马赫范文10篇

马赫范文篇1

“他对观察和理解事物的毫不掩饰的喜悦心情，也就是对斯宾诺莎(B．deSpinoza，1632~1677)所谓的‘对神的理智的爱’，如此强烈地进发出来，以致到了高龄，还以孩子般的好奇的眼睛窥视着这个世界，使自己从理解其相互联系中求得乐趣，而没有什么别的要求。”

从1898年7月右半身偏瘫到1916年逝世，在将近整整18年间，马赫不仅行动不便，而且不断遭到其他疾病的折磨。他年事已高，生活无法自理，耳聋，讲话声音含糊，后又患上风湿痛(1903年)、神经疼(1906年)、前列腺炎和膀胱病(1913年)。但是，病魔并没有制服他。瘫痪后不几天，他就开始练习用左手扫写。他不能穿衣、吃饭、洗澡，全靠妻子精心照顾他；他不能走路，就用手杖和轮椅，必要时出动救护车；他不能写字，就用左手的一个指头打字；他不能作实验，他儿子路德维希替他作实验，路德维希是位医学博士，他从1880年代后期在布拉格就承担起马赫实验室的主要责任，现在又成了他父亲的保健医生，还要在父亲生病时帮助复信和处理诸多事务。因此，布莱克默认为马赫一生最后18年(在某种程度上是最后30年)的历史是由马赫父子—人“共同谱写的”，路德维希是“幕后的巨人”。

马赫1901年从维也纳大学正式退休。他原准备退休后去意大利佛罗伦萨定居，在那里他能够同布伦塔诺和斯特洛(J．B．Stallo，1823~1900)交谈。斯特洛这位当时并不引人注目的德、美哲学家早先就了解马赫的许多思想。马赫在《热学》第二版中提到，他是从罗素《几何学基础》(1898年)的参考文献中注意到斯特洛《近代物理学的概念和理论》(1882年)“这一丰富的、明晰的著作”的，而斯特洛的思想和文章早在1860年代末和1870年代初就发表了。斯特洛的书给他留下了深刻印象，他为该书德文版(1901年)写了序，并把他的《热学》第二版(1900年)题献给斯特洛。不巧，斯特洛在世纪伊始去世，马赫也就打消了去意大利度晚年的计划。

从1900~1913年，马赫以惊人的毅力完成了诸多写作和出版任务。他修订了《感觉的分析》(在篇幅上扩大了一倍)，删节并增补了《力学》。给《讲演》德文版增补了7章，他把自己的科学哲学讲演汇集成一部新著《认识和谬误》。他连续3年(1901~1903年)为《一元论者》杂志撰写了3篇论文，从感觉生理学和心理学、历史和物理学的观点讨论了空间概念的本性、起源和发展问题；他的研究对几何学的哲学基础的讨论作出了独特的和不可或缺的贡献，“赢得了权威性和统帅地位”；这3篇文章的英文合集以《空间和几何学》为题于1906年在美国初版。他在1913年还完成了《光学》前一半，并为他最后一部著作《文化和力学》收集资料。

在此期间，马赫还就哲学、通俗科学、科学实验工作发表了15篇新写的文章。他的两篇重要哲学文章很长，1919年以书的形式出版。马赫还为10多本书写了序言，并在旧著的新版本中添专门的章节或注释，为他的思想辩护。此外，他还就科学和哲问题与众多的学者和年轻人通信。他还参与了许多支持正义和进步事业的活动，他的政治活动在1907年达到高峰。他还在1910发表了《我的科学知识论的主导思想及我的同代人对它的反应》论文，回答了普朗克的挑战。马赫多种著作的外文译本也在这时候相继在世界各地出版，旅居锡兰(现称斯里兰卡)的生理家比尔(TheodorBeer)甚至在科伦坡看到，马赫的著作的当地语言文本摆在书摊上。

也许下述事件最能说明，马赫直到生命的最后几年还保持对新事物的好奇心和思想的青春活力。1911年，美国人类学家洛伊(R．H．Lowie，1883~1957)闯入马赫的生活。他在同年3月写信给马赫，告知马赫的书在哥伦比亚大学研究生中成为关注焦点，后来又陆续寄来他撰写的文章和书籍。这些出版物讲述洛伊在印第安部族中的所见所闻，马赫对此产生了全新的兴趣。其间，马赫的妹妹出版了她的自传，书中有门的内哥罗(黑山)、布科维纳(俄、罗)等地的民族风俗习惯的细节，这进一步激起马赫对社会学和人类学的兴趣，尤其是对原始文化群体的兴致。到1913年春，马赫把未完成的《光学》放在一边，全心全意地致于新的研究方向。大儿子路德维希帮他在图书馆和博物馆查找资料，三儿子(他是一位画家)帮他制图和绘画，小儿子(他开设了一个机械工场)为他提供有关用手和机器加工日常器皿的知识的咨询，老伴帮他料理生活，马赫自己则专心致志地撰写力学前史的著作。他想描绘原始人如何逐渐学会制作、使用工具和器皿，他哀叹自己缺乏这方面的准确信息。就这样，马赫克服了令人难以置信的困难，终于在1915年8月为《文化和力学》写完了序言，并于当年出版了这本浸透着马赫及其家人心血的书。洛伊大概没有想到，他的友好的热情使马赫最后几年的岁月变得充实而愉快。

路德维希由于铝镁合金和干涉仪等发明专利而发了财，他于1912年为父亲在巴伐利亚建立了家庭实验室。马赫起初不愿离开旧居，后来当他转而渴望去时，却在一次偶然事故中损伤了髋骨，又受到前列腺炎和膀胱病的折磨，使得他在一段较长的时间内卧床难起。1913年5月，马赫终于离开维也纳附近的多瑙河城，迁到慕尼黑附近紧靠哈尔镇的法特尔斯特滕村。对于个人生死，他早就置之度外，因为他早已视死如归：

“自我同物体一样，不是绝对恒久的。我们那么怕死，就是怕消灭自我的永恒性。但这种消灭实际上在生存中就已经大量出现了。我们所珍视的东西在无数摹本中保存下来，或是因为有卓著的特点，通常会永垂不朽。可是，即使是最好的人也有其个人的特点，对于这些特点的丧失，他自己和别人都不必惋惜。其实，死亡作为摆脱个人特点来看，甚至可以成为一种愉快的思想。”

但是对于他所处时代的前景(当时距第一次世界大战爆发仅仅一年)，马赫却显得忧心忡忡。在离开维也纳时写给奥地利科学院的一封告别信中，他在诙谐的话语中却不免流露出忧悒之情：“这封信应该是我的最后一封信，我只是请你们设想，卡隆这个淘气鬼已把我带到还没有加入邮政联盟的邮政所。”

身体瘫痪的马赫是以“卧式”方式乘火车到慕尼黑，然后改换救护车抵达新宅。也许是地处大森林的幽雅环境，出乎意料的是，马赫的健康状况显著改善了。到1913年7月，他重新开始紧张的写作，并高兴地接待众多来访者。他再次与大儿子路德维希密切合作，进行光学实验。有时困难不能尽快克服，他们就把自己锁在实验室，内，靠巧克力度日，直到问题解决为止。他们曾在工作室连续呆过两天。。在逝世前的两年多时间里，他一直关注着各种科学和哲学问题。例如，1913年，当有位科学家怀疑多普勒理论与相对论不相容时，他用实验证据再次表明，多普勒的思想是正确的。他在1916年发表的最后一篇文章中重申他坚信拉马克、赫林和无意识的“记忆”——这是马赫的“天鹅之歌”。

1916年2月19日，在西线战事暂时平静之时，恩斯特•马赫因患心脏病不愈而安详地合上了他的双眼，享年恰恰78岁零一天。一个不断喷涌新思想的大脑永远停止了思维，一颗热爱人类进步事业的心脏永远停止了跳动，一位从不知道疲倦的伟大的人永远地安息了!马赫生前留下遗嘱，他的葬礼应该“最大可能的节省”，节省下来的钱捐赠普及教育协会和维也纳社会的机关报《工人报》。他的家人遵照死者的遗愿，葬礼简朴而肃穆。卡鲁斯用如下语句描绘了马赫的火葬仪式：“他躺在冷杉树丛之中，他最近喜爱在冷杉树下消磨时光。他的左手旁放着拐杖，这根手杖16年来是他的忠实伙伴。他头上戴着月桂花环，这是他女儿亲手编织的。2月22日清晨，马赫教授的遗体被十分平静地送入火焰之中。”

马赫离开了与他日夜相伴的亲人，离开了与他共同奋斗的同事、学者和朋友，离开了他所挚爱的善良的人们。他是幸福地离去的，他有足够的理由感到幸福，因为他的观念和思想已融入永恒的生命之中。他在《感觉的分析》中早就这样写道：

“每个人都认为自己是一个不可分的、独立于别人之外的单一体，所以他只知道自己。可是，有普遍意义的意识内容会冲破个人的这种界限，又自然而然地附属于个人，不依靠发展出这些内容的那个人，而长久维持着一种普遍的、非私人的、超私人的生命。对这个生命作出贡献是艺术家、科学家、发明家、社会改革家等等的最大幸福。”

“回到马赫去”

马赫是19世纪末叶到20世纪伊始的伟大科学家和伟大哲学家，他的思想直接导致了本世纪初的科学革命和紧随其后的哲学革命。

仅此两点，就足以确立马赫在科学史和哲学史中的牢固的、不朽的地位。这种历史地位是一个历史的事实，它是任何人也无法抹杀的和取代的。

而且，马赫除在世纪之交对弗洛伊德的精神分析有所影响外，在本世纪中叶相继涌现的爱因斯坦等科学家的科学哲学、皮亚杰的发生认识论、波普尔的批判理性论、以库恩为代表的历史学派、费耶阿本德的批判主义和方法论的多元论以及形形色色的反归纳主义中，都或多或少有马赫播下的种子和掺入的酵素。

在本世纪末叶，马赫富有启发性和预见性的思想，又在自然主义和进化认识论中开花、结果。马赫又一次扮演了思想先驱的角色。

作为时代骄子的马赫，他的思想不仅哺育了他所处的时代，而且也影响了整个20世纪的智力世界。马赫是时代的产儿，时代也是马赫思想活动的大舞台。

马赫无疑是一位有过重大贡献并产生了深远影响的历史人物，这是每一个尊重事实的人有目共睹的。但是，马赫的思想现在还有生命力吗?

有人认为，马赫的认识论态度今天已经过时，它已经失去了昔日的吸引力和魅力，正在遁入古老幽深的典籍王国，成为历史博物馆的陈列品。转费耶阿本德却不作如是观。他针锋相对地大声疾呼：“回到马赫去”!

费耶阿本德的呐喊不无道理。因为马赫的生命是“一种普遍的、非私人的、超私人的生命”，尽管他本人早已作古；因为马赫的思想是“生活的真正珍珠”，它“能够被唤起和结果实”，尽管它现在已不存在于波普尔的“世界尸(马赫的大脑)而仅存在于“世界3”。

诚如亚里士多德所言，以自身为对象的思想是万古不没的。这就是我们今天读马赫的书还能产生意义共鸣和获得启迪的原因。

“回到马赫去!”并不是要回到马赫去的激进经验论去。因为经验论和理性论的古老对立，实在论与观念论的传统相背，正在新的探索中逐渐渗透、消融，并失去其绝对僵硬的意义。

“回到马赫去!”也不是要回到马赫的要素一元论去。尽管要素说中的“天人合一”真谛仍待人们去发掘、去认识，但诚如马赫所说，它毕竟只适应于当时的“知识总和”，它并“不自命为万古不灭的哲学”，并“随时准备”“让位于更好的见解”。

那么，“回到马赫去!”究竟要回到哪里去呢?

这就是要象马赫那样，把认识提高到科学实践的高度来研究，把科学的新鲜气息注入认识论。当年的“一分为二”和“合二而一”的“哲学广播操”对此根本无济于事，现今沿用的几对陈旧的、干巴巴的概念的排列组合，对此也是无能为力。认识论研究的勃兴只能寄希望于科学的认知理论。

这就要象马赫那样，把科学与哲学密切结合，让科学哲学真正成为科学家的哲学。这样一来，哲学才能汲取科学的营养，成为与科学实践密切相关的智慧的哲学；科学才能焕发出哲学精神，成为超越功利和超越知识本体的智慧的科学。

这就要继续弘扬马赫统一科学的思想，使科学文化人文化，人文文化科学化，从而消除二者之间现存的藩篱和鸿沟。

这就要认真发掘马赫的自然主义和生态伦理的思想遗产，使人类学会与自然和谐共处的生存智慧，最终达到“天人合一”的理想境界。

这就要大力发扬马赫及其哲学的自由、启蒙、怀疑、批判、历史、实践、兼融、宽容、谦逊、进取的精神气质，克服盲从和轻信，警惕教条和僵化。我们这个世界受教条之害、蒙盲从之难实在太多了。

这就要批判地继承和光大马赫的科学主义、和平主义、人道主义。这三者已经成为现时代的主旋律，马赫的思想遗产无疑可以成为谱写这个主旋律的一串美妙音符。

“回到马赫去!”就是要开掘和拓展马赫的上述思想遗产，要深思和领会马赫的下述有现实意义的遗训：

“今天，当我们看到社会动荡，看到人们像一个机关的登记员按照他的状态和一周的事件改变他在同一问题上的观点时，当我们注视这样产生的深刻的心理苦恼时，我们应该知道，这是我们哲学的不完备和转变特征的自然而必然的结局。有资格的世界观从来也不是作为赠品得到的，我们必须通过艰苦的劳作获得它。只有准予在理性和经验起作用的领域内自由地倾向于理性和经验，对人类的幸福来说，我们才能缓慢地、逐渐地、但却是有把握地趋近统一的世界观的理想，只有这种世界观才能与健全精神的经济和谐共存。”

回顾历史，马赫的思想确曾“杂花纷陈醉流莺”；展望未来，马赫的遗产也能“出水芙蓉晚更明”。在新的世纪之交，我们有理由这样确信和期待。

参考文献

[1]E.Mach,HistoryandRootofthePrincipleoftheConservationofEnergy,TranslatedbyPhilipE.B．Jourdain,Chicago,TheOpenCourtPublishingCo.,1911．

[2]E.Mach,TheScienceofMechanics:ACriticalandHistoricalAccountofItsDevelopment,TranslatedbyJ．McCormack,6thEdited,TheOpenCourtPublishingCompany,LaSallelllinois，U．S．A.,1960．

[3]E．马赫：《感觉的分析》，洪谦等译，北京：商务印书馆，1986年第2版。

[4]E．Mach，PopularScientificLectures,TranslatedbyThomasJ．MeCormack,OpenCourtPublishingCompany,U．S．A.,1986．

[5]E．Mach,PrinciplesoftheTheoryofHeat，HistoricalJyandCriticallyElucidated,TranslationRevisedandCompletedbyP．E．B．JourdainandA．E．Aeath,D．ReidelPublishingCompany,1986．

[6]E.Mach,KnowledgeandError，SketchesonthePsychologyofEnquiry,TranslationfromtheGermanbyThomasJ.McCormack,D．ReidelPublishingCompany,1976．

[7]E．Mach,ThePrincipleofPhysicalOptics，AnHistoricalandPhilosophicalTreatment,TranslatedbyJohnS.AndersonandA.F.A．Yong,DoverPublicationsInc．,1926．

[8]ErnstMach:PhysicistandPhilosopher，EditedbyR.S.CohenandR.J．Seeger,BostonStudiesinthePhilosophyofScience,Vo1．6,D．ReidelPublishingCompany／DordrechHolland,1970．

[9]JohnT.Blackmore,ErnstMach,HisWork，Life,andInfluence,UniversityofCaliforniaPress,1972．

[10]M．Bunge,Mach’sCritiqueofNewtonianMechanics,Am.J.Phys.,34(1966),585-596．

[11]E．N．Hiebert,ErnstMach，C．C．Gillispieed.,DictionaryofScientificBiography,Vo1．Ⅷ,NewYork,1970-1977,pp.595-607．

[12]F．赫尔内克:《马赫自传》遗稿评介”，陈启伟译，《外国哲学资料》(第5辑)，北京：商务印书馆，1980年第67-96页。

[13]P．K．Feyerabend,Mach’sTheoryofResearchandItrelationtoEinstein,Stud．Hist．Phil．Sci．,15(1984),pp.1-12．

[14]E．N．Hiebert,ThelnfluenceofMach，sThoughtonScience,PhilosophiaNaturalis，Band21，Heft2-4，1984,pp.598-615．

[15]M．石里克：哲学家马赫，洪谦译，北京：《自然辩证法通讯》，第10卷(1988)，第1期，第16-18页。

[16]G．沃尔特斯：现象论、相对论和原子：为恩斯特•马赫的科学哲学恢复名誉，兰征等译，北京：《自然辩证法通讯》，第10卷(1988)，第2期，第16-26页。该文是按作者寄给李醒民的打印稿翻译的。

[17]洪谦：关于逻辑经验论的几个问题，北京：《自然辩证法通讯》，第11卷(1989)，第1期，第1-6页。

马赫范文篇2

一、马赫与爱因斯坦的交往

马赫首次提及爱因斯坦好像是在1909年。当时他在(能量守恒)第2版中加了一个新注，表示赞成爱因斯坦的相对论：

“空间和时间在这里未被看作是独立的实体，而是现象相互依赖的形式。于是，我赞同相对性原理，我也在我的《力学》和《热学》中坚持赞成它。”

也就是在这一年，马赫把他的再版书寄赠给爱因斯坦，由此引发了二人之间的通信。马赫给爱因斯坦的信无从找到，但是从爱因斯坦致马赫的信中可以看出，马赫“对相对论感兴趣”。在《能量守恒》再版的序言中，马赫首次对普朗克1908年12月的莱顿讲演做出了反应。此后，马赫一直关心着爱因斯坦的相对论和其后的研究，他在1914年致彼得楚尔特的两封信中也对爱因斯坦的相对论表示好感。

1910年初，在弗兰克的安排下，马赫在维也纳附近的住所会见了爱因斯坦。当时马赫已是年逾七旬的老人，爱因斯坦则刚刚30出头，弗兰克则是20多岁的小伙子。弗兰克回忆当时见面的情景：

“马赫经受了严重偏瘫的折磨，从他的岗位退休了。他住在维也纳郊区的一所房子内，从事他的研究，偶尔接待来访者。进入他的房间，人们看到一个蓄着蓬乱的灰络腮胡子的人，这个人脸庞一半显得温厚，一半显得狡黠，看起来像一个斯拉夫农民。他说：‘请大声给我讲话。除了我的其他令人不快的特征外，我几乎全聋了。’”(PSL，xvi—xvii)

这次会见时间不长，似乎没有触及相对论，也许马赫回避它，或者态度不明朗。爱因斯坦力图说服马赫接受玻耳兹曼的原子论进路。使爱因斯坦感到快慰的是，马赫在逻辑经济的意义上同意了原子假设。(El，627~628)

1913年7月，马赫在慕尼黑近郊法特尔斯特滕村为《光学》第一卷写了序言，该书由于种种原因直至马赫逝世后五年才出版。马赫在序言——该序言后来引起一场争论——中写道：

“从我收到的一些出版物中，特别是从我所收到的信件中，我推测我正在逐渐地被看作是相对论的先驱。我现在就能大致想象出，在我的《力学》一书中表达的许多思想，以后将从相对论的观点遭到怎样的解释和误解。

正如我不止一次看到的，可以预期，哲学家和物理学家将会继续讨伐我，因为我是一位在各个知识领域具有新颖思想的无偏见的漫游者。无论如何，我必须断然否认我是相对论的先驱，正如我拒绝当今的原子论信念一样。

我之所以达到不相信当前的相对论的地步，是因为我发现，相对论变得越来越教条了，此外还有一些特别的理由——基于感官生理学的考虑，认识论的保留，尤其是从我的实验得出的洞察——把我引向这样一种观点，这一切必须留待以后讨论。

致力于相对论研究的不断增加的思想的确将不会丧失；它对数学而言已经是富有成效的，并且具有永恒的价值。然而，作为一种能够在众多新观念扩大的领域中找到位置的理论，它将会在未来某个时期在世界的物理学概念中保持自己的地位吗?在这门科学的历史中，它将证明不仅仅是昙花一现的灵感吗?”

