成長大有裨益。

馮桂蓮（青海民族大學物理與電子信息工程學院副教授）

摘 要：馬赫是19世紀末20世紀初著名的經(jīng)驗批判主義學家，在他生活的時代，人類現(xiàn)代文明不斷發(fā)展，科技不斷取得了突破性的進步，尤其是物理學領域，更是取得了很多新成就，特別是隨著電磁學領域的發(fā)展，經(jīng)典力學的權威受到?jīng)_擊，尤其是經(jīng)典力學中的機械自然觀問題，更是一度陷入困境。在這種社會背景下，物理學領域懷疑論思潮不斷涌現(xiàn)，作為當時的名望一派，馬赫出版了《力學及其發(fā)展的歷史批判概論》，著重分析自然科學中的認識論問題。

關鍵詞：物理學革命 馬赫 經(jīng)典力學 批判

牛頓的經(jīng)典力學對于現(xiàn)代物理學的發(fā)展起到了重要的推動作用，是人類文明發(fā)展的重要推動力，對于幫助人們樹立正確的世界觀，正確認識世界、改造世界做出了重要貢獻。隨著科技的進步，人們發(fā)現(xiàn)經(jīng)典力學并不是萬能的，在很多方面的應用中有所掣肘，而經(jīng)濟的發(fā)展，迫切需要科技的支撐，經(jīng)典物理學在19世紀末20世紀初受到了人們的質(zhì)疑。其中，恩斯特·馬赫作為當時的物理學家、哲學家、心理學家，成為了批判經(jīng)典力學的先驅。

一、恩斯特·馬赫

恩斯特·馬赫，1838年2月出生于奧地利，1916年逝世于德國。自幼年開始，馬赫便接受了良好的教育，并在維也納學習長達5年之久，在1860年，獲得了放電和感應方面的博士學位，在物理學領域的造詣頗深。馬赫在當時，先后擔任數(shù)學和物理學教授，精通拉丁語、希臘語、英語、法語和意大利語。退休后，其從未間斷過對物理學的研究，愛因斯坦的相對論也深深受到馬赫物理學思想的影響。

在哲學界，馬赫作為唯心主義哲學家更是廣為人知。他是維也納學派的先師，更是邏輯經(jīng)驗論和經(jīng)驗批判主義的創(chuàng)始人，哲學建樹頗深。這樣的身份背景下，人們很容易忽視掉他曾經(jīng)對經(jīng)典物理學的批判，正是由于馬赫對于經(jīng)典力學的批判，才揭開了近代物理學革命的序幕，很多物理學家也深受啟發(fā)，波爾、海森堡等均是其中的代表，受到馬赫思想直接或間接的影響。而受馬赫觀點影響最大的，還當屬愛因斯坦。由于馬赫對經(jīng)典力學的批判，牛頓經(jīng)典力學中的絕對時間和絕對空間理念受到質(zhì)疑，對慣性的理解出現(xiàn)了不同想法，從而動搖了經(jīng)典力學的統(tǒng)治地位。

馬赫一生主要的成就均集中體現(xiàn)在實驗物理學和哲學領域。尤其是在物理學的各個不同領域，聲、電、光、空氣動力學等方面，他都取得了傲人的成就，關于這些領域的論文和科研報告多達百余篇。在物理學中，為了彪炳馬赫的卓著功勛，很多物理學術語均用“馬赫”來命名，如空氣動力學中的馬赫波、馬赫角、馬赫數(shù)等。

二、馬赫與《力學及其發(fā)展的歷史批判概論》

自19世紀下半葉開始，物理學中的新成就不斷出現(xiàn)，經(jīng)典力學中的機械自然觀面臨嚴峻挑戰(zhàn)，物理學領域出現(xiàn)了懷疑論的思潮。作為當時物理學領域的領軍人物，馬赫于1883年出版了《力學及其發(fā)展的歷史批判概論》，積極響應當下的時代背景，書中存在很多反形而上學的觀念和傾向，但是，他本人也認為，并不是所有不能被直接證實的命題均為偽命題。他指出，物質(zhì)也是一種抽象，不能被人們的感官所直接感知。

然而，這對當時的物理學界、哲學界產(chǎn)生了重要影響，尤其是對物理學界的認識論傾向，更是出現(xiàn)了“超越”唯物主義和唯心主義的口號，借助“經(jīng)驗”和“感覺”，促進了主觀唯心主義的發(fā)展。同時這一思想觀念也對當時的社會主義者產(chǎn)生了重要影響，為了捍衛(wèi)馬克思主義的純潔性，列寧發(fā)表《唯物主義和經(jīng)驗批判主義》對馬赫的觀點進行了批判，否定了《力學及其發(fā)展的批判歷史概論》中對認識論的錯誤認知傾向。但是，殊不知，《力學及其發(fā)展的批判歷史概論》是歷史性、客觀性、時代性、先驅性的科學著作，對于當時物理學界的發(fā)展具有劃時代的意義。這一著作的出版，標志著牛頓經(jīng)典物理學絕對統(tǒng)治時代的終結。在書中，馬赫以懷疑的經(jīng)驗論哲學作為批判的武器，將矛頭對準了牛頓的力學先驗論，對經(jīng)典力學的基本概念和基本原理進行了本質(zhì)揭示，為物理學的革命奠定了基礎。馬赫的《力學及其發(fā)展的批判歷史概論》對牛頓絕對時空觀進行了客觀批判，迸發(fā)出了物理學革命行將到來的先聲。