虽然无法肯定爱因斯坦上中学时是否学习过或听说过马赫有影响的物理学教科书，但是在上大学期间(1896～1900)，他在贝索的推荐下首次(1897)读了马赫的《力学》，同时还自学过带有强烈马赫色彩的弗普尔的电磁学教科书。在“奥林比亚科学院”时期(1902~1905)，爱因斯坦又一次和他的几位挚友一起学习、讨论过《力学》。1904年，在“马赫主义”大本营的苏黎世，爱因斯坦还参与了一个马赫取向的小团体的活动。1911年，爱因斯坦到马赫思想影响浓厚的布拉格大学任教，他还与许多著名学者一起签署了实证哲学学会宣言，在柏林掀起了学习和宣传马赫思想的运动。在1909年至1913年间，爱因斯坦给马赫写了四封信，其中第三封信未署日期。这四封信透露出这样的信息：爱因斯坦钦佩马赫的力学著作和充沛精力，肯定马赫天才的科学贡献和巨大的认识论影响，并特别推崇马赫是相对论的先驱(未用“先驱”一词)，表白在马赫与普朗克争论中站在马赫一边，自称是马赫的“虔诚的学生”。

在马赫和以马赫为首的批判学派的影响下，爱因斯坦早期哲学思想带有强烈的怀疑的经验论的色彩。广义相对论的成功(1915年11月)使爱因斯坦看到，科学理论具有高度抽象、思辨和虚构的特征，感性知觉并不是至高无上的，纯粹思维在某种意义上可以把握实在。就这样，爱因斯坦不得不做出痛苦的抉择，逐渐地、缓慢地偏离和背弃了马赫，“转变”到霍耳顿所谓的“理性论的实在论”，或我杜撰的“科学理性论”和“综合实在论”。虽说爱因斯坦在1916年3月14日还写了悼念马赫的动人的颂词(El，83~90)，但是在1917年4月29日和5月13日写给贝索的信中，却把马赫喻为堂吉诃德的“瘦马”和“小马”，并批评马赫只能破坏而不能创造。1921年，马赫遗著《光学》出版了。恍然大悟的爱因斯坦深感失望和痛苦，他于1922年4月6日在巴黎同科学家和哲学家讨论问题时，首次正式地、公开地批判马赫，《法国哲学学会公报》和英国《自然》周刊在1923年对此作了详细报道。(E1，168~169)此后，爱因斯坦还利用有关场合，对马赫思想进行了全面的清算，不过他仍然实事求是地多次尊称马赫是相对论的“先驱”(El，273)。

二、爱因斯坦对马赫的批评及其辨析

关于爱因斯坦对马赫思维经济原理的批评，我们已作了论述。现在，我们拟就爱因斯坦对马赫批评的其余几个主要方面，逐一加以讨论和分析。

1．爱因斯坦批评马赫哲学“不可能创造出什么有生命的东西，只能扑灭有害的虫豸。”(E3，432；1917年)

这话说得绝对了，而且也不完全符合事实，是一种有着强烈感情色彩的私下议论。诚然，马赫哲学，尤其是他的实证论如斯图迪(E．study)所说，是“一种依然完全不满足的存在，一个饥饿的、捕食牺牲品的哲学猛兽。”但是，它决不是“否定论”，它并非只有破坏性而无建设性。事实上，它对相对论和量子论的建立都起过直接的和间接的促进作用，因此连普朗克也认为应给马赫哲学以荣誉，因为马赫哲学在“科学破产”的声浪中为科学谋求了稳固的基础。马赫在哲学上也有许多创新，在当时乃至现在都产生了，并将继续产生不可低估的影响。在科学上马赫的时空相对性、马赫原理、广义协变、等价原理、近接作用、物理学与几何学的结合、把动力学化归为运动学、现象论物理学等思想，以及有关科学方法论和探索心理学的论述(比如思想实验、幻想和想象力、直觉、科学美等)，都作为爱因斯坦的建设性的成分溶入爱因斯坦的思想和理论之中。

其实在爱因斯坦之前，就有人对马赫存有类似的批评和误解。马赫在为自己辩护时说：

“我的著作中貌似破坏性的倾向，仅仅是针对掺入我们概念中的多余的、会迷误人的东西。这样，我相信我就把心理的东西与物理的东西、主观的东西与客观的东西的对立，正确地归结为本质的东西了，同时也就把传统的迷信的观点清洗出去了。这样做并没有改变科学地建立起来的观点，同时却为新的观点获得了地盘。我也不愿意以自满自足、不知悔悟的态度，摒弃值得认识和可以认识的东西，去代替挽诗哀悼或仰天长叹的‘不可知论’。”

尽管马赫的意图“不是旨在把新哲学引入科学，而是旨在从科学中清除旧的和僵化的哲学”，但是他并未忘记哲学的综合功能和探索功能，他为此做出的许多可贵的新尝试和有启发性的新成果就是明证。

不可否认，在理论物理学领域，马赫的批判气势或多或少地掩盖了创造性思维；他的批判思想的摧陷廓清的历史作用，也使建设性的作为相形之下显得有些黯然失色；而且，马赫也许没有意识到，摒弃把力学作为物理学基础力学自然观，并不意味着物理学没有类似的共同基础(爱因斯坦终生都在为构造这样一个基础而努力)。但是，我们没有理由苛求旧秩序的批判者和启蒙者都是新秩序的建设者和创造者，更何况马赫并不是严格意义上的理论物理学家(他是一位出色的实验物理学家!)。也许爱因斯坦献给牛顿的颂词同样适用于马赫：“你所发现的道路，在你那个时代，是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路。”(E1，14~15)这才是所谓的历史的辩证法。

2。爱因斯坦批评马赫说：“他不仅把‘感觉’作为必须加以研究的唯一材料，而且把感觉本身当作建造实在世界的砖块，……只要他把这种想法贯彻到底，他就必然会不仅否定原子论，而且还会否定物理实在这个概念。”(E1，438；1948年)他还批评马赫“忽略了”“这个世界实际上是存在的”(E1，213；1926年)，马赫认为“感觉材料是唯一的实在”(E3，394；1952年~1954年)，事实本身能够而且应该为我们提供科学知识”(El，22；1946年)。

爱因斯坦的这些批评实际上分为两个方面，即是从认识论或知识论和本体论上对马赫感觉论的经验论的批评。爱因斯坦的前一半批评确实有一定的道理，但把话讲得绝对了。马赫的感觉论的经验论确实有些过于激进、过于彻底了，他把感觉经验和感性事实的作用过分看重了，而在一定程度上轻视或低估了概念化和理论化的作用。在马赫看来，“感性事实既是物理学家用思想适应经验的一切活动的出发点，也是它们的目的。”(GJ，251)“对于物理学家来说，测量单位是建筑的基石，概念是建筑工具，而事实是建筑的结果。”诚然，马赫的类似言论也有其理由，因为科学的智力之树毕竟扎根于经验的土壤：它从感性事实中萌生，最终要用感觉经验检验。但是，感觉经验终归难以支撑庞大的科学系统，而且经验并非都十分可靠，它在质上和量上也很欠缺。虽然有些科学概念(比如力、温度等)必须从经验中汲取营养和力量，但是另外一些概念(比如熵、量子、夸克等)距离感觉经验实在太遥远了。因此，波普尔拒斥“经验科学可以还原为感性知觉”的观点(马赫在某种程度上持有这样的观点)；他虽然承认科学有经验基础，但他用轻蔑的沼泽地隐喻(是否又在相反的方向上走过头了一些?)来诠释这个经验基础。

在这里请不要忘记我们前面的论证：马赫并不是一位极端的或狭隘的感觉经验论者，他也肯定了科学中的种种智力因素的巨大意义，强调“概念的形成对科学来说是多么重要”(KE，98)，并为有人批评他“过分的重视感性和相应地不了解抽象作用和概念思维的价值”作了强有力的辩护(GJ，280)。而且，马赫在不同场合多次讲过类似下面的偏向于理性论的言论：

“与观察(因为总是有大量的和复杂的附属环境的影响)实际上能够保证的相比，理论则更简单、更精确地描述了事实，只有理论符合明确的决定性的理想。理论的这种精确性能使我们通过一系列相等的或不等的步骤，演绎出具有深远意义的与该理论一致的推论。”(KE，357)

费耶阿本德正是罗列了马赫的一大堆同样的且具有辩证法思想的言论，列举了爱因斯坦的一系列强调感觉经验重要性的论述，认为马赫是辩证理性论者，而爱因斯坦是非理性的实证论者，他的论述更接近马赫，更接近实证论。尽管我们不同意费耶阿本德的最终结论，但是他据以立论的材料确实说明，马赫并非绝对地“把感觉作为必须加以研究的唯一材料”，并非绝对地认为“事实本身能够而且应该为我们提供科学知识”。

尚须注意的是，马赫所谓的“事实”并不是仅指“感性事实”，它的涵义更为广泛。马赫认为，除了以概要的形式收集尽可能多的事实外，自然科学还有另一个问题，即把比较复杂的事实分解为尽可能少、尽可能简单的事实，这就是说明。正是在这个意义上，马赫赞同迈尔(I．R．vonMayer，1814~1878)的观点：“如果一个事实在它的所有方面都被认识，那么事实用那种知识就被说明了，科学的问题也就终结了。”(HR，58)

至于爱因斯坦从本体论上的批评，在下一章论述马赫所谓的“唯心论”时再详加探究。不过，马赫并没有想用感觉作为构造物质论者或朴素实在论者的独立于人的外在世界的砖块，他至多只是把它当作构成唯一的现象世界的要素而已。而且，马赫并未否定物理实在，他的实在原理只是把物理实在限定于可观察的现象领域，他是偏爱关系实在而不喜欢实体实在的关系实在论者。他认为物理要素是不可怀疑的，朴素实在论的观点的价值怎么高估也不过分。在这个问题上，爱因斯坦有些过分拘泥于朴素实在论的独立于人的外在世界的观点子，这也是他与玻尔争论长期未能获胜的重要原因之一。要知道，自然界先于人而存在，生命的统一性先于自我和客我的区别而存在，人又先于自然科学而存在；自然界是一次给定的，人以及人的思想又是自然界的一部分；因此，以自然界为研究对象的自然科学也是人为的和为人的，以客观性著称的科学理论也是主体间性的。诚如马赫所言：“改变人的眼睛，你就改变了他的世界概念。”(PSL，82)

3．爱因斯坦批评马赫“相信毋须自由的概念构造”，“他没有正确阐明思想中，特别是科学思想中本质上是构造的和思辨的性质；因此，正是在理论的构造的这一思辨的特征赤裸裸地显示出来的那些地方，他却指责了理论，……”(El，22．10；1946年)“他没有认识到概念的形成中的那自由构造的元素，他在某种程度上认为，理论产生于发现，而不是产生于发明。”(E3，475；1948年)

爱因斯坦作为一个科学理性论者，十分强调概念的自由创造和基本原理的虚构特征。其实，马赫不仅多次讲过抽象和概念在科学中的意义和价值，而且也洞察到概念形成中的自由构造元素和理论中的某种虚构成分。他指出：

“概念的选择受事实的启示；可是，看看这种选择是我们在思想中任意摹写事实的结果，则知在这件事情上留有自由的余地。”(KE，291)

马赫不赞同归纳法，他注意到，“从特殊达到较一般的情况却包含着某种任意性，这是很自然的，不同的探索者在这里采取不同的路线。”(KE，306)在谈到自然探索者所使用的时空概念时，马赫说：“我们认清在不破坏事实的情况下，能够设想任何空间的或时间的构造。”(KE，324)马赫提出的“n维离子”概念，就是这样的有用的虚构。

马赫完全了解，物理学中的两类概念都是理智的构造，其中距离感觉经验比较遥远的那类概念，更是科学家精神的最高创造。尽管这类概念缺乏返回感性知觉的直接通道，但它们的提出依然或多或少受到事实的启示，而且也不能最终违背事实。在马赫看来，在构造概念和理论时，科学家并不是完全自由的，割断回到实验室的生命线的空洞幻想对科学毫无价值，丧失与实在的接触只能导致梦一般的无节制和不幸的畸形理论。马赫反对纯粹虚构假设的科学，因为这种科学完全脱离感觉经验，使科学变成空中楼阁。

其实，在概念形成和理论构造方面，爱因斯坦与马赫的看法并无实质性的差异，而且他们都不推崇归纳法，都强调抽象、直觉、审美、想象、猜测乃至幻想的作用和价值。只不过两人关注的重点有所不同：马赫更明确地申述与感觉经验的联系，爱因斯坦则更强烈地主张思维的自由创造、理智的自由发明和概念的思辨、虚构特征(他并未离开经验基础)。

至于“发现”和“发明”问题，马赫把科学创造称为发现，共目的在于促进科学洞察或消除智力不安；技术创造则是发明，它具有实用的目的，为的是消除物质方面的困难；此外，二者之间几无差别。在爱因斯坦看来，科学家是发明还是发现理论的问题，涉及到经验材料对他们思维的影响程度。所谓发明，爱因斯坦意指精神跨越以感觉和材料为一方，以概念和原理的创造为另——方的二者之间的鸿沟；所谓发现，则意指按照现存在的模式或智力图像整理经验材料。爱因斯坦认为发明是通向创造性思维的道路，但他在文章中常常混用这两个词。由此可见，在对科学创造过程的看法上，马赫和爱因斯坦并没有实质性的分歧，至于是科学“发现”还是科学“发明”，主要是一个用词习惯和偏好问题。

4．爱因斯坦批评说：“按照马赫的看法，科学不过是一种用我们逐步摸索得来的观点和方法，把实际给予我们的感觉内容加以比较和排列的结果。”(El，84；1916年)“马赫的体系所研究的是经验材料之间存在着的关系；在马赫看来，科学就是这些关系的总和。这种观点是错误的，事实上，马赫所作的是在编目录，而不是建立体系。”(E1，169；1922年)

与彭加勒的科学理论三级结构(事实、定律、原理)和爱因斯坦用探索性的演绎法建构的逻辑严谨的原理理论——狭义相对论和广义相对论——相比，马赫似无一个比较明晰的科学理论结构构架。在马赫看来，科学是对事实的描述或整理。马赫说：“一旦经验明确地展现这些事实，而且科学已经把它们经济地、清楚地排列成序，毫无疑问我们就可以理解它们，除了从心理上把握事实之外，绝不存在什么别的‘理解’。科学不是从事实中创造事实，而仅仅是整理已知事实。”(PSL，210~211)我们已经讲过，马赫的科学观是描述论的。尽管马赫认为理论或理论观念(theoreticalidea)能够扩展事实且高于观察，但仍认为它们落入需要被直接描述代替的间接描述之中。(PSL，240~241)因而，理论仅有暂时的意义，在最终科学中是没有地位的。法则、公式、定律一点也不被个别事实的集合具有更真实的价值，而仅具有经济的价值。(HR，55)更普适的物理学定律与描述并无本质的不同，它只是比较简明、扼要综合而已。(PSL，254~255)科学说明即是用要素所作的描述，它只不过把事实分解得更少、更简单罢了。(GJ，260)马赫这种科学观确实有很大的局限性，它很难容纳高度抽象、极其严谨的相对论和量子力学这样的理论体系。爱因斯坦的批评不无道理。与他的下述观点相比较，马赫的科学框架就显得太单薄了：

“事实上，表现在我们‘自然规律’中的普遍性的联系，不仅仅是由观察资料建立起来的；除非我们从理性的构造着手，否则这些联系就无法表达和推导出来，而理性的构造不能只是经验的结果。其次，科学并不满足于提出经验规律；它倒是试图建造这样一个逻辑体系，这个体系是以为数最少的前提为根据，并把一切自然规律都包括在它的结论之中。这个体系——或者更确切地说它所代表的许多概念的总体——是同经验的对象相对应的。”(E1，368)

布雷德利认为，马赫把科学建立在“给予的”基础上，而不是建立在“理性的”基础上。在马赫看来，感觉经验是科学的基础，理论的体系化是次要的。马赫的科学观是感觉优于思维，描述优于说明，直接描述等于科学定律，间接描述等于科学理论，布雷德利批评说，不管科学描述论观点本身可能多么重要和真实，它不能是科学的全部真理。在通常的意义上，人们不能描述未发生的事，即不能描述未来。事实上，现有的科学理论比间接描述自然界作得更多，它激励创造性的才能，给予惊人的预见功能。况且，经验在交流之前并未变成科学，但交流的又不能是我们的经验，因此一些基本的陈述是必不可少的。科学家一般并未用直接描述代替间接描述，从白屈菜酸的结构式退回到黄叶片的时间和空间坐标是不可取的，也是不必要的。赫伯特批评马赫过于近视地倾向于概略地处理现象世界给予的材料，以致不容许他自己探索科学宏伟的、统一的概念框架。尽管马赫鼓励概念的多元化，主张以不同的、互补的方式审查资料而加深对自然现象的理解，但他对普遍的理论综合感到不安，总担心包入危险或引进形而上学。(KE，xx~xxii)

但是，也有人不同意对马赫的这些指责。弗兰克说，“经典”实证论者孔德和马赫并不认为自然定律可以简单地从经验“得到”。他们知道，必定存在着一种理论的出发点，一种为了将其结果与观察相比较而通过人的想象建立起来的原理体系。无论如何，基本符号和联系它们的定律可以看成是从那些能够经受住直接经验检查的原理出发而导出的逻辑结论，这是逻辑实证论和经典实证论共同具有的主要特征之所在。哈勒尔(R.Haller)把马赫的科学理论结构图景概括如下：(1)一个假设的基本功能是，它导致新的观察和实验，从而反驳或修正我们的猜测，因而开拓经验。(2)然而，一个实验的否定结果，也即一个假设的伪证绝不可看作是决定性的。(3)在自然科学中，从一个前提到若干结论之确凿的确定，在可感知的实在中是不存在的，而仅在理论中存在。(4)通过任何类归纳程序获得的结果必须用演绎检验。(5)像人的任何其他创造物一样，科学也是历史的产物，而历史则易于导致偏见和墨守陈规。(6)不仅存在生命的进化，而且存在知识的进化；知识本身促进生命。(7)只有诗人的想象才使得能够发现新的问题和方法，其价值在于它是否能成功地适应或破除现有的理论结构。哈勒尔得出结论：

“思考这七条命题(可以很容易地把马赫著作中的其它许多相容命题补充在它们之中)，就像打开本世纪科学理论的一本著作：这一切都可以毫不修改地看作为现存公认的知识财富。而且，这些想法也可以在那些人那里看到，这些人在自己的著作中把马赫列入错误理解科学的人当中。这些话无疑可以认为是对爱因斯坦的反批评。”费耶阿本德针锋相对地对爱因斯坦进行了反驳。他说，许多人重复“马赫所作是在编目录，而不是建立体系”的责难，这是不符合事实的。马赫强烈地强调需要使普遍事实摆脱个人观察和实验的特殊性，并总是“注意整体”。正如马赫所述，力学的渐进发展在于逐渐揭示“一个大事实”。最多产的科学家具有“广阔的观点”，天才的科学家能够“明确察觉到贯穿所有事实的原理”，“在自然过程中直觉到它”，而朴素的观察者则要受“次要情况”左右，难以选择和注意本质的东西。因此，富有成效的科学家不枚举事实并把它们排列成表，他们或重构它们，或致力于“构造性的努力”，从他们自己的“观念存贮中”建立“理想案例”。他们也不满足于一致性，他们寻求“更大的和谐”，他们在普遍事实和本能原则中发现了它。在马赫看来，为了试图发现世界秩序，科学家探索原理，或者通过咨询实验以蹒跚的、不确定的方式发现，或者本能地借助思想实验和由此引出的概括发现。原理定义了一种思维风格，我们用这种方式“概述”或“理想化”已知事实。这是真正的创造性行为，它通过重建和改变事实与观念而把二者联系起来。马赫对传统的归纳法是持批判态度的，他偏爱直接地和“本能地”使用具有最大普遍性的原理，由于原理因我们环境的稳定性“可以用来作为数学演绎的起点”。费耶阿本德甚至断言，爱因斯坦1905年相对论论文的程序也是马赫描绘和推荐的程序。（[15]）

这些反批评也是有一定的根据的，而且并非完全不合情理，尽管费耶阿本德显得较为偏颇，尤其是最后的断言似有武断之嫌。不过，爱因斯坦的批评着实忽略了马赫硬币的另一面，因而所招致的反批评也就不足为怪了。不管怎么说，马赫对待理论化的保守态度毕竟也是一个事实，现代科学从经验论向理性论的回摆，爱因斯坦等人后来摆脱马赫实证论，也说明了这一点。

5．爱因斯坦批评马赫“不能容许”“理论的思辨性”(El，439；1948年)，批评包括马赫在内的实证论者的致命的“对形而上学的恐惧”(E1，410；1944年)。

马赫是反形而上学的先行者。在马赫看来，所谓形而上学是康德意义上的，即研究在经验之外存在的事情。马赫在他的指称现象论的框架内，也把形而上学定义为那些我们不能清楚地追溯其来源和历史的观念。如果一种观念在理智上不能与其它观念历史地联系起来，或一种事物与其它现象无关，我们便称其为形而上学。一般而言，一个参照物与其它对象或观念具有的关系越少，它就有较多的形而上学。马赫以及后来的逻辑经验论者通常也把思辩的、不可证实的理论化的东西称为形而上学。于是，牛顿的“隐秘的质”，康德的“物自体”，还有所谓“潜在的原因”，以及绝对时空、绝对运动等等，在马赫看来都是形而上学的朦胧，都是概念的怪物和思想的畸胎，都在清除之列。

马赫反形而上学态度，源于他的感觉分析或作为其外观的科学统一概念，也基于他的教学和社会经验。马赫深信，人的思想不能比处理感觉要素走得更远；正如弗洛伊德“潜意识的抑制力”限制人的本能欲望一样，马赫也期望它能限制人的智力渴望。马赫牢牢地看守着科学的大门，不让那些个人的臆想、幻觉、宗教感情之类的东西闯入科学。但是，爱因斯坦却具有强烈的“宇宙宗教感情”，而且在1920年所写的一封信中说：“一元论对宗教组织的挑衅立场，原则上是不公正的。在我看来，对人类而言，宗教尽管以最原始的形式传达的超个人的内容，也比海克尔的唯物论更有价值。我认为，宗教的废除即使在今天也会导致精神的和道德的枯竭，……”沃尔特斯对此评论说：马赫并不具有爱因斯坦的这种形而上学的慷慨。

马赫拒斥形而上学也以他的经济理论为根据。他在《感觉的分析》中说：

“一切形而上学的东西必须排除掉，它们是多余并且会破坏科学的经济性。”(GJ,iii)

他进而表明：从科学的经济课题出发，查明现象的相互依存和被给予的东西的关系，形而上学即可随之消失。马赫提请人们注意：“当我力图清除自然科学说明中的一切形而上学时，我的观点并不是说，所有用来作为图像的观念都要被排除，如果它们：是有用的并仅仅被视为图像的话。”(PTH，333~334)

马赫反形而上学的意图也许是，为自然科学谋求一个坚实的经验基础；在科学与非科学乃至伪科学之间划出一条分明的界线；把人们从形而上学假问题的徒劳无益的争论中解放出来，从而致力于真正的科学研究。马赫在《力学》第7版序言(1912)中的一段话恐怕是针对爱因斯坦说的：“在上世纪末，我的力学研究被顺利地作为一种准则。但是现在，康德传统再次得势，人们重新要求力学的先验基础。”(SM，xxvii)虽然马赫的意图是好的，他的作法本身好像也没有过多的值得挑剔的东西，但是问题在于：高度抽象的科学理论本身就具有与生俱来的形而上学的思辨性，能否成功地将它们一刀两断?科学家作为一个活跃的思维者，他能否仅满足于“知其然”(自然界是怎样的以及它的变化是怎样进行的)而不追究“所以然”(自然界为什么是这样的而不是别样的)?在这种意义上，爱因斯坦的下述说法是言之有理的：“任何理论都是思辨性的”，“人们没有‘形而上学’毕竟是不行的”(E1，502，411)。爱因斯坦在1930年批评石里克的话同样也适用于马赫：

“事实上，物理学提供感觉经验之间的关系，但仅仅是间接提供的。在我看来，物理学的本质决不是用这个断言就能详尽无遗地概括出特征的。我率直地向你提出：物理学是尝试用概念构造真实世界的模型以及这个世界受定律支配的结构的模型。的确，它必须严格地描述我们可以达到的那些感觉经验之间的经验关系；不过，它只有这样才能与感觉经验联系起来。……你将为爱因斯坦是一个‘形而上学家’而感到奇怪。但是，在这方面，每一个四条腿和两条腿的动物实际上都是形而上学家。”

皮尔斯在他的(心灵哲学)中的评论也值得人们仔细体会：

“马赫是属于自称是经验论哲学家的派别，他的目的在于使他们从所有形而上学的束缚中解放出来，并径直地走向事实。这种尝试也许是值得高度称赞的——如果有可能实现它的话。但是，经验表明，经验论者恰如任何其他哲学家一样，也是形而上学的，不过其差别在于，未被他们辨认出的、与其他哲学家一样的预先设想的观念在面对所有的观察事实时，更加暗中为害，更易于飘忽不定。”(KE，xvii)

6．爱因斯坦批评说：“马赫可算是一位高明的力学家，但却是一位拙劣的哲学家。”(El，169，1922年)

这是爱因斯坦对马赫最严厉的批评，带有强烈的情绪化色彩，它仅出现过一次。对照前述的马赫哲学，不难看出它是严重失之公正和谨慎的。其原因在于，爱因斯坦在《光学》(1921)出版前，一直自以为马赫关心和支持相对论的。当他知道自己似乎受到蒙骗时，其愤懑之情是可想而知的。其结果，1922年4月在法国哲学学会回答问题时，即席讲了马赫是“可怜的哲学家”这句欠考虑的话。事隔不久，爱因斯坦就从沉重的打击中恢复了镇静，肯定了马赫的历史功绩，实事求是地称马赫为相对论的先驱，并把马赫晚年反对相对沦归咎于马赫年事已高、严重瘫痪以及对相对论的思辨性不满意。

三、马赫与相对论

马赫最终没有接受相对论或曰反对相对论，在学术界似乎已成定论。马赫在《光学》序言中提出了反对的三个理由，其所指有些至今仍不十分清楚。霍耳顿认为马赫反对相对论的原因在于马赫的感觉论哲学和描述论的科学观（[6]）。布莱克默认为原因在于马赫受丁勒影响而不能容忍相对论的四维时空形式(EM，247~285)。费耶阿本德则认为，普朗克把相对论的不变量看作是他假定在科学世界和感觉世界的绝对实在的一部分，这导致马赫把相对论视为教条主义而加以反对。（[15]）

原西德青年学者在纪念马赫《力学》出版100周年发表的文章中一反公认的观点，认为《光学》序言和《力学》第9版(1933)序言中关于反对相对论的引文是马赫的大儿子路德维希伪造的。他认为马赫并未反对相对论，其证据之一是爱因斯坦写给马赫的第三封信(他把时间确定为1913年／1914年新年前后)，其中有“我对你对新理论所表示的善意关心感到十分高兴”；其证据之二是马赫写给彼得楚尔特的两封信：

“其间，我收到了一本包含你关于相对论的文章的杂志，这真使我高兴，不仅是因为你承认我对这个论题的微薄贡献的功绩，而且同样也有其它方面原因。”(1914年4月27日)

“所附的爱因斯坦的信是实证论哲学侵入物理学的证据。你应当为此高兴。一年前哲学还是极其愚笨的——详情证实了这一点。”(1914年5月1日)

沃尔特斯后来在他出版的书中，把他所设想的伪造称为“肮脏行为”；在提交给布拉格会议的论文中，他把它称为“肥皂剧”，把路德维希称为“罪犯”(绰号马赫二世)；并认为关于马赫反对相对论一说是本世纪60年代反实证论“战役”发明的谣传，反实证论今后将由于失去这颗反马赫的科学哲学炮弹而变得更加困难。

对此，布莱克默写了长篇文章《对格雷翁•沃尔特斯的答复》，逐行驳斥了“伪造说”。霍耳顿在对沃尔特斯论文的评论中指出，马赫就相对论及其创始人所作的一切评论都是简短的和含糊的，从来也未提供十分明确的赞同；沃尔特斯把论据建立在爱因斯坦的两个词“善意的关心”(也许是马赫出于礼貌的评论)上是危险的；把提及的三封信件理解为马赫接受相对论也是荒谬的，因为它们在相反的方向上说得一样多，且有利的话语也是模糊的、软弱的。霍耳顿通过对彼得楚尔特的相对论文章的研读指出，该文是一篇准哲学文章，以表明相对论的基本版本符合马赫和阿芬那留斯创立的相对主义的实证论。彼得楚尔特对时钟佯谬无知，在对相对论的叙述中有许多错误，其实马赫也对相对论不甚了解，不知道它是怎么回事。（[27]）

马赫哲学把注意力主要放在了科学的经验方面——这是有其充分的内在的和外在的原因和根据的——相形之下有点冷落了科学的逻辑和语言分析，这需要用彭加勒的一些思想来平衡和补充。不过，马赫1912年在《力学》第7版序言中谈及他的理由：“力学的两个方面——经验的方面和逻辑的方面都需要研究。我认为这在我的书中作了充分明确的表达，虽然我的著作有健全的理由特别转向经验的方面。”(SM，xxviii)不管怎么讲，马赫不赞成或反对相对论和原子论，毕竟显露出马赫哲学的某些瑕疵和缺陷。然而，诚如石里克所说：

“马赫的哲学中有缺点，有矛盾，有站不住脚的地方。但是没有任何批评可以有损于他作为伟大思想家的声誉：心平气和的公正态度、没有偏见和独立自主，他就以这些原则作为出发点来研究他的问题，他不可动摇地热爱真理和明晰性，这些品德在任何时候都能使哲学家做出解放人类思想的事业。”

参考文献和注释

E.Mach,HistoryandRootofthePrincipleoftheConservationofEnergy,TranslatedbyPhilipE.B．Jourdain,Chicago,TheOpenCourtPublishingCo.,1911,p.95．以下该书简称HR。

关于这次会见的具体时间，伯恩斯坦认为在1912年前后(PSL，xvi)，布莱克默估计可能在1910年前后(EM，253)，沃尔特斯说在1910年9月，但弗兰克和爱因斯坦均回忆说是在1913年(PSL，xvi，E1，627)。其中PSL为E．Mach，PopularScientificLectures,TranslatedbyThomasJ．MeCormack,OpenCourtPublishingCompany,U．S．A.,1986．EM为JohnT.Blackmore,ErnstMach,HisWork，Life,andInfluence,UniversityofCaliforniaPress,1972．E1为《爱因斯坦文集》第1卷，许良英等编译，北京：商务印书馆，1976年第1版。

E．Mach，ThePrincipleofPhysicalOptics，TranslatedbyJ．S.AndersonandA.F．A．Young，DoverPublications，Inc.，1926，p．vii.

董光璧：论爱因斯坦致马赫的信，北京：《自然辩证法通讯》，第6卷(1984)，第6期，第10~19页。这四封的所写日期依次是：1909年8月9日，1909年8月17日，不详，1913年6月25日。

G．沃尔特斯：恩斯特•马赫和相对论，李醒民译，北京：《自然科学哲学问题》，1988年第1期，第56~62页。该文指出，赫尔内克(F．Herneck)认为在1912／1913年之交，或者1912年前后；霍耳顿认为在1911~1912新年前后，派斯(A．Pals)认为在1913年1月；而他本人认为在1913年／1914年新年前后。

G．霍耳顿：《科学思想史论》，许良英编译，石家庄：河北教育出版社，]990年第1版，第38~83页。

李醒民：走向科学理性论——也论爱因斯坦的哲学历程，北京：《自然辩证法通讯》，第15卷(1993)，第3期，第1~9页。

李醒民：论爱因斯坦的综合科学实在论思想，北京：《中国社会科学》，1992年第6期，第73~90页。

《爱因斯坦文集》第3卷，许良英等编译，北京：商务印书馆，1979年第1版，第431，432页。以下简称其E3。

P．Frank，TheImportanceofErnstMach’sPhilosophyofScienceforOurTimes，inErnstMath，PhysicistandPhilosopher，EditedbyR．S．CohenandR．J．Seeger，D．ReidelPublishingCompany，1970，pp．119~234．

E．马赫：《感觉的分析》，洪谦等译，北京：商务印书馆，1986年第2版，第281~282页。以下该书简称GJ。

E.Maeh，KnowledgeandError，TranslatedbyT．J．McCormack，D．ReidelPublishingCompany，1976，p．xxxii.以下该书简称KE。

E．Mach,PrinciplesoftheTheoryofHeat，HistoricalJyandCriticallyElucidated,TranslationRevisedandCompletedbyP．E．B．JourdainandA．E．Aeath,D．ReidelPublishingCompany,1986，p．370.以下该书简称PTH。

K.Popper,TheLogicofScientificDiscovery,London,1959,p.93.

P.K.Feyeraband,Mach’sTheoryofResearchandItsRelationtoEinstein,Stud.Hist.Phil.Sci.,15(1984),1~12.

J．Bradley，Mach’sPhilosophyofScience，TheAthlonePressoftheUniversityofLondon，1971，pp．207~215，vii．

F．Frank，Einstein，Mach，andLogicalPositivisism，inAlbertEinstein:Philosopher-Scientist,EditedbyP.A.Schilpp,TudorPublishingCompany,NewYork,1949,pp.271~286.

R.哈勒尔：诗人的想象和经济：科学理论家马赫，周昌忠译，《科学与哲学》，1984年第5辑，第88~101页。

哲人科学家由于经验事实给他规定的条件，不能固守一隅，而必须在对立的两极保持“必要的张力，这就必然表现出一种积极的“机会主义”特征。因此，对哲人科学家思想的研究和分析，就应该全面而细致，切不能以偏概全、道听途说。参见李醒民：论作为科学家的哲学家，长沙：《求索》杂志，1990年第5期，第51~57页。

李醒民：爱因斯坦的“宇宙宗教”，成都：《大自然探索》，第11卷(1993)，第1期，第109~114页。

G．Wolters，MachandEinsteinintheDevelopmentoftheViennaCircle，ActaPhilosophicaFennica，52(1992)，14~32．

H.Howard,RealismandConventionalisminEinstein’sPhilosophyofScience:Einstein-SchilickCorrespondence,PhilosophiaNaturalis,21(1984),pp.616～629.

deplorablephilosopher似译为“可怜的哲学家”或“可悲的哲学家”较为妥贴。

限于篇幅，此处无法详细讨论这个问题，这里仅作一概要阐述我已在我的另一部著作《伟大心智的漫游》中作分析。马赫反对原子论和相对论，长期以来是两桩学术公案，至今仍众说纷纭。参见李醒民：《伟大心智的漫游》，福州：福建教育出版社1995年第1版，第七、八章。

G．沃尔特斯：恩斯特•马赫和相对论，李醒民译，北京：《自然科学哲学问题》，1988年第1期，第56~62页。

G.Wolters，MachⅠ，MachⅡ，EinsteinundRelativitastheorie，Berlin／NewYork，1987．

G．Wolters，MathonAtomsandRelativity，ErnstMachandtheDevelopmentofPhysics，InternationalConference，Prague，1988，pp．435~463．

马赫范文篇3

[关键词]马赫，经验论，要素一元论，感觉经验论

马赫是19世纪末、20世纪初的超级哲人科学家。马赫哲学属于经验论的范畴。这种经验论既有对传统经验论的继承，也有超越，突破和创造，从而具有较为丰富的内涵。马赫的经验论是感觉经验论，它虽则激进和彻底，但并不极端和狭隘。

1）马赫经验论的根基：要素一元论及其真谛

“要素”一词是马赫的要素一元论的核心概念。在马赫看来，构成世界的要素并不是完全独立的，但是为了分析和研究的方便，可以将其划分为三组：外部要素或物理要素，用符号ABC……表示它们是那些通常被称之为物体的，由颜色、声音等组成的复合体，内部要素或生理要素，用符号KLM……表示，它们是那些叫作我们身体的，在前一类复合中以某些特点为优异标志的一部分复合体；内部要素或心理要素，用符号αβγ……”表示，它们是由意志、记忆印象等等构成的复合体。这样人为的划分，对应着科学研究的三个领域——物理学、生理学和心理学。马赫认为，通常人们把组成自我的复合体αβγ……KLM……与组成物质世界的复合体ABC……置于对立的地位。但是，有时只把αβγ……视为自我，把KLM……ABC……视为物质世界。初看起来，好像ABC……是离自我而独立的，并且是与自我相对立的。可是，这种独立性只是相对的，一经研究，就消失了。

按照马赫的观点，“要素是构成物理的(同时也是心理的)世界的最简单的基石”，它是到目前为止我们不能再作进一步分解的成分”，即“最后的组成部分”。([1]，pp.33，4)虽然要素依照联系的方式，时而表现为物理要素，时而表现为心理要素，然而“这些要素总是一样的，仅仅是一个种类的。”“一切要素都是等价的。”([1]，pp.49，250)“我们物理经验和心理经验的暂定的基本共同的组分，我们称之为要素。从形式上看，马赫的要素概念与原子假设有某种共同之处，但是从实质上看，马赫的要素比原子更广泛、更根本。更何况，实在论者或唯物论者是在本体论的意义上使用原于概念的，而马赫提出的要素概念并无本体论的涵义。

马赫虽然暂定地赋予要素以终极的基元地位，但他并没有陷入独断论，没有把要素视为至高无上的、神圣不可侵犯的宝物。马赫指出，在物理学和心理学会合之时，各种各样的原子论和单子论都无能为力，但要素是世界要素的观念却消解丁疑难(且有经济功能)，取得了成功。要素说“这个基本见解，虽然不自命为万古不灭的哲学，但现在在一切经验领域里都可以采取它，因此，这个见解费力最小，比其他见解都更为经济，适合于现时的知识总和。并且，这个基本见解明白它自己的功能是纯经济的，因而对于其他见解最能宽容。它并不闯入现在流行的见解还适用的领域。它也随时准备着以后经验领域扩大时让位于更好的见解．”([1]，p.25)马赫进而强调指出：要素不是最终的，“它们正如炼金术的原素和今日化学的元素一样，是尝试性的和初步的”，也没有必要把研究的每一个片断都归诸于它们。

马赫的要素说是与笛卡儿的广延和思维对立的二元论、莱布尼兹的单子论和多元论以及后来的亨普尔的两个面(理论面和观察面)格格不入的，他在要素的基础上建构了一元论的世界观即要素一元论。马赫这样写道：“谁想把各种科学集合而成为一个整体，谁就必须寻找一种在所有科学领域内都能坚持的概念。如果我们将整个物质世界分解为一些要素，它们同时也是心理世界的要素，即一般称为感觉的要素，如果更进一步将一切科学领域内同类要素的结合、联系和相互依存关系的研究当作科学的唯一任务，那么我们就有理由在这种概念的基础上形成一种统一的、一元论的宇宙结构，同时摆脱恼人的、引起思想紊乱的二元论。”([1]，p.240)马赫还明确指出，他的“物理现象和心理现象的一元论”并不是两个不同的世界，“而只涉及对二者相互依存方式的观察”。他继续说：“我之所以也达到了这种一元论，是因为我认为生命的统一性先于自我和客我的区别。“这里，马赫的要素一元论与他的自然主义和进化认识论关联起来了。

马赫意识到他的要素一元论“陈述不够明确”，他相信这是“可以完全克服的”([5]，p.69)。但他坚决拒绝把自我与世界、精神与物质、主体与客体、属性与实体绝对对立的二元论的世界观。他认为“心物二元论是人为的，是不需要的”，“主体和客体的对立并不存在”。“表象会多少摹写事实这个问题，像其他一切问题一样，是个自然科学的问题。”([1]，pp.32，252)他在批评笛卡儿的二元论时说：“二元论代表了从纯粹的唯物论到纯粹的唯灵论过渡的整个范围，这取决于我们如何估价物理的和心理的东西，即把一个看作是基本的，把另一个看作是派生的。与任何自然的观点相反，二元论的对比变得如此剧烈，以致排除物理的东西和心理的东西的所有接触，这便产生了像‘偶因论’(occationalism)或‘先定的和谐’(pre-establishedharmony)这样的怪物。”([2]，p.5)

马赫有时也把“感觉”、“感觉的复合体”与“要素”和“要素的复合体”相提并论，因此他的要素一元论也被称之为感觉一元论．但是他提醒人们注意：“只有在这里所指的联系或关系中，只有在这里所指的函数的依存关系中，要素才是感觉。在另一种函数关系中，要素同时又是物理对象。我们用附加名词‘感觉’表示要素，只是因为所指的要素作为感觉(颜色、声音、压力、空间、时间等等)对大多数人更熟悉得多……’([1]，pp.12~13)但是，马赫还是觉得感觉一词“包含着任意性的、片面性的理论”，他宁可只谈更中性的词“要素”。这是因为在马赫看来，感觉的概念容易被人误以为，被感知的对象总是通过感知者的行动为某一主体所了解的。便是，自我并不是一种具有任何物质性的主体，而仅仅是要素的复合。马赫不同意下述看法，“有人以为世界是由一种神秘的东西构成的，这些神秘的东西与另一个同等神秘的东西即自我相互作用，从而产生了所能经验到的感觉。”([1]，p.23)

在某种程度上，要素一元论既是马赫对自己科学研究成果的总结和概括，也是为了科学统一而作出的尝试．马赫受到费希纳心物平行论的影响，但他依据经验不同意费希纳关于物理的东西和心理的东西是同一实在的两个方面，而认为二者之间没有任何鸿沟。马赫指出，物理的东西和心理的东西不存在“本质的差异”和“对立”，“也不存在内部和外部”，而存在着“要素”的简单的同一性；二者之间的界限，“是按照临时考察的方式来区分的”，“完全是实用的和约定的”([1]，pp.v,35,238~239)。马赫断言，“心理的东西和物理的东西在原则上是不可通约的(incommensurable)”这一看法，只不过是“从原始文化那儿得到的、迄今还未完全消除的偏见的遗迹”([2]，p.360)。马赫认为，他的这一观点和作法也“会成功地开辟科学研究的新道路”([1]，p.239)。

马赫虽然不自命为哲学家，但他并不满足于科学专业的狭窄界限．他有一种强烈的愿望，就是要寻找一条在各个学科都行得通的道路，要寻求一种在科学领域中转移时无需立即放弃的普适观点。马赫发现，对于纯粹物理学家来说，物体这个观念会使他在研究中易于辨明方向，同样追求实用目的人也可以从自我这个观念得到切实的支持。可是，到了物理学和心理学会合之时，把这一领域的观念移到那一领域内，就显得要不得了。在马赫看来，人类的科学知识无非是来自物理学、生理学和心理学三个领域，这三个领域的区分并非题材不同，而只是审查同一个世界的方法论视角(或探求的方向，或对感觉的态度)不同而已，是出于研究方便的考虑。实际上，“物理学研究与心理学研究并没有根本的不同”，“只有它们的结合才能构成一门完备的科学”([1]，pp.14，262)．马赫引入要素概念，正是为了消除设置在各门学科之间人为的鸿沟和藩蓠，把科学统一起来，因为“正是这些要素构成最广义的物理学和自然科学的心理学的桥梁”([1]，p.284)。马赫对感觉分析的贡献，就是按照这个进路所作的有益而成功的探索。也许正是对要素概念的科学起源和科学功能的洞察和彻悟，费耶阿本德甚至多少有点偏颇地认为，马赫的要素一元论不是哲学学说，而是科学理论（[3]）。

2）马赫的感觉经验论及其内涵

经验论把感觉经验视为知识的唯一的源泉和最后的检验标准，把经验科学视为知识的理想形态。以此观之，马赫哲学无疑落入经验论的范畴。因为他这样讲过：“关于自然的科学知识的唯一直接源泉是感性知觉。”最能促进科学思想的因素是逐渐扩展的经验范围。”([6]，p.223)在马赫看来，近代科学就是在经验论的进路中发展起来的：近代科学不是从思辨，而是尽可能从事实力求构造它的世界图像的。它求助观察证实它的构造……把在理论上构想的或理论上猜测的某种东西交付观察直接证实，即使之变得让感官可以触知，始终是特别有吸引力的([6]，p.310)。

当然，马赫的经验论也有他自己的特点。如果说经验论在培根身上找到了它的先知，在洛克身上找到丁它的公众领袖，在休寞身上找到了它的批判家的话，那么在马赫身上则找到了它的承前启后者。哲人科学家马赫把经验论纳入科学的轨道，提高到科学的层次，并把感觉作为经验论的核心概念，对其进行了深入的科学分析，因此马赫的经验论可称之为“感觉论的经验论”，或“感觉经验论”，在某种意义上也可称之为“科学经验论”。

据布莱克默研究，马赫是以三个物理学和心理学定义为“感觉”划定范围的。在1872年，感觉是与呈现presentation)或观念区分的。在1886年，感觉被贴上要素的标签，囊括了所有实在，但是感觉也为与人体相关的那些要素保留着。在第三个定义中，他在“可度量的感觉”与“不可度量的感觉”之间作了区分，这个定义从1860年代起日益强固了他的观点。不管怎样，我觉得，马赫最常用、定义得比较严格的还是第二个。马赫在1875年就这样简短而明确地陈述如下：“现象可以分解为要素，就这些要素被认为与身体的一定过程相联系并为这些过程所决定而言，我们称它们为感觉。”([1]，p.13)在1886年出版的《感觉的分析》中，他数次作了类似的定义。在1905年，他这样写道：“就我的物理发现物的总和而言，我能够把这些分析为现在不能再分析的要素：颜色、声音、压力、温度、气味、空间、时间等等．这些要素依赖于外部和内部的环境，当包含后者并且仅包括后者时，我们可以称这些要素为感觉。”([2]，p.6)

马赫给感觉在认识论中以很高的地位，他的简单而基本的感觉仿佛是“经验原子”。他认为感觉比形式逻辑或数学定理和假定更可靠，他并不把分析真理看作是神圣不可侵犯的．米泽斯(R．vonMises)在剖析马赫的经验论的科学概念时说得好：感觉印象不是靠不住的，而且它们并不欺骗我们：只有通过感觉印象的世界才是给予我们的世界。我们全都试图使自己适应这个世界，就是要用先前收集的经验来补足必然不完全的实际现时的观察。无论在什么领域做出的一切断言，只有在它们能够被证实的程度上，即是在说在它们最终能够被还原为同感官知觉有关的诸陈述的程度上，它们才是有意义的。

由此可见，马赫的经验论不仅把感觉置于科学认识的起点(唯一源泉)和终点(最后检验)，而且把科学认识的对象限于感觉世界，否认在感觉之外或之后的形而上学的“物自体”之类的东西。马赫之所以重视感觉的分析，之所以把科学的主要范围限于感觉的分析，这是由于他“深信全部科学的基础，特别是物理学的基础，须等待着生物学、尤其是感觉的分析作进一步的重要阐明。”([1]，p.i)

马赫不仅对感觉分析做出了科学贡献，而且这种分析本身就具有认识论意义。例如，他从生理学和心理学的角度，详细地分析了感觉、记忆、知觉、观念的逐步形成过程，感觉与直觉的概念的关系等等([2]，ChapterⅠ，Ⅳ)。他把这种分析称为“探索的心理学”，这是他的《认识与谬误》的重要主题。他的《感觉的分析》，也是对感觉所作的物理学的、生理学的和心理学的分析。这两本书都具有丰富的科学认识论的内容，是他把经验论提高到科学水平上的标志。此外，他还站在经验论的立场上，以当时的科学成果为背景，以语义分析和句法分析相结合的方法为工具，通过对感觉要素的内在结构的分析，来揭示感觉的认识功能，消除形而上学哲学家们在感觉概念解释上的歧义和对立。马赫的这一探索，在对感觉这一重要概念的哲学解释中，无疑具有不可忽视的“划界”意义。这对于那种仅仅将感觉作“唯物”的“唯心”的机械语义分析的哲学家来说，无疑是极有意义的矫正。马赫的这一做法，显然对其后的逻辑经验论是一种启示。

作为哲人科学家的马赫，既不愿盲目地追随某个有体系的哲学家，而是博采众家之长，也不想自己去构造庞大的哲学体系，而是面对的现实问题随机应变地作“机会主义”的处理，因此他的经验论(广而言之，他的哲学)内涵丰富，外延广泛，几乎包容了经验论的主要变种的成分，也融进了非经验论的诸种因素。

（1）马赫常常被普遍地看作是实证论者，是孔德实证论和逻辑实证论的中途人物或所谓第二代实证论者。布莱克默给众说纷纭的实证论下了种种定义，并细致地分析了马赫的实证论的内涵([8]，pp.164~169)。他认为马赫的实证论是自我定义的实证论(至少就科学而官，实证论是科学的方法论，它不仅不是哲学，而且其目的使所有的哲学成为多余的)，宗教反对的实证论(唯物论的和无神论的哲学)，部分的狭义实证论(孔德哲学)和十足的广义实证论(把认识论的现象论和科学主义即相信科学技术进步的合乎需要性结合起来的哲学)。石里克更是明确揭示出，包括孔德和马赫在内的实证论的特征是反对形形色色的形而上学。马赫和孔德都一致认为，超越经验的、超越我们知觉以外的知识，设想得到某种存在于经济彼岸的“物自体”的知识是不可能的。实证论的其他基本之点是把经验和完全的“所与”，也就是和我们意识的内容等同起来，即与作为这种直接经验的对象，例如作为呈现于我们头脑中的感觉、回忆、感情等等同起来。