三、馬赫在《力學及其發(fā)展的歷史批判概論》中對經(jīng)典力學的批判

1.《力學及其發(fā)展的歷史批判概論》對牛頓絕對時間觀的批判。牛頓《自然哲學的數(shù)學原理》中所強調(diào)的絕對時間觀念對人們的影響根深蒂固。在《力學及其發(fā)展的歷史批判概論》一書中，馬赫對牛頓經(jīng)典力學的絕對時間觀進行了批判。馬赫認為，絕對時間不能獨立存在，聯(lián)系具有普遍性，世界上的一切事物都具有普遍聯(lián)系性，事物之間相互聯(lián)系，相互依存，沒有絕對的時間，離開了相互聯(lián)系，時間將不復存在。而時間與事物的運動又存在明顯的相關性，任何事物的運動都與時間有關，而且不存在與運動變化無關的時間。所以，經(jīng)典力學中“時間是一種抽象”“時間是絕對的，是可以不與運動相比較而度量”的觀點是錯誤的，絕對時間沒有任何的實踐意義、科學意義，沒有存在價值，只是一種形而上學的概念而已。

2.《力學及其發(fā)展的歷史批判概論》對牛頓絕對空間觀的批判。牛頓所強調(diào)的絕對空間觀念對人們的影響更是難以動搖。在經(jīng)典力學中，牛頓為了向人們證實絕對空間的存在，進行了舉世聞名的旋轉水桶試驗。在馬赫看來，如果水桶的桶壁不斷增厚，水桶越來越重，當水桶壁厚度達到幾千米時，人們將會得到怎樣的結果，從而對牛頓的旋轉水桶試驗提出了反駁意見。在《力學及其發(fā)展的歷史批判概論》中，馬赫明確否定了絕對空間的存在，并指出運動的相對性，為近代物理學革命的到來和發(fā)展奠定了基礎?！拔覀儾粦撏浭澜缟系囊磺惺挛锒季哂衅毡槁?lián)系的關系，事物之間相互依存，我們?nèi)祟愐膊荒塥毶破渖?，我們的思想更是這個世界中不可剝離的一部分?！?/p>

3.《力學及其發(fā)展的歷史批判概論》對牛頓慣性概念的批判。在經(jīng)典物理學中，以牛頓為代表的物理學家普遍將慣性界定為物質(zhì)的固有屬性，但馬赫卻不以為然，在他看來，慣性不應該是物質(zhì)的固有屬性。馬赫認為運動具有相對性，與絕對空間相聯(lián)系的慣性系、慣性質(zhì)量和慣性力等均具有相對性，而事物處于獨立空間中時并不具有慣性。也就是說，將慣性看作物質(zhì)的固有屬性，是完全錯誤的?！读W及其發(fā)展的歷史批判概論》中，馬赫指出慣性的成因在于不同物質(zhì)間的相互作用，是單個物體和宇宙之間的動力聯(lián)系所形成的。馬赫對牛頓慣性概念的批判，為即將到來的物理學革命奠定了基礎，尤其是對愛因斯坦的啟發(fā)甚大，為愛因斯坦相對論的產(chǎn)生鋪平了道路。愛因斯坦在《關于廣義相對論的原理》中，將馬赫對于慣性的理解命名為馬赫原理，并表明，在當時，馬赫已經(jīng)看透了經(jīng)典物理學的薄弱環(huán)節(jié)。如果當時的馬赫不是已經(jīng)到了遲暮之年，也許相對論的發(fā)現(xiàn)就會易主。

4.《力學及其發(fā)展的歷史批判概論》為愛因斯坦引力場方程提供依據(jù)。馬赫《力學及其發(fā)展的歷史批判概論》一書及其中的思想觀點，對后世物理學家的思考方式產(chǎn)生了重要影響，最值得一提的當屬愛因斯坦。正如愛因斯坦所說，馬赫《力學及其發(fā)展的歷史批判概論》對經(jīng)典力學的批判和對相對論的建立影響重大。愛因斯坦在推廣狹義相對論的過程中，由于超出了傳統(tǒng)的觀念，人們難以接受，他便借助馬赫的慣性相對論，對自己的引力理論進行闡述，論證了二者的一致性，并企圖用馬赫的原理對廣義相對論進行闡述。與此同時，為了讓更多的人理解引力論，愛因斯坦又借助馬赫理論，將相對性原理、馬赫原理以及等效原理相互聯(lián)系，共同為其引力理論的闡述奠基。

馬赫借《力學及其發(fā)展的歷史批判概論》對經(jīng)典物理學進行了本質(zhì)批判，動搖了經(jīng)典物理學的統(tǒng)治地位，對于現(xiàn)代物理學革命的到來具有重要意義，對后代物理學家也產(chǎn)生了重要影響。通過馬赫的批判理論，人們得到啟迪，不斷加強對經(jīng)典物理學理論的重新審視，為物理學新理論的發(fā)展奠定了基礎，并引發(fā)了物理學界和哲學界的熱烈討論。在科學技術迫切需要發(fā)展的時代，馬赫勇于突破傳統(tǒng)觀念的束縛，挑戰(zhàn)權威，對經(jīng)典力學重新審視，大膽批判，更喊出了物理學革命到來的先聲，為物理學革命的到來鋪平了道路。

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