马赫拒绝实证论的标签，他也不要作实证论哲学家。在他的所有著作中，只有一处对孔德作了重要涉及，即关于人类智力发展的“三阶段论”([2]，p.72)．直到晚年，他才在一篇文章(1910年写成，1919年发表)中心照不宜地接受了普朗克授予他的头衔，埋怨普朗克并没有对他的“实证论做出正确判断”([4]，p.206)。马赫之所以被吸引到实证论，是因为他相信实证论能为科学提供可靠的基础．马赫不愿接受实证论者的名号，是因为实证论在许多人的心目中具有坏的内涵，是因为他确实超出了孔德的实证论(他不钦佩孔德)。事实上，他的思维经济原理和进化认识论已赋予实证论以新的涵义。他的实证论意向与孔德截然不同”（[9]）：他力图改造自然科学，使科学能够被理解为一种统一的事业，孔德则以改造社会科学为己任，以物理学为范例建立所谓的社会物理学，而其后的逻辑实证论则致力于改造哲学，使哲学科学化。此外，马赫实证哲学是感觉取向的，而孔德这位“社会学”术语的发明人则蔑视内省心理学。

(2)按照传统的解释，马赫哲学也就是属于现象论这样一类经验论哲学。科恩(R．S．Cohen)指出，马赫的现象论立足于对感觉外观的依赖，把科学说明的本质看作是协调现象之间的函数关系。门杰说马赫把自己限制在现象之内，拒绝寻找现象或资料的客观原因，马赫哲学常常被称为现象论。沃尔特斯(G．Wolters)认为，马赫的现象论即是我们的一切知识都是由感觉材料构成的观点，现象论表达了马赫的世界观，而且对心理学和物理学这样的异质领域的科学研究有特殊的方法论作用，但不是马赫科学哲学的基础，马赫的科学哲学有实践基础。杉山滋郎认为马赫的现象论意谓用直接可测量的诸量的函数关系来描述各种现象，并以此作为科学的目标。熊谷阳一认为马赫哲学是非主观主义的现象论。也许布莱克默的分析最为详尽了：马赫是认识论的现象论者，他把知识限制于观念和感觉，认为我们只能知道(或经验、或确信)观念和感觉，他也是本体论的现象论者，他把实在限定于观念和感觉内，并用关系的实在扩充它，他还是指称现象论者，他认为有意义的指称是被有意识地经验的或能够被有意识地经验的东西，即指称隐含实在，至少隐含感觉的存在或现象的存在，但马赫不是内在现象论者，他通常不认为在意识中显示出的感觉都是真实的，他十分不情愿容许在科学中谈论未意识到的感觉，例如他反对赫兹诉诸潜运动作为物理学的合理进路：马赫现象论的科学目的概念复活了贝拉明(C．Bellarmine)的现象论立场([8]，pp.31~35)。

我觉得，马赫的现象论主要并不体现在他的哲学本体论和认识论中，而充满在他的科学研究纲领和科学观中。按照马赫的观点，科学家研究的对象只能是外观(appearance，亦可译显现、现象)或现象(phenomena)，他拒斥超现象的推理或推测。他说：“我坚持的一件事就是，在自然研究中，我们仅处理外观相互关联的知识。我们想象在外观背后的东西仅存在于我们的理解中，对我们来说仅具有记忆技巧或公式的价值，因为它们是任意的和不相关的，所以它的形式随我们文化的立场而改变。”以此出发，他把空间和时间不是视为独立的实体，而是看作现象相互依赖的形式，他的质量定义也是竭力建立现象的相互依赖和消除形而上学朦胧的结果。马赫认为，要是“否定整个现象世界”，科学“将给我们提供一个十分人为的世界图解，我们在这个世界图解中几乎辨认不到实在”；对于否定者来说，“正巧熟悉的感觉世界突然在他们眼中变成了最大的‘世界之谜’。”([7]，p.297)

马赫的现象论的科学观把“研究现象的相互依赖视为自然科学的目的”，认为“自然科学的目标是现象的关联”([17]，pp.9，74)。马赫把物理学理论分为力学物理学和现象论物理学([7]，333-335)，他偏爱以热力学和能量学(energetics)为范型的现象论物理学。他长期以来持有这样的观点：我们能够发现普遍的现象论的定律，力学现象作为特例可以分类在这些定律之下。力学并不是用来说明这些现象论定律的，它只是作为探索现象论定律的指示器([7]，pp.328~329)。

马赫的现象论也与他的其他哲学思想相关．他认为揭示现象的唯一方法是通过感觉经验，关于外部世界的交流唯一可靠的基础是对现象进行观察。他用他的进化认识论和经济理论证明现象论是有正当理由的，只有现象论才能给科学以所需要的确定性，从而有利于人这个种族的幸存和昌盛。此外，“如果我们一旦使自己明了，我们仅仅关心查明现象的相互依存，那么一切形而上学的暧昧都会消失。”([13]，pp.275~276)马赫直止晚年还坚信，现象论的物理学不仅是所向往的科学目标，而且也是可靠的科学方法和实验物理学的唯一恰当的方法。

(3)操作论是20~30年代由布里奇曼提出的一种实证论哲学，它断言科学的表述仅在它们能转换为一系列操作术语时才有意义。布里奇曼是在马赫关于质量概念的测量定义的启发下提出操作论的。所谓“操作”，他意指某类实验。由于实验能够被分解至少粗略地为感性知觉，因而布里奇曼的立场与马赫十分类似。其实，早在1883年在“论静电学的基本概念”的讲演中，马赫就表明，电的“度规概念”(metricalconcepts)是“在思想中精确模写事实”的“工具”([6]，pp.107~108)。在《热学》中讲到概念时，马赫已明显具有操作论的概念观的胚芽。他敏锐地察觉到，“包含在概念使用中的操作群常常是复杂的”，要实际拥有该概念，就必须“彻底进行”这样的“操作”。“正如技术操作可以用来检验给定对象或构造新对象一样，概念也可以这样在检验或构造的意义上被使用。”([7]，pp.381~382)他甚至一般地认为；“语词引起的感性活动可以由许多操作组成，其中一种操作可以包含另一种操作。”([1]，p.248)

(4)工具论也许可以看作是强现象论在经验领域后退的产物。马赫也具有工具论的倾向，他把科学理论视为在世界和生活中定向的工具。他也正是在工具论而非实在论的意义上承认原子和分子可以作为“描绘现象的“经济的工具”([6]，p.207)。

(5)马赫的感觉经验论也浸透着描述论(descriptionalism或dcscriptionism)，这充分体现在他的科学观中．在马赫看来，“所谓描述科学必定依然主要满足于重构个别事实”([13]，p.582)，“科学的任务不是别的，仅是对事实作概要的陈述”，理论物理学就是“用要素作一般描述的问题”([1]，pp.iv，260)。马赫充分注意到描述在科学中的意义和功能：“科学知识的交流总是必须包括描述，即在思想中摹拟事实的摹本，用来代替它的客体，省去新的经验的麻烦。此外，为了节省教育和获取的劳动，人们力图简明而扼要地描述．这实际上是自然定律意谓的一切。”([6]，pp.192~193)在这里，马赫事实上把描述视为全部经验的浓缩和凝结。像现象论一样，描述论在马赫思想中占有重要地位，布莱克默甚至认为，马赫作为哲学家的最大成功是说服几代在哲学上有倾向性的科学家，赞成贝拉明描述和关联现象的科学的现代版本([8]，p.170)。确实，在19世纪末，由于热力学的成功和马赫哲学的影响，现象论和描述论的理论被视为最高级、最尖端的理论。马赫对描述本身有比较详细的论述。他认为“描述是在思想中建立事实”([6]，p.252)，“计算描述是可以想象的最简单的描述”([2]，p.240)。他把描述分为两类([6]，pp.236~2581；[7]，pp.363~370)：直接描述是仅仅使用纯粹概念工具的事实的言语交流，间接描述是在某种程度上使用了在其他地方已经给出的系统描述，甚或还没有精确地做出的描述，如光象波动或电振动。于是，所谓的理论或理论观念都落入间接描述的范畴。马赫指出，用直接描述代替间接描述似乎不仅是可取的，而且是必要的，直接描述不包含非本质的东西，它把自己绝对限制在对事实的抽象理解中。此外，马赫还认为，科学是描述而非说明，描述要优于说明。

(6)马赫的经验论也呈现论而非表象论的。所谓呈现论，是认为心智所知觉的东西就是对象本象，是在没有任何中介介入的情况下直接感知的，所谓表象论，则认为心智所知觉的东西是心智之外的物质对象的心理影像即表象。19世纪，孔德在社会科学，马赫在自然科学，都尝试把科学的基本假定从表象论的认识论转移到呈现论的认识论。马赫宣称我们的科学研究仅能以感觉世界为基础，认为感性知觉是在我们之外存在的(超越意识的)物体对自我所起的作用的观点是不必要的，因为我们对于所谓外在陈述只能以感觉为根据。因此，感觉和感觉的复合能够而且必须是关于外在世界的那些陈述的唯一对象，根本不需要假定一种在感觉之后潜在的、不可知的实在。正如布莱克默注意到的，马赫的现象论在描述和说明两方面是呈现论的。像因果实在论一样，它把表观的物理客体等同于感觉，像朴素实在论一样，它在描述自然时是呈现论的，但是与朴素实在论和因果实在论不同的是，它拒绝把力或动力作为原因，而赞同用术语“定律”、“数学函数”或“事件的规则序列”来说明([8]，p.11)。

(7)马赫对以詹姆斯等人为首的美国实用主义哲学的诞生和发展，有着强烈的智力亲缘关系。马赫哲学本身也具有实用主义成分。例如，马赫拒绝大多数人对真理的理解，即真理是一个断言与过去、现在或将来的实在或事件之间的可靠符合。他偏爱实用主义的真理观，即为真的断言是满足“人的目的”、“人的生物学需要”或有利于“人种或人类种族幸存”的断言([8]，p.28)．但是，当詹姆斯轻率地推断说，基督教满足大量人们的“生物学需要”，因而在实用主义的意义上至少对那部分人为真时，马赫对此表示强烈不满，因为它亵渎了马赫的无神论和反对有组织的宗教的立场。马赫的真理观虽然含有传统实在论的真理符合说(思想对事实的应)和内在实在论的真理融贯说(思想对思想的适应)的因素，他甚至还讲过“所有的进步旨在理论更符合实在”([2]，p.356)的话，但他还是不大偏爱实在论的真理观：“即使物理学家关于某些个人的物理感觉经验的最简单思想也并不完全符合实在，思想通常比经验包含较少的实在，它仅仅是实在的图示的表象，具有偶然的、未事先考虑的条件。”([2]，p.137)马赫本人则认为“知识和错误从同一心理源泉流出，只有成功才能告诉是知识而不是错误。”([2]，p.84)这显然带有实用主义的色彩。

3）马赫的经验论并非是狭隘的或极端的经验论

马赫的要素一元论和感觉经验论具有过分强烈的经验论色彩，这种经验论尽管在当时的科学和哲学背景中起过除旧布新的作用，但是由于其对感觉和观察的偏窄理解，对理论化和形式化的忽视或轻视，以及对现代科学高度抽象的人为特征的低估，因而难以适应相对论和量子论的发展。这是马赫主导哲学思想的保守性和局限性之真正所在。但是，不少人在没有认真研读马赫的情况下，仅凭道听途说来的结论或片面的印象，误以为马赫的经验论是狭隘的，极端的。这实在是误解(作者在此之前也有误解)了马赫！

马赫主导哲学是一种彻底的或激进的经验论，但并不是狭隘的或极端的经验论。马赫大概没有忘记经验论先知培根的遗训(理性在经验论的知识见解中是不可或缺的)和纲领(新经验论者是采花酿蜜的蜜蜂，而不是理性论者蜘蛛和老经验论者蚂蚁)，也恐怕了解实证论鼻祖孔德机敏的洞见和预示(人类精神必须要有某种理论，才能进行观察)，尤其是现实的科学实践也不容许他完全倒向无论哪一“极”，因此马赫哲学虽然激进和彻底，但并不极端和狭隘。其理由如下：

(1)马赫主导哲学包含着反经验论即理性论的成分，这种成分有时显得足够强烈，以致莱伊觉得马赫更加接近理性论，以致费耶阿本德认为马赫哲学是“辩证理性论”（[3]）。尽管我不赞成他们二人的结论，但他们所言并不是毫无根据的。马赫确实曾经说过理性高于感觉，理论优于观察的话：“然而，我们具有一种感官，就它能理解的关系的范围而言，这种感官比其他任何感官都要丰富。它就是我们的理性。这处于感觉之上。只有它才能发现关于世界的永久的、充分的观点。”([6]，p.105)“与观察(因为总是有大量的、复杂的附属环境的影响)实际上能够保证的相比，理论则更局单、更精确地描述事实，只有理论符合明确的、决定性的理想。理论的这种精确性能使我们通过一系列相等或不等的步骤，演绎出具有深远意义的与该理论一致的推论。”([2]，p.357)

不仅如此，马赫还认为，为了发现世界秩序，科学家通过咨询实验、本能的思想实验和直觉等探索原理；原理定义了一种思维风格，以此概述或理想化已知事实。马赫还把直觉乃至诗人的想象都归属于科学研究合理性的原则之下，诗人的想象是心理发展的开端，是假设和理论形成的源泉。他早已洞察到当代科学哲学观察渗透理论的命题：“几乎任何一个观察都已经受到理论的影响”([2]，p.120)。他甚至认为：“没有某种先入之见，实验是不可能的，因为它的形式是由先入之见决定的。”([4]，p.188)

(2)马赫主导哲学溶进了非经验论即约定论的因素。在这里，我们要强调一个常常被人忽略的事实，马赫是约定论的先驱之一，彭加勒则是约定论的创始人和集大成者。马赫的约定论思想已具有彭加勒经验约定论的部分内容。马赫的约定论思想早在他对经典力学概念框架和力学自然观的怀疑和批判时就初露端倪。他在1872年就明确指出，他在处理热和电时的不同观点的理由纯粹是历史的，完全是约定的，因为基本事实的选择也是一个“方便”的问题([1]，pp.44，57)。在《力学》中，他已明确地揭示出，牛顿力学中隐含着约定成分，物理学各个分支的划分部分是约定的”，要除去“其基础是历史的、约定的或偶然的概念”，可借助比较物理学达到([13]，pp.596~599)。马赫也认为：“心理的东西和物理的东西之间的界限，完全是实用的和约定的。”([1]，p.239)不仅学科划分是约定，马赫表明科学中的一些术语、名、概念、测量单位等也都包含着约定。例如，他说：“所有合适的和不合适的术语——在科学中存在着大量的不适合的和怪异的组合——都建立在约定的基础上．”([6]，p.342)“名(name)是约定的产物”，“温度数建立在任意约定的基础上”，测量单位是一种约定地确立的比较的事实”([7]，pp.68，63，370)。但是马赫看到，比较普遍的概念可以“摆脱约定的限制”([2]，p.327)。马赫像古希腊原子论者留基伯、德谟克利特一样，也持有感觉的质是约定的观点：“亮、暗、光和颜色不能被叙述。这些具有正常视力的人经验的感觉只能被命名，即借助于普遍承认的任意约定或自然想起的约定来称呼。”

(3)马赫对经验论的方法论即归纳主义持有强烈的保留意见。我们在《热学》中读到：“无论谁埋头于研究或研究的历史，他确实不会相信，发现是按照亚里士多德或培根的归纳图式即枚举相互一致的例子做出的．假如他是如此作的话，那么发现事实上就是十分容易的事情。”([7]，p.402)在马赫看来，在科学探索或科学发现中，“形式逻辑的三段论法，甚至归纳逻辑都不会有多大帮助，因为智力情境本身从来也不会完全重复。”([2]，p.146)在这里，马赫坦白地表达了他的非归纳主义乃至反归纳主义的观点([2]，pp.225~237)：“三段论和归纳都不能创造新知识，而只是确信在我们的各种洞察之间没有矛盾，表明这些洞察是如何关联的，并把我们的注意力引向某个特殊洞察的不同方面，教给我们在不同形式中辨认它……相当奇怪的是，大多数涉及到探索方法的探索者仍然把归纳视为主要的探索方法，仿佛自然科学无所事事，只不过是直接分类敞开摆在周围的个别事实而已。并非我们希望否认也是重要的东西，而是它并未穷尽探索者的任务：他尤其必须发现相关的特征及其关联，这比分类已知的东西更难。对自然科学来说，‘归纳科学’的名字因而是不正确的。”

马赫进而揭示出，“归纳科学”只是从早已过时的传统和仍在坚持的习俗来看是可以理解的。其实，被用不恰当的名字“归纳”来称呼的心理操作，是一个相当复杂的心理操作过程．它不是逻辑过程，而是抽象和想象的过程，这种可以导致发现激励的操作过程与归纳毫不相干．马赫通过分析得出结论说：“完备的归钠并不比三段论提供更多的经验拓广。通过把个别判断提高到一个类判断，我们仅仅使我们的知识更简明，我们仅仅更扼要地表达了它。另一方面，不完备的归纳虽然先干知识的扩展，但因此也包含着错误的危险，从一开始就预定要受到检验、校正甚或拒斥。我们较容易得到的一般判断绝大多数是通过不完全归纳得到的，仅有极少数是通过完备归纳得到的。用这种方式形成的一般判断不是片刻的事情，也不是仅仅发生在单个个人中．所有同代人，所有阶层，事实上整个几代人都协同校正这样的归纳。”

(4)马赫多次为科学的抽象本性辩护，强调普遍概念和数学概括在科学中的巨大作用。马赫也许从力学发展的几个阶段(观察事实，抽象概括，演绎和形式发展)中就认识到，真正的科学都必须具有抽象的和数学的本性。比如，早期力学探索者的任务是建立重要的事实，其后的追随者则是在此基础上用数学物理学的方法演绎地逻辑地制作它们。在马赫看来，抽象的、理想化的描述理论才是唯一合理的“终极科学”(endscience)，只是数学化的科学才是名副其实的科学。马赫虽然坚持“我们能够从世界上知道的一切东西必然是由感觉表现出来的，这些感觉能够以精确陈述的方式摆脱观察者个人的影响”，但是他接着就表明：“我们能够想要知道的一切都是以数学形式表示的问题的解、由感觉要素相互之间函数相关的断言给出的。这种知识穷尽了‘实在’的知识”([1]，p.284)。

(5)作为思想家的马赫象亚里士多德和彭加勒一样([22]，p.231—234)，也极度重视推崇、赞美思想和观念。他说：“思想能够被唤起和结果实，就像一块田地由于阳光和雨露而结果实一样。”“最令人愉快的观念不是从天上掉下来的，而是从已有的概念中产生的。”([6]，pp.366，226)他把没有伴随思想的经验视为异己的，认为一个面对感觉经验而没有思想的人是迷糊的，不能完成最简单的任务（[3]）。他以诗人的想象、以诗一般美丽的语言这样赞颂观念和思想：“观念不是生活的全部。它们只是用来照亮意志道路的短暂的光华。但是作为我们有机进化的精妙反应，观念具有至高无上的重要性。没有什么理论能否认我们感到观念的力量在我们身上所引起的根本变革。我们甚至不必为这种进程找证据，我们只须立刻确信它……我们觉得生活的真正珍珠在于不断变化的意识内容，而个人仅仅是一条把这些珍珠串在一起的无关紧要的象征性的线。因此，我们准备把我们自己和我们的每一个观念当作宇宙进化的产物和主体：我们必须坚定地、无阻挡地沿着未来将向我们敞开的道路前进。”([6]，pp.233~285)请仔细品味一下，这能出自极端的或狭隘的经验论者之口吗?在这里，联想起来亚里士多德“思想是至高无上的”箴言，回忆起彭加勒“思想是漫漫长夜中的闪光”的妙语，我们怎能不吟咏出“身五彩风双飞翼，心有灵犀一点通”的诗句来呢。

(6)马赫在论述有关具体问题和关系时，注意在对立的两极保持张力，而没有囿于经验论一极。在谈到科学的功能及理论和经验的关系时，马赫说：“科学的功能就是代替经验。一方面，科学必须依然停留在经验之外，经常地期待着确认，经常地期待着驳倒。科学不关心既不可能确认也不可能反驳的东西……理论和经验的比较，将随着我们的观察手段的改进而扩展得越来越远．如果没有和经验相联系的观念，单单经验只会使我们感到陌生．观念如果适合于最广阔的研究领域，并给最大量的经验做出补充，那就是最科学的观念。”([13]，pp.586~587)在谈到事实和观念或观念和观察的关系时，马赫进了一段颇有辩证法色彩的、在对立的两极保持了必要的张力的话：“英国哲学家惠威尔指出，对于科学的形成来说有两件事是必需的，即事实和观念。只有观念只会导致空洞的猜想，而仅有事实也不会产生有组织的知识。我们看出，一切取决于使现存的概念适应于新事实的能力。过于迅速地屈从于每一个新事实会妨碍稳定的思想习惯的形成，而过分僵硬的思想习惯又妨碍观察的自由。如果我们能够在这种斗争中，在判断和预断(成见)之间的妥协中使用该关系，那么我们理解事物的范围就会扩展。”([6]，pp.231~232：[7]，p.358)

类似的论述在马赫的著作中还可顺手拈来。例如，在谈到观察与理论的关系时，马赫说得好：“我们称思想对事实的适应为观察，我们称思想的相互适应为理论．观察和理论也是无法截然分开的，因为几乎任何一个观察都已经受到理论的影响，观察要是足够重要的话，反过来也作用于理论。”([2]，p.120)在谈到思想与实验的关系时，他说：“思想与实验的密切结合建立了现代的自然科学．实验产生思想，思想然后进一步被转向与实验再次比较和修正，这样便产生新的概念，如此反复不已。”([2]，p.146)他还告诫人们，不要以为单独一个实验或观察就能确认观点的正确性([2]，p.89)．他指出，尽管经验最初导致了某些几何学命题的知识，但科学的几何学则是直觉、物理的经验和概念的理想化三个因素合作的结果([1]，p.150~151)。

(7)马赫本人也不同意把他的思想划入狭隘的或极端的经验论范畴。他在为自己被误解而辩护时讲得言之有理，“有人从其他方面发现，我的观点可以从过分重视感性和相应不了解抽，象作用和概念思维的价值得到理解．须知，若不重视感性，自然科学家便不会有多大成就，而重视感性，并不会妨碍他建立明晰而精确的概念。恰恰相反1近代物理学的概念在精确性和抽象程度方面可以与任何其他的科学概念相比，同时还表现出一个好处，即人们总能轻而易举地、确定无疑地追溯到建立起这些概念的感性要素。对于自然科学家，直观表象与概念思维之间的鸿沟决不是很大的、不可跨越的．我可以顺便指出，我决没有轻视物理学的概念，而是在过去几乎40年中，在许多方面都比以前更彻底地从事于评论这些概念。”([11]，p.280)

不管怎么说，马赫的主导哲学毕竟是偏向感性、偏重事实的。马赫在当时采取激进的或彻底的经验论立场并不是无缘无故的(也许是合理的)，这既是他抵御新康德主义的先验论和黑格尔思辨的自然哲学的影响的需要，也是他反对力学神话(力学先验论和力学自然观)的要求．而且，正如马赫的自我辩护词所讲的，以感觉和经验作为自然科学的出发点和基础，本来就无可厚非，倒是非常合乎情理的。弗兰克在谈及这一点时说：马赫哲学的价值不在于它帮助物理学家在工作中怎样前进，而在于它提供了一种保卫物理学大厦，反对外来攻击的手段，把物理学放在无懈可击的位置上。事实上，普朗克在提及马赫实证论时也看清了这一点：“要给它以充分的荣誉，因为面对着威胁性的怀疑论，它再次树立起一切自然研究的唯一合法的出发点——感性知觉。”([9]，pp.219~234)连人文学者马克思也一般地说：“感性必须是一切科学的基础。科学只有从感性意识扣感性需要这两种形式的感性出发，因而只有从自然界出发，才是现实的科学。”事实上，正如马赫所言，感性知觉和概念思维之间的鸿沟并不很大的。马赫的实验心理学方程是这样的：感觉＋精神＝感性知觉。因此，科学中的智力因素在马赫那里并不是在实验之后添加的，而本来就象面包中的酵母一样，早就融会在一起了([4]，pp.169~170)。

参考文献

E.马赫：《感觉的分析》，洪谦等译，北京：商务印书馆，1986年。

E.Mach,KnowledgeandError，SketchesonthePsychologyofEnquiry,TranslationfromtheGermanbyThomasJ.McCormack,D．ReidelPublishingCompany,1976，p．203．

P．K．Feyerabend,Mach’sTheoryofResearchandItrelationtoEinstein,Stud．Hist．Phil．Sci．,15(1984),pp.1~22．

J．Braclley，Mach’sPhilosophyofScience，TheAthlonePressoftheUniversityofLondon，1971，p．17．

F．赫尔内克:《马赫自传》遗稿评介”，陈启伟译，《外国哲学资料》(第5辑)，北京：商务印书馆，1980年第67-96页。

E．Mach，PopularScientificLectures,TranslatedbyThomasJ．MeCormack,OpenCourtPublishingCompany,U．S．A.,1986，p．209．

E．Mach,PrinciplesoftheTheoryofHeat，HistoricalJyandCriticallyElucidated,TranslationRevisedandCompletedbyP．E．B．JourdainandA．E．Aeath,D．ReidelPublishingCompany,1986，p.363．

JohnT.Blackmore,ErnstMach,HisWork，Life,andInfluence,UniversityofCaliforniaPress,1972，p．65．

ErnstMach:PhysicistandPhilosopher，EditedbyR.S.CohenandR.J．Seeger,BostonStudiesinthePhilosophyofScience,Vo1．6,D．ReidelPublishingCompany/DordrechHolland,1970，pp．245-270．

郭贵春：语义分析方法与马赫，北京：《自然辩证法研究》，第5卷（1989），第2期，第73~74页。

M．石里克：哲学家马赫，洪谦译，北京：《自然辩证法通讯》，第10卷(1988)，第1期，第16-18页。

R．S．科恩：《当代哲学思潮的比较研究》，陈荷清等译，北京：社会科学文献出版社，1988年第1版，第19~20页。

E.Mach,TheScienceofMechanics:ACriticalandHistoricalAccountofItsDevelopment,TranslatedbyJ．McCormack,6thEdited,TheOpenCourtPublishingCompany,LaSallelllinois，U．S．A.,1960，p．xiii．

G．沃尔特斯：现象论、相对论和原子：为恩斯特•马赫的科学哲学恢复名誉，兰征等译，北京：《自然辩证法通讯》，第10卷(1988)，第2期，第16-26页。该文是按作者寄给李醒民的打印稿翻译的。

杉山滋郎：19世纪末的原子论论争和力学自然观，李醒民译，北京：《科学与哲学》，1982年第6期，第172~200页。

熊谷阳一：马赫的哲学意图，郭悦悦译，北京：《哲学译丛》1984年第2期，第47~53页。

E.Mach,HistoryandRootofthePrincipleoftheConservationofEnergy,TranslatedbyPhilipE.B．Jourdain,Chicago,TheOpenCourtPublishingCo.,1911，pp．49．

李醒民：奥斯特瓦尔德的能量学和唯能论，北京：《自然辩证法研究》，第5卷（1989），第6期，第65~70页。

H．赖欣巴赫：《科学哲学的兴起》，伯尼译，北京：商务印书馆，1983年第2版，第66页。

A.孔德：实证哲学教程，《现代西方哲学论著选辑》(上册)，洪谦主编，北京：商务印书馆，1993年第1版，第20页。

A.莱伊：《现代哲学》。转引自列宁：《哲学笔记》，林利等译校，北京：中共中央党校出版社，1990第1版，第595页。

李醒民：《彭加勒》，台北：三民书局东大图书公司印行，1994年第1版，第99~142页。

马赫范文篇4

一、惯性概念的肇始和牛顿的综合

惯性一般是指物体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。人们对于惯性这一认识有赖于惯性定律的建立，而它则依赖于对于力的认识以及区分运动状态和运动状态改变的认识，这一点在人类认识发展史上经历了漫长的岁月。

在人类思想史上，两千多年前希腊的哲学家亚里士多德的学说无疑地起过广泛的影响，然而他关于物理学的论述，许多都是错误的。他把物体的运动分为自然运动和强制运动。他认为圆周是完善的几何图形，圆周运动对于所有星体都是天然的，因而是自然运动；另外，地球上的物体都具有其天然位置，重物趋于向下，轻物趋于向上，如果没有其他物体阻碍，物体力图回到天然位置的运动也是自然运动；其他所有形式的运动则都是强制运动。他还进而指出，关于物体的强制运动，只有在外力的不断作用下才能发生；当外力的作用停止时，运动也立即停止。从这里可以看出亚里士多德肯定了两点：一，自然运动不涉及曳力的问题，只有强制运动才存在力的问题；二、力是物体强制运动的原因。从今天来看，这显然是错误的，然而它束缚了人们近两千年。

从这种把物体的运动归结为外力作用的观念，可以提取出静止物体具有惯性的概念。开普勒在他1609年发表的著作《新天文学》和1619年发表的著作《宇宙谐和论》中写道；“天体有留在天空中任何地方的性质，除非它被拖曳着。”“如果天体不赋有类似于重量的惯性，要使它运动就不需要力，最小的动力就足以使它有无限的速度，但由于天体公转需要用一定的时间，有的长些，有的短些，因此非常明显，物质必须具有能说明这些差别的惯性。”“惯性，或对运动的阻力是物质的一种特性，在给定的体积中，物质的量愈多，惯性愈强。”这大概是关于物体惯性的最早陈述。可以看出开普勒所说的惯性是指静止物体的惯性，甚至他已经认识到物体的惯性与它的质量有关，然而他显然受到亚里士多德思想的束缚，不可能思考运动物体是否具有惯性的问题。

伽利略开创了实验和理性思维相结合的近代物理研究方法，并用于研究物体的运动。他对于亚里士多德关于物体运动的粗糙的日常观察、抽象的猜测玄想和想当然的思辨推理十分不满，他通过科学实验和科学推理得到许多正确的结果，总结在他的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（1632年）和《关于力学和运动两门新科学的对话。（1638年）中，其中一个重要的结果如下。假设沿斜面AB落下的物体，以B点得到的速度沿另一斜面BC向上运动，则物体不受BC倾斜的影响仍将达到与A点相同的高度，只是需要的时间不同；当第二个斜面变成既不上升，亦不下降的水平面时，物体将一直以已获得的速度永远向前运动。伽利略的思想无疑地比他的前辈前进了一大步，他认识到不受其他物体的作用，物体可以永恒地运动，这已经很接近惯性定律，但是伽利略还没有摆脱亚里士多德的影响，他所说的水平面是和地球同心的球面，也就是说，那种不受其他物体作用的物体的永恒运动是圆周运动，因此我们还不能说伽略发现了惯性定律。

最早清楚表述惯性定律并把它作为原理加以确定的是笛卡儿。笛卡儿是唯理论哲学家，他试图建立起整个宇宙在内的各种自然现象都能从基本原理中推演出来的体系，惯性定律就是他的体系中的一条基本原理。他在他的《哲学原理》（1644年）一书中把这条基本原理表述为两条定律：一、每一单独的物质微粒将继续保持同一状态，直到与其他微粒相碰被迫改变这一状态为止；二、所有的运动，其本身都是沿直线的。然而笛卡儿没有建立起他试图建立的那种能演绎出各种自然现象的体系，其中许多是错误的，不过他的思想对牛顿的综合产生了一定的影响。

牛顿1661年进入剑桥大学学习亚里士多德的运动论，1664年他从事力学的研究，摆脱了亚里士多德的影响。他继承了伽利略重视实验和逻辑推理的研究方法，他也继承了笛卡儿的研究成果。他深入地研究了碰撞问题、圆周运动以及行星运动等问题，澄清了动量概念和力的概念。1687年出版著作《自然哲学的数学原理》，以“定义”和“公理，即运动定律”为基础建立起把天上的力学和地上的力学统一起来的力学体系。惯性定律就是牛顿第一定律，表述为“所有物体始终保持静止或匀速直线运动状态，除非由于作用于它的力迫使它改变这种状态。”惯性定律真正成为力学理论的出发点。

根据惯性定律，物体具有保持原有运动状态的属性，这种属性称为惯性。不仅静止的物体具有惯性，运动的物体也具有惯性；物体惯性的大小用其质量大小来衡量。至此，人们对于物体惯性的认识达到第一阶段比较完善的程度。从此，人们对于运动中的种种惯性现象都能很好地理解；在实际中设计出种种利用惯性造福和防止惯性伤害的措施。

二、惯性与能量

对于惯性认识的一个重要进展是惯性与能量的关系。

能量是物理学里普遍关注的问题。运动的物体有动能；相互作用的物体有势能，如重力势能、引力势能、电势能等等；其他还有热能等等。在研究弹性变形体和流体的运动时，人们认识到经受应力的物体的势能分归属于物体的每一部分，而流体的输运则伴随有能量的传送。麦克斯韦电磁场理论建立和被赫兹电磁波实验证实之后，人们认识到电磁作用是通过场实现的，电磁场的实在性在认识上开始形成，场中不仅贮存有能量，能量的传送也是通过场来传输的，即存在能流：能流与场的动量联系在一起。人们研究电子的运动，运动电子周围存在变化的电场，变化的电场又产生磁场，两者的共存又导致存在能流和动量，它们同电子的速度平行。因此这一附加的动量意味着电子存在附加的惯性质量。有一时期，甚至有人猜测可能电子的全部质量来源于电磁场。这里第一次遇到电磁能量的惯性，提示了惯性与能量的联系。

1905年爱因斯坦发表狭义相对论，这是一个崭新的物理理论，它统一了力学理论和电磁学理论，带来了时空观的根本变革。爱因斯坦随后证明质能关系，E=mc2，一定的质量对应于一定的能量，反之一定的能量对应一定的质量。在这里，能量包括了能量的各种形式，突破了上面把某一种形式的能量与惯性联系起来的认识。这样，惯性是能量的属性，能量具有惯性（质量），任何惯性质量都应归因于能量。作为物理学基本概念和物质的量的质量概念退居次要的地位，如今在近代物理中能量、动量等概念要比质量、力等概念要重要得多。

能量具有惯性拓宽了对于惯性的认识，也拓宽了对于能量的认识。它带来的重大实用价值就是核能的释放。在裂变反应中，裂变产物的静质量小于裂变前物质的静质量，质量亏损释放出大量裂变能；在聚变反应中，聚变产物的静质量小于聚变前物质的静质量，质量亏损释放出大量的聚变能。它也使得人们很好地认识许多物理现象，包括涉及物质的全部质量与能量转化的正反粒子对的产生和湮没过程。

三、牛顿的绝对空间和马赫原理

让我们再回到惯性定律。惯性定律是近代力学的基础。作为基础性的定律是值得深思的。显而易见，考查物体的运动离不开参考系。惯性定律并非在任意的参考系中都成立。惯性定律成立的参考系称为惯性系，凡是相对于惯性系作匀速直线运动的参考系也都是惯性系，惯性定律在其中都成立；而相对于惯性系作变速运动的参考系，惯性定律都不成立，它们就称为非惯性系。在非惯性系中考查物体运动，牛顿第二定律也不成立。为了在非惯性系中仍然保持牛顿第二定律的形式，除了物体之间实在的相互作用之外，还必须考虑一种与物体质量有关且与非惯性系相对于惯性系的加速度有关的力。这个力因为与物体的惯性有关，故称为惯性力。通常认为它不是物体之间实在的相互作用力，因而是“虚拟的”。

立刻产生一个问题，惯性系在哪里，或者什么样的参考系是惯性系？深入地研究发现，这在理论上和实践上都存在根本的困难。首先，要问什么是惯性系，回答是惯性系就是惯性定律成立的参考系，那就是说，在这个参考系中一个不受外力作用的物体总是处于静止或匀速直线运动状态。那么不受外力作用又是什么意思呢？这就是说，在惯性系中处于静止或匀速直线运动状态的物体是不受外力作用的。这样就又回到什么是惯性系的问题。这是一具逻辑循环，无助于解决什么样的参考系是惯性系的问题。其次，在实践中地球是一个相当好的近似的惯性系，我们在观察实验室中的许多力学现象，都可以把地球看作惯性生活费，但是地球肖自转，并且绕着太阳在旋转，有一些力学现象显示出地球的这种转动效应，例如惯性离心力，科利奥莱力等，因此地球并不是严格的惯性系。太阳及其邻近的恒星组成的参考系是比地球更好的惯性系。进一步的研究表明太阳是银河系中的一颗普通恒星，它同其他银河系听恒星一起绕银心旋转，作变速运动，因而太阳参考系也不是严格的惯性系。根据这种经验，我们可以取更大的天体系统的平均静止参考系以趋近严格的惯性系。看来我们可以不断地趋近惯性系，但却不能找到严格的惯性系。

这样，我们有了支配物体运动的力学规律（牛顿定律）但是却无法确定牛顿定律成立的惯性系。牛顿的力学理论如同建立在沙滩上的建筑物。牛顿深知他的力学理论中的这一脆弱的根基。他提出的解决办法是引入绝对空间。他想信存在绝对空间，“绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”，这样就可以在绝对空间里区别物体是处于静止、匀速运动还是变速运动，从而也就能够确定惯性系和非惯性系。为了说明绝对空间和绝对运动的存在，他提出一个著名的“水桶实验”，其大意如下。一个盛有一半水的桶挂在拧得很紧的绳子上，松开手后，桶和水的运动经历以下三种情形：（1）开始，桶在绳恢复原有状态的作用下快速旋转，由于水和桶的粘滞力很小，水尚未旋转起来，水面是平的；（2）在粘滞力长时间的作用下，水和桶一起旋转，水受到惯性离心力的作用向桶壁挤压，水面呈下凹形；（3）让桶突然静止，水仍在旋转，水面仍然是下凹。牛顿分析以上实验结果认为，在（1）（3）两种情形，水对于桶都有相对运动，但前者水面是平的，而后者是下凹的，在（2）（3）两种情形，无论水对于桶是否有相对运动，水面都是下凹的，因此，水对于桶的相对运动不是水面下凹的原因，水面下凹的真正原因在于水在空间里作绝对转动，受到惯性离心力造成的。这说明存在着可以观察出物体作绝对运动的绝对空间，加速度是绝对的。

牛顿的绝对空间和绝对运动继承了人们自古以来认为空间和时间物质及其运动相对独立而无论的直觉，被大多数人所接受，它还受到哲学家康德的支持，康德说过；“我们永远不能表象出没有空间，可是我们却很能设想空间中没有对象。”但是牛顿的绝对空间和绝对运动受到他同时代人的批评，其中著名的有莱布尼兹和贝克莱，莱布尼兹认为那种与物质客体相分离的任何空间概念都是哲学上没有必要的，贝克莱则指出，认为空间是“一种永久的、自存的、无限的、不可分的、不可变的东西”“是有害的、荒谬的”，然而他们都未能提出任何观念，发展一种新的动力学理论来替代牛顿理论，不过他们的看起来十分挑剔的批评对后有着潜在的影响。

对牛顿绝对空间的第一个建设性批评来自两百年后奥地利的物理学家和哲学家马赫。马赫在他1883年出版的《力学史评》一书中对牛顿的绝对空间和绝对运动作了深刻的批评。关于牛顿的“水桶实验”，书中写道：“牛顿的旋转水桶实验只是告诉我们，水对于桶壁的相对旋转不引起显著的离心力，而这离心力是由水对地球及其他天体质量的相对转动所产生的。如果桶壁愈来愈厚，愈来愈重，直到厚达几英里时，那就没有人能说这实验会得出什么样的结果。”“如果把水桶固定，让众恒星旋转，能够再次证明离心力会不会存在吗？”在马赫看来，牛顿水桶实验中凹行为并不能区分究竟是水相对绝对空间的转动，还是水相对于众星体的转动，因此，并不能由此得出存在绝对空间的结论，相反地，把水面下凹行为看成是由于水相对于从星体转动，水桶内壁以外的所质量的吸引和带动所造成的，要更自然些。

马赫是出于他关于我们的世界的一种非常儿到的哲学见解，对牛顿的绝对空间作出深刻批判的。他在书中写到；“我们不要忘记，世界上的一切事物都是相互联系、相互依赖的。”要注意，马赫强调的是相互联系、相互依赖、相互影响，那种只有一方依赖于一方而不被另一方所依赖，一方可影响另一方而不被另一方所影响的事物是不存在的，是虚构的，也是“同科学中的思维方式相矛盾的”（爱因斯坦语）。在牛顿力学中绝对空间就是这样的虚构，它会影响到物体的动力学性质，譬如，只有相对经来说，惯性定律才成立，但是物质的运动反过来却不能对绝对空间产生丝毫影响。既然是一种不能被人们的经验所证实的虚构，它就应该从科学中剔除出去。概括起来，马赫的观点是，物体的运动不是绝对空间中的绝对运动，而是相对于宇宙中其他物质的相对运动，因而不仅速度是相对的，加速度也是相对的；在非惯性系中物体所受的惯性力不是“虚拟的”，而是一种引力的表现，是宇宙中其他物质对该物体的总作用；物体的惯性不是物体自身的属性，而是宇宙中其他物质作用的结果。马赫的精辟见解被爱因斯坦取名为马赫原理。

马赫的批判带来了人们对于运动和惯性认识的重大变革。牛顿认为存在着绝对空间和绝对运动；物体的惯性是它自身的属性，如果撤掉了一个物体周围的所有其他物质，那么这个物体将由于它自身的惯性作惯性运动。而马赫则认为，根本不存在绝对空间和绝对运动，物体的运动是相对于宇宙中天体的运动；物体的惯性是宇宙中所有天体作用的结果，撤掉一个物体周围的所有其他物质，则无法去判断它作什么运动，因而它也就不再具有惯性。

马赫独树一帜的思想深刻地提示了牛顿力学理论根基上的纰漏，同时也指出了改造牛顿力学理论的契机，这就是放弃绝对空间和绝对运动，把物体的惯性与宇宙中所有其他物质对它的作用联系起来。

爱因斯坦建立狭义相对论后就认识到“狭义相对论不过是必然发展过程的第一步”，他时而思考狭义相对论的不足。一方面，狭义相对论指出，所有的惯性系都是等价的，速度是相对的，不存在绝对静止的惯性系，因此狭义相对论否定了一个优越的参考系（绝对静止的惯性系）；但是它却肯定了一类特别优越的参考系，那就是惯性生活费，它比非惯性系更要优越，其中的物理规律特别简捷。然而对于为什么惯性系在物理上比其他参考系更优越，狭义相对论不能作出回答。另一方面，狭认相对论指出，物理作用传播的极限速度是光速c，这样狭义相对论就在整个物理学中排除了超距作用。引力是力学研究的重要课题。然而牛顿引力定律的表述是超距作用的，牛顿引力定律与狭义相对论不相容。因此需要发展一种把引力问题纳入，且能回答是否存在特别优越参考系的更为广泛的相对论。马赫的思想对于爱因斯坦无疑是一个重要的启发。爱因斯坦曾说过：“……可以十分正确地认为马赫是广义相对论的先驱。”

四、惯性质量和引力质量

发展一种新的理论，仅有哲学上的启迪和对于旧理论的批判是不够的，还需寻找建立新理论的突破口。爱因斯坦建立广义相对论的突破口来自三百年前伽利略的另一项重要贡献。

伽利略在他的《关于力学和运动两门新科学的对话》中写道：“我曾经做过试验，可以向你保证，从200肘尺高处放下的一颗一两百磅甚至更重的炮弹，不会比一同放下的仅重半磅的枪弹到达地面要领先一秒钟。”这段叙述表明所有物体的重力加速度相同。亚里士多德曾根据他的运动风，重物下落是物体回归天然位置的自然运动，物体越重，趋向天然位置的倾向就越大，自然得出物体越重，下落得越快。伽利略反对亚里士多德的运动知识化，他以实验事实作了不力的反驳。然而他并同有认识到这条定律的深刻含义。

所有物体的重力加速度均相同，反映的是任何物体的惯性质量与引力质量相等。根据牛顿定律，作用在物体上的外力等于物体的质量乘以获得的加速度，这里的质量是物体的惯性质量；另一方面，物体下落时，作用在物体上的力是地球对它的吸引力，它与物体的引力质量成正比。既然物体在重力作用下加速度不依赖于物体，则引力质量与惯性质量成正比；选取相同的单位，两者相等。

我们知道，惯性质量是物体惯性的量度，反映物体对加速度的阻抗，而引力质量是物体引力属性的量度，反映物体产生和承受引力的能力。它们显然是物质的两种完全不同的属性，描述物质两种不同性质的量是否严格相等是一个问题，并第一次想到用实验来明确检验两者的等同性。他在他的《原理》一书中记叙了他所做的实验。他做了两只等大的圆木盒，用11英尺长的细绳悬挂起来构成摆，一只装满了木料，另一只装入得量的金或银、铅、玻璃、沙、食盐、水以及小麦等等，比较它们的摆动周期。根据牛顿定律容易得出周期T。可以看出仅当惯性质量m惯与引力质量m引之比与材料无关，两摆的周期才会相等。牛顿实验中没有观察到两摆周期的差异，由此他推算出m引/m惯=1+0（10-3），即两者相符合的精度在10-3以内。以后又有不少物理学家做实验，把精度提高了许多，如1830年贝塞耳得0（10-5），1889年厄缶得0（10-8），1964年迪克得0（10-11），1971年布拉金斯基得0（10-12）。

看来惯性质量和引力质量相等是一条严格的定律。那么，这是一种巧合吗，还是有更深刻的原因？它意味着什么？这是又一个值得思考的问题。人们研究发现，在牛顿力学中无法加以说明，于是长时期里它就成为游离于物理学之外而不加重视的一个结论。

爱因斯坦对于惯性质量和引力质量严格相等的印象很深，他在给英国格拉斯哥大不所作的报告《广义相对论的来源》中说：“在引力场中，一切物体都具有同一加速度。这条定律也可表述为惯性质量同引力质量相等的定律，它当时就使我认识到它的全部得要性。我为它的存在感到极为惊奇，并猜想其中必定有一把可以更加深入地了解惯性和引力的钥匙。”他一直深信：“一个有希望受到应有的信任的理论，必须建立在有普遍意义的事实上。”而这一惯性质量同引力质量相等的定律的确是一个奇特的具有普遍意义的事实。他不断地思考这一问题，终于有一天找到了问题的答案。他于1922年在日本京都大学所作的报告《我是如何发现相对论》中说道：“这个难题的突破点突然在某一天找到了。那天，我坐在伯尔尼专利局办公室里，脑子里突然闪现一个念头：如果一个人正在自由下落，他决不会感到他有重量。我吃了一惊。这个简单的想象给我的印象太深刻了。它把我引向新的引力理论。我继续想下去：下落的人正在作加速运动，可是在这个加速参考系中，他有什么感觉？他如何判断面前所发生的事情？”爱因斯坦在这里所说的突然闪现的念头就是那著名的爱因斯坦升降机的理想实验。设想观察者在一个密封的升降机里做力学实验，一种情形是升降机静止在地面上（地球看成是惯性系），它是一个惯性生活费，其中存在地球的引力场，由于m惯=m引，任何物体的重力加速度均相等为g；另一种情形是升降机远离一切物体，即处于没有引力场的地方，它相对于某个惯性系以加速度g上升，它是一个非惯性系。在这两种情况下，观察者测得物体下落的加速度是g，他观察到的力学现象都相同，他无法断定他所在的参考系究竟是有引力场的惯性系还是并无引力的非惯性系。这表明物体在非惯性系中的运动等效于引力场作用下的运动，或者说非惯性生活费与引力场等效，爱因斯坦把它称为“等效原理。”根据等效原理，引力场可以用非惯性来消除，例如在引力场中自由降落的参考系中就消除了引力，在这个自由落体系中，惯性定律很好地成立，一个不受外力作用的物体将保持其原有运动状态，这一参考系实在是很好的惯性系，其中物理规律具有狭义相对论的形式。另外，非惯性系与引力场等效，非惯性系与惯性系就没有原则性的区别，它们都可以同样好地用来描述物体的运动，没有哪一个比另一个更优越。由此爱因斯坦把狭义相对性原理推广为一切参考系都是等价的，没有哪一个比另一个更优越，爱因斯坦把它称为广义相对性原理。爱因斯坦的广义相对论就是在等效原理和广义相对性原理这两条原理的基础上发展起来的。在广义相对论中，惯性系不再是理论上和实践上不可捉摸的，它就是自由落体系；前述狭义相对论的两点不足通过等效原理和广义相对性原理联系在一起一揽子加以解决，广义相对论清楚地回答了不存在特别优越的惯性系，所有的参考系对于描述物体的运动都是等价的，而引力问题通过广义的时空坐标变换纳入相对论理论中。

由此可见，原来牛顿力学中无法加说明的惯性质量与引力质量相等不再是游离于物理学之外的一个普遍事实，而是成为意义得大的广义相对论的基石。爱因斯坦找到了这块基石，并由此发展了广义相对，这实在是爱因斯坦独具慧眼、超群绝伦的伟大贡献。

五、马赫原理的检验和评价

马赫的思想启发爱因斯坦，引导他改造牛顿力学，建立了广义相对论，马赫的功绩不可磨。然而马赫认为物体的惯性来源于宇宙中其他物质作用的想法（马赫原理）还值得进一步研究。

根据马赫原理，物体的惯性不是物体自身的属性，而是宇宙中其他物质对物体作用的结果，那么物体近旁如果有一个大质量物体，它就会对物体的惯性产生影响。例如，处在银河系中的一个物体的质量应来自两部分，一部分来自宇宙整体的影响，它是各向同性的；另一部分来自银河系的影响，它应是各向异性的，物体朝着或离开银心加速时惯性质量会稍有不同。是否存在这一各向异性的影响是物理学家关心的问题。

有一些关于马赫原理的实验检验，其中一个实验的要点如下，如果惯性质量是各向同性的，原子Li7的基态能级在磁场中劈裂为四个等间距的能级，能级之间跃迁的吸收光谱是一条谱线；但如果惯性质量是各向异性的，能级的劈裂不是等距的，则能级之间跃迁的吸收光谱不是一条而是靠得很近的三条谱线。实验在12小时间隔内进行，在此时间内地球的自转相对于银心处于不同位置。结果没有观察到谱线分裂，根据观察到的线宽，估计出质量的各向异性部分与各向同性部分之比△M/M<10-21。结果并不支持马赫原理。

马赫范文篇5

一、惯性概念的肇始和牛顿的综合

惯性一般是指物体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。人们对于惯性这一认识有赖于惯性定律的建立，而它则依赖于对于力的认识以及区分运动状态和运动状态改变的认识，这一点在人类认识发展史上经历了漫长的岁月。

在人类思想史上，两千多年前希腊的哲学家亚里士多德的学说无疑地起过广泛的影响，然而他关于物理学的论述，许多都是错误的。他把物体的运动分为自然运动和强制运动。他认为圆周是完善的几何图形，圆周运动对于所有星体都是天然的，因而是自然运动；另外，地球上的物体都具有其天然位置，重物趋于向下，轻物趋于向上，如果没有其他物体阻碍，物体力图回到天然位置的运动也是自然运动；其他所有形式的运动则都是强制运动。他还进而指出，关于物体的强制运动，只有在外力的不断作用下才能发生；当外力的作用停止时，运动也立即停止。从这里可以看出亚里士多德肯定了两点：一，自然运动不涉及曳力的问题，只有强制运动才存在力的问题；二、力是物体强制运动的原因。从今天来看，这显然是错误的，然而它束缚了人们近两千年。

从这种把物体的运动归结为外力作用的观念，可以提取出静止物体具有惯性的概念。开普勒在他1609年发表的著作《新天文学》和1619年发表的著作《宇宙谐和论》中写道；“天体有留在天空中任何地方的性质，除非它被拖曳着。”“如果天体不赋有类似于重量的惯性，要使它运动就不需要力，最小的动力就足以使它有无限的速度，但由于天体公转需要用一定的时间，有的长些，有的短些，因此非常明显，物质必须具有能说明这些差别的惯性。”“惯性，或对运动的阻力是物质的一种特性，在给定的体积中，物质的量愈多，惯性愈强。”这大概是关于物体惯性的最早陈述。可以看出开普勒所说的惯性是指静止物体的惯性，甚至他已经认识到物体的惯性与它的质量有关，然而他显然受到亚里士多德思想的束缚，不可能思考运动物体是否具有惯性的问题。

伽利略开创了实验和理性思维相结合的近代物理研究方法，并用于研究物体的运动。他对于亚里士多德关于物体运动的粗糙的日常观察、抽象的猜测玄想和想当然的思辨推理十分不满，他通过科学实验和科学推理得到许多正确的结果，总结在他的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（1632年）和《关于力学和运动两门新科学的对话。（1638年）中，其中一个重要的结果如下。假设沿斜面AB落下的物体，以B点得到的速度沿另一斜面BC向上运动，则物体不受BC倾斜的影响仍将达到与A点相同的高度，只是需要的时间不同；当第二个斜面变成既不上升，亦不下降的水平面时，物体将一直以已获得的速度永远向前运动。伽利略的思想无疑地比他的前辈前进了一大步，他认识到不受其他物体的作用，物体可以永恒地运动，这已经很接近惯性定律，但是伽利略还没有摆脱亚里士多德的影响，他所说的水平面是和地球同心的球面，也就是说，那种不受其他物体作用的物体的永恒运动是圆周运动，因此我们还不能说伽略发现了惯性定律。

最早清楚表述惯性定律并把它作为原理加以确定的是笛卡儿。笛卡儿是唯理论哲学家，他试图建立起整个宇宙在内的各种自然现象都能从基本原理中推演出来的体系，惯性定律就是他的体系中的一条基本原理。他在他的《哲学原理》（1644年）一书中把这条基本原理表述为两条定律：一、每一单独的物质微粒将继续保持同一状态，直到与其他微粒相碰被迫改变这一状态为止；二、所有的运动，其本身都是沿直线的。然而笛卡儿没有建立起他试图建立的那种能演绎出各种自然现象的体系，其中许多是错误的，不过他的思想对牛顿的综合产生了一定的影响。

牛顿1661年进入剑桥大学学习亚里士多德的运动论，1664年他从事力学的研究，摆脱了亚里士多德的影响。他继承了伽利略重视实验和逻辑推理的研究方法，他也继承了笛卡儿的研究成果。他深入地研究了碰撞问题、圆周运动以及行星运动等问题，澄清了动量概念和力的概念。1687年出版著作《自然哲学的数学原理》，以“定义”和“公理，即运动定律”为基础建立起把天上的力学和地上的力学统一起来的力学体系。惯性定律就是牛顿第一定律，表述为“所有物体始终保持静止或匀速直线运动状态，除非由于作用于它的力迫使它改变这种状态。”惯性定律真正成为力学理论的出发点。

根据惯性定律，物体具有保持原有运动状态的属性，这种属性称为惯性。不仅静止的物体具有惯性，运动的物体也具有惯性；物体惯性的大小用其质量大小来衡量。至此，人们对于物体惯性的认识达到第一阶段比较完善的程度。从此，人们对于运动中的种种惯性现象都能很好地理解；在实际中设计出种种利用惯性造福和防止惯性伤害的措施。

二、惯性与能量

对于惯性认识的一个重要进展是惯性与能量的关系。

能量是物理学里普遍关注的问题。运动的物体有动能；相互作用的物体有势能，如重力势能、引力势能、电势能等等；其他还有热能等等。在研究弹性变形体和流体的运动时，人们认识到经受应力的物体的势能分归属于物体的每一部分，而流体的输运则伴随有能量的传送。麦克斯韦电磁场理论建立和被赫兹电磁波实验证实之后，人们认识到电磁作用是通过场实现的，电磁场的实在性在认识上开始形成，场中不仅贮存有能量，能量的传送也是通过场来传输的，即存在能流：能流与场的动量联系在一起。人们研究电子的运动，运动电子周围存在变化的电场，变化的电场又产生磁场，两者的共存又导致存在能流和动量，它们同电子的速度平行。因此这一附加的动量意味着电子存在附加的惯性质量。有一时期，甚至有人猜测可能电子的全部质量来源于电磁场。这里第一次遇到电磁能量的惯性，提示了惯性与能量的联系。

1905年爱因斯坦发表狭义相对论，这是一个崭新的物理理论，它统一了力学理论和电磁学理论，带来了时空观的根本变革。爱因斯坦随后证明质能关系，E=mc2，一定的质量对应于一定的能量，反之一定的能量对应一定的质量。在这里，能量包括了能量的各种形式，突破了上面把某一种形式的能量与惯性联系起来的认识。这样，惯性是能量的属性，能量具有惯性（质量），任何惯性质量都应归因于能量。作为物理学基本概念和物质的量的质量概念退居次要的地位，如今在近代物理中能量、动量等概念要比质量、力等概念要重要得多。

能量具有惯性拓宽了对于惯性的认识，也拓宽了对于能量的认识。它带来的重大实用价值就是核能的释放。在裂变反应中，裂变产物的静质量小于裂变前物质的静质量，质量亏损释放出大量裂变能；在聚变反应中，聚变产物的静质量小于聚变前物质的静质量，质量亏损释放出大量的聚变能。它也使得人们很好地认识许多物理现象，包括涉及物质的全部质量与能量转化的正反粒子对的产生和湮没过程。

三、牛顿的绝对空间和马赫原理

让我们再回到惯性定律。惯性定律是近代力学的基础。作为基础性的定律是值得深思的。显而易见，考查物体的运动离不开参考系。惯性定律并非在任意的参考系中都成立。惯性定律成立的参考系称为惯性系，凡是相对于惯性系作匀速直线运动的参考系也都是惯性系，惯性定律在其中都成立；而相对于惯性系作变速运动的参考系，惯性定律都不成立

，它们就称为非惯性系。在非惯性系中考查物体运动，牛顿第二定律也不成立。为了在非惯性系中仍然保持牛顿第二定律的形式，除了物体之间实在的相互作用之外，还必须考虑一种与物体质量有关且与非惯性系相对于惯性系的加速度有关的力。这个力因为与物体的惯性有关，故称为惯性力。通常认为它不是物体之间实在的相互作用力，因而是“虚拟的”。

立刻产生一个问题，惯性系在哪里，或者什么样的参考系是惯性系？深入地研究发现，这在理论上和实践上都存在根本的困难。首先，要问什么是惯性系，回答是惯性系就是惯性定律成立的参考系，那就是说，在这个参考系中一个不受外力作用的物体总是处于静止或匀速直线运动状态。那么不受外力作用又是什么意思呢？这就是说，在惯性系中处于静止或匀速直线运动状态的物体是不受外力作用的。这样就又回到什么是惯性系的问题。这是一具逻辑循环，无助于解决什么样的参考系是惯性系的问题。其次，在实践中地球是一个相当好的近似的惯性系，我们在观察实验室中的许多力学现象，都可以把地球看作惯性生活费，但是地球肖自转，并且绕着太阳在旋转，有一些力学现象显示出地球的这种转动效应，例如惯性离心力，科利奥莱力等，因此地球并不是严格的惯性系。太阳及其邻近的恒星组成的参考系是比地球更好的惯性系。进一步的研究表明太阳是银河系中的一颗普通恒星，它同其他银河系听恒星一起绕银心旋转，作变速运动，因而太阳参考系也不是严格的惯性系。根据这种经验，我们可以取更大的天体系统的平均静止参考系以趋近严格的惯性系。看来我们可以不断地趋近惯性系，但却不能找到严格的惯性系。

这样，我们有了支配物体运动的力学规律（牛顿定律）但是却无法确定牛顿定律成立的惯性系。牛顿的力学理论如同建立在沙滩上的建筑物。牛顿深知他的力学理论中的这一脆弱的根基。他提出的解决办法是引入绝对空间。他想信存在绝对空间，“绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”，这样就可以在绝对空间里区别物体是处于静止、匀速运动还是变速运动，从而也就能够确定惯性系和非惯性系。为了说明绝对空间和绝对运动的存在，他提出一个著名的“水桶实验”，其大意如下。一个盛有一半水的桶挂在拧得很紧的绳子上，松开手后，桶和水的运动经历以下三种情形：（1）开始，桶在绳恢复原有状态的作用下快速旋转，由于水和桶的粘滞力很小，水尚未旋转起来，水面是平的；（2）在粘滞力长时间的作用下，水和桶一起旋转，水受到惯性离心力的作用向桶壁挤压，水面呈下凹形；（3）让桶突然静止，水仍在旋转，水面仍然是下凹。牛顿分析以上实验结果认为，在（1）（3）两种情形，水对于桶都有相对运动，但前者水面是平的，而后者是下凹的，在（2）（3）两种情形，无论水对于桶是否有相对运动，水面都是下凹的，因此，水对于桶的相对运动不是水面下凹的原因，水面下凹的真正原因在于水在空间里作绝对转动，受到惯性离心力造成的。这说明存在着可以观察出物体作绝对运动的绝对空间，加速度是绝对的。

牛顿的绝对空间和绝对运动继承了人们自古以来认为空间和时间物质及其运动相对独立而无论的直觉，被大多数人所接受，它还受到哲学家康德的支持，康德说过；“我们永远不能表象出没有空间，可是我们却很能设想空间中没有对象。”但是牛顿的绝对空间和绝对运动受到他同时代人的批评，其中著名的有莱布尼兹和贝克莱，莱布尼兹认为那种与物质客体相分离的任何空间概念都是哲学上没有必要的，贝克莱则指出，认为空间是“一种永久的、自存的、无限的、不可分的、不可变的东西”“是有害的、荒谬的”，然而他们都未能提出任何观念，发展一种新的动力学理论来替代牛顿理论，不过他们的看起来十分挑剔的批评对后有着潜在的影响。

对牛顿绝对空间的第一个建设性批评来自两百年后奥地利的物理学家和哲学家马赫。马赫在他1883年出版的《力学史评》一书中对牛顿的绝对空间和绝对运动作了深刻的批评。关于牛顿的“水桶实验”，书中写道：“牛顿的旋转水桶实验只是告诉我们，水对于桶壁的相对旋转不引起显著的离心力，而这离心力是由水对地球及其他天体质量的相对转动所产生的。如果桶壁愈来愈厚，愈来愈重，直到厚达几英里时，那就没有人能说这实验会得出什么样的结果。”“如果把水桶固定，让众恒星旋转，能够再次证明离心力会不会存在吗？”在马赫看来，牛顿水桶实验中凹行为并不能区分究竟是水相对绝对空间的转动，还是水相对于众星体的转动，因此，并不能由此得出存在绝对空间的结论，相反地，把水面下凹行为看成是由于水相对于从星体转动，水桶内壁以外的所质量的吸引和带动所造成的，要更自然些。

马赫是出于他关于我们的世界的一种非常儿到的哲学见解，对牛顿的绝对空间作出深刻批判的。他在书中写到；“我们不要忘记，世界上的一切事物都是相互联系、相互依赖的。”要注意，马赫强调的是相互联系、相互依赖、相互影响，那种只有一方依赖于一方而不被另一方所依赖，一方可影响另一方而不被另一方所影响的事物是不存在的，是虚构的，也是“同科学中的思维方式相矛盾的”（爱因斯坦语）。在牛顿力学中绝对空间就是这样的虚构，它会影响到物体的动力学性质，譬如，只有相对经来说，惯性定律才成立，但是物质的运动反过来却不能对绝对空间产生丝毫影响。既然是一种不能被人们的经验所证实的虚构，它就应该从科学中剔除出去。概括起来，马赫的观点是，物体的运动不是绝对空间中的绝对运动，而是相对于宇宙中其他物质的相对运动，因而不仅速度是相对的，加速度也是相对的；在非惯性系中物体所受的惯性力不是“虚拟的”，而是一种引力的表现，是宇宙中其他物质对该物体的总作用；物体的惯性不是物体自身的属性，而是宇宙中其他物质作用的结果。马赫的精辟见解被爱因斯坦取名为马赫原理。

马赫的批判带来了人们对于运动和惯性认识的重大变革。牛顿认为存在着绝对空间和绝对运动；物体的惯性是它自身的属性，如果撤掉了一个物体周围的所有其他物质，那么这个物体将由于它自身的惯性作惯性运动。而马赫则认为，根本不存在绝对空间和绝对运动，物体的运动是相对于宇宙中天体的运动；物体的惯性是宇宙中所有天体作用的结果，撤掉一个物体周围的所有其他物质，则无法去判断它作什么运动，因而它也就不再具有惯性。

马赫独树一帜的思想深刻地提示了牛顿力学理论根基上的纰漏，同时也指出了改造牛顿力学理论的契机，这就是放弃绝对空间和绝对运动，把物体的惯性与宇宙中所有其他物质对它的作用联系起来。

爱因斯坦建立狭义相对论后就认识到“狭义相对论不过是必然发展过程的第一步”，他时而思考狭义相对论的不足。一方面，狭义相对论指出，所有的惯性系都是等价的，速度是相对的，不存在绝对静止的惯性系，因此狭义相对论否定了一个优越的参考系（绝对静止的惯性系）；但是它却肯定了一类特别优越的参考系，那就是惯性生活费，它比非惯性系更要优越，其中的物理规律特别简捷。然而对于为什么惯性系在物理上比其他参考系更优越，狭义相对论不能作出回答。另一方面，狭认相对论指出，物理作用传播的极限速度是光速c，这样狭义相对论就在整个物理学中排除了超距作用。引力是力学研究的重要课题。然而牛顿引力定律的表述是超距作用的，牛顿引力定律与狭义相对论不相容。因此需要发展一种把引力问题纳入，且能回答是否存在特别优越参考系的更为广泛的相对论。马赫的思想对于爱因斯坦无疑是一个重要的启发。爱因斯

坦曾说过：“……可以十分正确地认为马赫是广义相对论的先驱。”

四、惯性质量和引力质量

发展一种新的理论，仅有哲学上的启迪和对于旧理论的批判是不够的，还需寻找建立新理论的突破口。爱因斯坦建立广义相对论的突破口来自三百年前伽利略的另一项重要贡献。

伽利略在他的《关于力学和运动两门新科学的对话》中写道：“我曾经做过试验，可以向你保证，从200肘尺高处放下的一颗一两百磅甚至更重的炮弹，不会比一同放下的仅重半磅的枪弹到达地面要领先一秒钟。”这段叙述表明所有物体的重力加速度相同。亚里士多德曾根据他的运动风，重物下落是物体回归天然位置的自然运动，物体越重，趋向天然位置的倾向就越大，自然得出物体越重，下落得越快。伽利略反对亚里士多德的运动知识化，他以实验事实作了不力的反驳。然而他并同有认识到这条定律的深刻含义。

所有物体的重力加速度均相同，反映的是任何物体的惯性质量与引力质量相等。根据牛顿定律，作用在物体上的外力等于物体的质量乘以获得的加速度，这里的质量是物体的惯性质量；另一方面，物体下落时，作用在物体上的力是地球对它的吸引力，它与物体的引力质量成正比。既然物体在重力作用下加速度不依赖于物体，则引力质量与惯性质量成正比；选取相同的单位，两者相等。

我们知道，惯性质量是物体惯性的量度，反映物体对加速度的阻抗，而引力质量是物体引力属性的量度，反映物体产生和承受引力的能力。它们显然是物质的两种完全不同的属性，描述物质两种不同性质的量是否严格相等是一个问题，并第一次想到用实验来明确检验两者的等同性。他在他的《原理》一书中记叙了他所做的实验。他做了两只等大的圆木盒，用11英尺长的细绳悬挂起来构成摆，一只装满了木料，另一只装入得量的金或银、铅、玻璃、沙、食盐、水以及小麦等等，比较它们的摆动周期。根据牛顿定律容易得出周期T。可以看出仅当惯性质量m惯与引力质量m引之比与材料无关，两摆的周期才会相等。牛顿实验中没有观察到两摆周期的差异，由此他推算出m引/m惯=1+0（10-3），即两者相符合的精度在10-3以内。以后又有不少物理学家做实验，把精度提高了许多，如1830年贝塞耳得0（10-5），1889年厄缶得0（10-8），1964年迪克得0（10-11），1971年布拉金斯基得0（10-12）。

看来惯性质量和引力质量相等是一条严格的定律。那么，这是一种巧合吗，还是有更深刻的原因？它意味着什么？这是又一个值得思考的问题。人们研究发现，在牛顿力学中无法加以说明，于是长时期里它就成为游离于物理学之外而不加重视的一个结论。

爱因斯坦对于惯性质量和引力质量严格相等的印象很深，他在给英国格拉斯哥大不所作的报告《广义相对论的来源》中说：“在引力场中，一切物体都具有同一加速度。这条定律也可表述为惯性质量同引力质量相等的定律，它当时就使我认识到它的全部得要性。我为它的存在感到极为惊奇，并猜想其中必定有一把可以更加深入地了解惯性和引力的钥匙。”他一直深信：“一个有希望受到应有的信任的理论，必须建立在有普遍意义的事实上。”而这一惯性质量同引力质量相等的定律的确是一个奇特的具有普遍意义的事实。他不断地思考这一问题，终于有一天找到了问题的答案。他于1922年在日本京都大学所作的报告《我是如何发现相对论》中说道：“这个难题的突破点突然在某一天找到了。那天，我坐在伯尔尼专利局办公室里，脑子里突然闪现一个念头：如果一个人正在自由下落，他决不会感到他有重量。我吃了一惊。这个简单的想象给我的印象太深刻了。它把我引向新的引力理论。我继续想下去：下落的人正在作加速运动，可是在这个加速参考系中，他有什么感觉？他如何判断面前所发生的事情？”爱因斯坦在这里所说的突然闪现的念头就是那著名的爱因斯坦升降机的理想实验。设想观察者在一个密封的升降机里做力学实验，一种情形是升降机静止在地面上（地球看成是惯性系），它是一个惯性生活费，其中存在地球的引力场，由于m惯=m引，任何物体的重力加速度均相等为g；另一种情形是升降机远离一切物体，即处于没有引力场的地方，它相对于某个惯性系以加速度g上升，它是一个非惯性系。在这两种情况下，观察者测得物体下落的加速度是g，他观察到的力学现象都相同，他无法断定他所在的参考系究竟是有引力场的惯性系还是并无引力的非惯性系。这表明物体在非惯性系中的运动等效于引力场作用下的运动，或者说非惯性生活费与引力场等效，爱因斯坦把它称为“等效原理。”根据等效原理，引力场可以用非惯性来消除，例如在引力场中自由降落的参考系中就消除了引力，在这个自由落体系中，惯性定律很好地成立，一个不受外力作用的物体将保持其原有运动状态，这一参考系实在是很好的惯性系，其中物理规律具有狭义相对论的形式。另外，非惯性系与引力场等效，非惯性系与惯性系就没有原则性的区别，它们都可以同样好地用来描述物体的运动，没有哪一个比另一个更优越。由此爱因斯坦把狭义相对性原理推广为一切参考系都是等价的，没有哪一个比另一个更优越，爱因斯坦把它称为广义相对性原理。爱因斯坦的广义相对论就是在等效原理和广义相对性原理这两条原理的基础上发展起来的。在广义相对论中，惯性系不再是理论上和实践上不可捉摸的，它就是自由落体系；前述狭义相对论的两点不足通过等效原理和广义相对性原理联系在一起一揽子加以解决，广义相对论清楚地回答了不存在特别优越的惯性系，所有的参考系对于描述物体的运动都是等价的，而引力问题通过广义的时空坐标变换纳入相对论理论中。

由此可见，原来牛顿力学中无法加说明的惯性质量与引力质量相等不再是游离于物理学之外的一个普遍事实，而是成为意义得大的广义相对论的基石。爱因斯坦找到了这块基石，并由此发展了广义相对，这实在是爱因斯坦独具慧眼、超群绝伦的伟大贡献。

五、马赫原理的检验和评价

马赫的思想启发爱因斯坦，引导他改造牛顿力学，建立了广义相对论，马赫的功绩不可磨。然而马赫认为物体的惯性来源于宇宙中其他物质作用的想法（马赫原理）还值得进一步研究。

根据马赫原理，物体的惯性不是物体自身的属性，而是宇宙中其他物质对物体作用的结果，那么物体近旁如果有一个大质量物体，它就会对物体的惯性产生影响。例如，处在银河系中的一个物体的质量应来自两部分，一部分来自宇宙整体的影响，它是各向同性的；另一部分来自银河系的影响，它应是各向异性的，物体朝着或离开银心加速时惯性质量会稍有不同。是否存在这一各向异性的影响是物理学家关心的问题。

有一些关于马赫原理的实验检验，其中一个实验的要点如下，如果惯性质量是各向同性的，原子Li7的基态能级在磁场中劈裂为四个等间距的能级，能级之间跃迁的吸收光谱是一条谱线；但如果惯性质量是各向异性的，能级的劈裂不是等距的，则能级之间跃迁的吸收光谱不是一条而是靠得很近的三条谱线。实验在12小时间隔内进行，在此时间内地球的自转相对于银心处于不同位置。结果没有观察到谱线分裂，根据观察到的线宽，估计出质量的各向异性部分与各向同性部分之比△M/M<10-21。结果并不支持马赫原理。

马赫范文篇6

这样，我们有了支配物体运动的力学规律(牛顿定律)但是却无法确定牛顿定律成立的惯性系。牛顿的力学理论如同建立在沙滩上的建筑物。牛顿深知他的力学理论中的这一脆弱的根基。他提出的解决办法是引入绝对空间。他想信存在绝对空间，“绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”，这样就可以在绝对空间里区别物体是处于静止、匀速运动还是变速运动，从而也就能够确定惯性系和非惯性系。为了说明绝对空间和绝对运动的存在，他提出一个著名的“水桶实验”，其大意如下。一个盛有一半水的桶挂在拧得很紧的绳子上，松开手后，桶和水的运动经历以下三种情形：(1)开始，桶在绳恢复原有状态的作用下快速旋转，由于水和桶的粘滞力很小，水尚未旋转起来，水面是平的；(2)在粘滞力长时间的作用下，水和桶一起旋转，水受到惯性离心力的作用向桶壁挤压，水面呈下凹形；(3)让桶突然静止，水仍在旋转，水面仍然是下凹。牛顿分析以上实验结果认为，在(1)(3)两种情形，水对于桶都有相对运动，但前者水面是平的，而后者是下凹的，在(2)(3)两种情形，无论水对于桶是否有相对运动，水面都是下凹的，因此，水对于桶的相对运动不是水面下凹的原因，水面下凹的真正原因在于水在空间里作绝对转动，受到惯性离心力造成的。这说明存在着可以观察出物体作绝对运动的绝对空间，加速度是绝对的。

牛顿的绝对空间和绝对运动继承了人们自古以来认为空间和时间物质及其运动相对独立而无论的直觉，被大多数人所接受，它还受到哲学家康德的支持，康德说过；“我们永远不能表象出没有空间，可是我们却很能设想空间中没有对象。”但是牛顿的绝对空间和绝对运动受到他同时代人的批评，其中著名的有莱布尼兹和贝克莱，莱布尼兹认为那种与物质客体相分离的任何空间概念都是哲学上没有必要的，贝克莱则指出，认为空间是“一种永久的、自存的、无限的、不可分的、不可变的东西”“是有害的、荒谬的”，然而他们都未能提出任何观念，发展一种新的动力学理论来替代牛顿理论，不过他们的看起来十分挑剔的批评对后有着潜在的影响。

对牛顿绝对空间的第一个建设性批评来自两百年后奥地利的物理学家和哲学家马赫。马赫在他1883年出版的《力学史评》一书中对牛顿的绝对空间和绝对运动作了深刻的批评。

关于牛顿的“水桶实验”，书中写道：“牛顿的旋转水桶实验只是告诉我们，水对于桶壁的相对旋转不引起显著的离心力，而这离心力是由水对地球及其他天体质量的相对转动所产生的。如果桶壁愈来愈厚，愈来愈重，直到厚达几英里时，那就没有人能说这实验会得出什么样的结果。”“如果把水桶固定，让众恒星旋转，能够再次证明离心力会不会存在吗？”在马赫看来，牛顿水桶实验中凹行为并不能区分究竟是水相对绝对空间的转动，还是水相对于众星体的转动，因此，并不能由此得出存在绝对空间的结论，相反地，把水面下凹行为看成是由于水相对于从星体转动，水桶内壁以外的所质量的吸引和带动所造成的，要更自然些。

马赫是出于他关于我们的世界的一种非常儿到的哲学见解，对牛顿的绝对空间作出深刻批判的。他在书中写到；“我们不要忘记，世界上的一切事物都是相互联系、相互依赖的。”要注意，马赫强调的是相互联系、相互依赖、相互影响，那种只有一方依赖于一方而不被另一方所依赖，一方可影响另一方而不被另一方所影响的事物是不存在的，是虚构的，也是“同科学中的思维方式相矛盾的”(爱因斯坦语)。在牛顿力学中绝对空间就是这样的虚构，它会影响到物体的动力学性质，譬如，只有相对经来说，惯性定律才成立，但是物质的运动反过来却不能对绝对空间产生丝毫影响。既然是一种不能被人们的经验所证实的虚构，它就应该从科学中剔除出去。概括起来，马赫的观点是，物体的运动不是绝对空间中的绝对运动，而是相对于宇宙中其他物质的相对运动，因而不仅速度是相对的，加速度也是相对的；在非惯性系中物体所受的惯性力不是“虚拟的”，而是一种引力的表现，是宇宙中其他物质对该物体的总作用；物体的惯性不是物体自身的属性，而是宇宙中其他物质作用的结果。马赫的精辟见解被爱因斯坦取名为马赫原理。

马赫的批判带来了人们对于运动和惯性认识的重大变革。牛顿认为存在着绝对空间和绝对运动；物体的惯性是它自身的属性，如果撤掉了一个物体周围的所有其他物质，那么这个物体将由于它自身的惯性作惯性运动。而马赫则认为，根本不存在绝对空间和绝对运动，物体的运动是相对于宇宙中天体的运动；物体的惯性是宇宙中所有天体作用的结果，撤掉一个物体周围的所有其他物质，则无法去判断它作什么运动，因而它也就不再具有惯性。

马赫独树一帜的思想深刻地提示了牛顿力学理论根基上的纰漏，同时也指出了改造牛顿力学理论的契机，这就是放弃绝对空间和绝对运动，把物体的惯性与宇宙中所有其他物质对它的作用联系起来。

爱因斯坦建立狭义相对论后就认识到“狭义相对论不过是必然发展过程的第一步”，他时而思考狭义相对论的不足。一方面，狭义相对论指出，所有的惯性系都是等价的，速度是相对的，不存在绝对静止的惯性系，因此狭义相对论否定了一个优越的参考系(绝对静止的惯性系)；但是它却肯定了一类特别优越的参考系，那就是惯性生活费，它比非惯性系更要优越，其中的物理规律特别简捷。然而对于为什么惯性系在物理上比其他参考系更优越，狭义相对论不能作出回答。另一方面，狭认相对论指出，物理作用传播的极限速度是光速c，这样狭义相对论就在整个物理学中排除了超距作用。引力是力学研究的重要课题。然而牛顿引力定律的表述是超距作用的，牛顿引力定律与狭义相对论不相容。因此需要发展一种把引力问题纳入，且能回答是否存在特别优越参考系的更为广泛的相对论。马赫的思想对于爱因斯坦无疑是一个重要的启发。爱因斯坦曾说过：“可以十分正确地认为马赫是广义相对论的先驱。”

［论文关键词］惯性绝对空间发展

［论文摘要］惯性定律是近代力学的基础。作为基础性的定律是值得深思的。显而易见，考查物体的运动离不开参考系。惯性定律并非在任意的参考系中都成立。惯性定律成立的参考系称为惯性系，凡是相对于惯性系作匀速直线运动的参考系也都是惯性系，惯性定律在其中都成立；而相对于惯性系作变速运动的参考系，惯性定律都不成立，它们就称为非惯性系。

［参考文献］

［1］邓正降：《惯性技术》，哈尔滨工业大学出版社2006年4月版。

马赫范文篇7

王星拱（1887～1949），字抚五，安徽怀宁（今安庆）人，曾任北京大学化学教授、武汉大学和中山大学校长等职。他既是一位自然科学家，又是一位哲学家。作为自然科学家，他有着自发的自然科学的唯物主义和辩证法思想，有待于我们去概括和提高；作为哲学家，他又深受第二代实证主义代表人物马赫的影响，在20世纪20年代的“科玄之争”中，站在“科学派”一边，反对“玄学派”，同时也与马克思主义的辩证唯物论相对立，有待于我们作出客观的、实事求是的分析和评价。而王星拱在哲学理论思维方面的经验教训，更值得我们反思和借鉴。

一

自然科学研究的对象是自然界的客观存在，科学研究的基本方法是观察和实验。故而自然科学的根本精神是与唯物主义和辩证法相一致的，并由此决定了自然科学家大多是自发的自然科学的唯物主义者和辩证法者。王星拱也不例外，而且具有典型性。

首先，在自然观方面，王星拱赞成实在论者，亦即唯实家的物质实在观。他说：“依唯实家说来，桌子有二观：其一，是由观察点而定的，叫做心理观；其二，是不由观察点而定的，叫做物理观，桌子的物理观，是可以离精神而独立的”。〔1〕这是自然科学家根据现代科学的成就，对实在概念作出的解释。这正如马克思所说的：“被抽象地孤立地理解的，被固定为与人分离的自然界，对人来说也是无。”〔2〕同样，被抽象地孤立地理解的，被固定为与人分离的客观实在，对于人类来说也是“无”。正因为如此，王星拱在当时认识到，物质的客观实在性既有“由观察点而定”，依赖于观察过程的一面，又有“可以离精神而独立”的一面，确是难能可贵的。

基于以上的认识，王星拱分析了物质与现象、物质与能量的关系。他说：“现象界是什么呢？就是物质改换能力表现所生出的。物质、能力两样东西，是不能分开的，物质籍能力而改换，能力依物质而表现。……这些不同的物质，改换不息，这些不同的能力，表现不息。所以在这个无限的时间空间之中，生出这种不同的现象”。〔3〕在此，王星拱坚持和发展了严复提出的“质力相推”的唯物主义观点，认为纷繁复杂的现象界的所有现象都是物质变化所产生的，而能量（能力）则是物质的表现。这在当时盛行“物质消灭了”的说法和普遍提倡唯能论的情况下，有着重大的理论和实践意义。

作为一个自然科学家，基于对现代自然科学知识的了解，王星拱尤其强调，物质总是处在永恒的发展、变迁之中。他说：“自放射化学和火云之分光镜的分析发明之后，我们都知道原质也是进化而变迁的。”〔4〕由此看来，“无时无处没有现象，因为无时无处没有物质改换、没有能力表现，换个名词来说，就是无时无处无有变迁。现象就是变迁，无变迁就不能有现象。”〔5〕在这里，王星拱认识到了物质与运动的不可分离性，表明运动是物质的根本属性。

王星拱还认为，运动着的千姿百态、千差万别的大千物质世界是受一定的内在规律支配的。他说：“天然界中的异，简直是无穷的。在这个无穷的异之中，我们要找出各现象的彼此一定的关系，然后制定出定律来管理他。于是，在理论方面，才能用过去预测将来；在应用的方面，才能使万物归用于我。总括一句说：我们遵守天然界的定律来统辖天然界。”〔6〕他特别笃信物质不灭和能量守恒定律，认为即使发现了象镭那样的放射性物质，也不能使它有丝毫的改变。他明确指出：“鲁滂物质消灭之说，并无科学的根据。……此不过一空浮无着之玄想，非科学家所承认之定论也。”〔7〕

总之，由于王星拱有比较坚实的现代自然科学知识为基础，所以他比较好地坚持了唯物主义的自然观，并且使他的自然观带有现代自然科学的色彩和若干辩证法的因素。

其次，王星拱在以上的唯物主义自然观的基础之上，系统地探讨了认识论的问题。

在认识来源问题上，王星拱认为，人们的器官对客观物质世界的感触是认识的唯一源泉。他说：“知识最初的起源，都由于器官的感触，但是在这些感触的时候，有一个智慧的我在里边认识他。”〔8〕往往是，“心理的情境，各人不同，对于无机界之鉴别，已经可以生出不同的意见，至于对于有机界——社会问题之研究，更可以生出不同的意见了。”〔9〕王星拱强调，作为认识基础的原始资料的“张本”，必须是真实的。为了获取真实的“张本”，“得确切的结果，不能有主观的偏见。”〔10〕在此，王星拱作为一个自然科学家，在坚持唯物主义反映论的同时，注意到了认识主体的状况对认识过程的影响，是正确的，也是很不容易的，体现了他在探讨认识问题时严肃认真的态度。

在认识的有限性与无限性问题上，王星拱认为，在人类认识的长河中，不可能有完全掌握了客观真实的一天。人们“不能把真实完完全全地表托出来，然而可以和真实相逼近。”〔11〕其原由在于，就整个人类认识的历史来看，“现象无限，我们所能观察到的，能有几何？况且宇宙间不同的原素，又可以联合换合而生出新现象，我们哪里能观察得尽呢？”〔12〕由此，王星拱得出了一个正确的结论：人类的知识“无论如何进步，终不能达到完全真实之所在。……真实是无穷的，我们永远在这条无穷的路上前进前进。”〔13〕

在真理标准问题上，王星拱非常重视试验或行的作用。他说：“真实之最后的判断，还要靠着试验。……从前的人说，知而不行，知是无益的；现在我们说，知而不行，并且知也不能算作知啊。”〔14〕在这里，王星拱指出，人们的认识是不是真实的，最根本的一条是要通过试验去检验，认为离开行不可能有真知，应该说是一种比较深刻的见解。

第三，王星拱下大功夫，全身心地致力于方法论的研究，取得了诸多成果，写成了《科学方法论》一书。

在该书中，王星拱把寻求客观世界各现象之间的因果联系确定为科学的最重要的任务，并为此而阐述了一系列能更好揭示客观因果关系的方法。他说：“科学最注重因果律——科学之成立就是靠因果律作脊椎，当然承认宇宙是有定的。”〔15〕从而坚持唯物主义的决定论，反对唯心主义的非决定论。这即使在他接受了马赫主义的错误观点以后，也还仍然坚持这一点，说：“同因必生同果。假使没有这个原理，则宇宙之间只有千千万万一点一滴的事实，我们很难寻觅因果关系出来，那么，科学也就无从构造了。”〔16〕为了更好地揭示事物及其现象之间的因果联系，他认为：①要搜集尽可能多的证据，进行多方面地考求。“因为根据不同的证据之数，和‘错误同一方向’之或然数成反比例；换一句话说，证样越多，则‘错误同一方向’之或然数愈小，而可逼近于真实。”〔17〕②要注意从事物的变化发展中去寻求事物的内在规律。因为“天然界既是一个渐变的连续，凡不同的物，都有过渡物介乎其中，各物之性质又多。”〔18〕所以，人们认识客观世界，也必须适应这个状况，注意事物的变动和变动中产生的中介。

王星拱还系统地探讨了科学研究中的逻辑思维方法问题。他认为，为要正确认识客观事物及其规律，除了要有充分的材料，注意从变化发展中去寻求事物的内在规律以外，还要运用一系列正确的方法。这些方法包括归纳与演绎、分析与综合，以及假定、比较、推理等等。王星拱比较多地研究了分析与综合的方法。关于分析，王星拱很重视典型分析的作用。他说：“我们解剖植物，每类……之中，分个之数，可谓为无穷的，我们只能取出一二可为表式（即典型）的而解剖之。又如我们分析有机化合物，每类……之中，分个之多，也是不胜数的，我们只能取出一二可为表式者而分析之。即如研究一国一时代之思潮，也须取一二有势力的学说以为表式，为研究之门径。”〔19〕至于综合，他认为，综合是归纳过程的一个环节，是一种推理的方法，主要地就是“从分个推论到共总，”〔20〕即在分析事物各别特性的基础上，进一步掌握事物的共性和内在规律。因此，综合意味着认识的深化。“不然，森罗万象，异不胜异，若将分个记录起来，那就劳而无功了。……所以每次综合，都在科学进步上加一个头衔。”〔21〕

除了分析与综合的方法以外，王星拱在《科学方法论》一书中，还特辟专章具体地论述了“假定”的方法，以及其他一些方法，都不乏辩证法的因素。

总之，王星拱以上有关方法论的论述，特别是他的《科学方法论》一书，是当时这个领域研究成果的集大成者。他为此作出了不可磨灭的贡献。

二

王星拱既是自然科学家，同时也是哲学家。作为哲学家的王星拱，深受第二代实证主义代表人物马赫所鼓吹的马赫主义的影响。特别是从他1921年10月发表《物和我》一文开始，他起劲地宣扬马赫主义的感觉论，并且以此作为立论的根据，站在“科学派”的立场上，参与了1923～1924年间所发生的关于科学与人生观的关系问题的辩论（亦即“科玄之争”）。

王星拱所宣扬的马赫主义，主要表现在他在“科玄之争”中所写的《科学与人生观》一文和尔后于1930年出版的《科学概论》一书中。具体来说：

首先，从王星拱的哲学路线，从他对哲学基本问题的回答来看，他的哲学思想既因袭贩卖了西方的马赫主义，又与中国唯心主义哲学中的“心学”一派，有着千丝万缕的联系。他说：“我们试想想什么是我们所叫做的针，不过是尖锐的形式、白的颜色、金的光泽等等性质。这些形式、颜色、光泽等，都不过是视觉器官所供给的感触（即如盲肠，也不过是如虫的形式、肉红的颜色等等感触）。”〔22〕这既是马赫所说的“世界的真正要素不是物（物体），而是颜色、声音、压力、空间、时间（即我们通常称为感觉的那些东西）”〔23〕的复写，又是王阳明所主张的“心外无物”、“心即物”的翻版。其哲学认识路线是：头脑中的思想→视觉器官所供给的感触（尖锐的形式、白的颜色、金的光泽等）→物（针）。即：从思想和感觉到物。对此，列宁曾尖锐地指出：“从物到感觉和思想呢，还是从思想和感觉到物？恩格斯主张第一条路线，即唯物主义的路线。马赫主张第二条路线，即唯心主义的路线。”〔24〕据此，我们可以清楚地看到，王星拱与马赫和王阳明一样，都把客观存在的事物，归之于自己的主观意识，并以其主观意识作为衡量客观存在的准则。所以王星拱在这个问题上只能是个主观唯心主义者。

其次，王星拱作为中国的马赫主义哲学家，即作为一个主观唯心主义者，他以“感觉”为唯一的实在，着力宣扬了马赫主义的“感觉复合论”。王星拱在其《科学概论》一书中以不同人所视的毛笔为例说：“一个国民学校的学生看见了它，就构造起来下列的概念：一根长圆坚硬的芦管，管梢有一撮柔软的麻和羊毫。一个生物学家看见了它，就构造起来下列的概念：长圆坚硬的芦管，中间有如星的水管束，柔软的麻和羊毫，每根中间都有洞通的微管。一个化学家看见了它，……这是因为各人过去的经验不同，所以各人的兴趣不同，所以对于同一的东西，可以构造起来不同的概念。”以此论证感觉是认识的前提，是决定言论是非的标准，因而是唯一的实在。这正如列宁所说的：“唯心主义哲学的诡辩就在于：它把感觉不是看作意识和外部世界的联系，而是看作隔离意识和外部世界的屏障、墙壁；不是看作同感觉相符合的外部现象的映象，而是看作‘唯一的存在。’”〔25〕王星拱作为马赫派的主观唯心主义者，正是由于把“感觉”视为唯一的实在，从而使这本来是人们认识过程中必不可少的环节，即联系人们的主观意识与客观外界的纽带，变成了隔绝二者的工具。为此，他否定客观事物的实在性，鼓吹主观“感觉”可以决定一切，认为主观意识可以塑造出一切事物来。于是，王星拱就赤裸裸地断言：“毛笔并不是一件外界的东西，它不过是一群感触之汇合。”〔26〕甚至，连“迷惑、误忆、妄想，也是现在或过去的感触，它们都是实在的。”〔27〕这与马赫用观念的实在，论证宗教迷信的合理以“物是感觉的复合”，为信仰主义服务；是同出一辙的。

而且，因为中国的马赫主义者毕竟晚出，故而大有“青出于蓝而胜于蓝”之势。例如，在中国马赫主义者的西方祖师爷那里，感觉只是单个人的感觉。所以，他们认为世界的存在，是源于个人感觉的存在，而导致了公开的唯我论，认为整个世界只剩下一个大写特写的“我”是实在的、万能的。而中国的马赫主义者则从“感觉”（或经验）是唯一的实在出发，竟连他们自己的客观实在性，也统统否定掉了。王星拱在《科学概论》中就说：“所谓形式的‘我’，乃是随经验分子之增加而变迁的。经验变迁不息，‘我’亦变迁不息，如果经验大致相同，则其所构成的‘我’，也是大致相同，经验是器官的感触，‘我’就是这些感触之集合，并不是另外有一个形而上的‘我’，可以脱离经验而存在。”中国的马赫主义者王星拱在这里颠倒了人与其在实践中所创造的经验之间的关系，从而最终把自己的客观实在性也完全彻底地否定掉了。

最后，中国的马赫主义者同其西方祖师爷一样，还有一个显著的特点，就是喜欢在所谓“科学”的旗号下，谈论哲学。

众所周知，所谓科学，就是指对客观世界及其规律的正确反映；而所谓规律性的认识，则是要揭示客观过程和事物现象内部的、本质的、必然的联系。这是辩证唯物主义给科学提出的任务和要求。但是，在中国的马赫主义者那里，“科学”则不然。王星拱就说：“现在的科学把许多向来所承认为客观的存体，例如时间、空间，都简约为器官的感触。即如物质、能力，也都是从我们所观察的性质（即感触），用逻辑方法构造起来，并不是客观的实在。外而物是如此看待的，内而我又何曾不可以如此看待呢？将这些形而上的存体一概取消，也是合乎奥康刀的规则的。”〔28〕在此，他显然是利用现代科学的高度抽象性来否认客观实体及其存在的形式，实质上是反科学的。

三

学术界一般认为，王星拱在1921年10月发表的题为《物和我》的文章，标志着王星拱的哲学思想由自然科学的唯物主义向主观唯心主义转化。因为在这篇文章中，他第一次明确否定主观的我与客观的物之间的界限，宣扬了马赫主义的观点。他说：物的“形式、颜色、光泽，都不过是视觉器官的神经所供给的感触……若是不幸把针刺到指头上，指头上又有一束神经供给我们一种感触……试问除实用的方面，我们还有什么理由，把前引的感触，推到假定的针之实体上去，而说它是物；把后引的感触，却留在假定的心之实体上去，而说它是我呢？所以罗素说：宇宙之间，心也不是真的，物也不是真的，另外还有一件东西是真的。这个另外的东西就是感触。”〔29〕而实际上，王星拱的哲学思想中一直存在着自然科学唯物主义与主观唯心主义认识论的内在矛盾。是这种内在矛盾和自发的自然科学唯物主义的弱点，驱使着王星拱的哲学思想由自然科学的唯物主义向主观唯心主义转化。只不过，在他1921年前后接受了马赫主义的感觉复合论后，加速了这种转化而已。当然，由于他的哲学思想始终存在着自然科学唯物主义和主观唯心主义认识论的内在矛盾，又使得他即使在接受了马赫主义的感觉复合论以后，也仍然保留了若干自然科学唯物主义的观点。

王星拱哲学思想中的不足之处主要在于：

第一，王星拱在坚持自发的自然科学唯物主义的同时，也有不少主观唯心主义观点和倾向（特别是他的物质观）。

首先，他的物质概念中虽有若干辩证因素，但这仅是他的物质观中的个别成分而已。在一些带根本性的观点上，他却表现得迟疑、含混而不敢将自己的正确的观点坚持到底，甚至陷入了唯心主义、形而上学。例如，关于世界的本原，他曾作如下的回答：“我们推求宇宙的原始，有人以为万众之多，是由少生出来的，少是由一生出来的，一是由无生出来的；……我们在这个两难的两只角上，我们都不能得结论的。”〔30〕这里，说“一”是由“无”生出来的，显然是一种不符合实际的唯心主义、形而上学观点。

其次，他的物质观虽然具有一些辩证的因素，但从根本上说来，他并不懂得事物进化发展的源泉。他说：“生物有机，矿物无机。无机物之消长由于外，有机物之消长由于内。二者之消长，皆受物理的定例之管束；此近今科学进步中最要之点也”〔31〕这个论断，在正确肯定整个物质世界必然受客观规律支配的同时，却不了解“近今科学进步”已经证明了发展的源泉在于事物内部的对立统一，无机物也不例外。王星拱的这一对物质的理解，明显具有形而上学的性质。

以上这些缺陷，使他的自发的自然科学唯物主义显得很不彻底，是他的自发的自然科学唯物主义最终倒向主观唯心主义的内在原因。

第二，王星拱过分看重直觉，甚至把直觉神秘化。

王星拱曾经把知识分为经验的、理解的、证实的、引伸的这四大类。他认为，其中的所谓理解的或理性的知识是由经验的知识发展而来的，而这个过程必须运用分析和综合的方法。但是，由于他对整个认识过程缺乏深刻和完整的理解，不能解决证实了的知识为什么不是经验的或理解的知识，这样，他就只好抬高和扩大直觉的作用，把直觉神秘化。他说：在运用分析与综合的方法时，“这综合一层，若是靠智慧理性，是没有用的，我们只能靠直觉去选择。但是既靠直觉，就不是方法所能范围的了。”〔32〕在这里，他把直觉说成是与理性和智慧相对立的，不是属于科学方法范围的东西，这样的直觉就具有浓厚的神秘色彩。他认为，在运用综合方法时，不能靠智慧理性，而只能靠那种神秘的直觉。这就违背了他前面所说的“从分个推论到共总，叫做综合”，把综合作为一种推理方法的正确说法。

应当指出的是，王星拱对直觉以及直觉在人们认识中的作用作如此神秘的理解，便使得认识在由感性经验向更高阶段的理性思维发展时，带有很大的主观随意性，从而有可能令人怀疑认识由感性向理性发展后的可靠性，在认识论问题上留下一个缺口，成为他在哲学上的一个失足之处。

第三，王星拱不加分析地肯定马赫的思维经济原则，从而跌入马赫主义的感觉复合论的泥坑。

王星拱在对认识主体与认识客体关系问题的认识上，总的说来是正确的。但是，为了使人们的认识在前人的成就的基础上不断地深化，避免不必要的重复劳动，以尽快地把科学推向前进，他就不加分析地肯定马赫的思维经济原则，认为经过推论等思维抽象活动形成的认识都是烦琐无聊的，都不能反映客观实在，只有靠感觉直接得来的印象，才是最经济的东西和最可靠的实在。他说：“拿各人的眼光看起来，各人有各人不同的桌子存在，可见桌子的本身并不能独立存在，所能存在的，只不过是许多硬度、颜色、形式等性质集合而成的一种现象罢了。这些性质，是直接由感触得来的桌子的本体，也是由感触的张本（原始材料）推论出来的。凡由推论而来的，都不能算作实在。纵令我拿头和墙碰一碰，所得的结果，仍不过是一定痛感，并不能证实墙之物质的本体。”〔33〕这段话的关键在于，他认为“凡由推论而来的，都不能算作实在。”这是由于他对认识过程缺乏深刻的理解，把认识的深化过程仅仅了解为使思维经济或简化，只相信直觉，不相信推理所造成的。

事实上，人们在认识世界的过程中，总是首先接触各种各样的现象，形成多种多样的感觉，然后通过大脑对这些感觉或信息进行处理或加工，才形成对事物的比较完整的认识。从逻辑思维的过程来看，这是对各种具体现象进行抽象的过程，推论就是这个过程经常使用的方法之一。这个过程虽然“烦难”一点，但经过这样一番抽象思维和反复认识过程，却能更全面和深刻地认识事物的本质，更符合客观实在的状况。而王星拱却未能认识到这一点，这就使他由此而从自然科学唯物主义滑向主观唯心主义。

第四，王星拱不能全面、正确地对待科学发展和进步，在科学新成就面前感到迷惘。

科学的发展和进步使人们愈来愈认识到，整个世界从宏观到微观都处在不断变动和紧密相联系的状态中，它们之间的差别只是在认识论范围内才有绝对意义。这些科学的发展和进步，一方面，给王星拱带来积极的影响，使他的物质观具有辩证因素。即使到了1930年，他还仍然一再指出：“近来放射化学及电子论，发现了原质可变之事实，于是物质之可变之观念，自原质以上的范围，移入原质以下的范围了。”〔34〕他甚至认为，由于电子论的进展，“各原质之原子皆由于电子之集合，故物质一元论，至此而集其大成。”〔35〕在此，他既承认物质一元论，又看到物质处于永恒的变动中。这样的物质观，可以说是达到了辩证唯物论的高度的。但是，另一方面，面对科学的发展和进步，他又感到迷感不解，而宣扬主观唯心主义的世界观。他从包括人的躯体在内的各种物质是不断互相转化的科学知识出发，指出：“野蛮人所看做的物和我之界线——他的一张皮——若用分子的眼光看起来，实在是内外交通，一点儿障碍也没有。”〔36〕从而得出物和我是没有根本差别的结论，认为心也不是实在的，物也不是实在的，只有感触是实在的。

综上所述，王星拱哲学思想中积极与消极、唯物主义和唯心主义的矛盾混杂状态，说明了一个无可辩驳的事实和道理，这就是：从十九世纪中叶以来的科学的进展要求确立辩证唯物主义的世界观和方法论；如果不能完整地接受这个科学的世界观和方法论，则必然会通过种种途径走到唯心主义、形而上学的邪路上去。王星拱尽管作为一个自然科学的学者，在有些问题上自发地接近辩证唯物主义，但由于没有完整地接受辩证唯物主义，确立科学的世界观和方法论，也仍然抗拒不了马赫主义的侵袭，滑向唯心主义和形而上学。所以，自然科学家虽然从根本上说，就是一个自发的自然科学唯物主义者，但若要始终坚持彻底的唯物主义的立场，则必须把自发的自然科学唯物主义提高到辩证唯物主义的水平。

注：

〔1〕王星拱：《环境改造之哲学观》，载《哲学》第二期，1921年出版。

〔2〕《马克思恩格斯全集》第42卷，第178页，人民出版社1986年版。

〔3〕、〔4〕、〔5〕、〔6〕王星拱：《科学方法论》，第17页，23页，18页，23页，北京大学出版部1920年4月出版。

〔7〕王星拱：《答莫等》，载《新青年》第5卷6号通信《鬼相之研究》。

〔8〕王星拱：《什么是科学方法？》，载《新青年》第7卷5号。

〔9〕〔10〕王星拱：《科学方法论》第139页。

〔11〕王星拱：《科学的起源和效果》，载《新青年》第7卷1号。

〔12〕、〔13〕、〔14〕、〔15〕王星拱：《科学方法论》第154页、第243页、第318页、第313页。

〔16〕王星拱：《科学与人生观》，载《晨报副刊》第177号，1923年7月出版。

〔17〕、〔18〕、〔19〕、〔20〕、〔21〕王星拱：《科学方法论》第133页，284页，291页，244页，258页。

〔22〕王星拱：《科学概论》第256页，商务印书馆1930年出版。

〔23〕马赫《力学及其发展的历史批判概论》，（见人民出版社1965年版《列宁选集》第2卷第35页）。

〔24〕、〔25〕列宁：《唯物主义和经验批判主义》，《列宁选集》第2卷，第37页，第47页，人民出版社1965年。

〔26〕、〔27〕、〔28〕王星拱：《科学概论》第270页，272页，277页。

〔29〕王星拱：《物和我》，载《新潮》第3卷1号。

〔30〕王星拱：《科学方法论》第18页。

〔31〕王星拱：《未有人类以前之生物》载《新青年》第6卷1号。

〔32〕王星拱：《科学方法论》第316页。

马赫范文篇8

一、惯性概念的肇始和牛顿的综合

惯性一般是指物体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。人们对于惯性这一认识有赖于惯性定律的建立，而它则依赖于对于力的认识以及区分运动状态和运动状态改变的认识，这一点在人类认识发展史上经历了漫长的岁月。

在人类思想史上，两千多年前希腊的哲学家亚里士多德的学说无疑地起过广泛的影响，然而他关于物理学的论述，许多都是错误的。他把物体的运动分为自然运动和强制运动。他认为圆周是完善的几何图形，圆周运动对于所有星体都是天然的，因而是自然运动；另外，地球上的物体都具有其天然位置，重物趋于向下，轻物趋于向上，如果没有其他物体阻碍，物体力图回到天然位置的运动也是自然运动；其他所有形式的运动则都是强制运动。他还进而指出，关于物体的强制运动，只有在外力的不断作用下才能发生；当外力的作用停止时，运动也立即停止。从这里可以看出亚里士多德肯定了两点：一，自然运动不涉及曳力的问题，只有强制运动才存在力的问题；二、力是物体强制运动的原因。从今天来看，这显然是错误的，然而它束缚了人们近两千年。

从这种把物体的运动归结为外力作用的观念，可以提取出静止物体具有惯性的概念。开普勒在他1609年发表的著作《新天文学》和1619年发表的著作《宇宙谐和论》中写道；“天体有留在天空中任何地方的性质，除非它被拖曳着。”“如果天体不赋有类似于重量的惯性，要使它运动就不需要力，最小的动力就足以使它有无限的速度，但由于天体公转需要用一定的时间，有的长些，有的短些，因此非常明显，物质必须具有能说明这些差别的惯性。”“惯性，或对运动的阻力是物质的一种特性，在给定的体积中，物质的量愈多，惯性愈强。”这大概是关于物体惯性的最早陈述。可以看出开普勒所说的惯性是指静止物体的惯性，甚至他已经认识到物体的惯性与它的质量有关，然而他显然受到亚里士多德思想的束缚，不可能思考运动物体是否具有惯性的问题。

伽利略开创了实验和理性思维相结合的近代物理研究方法，并用于研究物体的运动。他对于亚里士多德关于物体运动的粗糙的日常观察、抽象的猜测玄想和想当然的思辨推理十分不满，他通过科学实验和科学推理得到许多正确的结果，总结在他的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（1632年）和《关于力学和运动两门新科学的对话。（1638年）中，其中一个重要的结果如下。假设沿斜面AB落下的物体，以B点得到的速度沿另一斜面BC向上运动，则物体不受BC倾斜的影响仍将达到与A点相同的高度，只是需要的时间不同；当第二个斜面变成既不上升，亦不下降的水平面时，物体将一直以已获得的速度永远向前运动。伽利略的思想无疑地比他的前辈前进了一大步，他认识到不受其他物体的作用，物体可以永恒地运动，这已经很接近惯性定律，但是伽利略还没有摆脱亚里士多德的影响，他所说的水平面是和地球同心的球面，也就是说，那种不受其他物体作用的物体的永恒运动是圆周运动，因此我们还不能说伽略发现了惯性定律。

最早清楚表述惯性定律并把它作为原理加以确定的是笛卡儿。笛卡儿是唯理论哲学家，他试图建立起整个宇宙在内的各种自然现象都能从基本原理中推演出来的体系，惯性定律就是他的体系中的一条基本原理。他在他的《哲学原理》（1644年）一书中把这条基本原理表述为两条定律：一、每一单独的物质微粒将继续保持同一状态，直到与其他微粒相碰被迫改变这一状态为止；二、所有的运动，其本身都是沿直线的。然而笛卡儿没有建立起他试图建立的那种能演绎出各种自然现象的体系，其中许多是错误的，不过他的思想对牛顿的综合产生了一定的影响。

牛顿1661年进入剑桥大学学习亚里士多德的运动论，1664年他从事力学的研究，摆脱了亚里士多德的影响。他继承了伽利略重视实验和逻辑推理的研究方法，他也继承了笛卡儿的研究成果。他深入地研究了碰撞问题、圆周运动以及行星运动等问题，澄清了动量概念和力的概念。1687年出版著作《自然哲学的数学原理》，以“定义”和“公理，即运动定律”为基础建立起把天上的力学和地上的力学统一起来的力学体系。惯性定律就是牛顿第一定律，表述为“所有物体始终保持静止或匀速直线运动状态，除非由于作用于它的力迫使它改变这种状态。”惯性定律真正成为力学理论的出发点。

根据惯性定律，物体具有保持原有运动状态的属性，这种属性称为惯性。不仅静止的物体具有惯性，运动的物体也具有惯性；物体惯性的大小用其质量大小来衡量。至此，人们对于物体惯性的认识达到第一阶段比较完善的程度。从此，人们对于运动中的种种惯性现象都能很好地理解；在实际中设计出种种利用惯性造福和防止惯性伤害的措施。

二、惯性与能量

对于惯性认识的一个重要进展是惯性与能量的关系。

能量是物理学里普遍关注的问题。运动的物体有动能；相互作用的物体有势能，如重力势能、引力势能、电势能等等；其他还有热能等等。在研究弹性变形体和流体的运动时，人们认识到经受应力的物体的势能分归属于物体的每一部分，而流体的输运则伴随有能量的传送。麦克斯韦电磁场理论建立和被赫兹电磁波实验证实之后，人们认识到电磁作用是通过场实现的，电磁场的实在性在认识上开始形成，场中不仅贮存有能量，能量的传送也是通过场来传输的，即存在能流：能流与场的动量联系在一起。人们研究电子的运动，运动电子周围存在变化的电场，变化的电场又产生磁场，两者的共存又导致存在能流和动量，它们同电子的速度平行。因此这一附加的动量意味着电子存在附加的惯性质量。有一时期，甚至有人猜测可能电子的全部质量来源于电磁场。这里第一次遇到电磁能量的惯性，提示了惯性与能量的联系。

1905年爱因斯坦发表狭义相对论，这是一个崭新的物理理论，它统一了力学理论和电磁学理论，带来了时空观的根本变革。爱因斯坦随后证明质能关系，E=mc2，一定的质量对应于一定的能量，反之一定的能量对应一定的质量。在这里，能量包括了能量的各种形式，突破了上面把某一种形式的能量与惯性联系起来的认识。这样，惯性是能量的属性，能量具有惯性（质量），任何惯性质量都应归因于能量。作为物理学基本概念和物质的量的质量概念退居次要的地位，如今在近代物理中能量、动量等概念要比质量、力等概念要重要得多。

能量具有惯性拓宽了对于惯性的认识，也拓宽了对于能量的认识。它带来的重大实用价值就是核能的释放。在裂变反应中，裂变产物的静质量小于裂变前物质的静质量，质量亏损释放出大量裂变能；在聚变反应中，聚变产物的静质量小于聚变前物质的静质量，质量亏损释放出大量的聚变能。它也使得人们很好地认识许多物理现象，包括涉及物质的全部质量与能量转化的正反粒子对的产生和湮没过程。

三、牛顿的绝对空间和马赫原理

让我们再回到惯性定律。惯性定律是近代力学的基础。作为基础性的定律是值得深思的。显而易见，考查物体的运动离不开参考系。惯性定律并非在任意的参考系中都成立。惯性定律成立的参考系称为惯性系，凡是相对于惯性系作匀速直线运动的参考系也都是惯性系，惯性定律在其中都成立；而相对于惯性系作变速运动的参考系，惯性定律都不成立，它们就称为非惯性系。在非惯性系中考查物体运动，牛顿第二定律也不成立。为了在非惯性系中仍然保持牛顿第二定律的形式，除了物体之间实在的相互作用之外，还必须考虑一种与物体质量有关且与非惯性系相对于惯性系的加速度有关的力。这个力因为与物体的惯性有关，故称为惯性力。通常认为它不是物体之间实在的相互作用力，因而是“虚拟的”。

立刻产生一个问题，惯性系在哪里，或者什么样的参考系是惯性系？深入地研究发现，这在理论上和实践上都存在根本的困难。首先，要问什么是惯性系，回答是惯性系就是惯性定律成立的参考系，那就是说，在这个参考系中一个不受外力作用的物体总是处于静止或匀速直线运动状态。那么不受外力作用又是什么意思呢？这就是说，在惯性系中处于静止或匀速直线运动状态的物体是不受外力作用的。这样就又回到什么是惯性系的问题。这是一具逻辑循环，无助于解决什么样的参考系是惯性系的问题。其次，在实践中地球是一个相当好的近似的惯性系，我们在观察实验室中的许多力学现象，都可以把地球看作惯性生活费，但是地球肖自转，并且绕着太阳在旋转，有一些力学现象显示出地球的这种转动效应，例如惯性离心力，科利奥莱力等，因此地球并不是严格的惯性系。太阳及其邻近的恒星组成的参考系是比地球更好的惯性系。进一步的研究表明太阳是银河系中的一颗普通恒星，它同其他银河系听恒星一起绕银心旋转，作变速运动，因而太阳参考系也不是严格的惯性系。根据这种经验，我们可以取更大的天体系统的平均静止参考系以趋近严格的惯性系。看来我们可以不断地趋近惯性系，但却不能找到严格的惯性系。

这样，我们有了支配物体运动的力学规律（牛顿定律）但是却无法确定牛顿定律成立的惯性系。牛顿的力学理论如同建立在沙滩上的建筑物。牛顿深知他的力学理论中的这一脆弱的根基。他提出的解决办法是引入绝对空间。他想信存在绝对空间，“绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”，这样就可以在绝对空间里区别物体是处于静止、匀速运动还是变速运动，从而也就能够确定惯性系和非惯性系。为了说明绝对空间和绝对运动的存在，他提出一个著名的“水桶实验”，其大意如下。一个盛有一半水的桶挂在拧得很紧的绳子上，松开手后，桶和水的运动经历以下三种情形：（1）开始，桶在绳恢复原有状态的作用下快速旋转，由于水和桶的粘滞力很小，水尚未旋转起来，水面是平的；（2）在粘滞力长时间的作用下，水和桶一起旋转，水受到惯性离心力的作用向桶壁挤压，水面呈下凹形；（3）让桶突然静止，水仍在旋转，水面仍然是下凹。牛顿分析以上实验结果认为，在（1）（3）两种情形，水对于桶都有相对运动，但前者水面是平的，而后者是下凹的，在（2）（3）两种情形，无论水对于桶是否有相对运动，水面都是下凹的，因此，水对于桶的相对运动不是水面下凹的原因，水面下凹的真正原因在于水在空间里作绝对转动，受到惯性离心力造成的。这说明存在着可以观察出物体作绝对运动的绝对空间，加速度是绝对的。

牛顿的绝对空间和绝对运动继承了人们自古以来认为空间和时间物质及其运动相对独立而无论的直觉，被大多数人所接受，它还受到哲学家康德的支持，康德说过；“我们永远不能表象出没有空间，可是我们却很能设想空间中没有对象。”但是牛顿的绝对空间和绝对运动受到他同时代人的批评，其中著名的有莱布尼兹和贝克莱，莱布尼兹认为那种与物质客体相分离的任何空间概念都是哲学上没有必要的，贝克莱则指出，认为空间是“一种永久的、自存的、无限的、不可分的、不可变的东西”“是有害的、荒谬的”，然而他们都未能提出任何观念，发展一种新的动力学理论来替代牛顿理论，不过他们的看起来十分挑剔的批评对后有着潜在的影响。

对牛顿绝对空间的第一个建设性批评来自两百年后奥地利的物理学家和哲学家马赫。马赫在他1883年出版的《力学史评》一书中对牛顿的绝对空间和绝对运动作了深刻的批评。关于牛顿的“水桶实验”，书中写道：“牛顿的旋转水桶实验只是告诉我们，水对于桶壁的相对旋转不引起显著的离心力，而这离心力是由水对地球及其他天体质量的相对转动所产生的。如果桶壁愈来愈厚，愈来愈重，直到厚达几英里时，那就没有人能说这实验会得出什么样的结果。”“如果把水桶固定，让众恒星旋转，能够再次证明离心力会不会存在吗？”在马赫看来，牛顿水桶实验中凹行为并不能区分究竟是水相对绝对空间的转动，还是水相对于众星体的转动，因此，并不能由此得出存在绝对空间的结论，相反地，把水面下凹行为看成是由于水相对于从星体转动，水桶内壁以外的所质量的吸引和带动所造成的，要更自然些。

马赫是出于他关于我们的世界的一种非常儿到的哲学见解，对牛顿的绝对空间作出深刻批判的。他在书中写到；“我们不要忘记，世界上的一切事物都是相互联系、相互依赖的。”要注意，马赫强调的是相互联系、相互依赖、相互影响，那种只有一方依赖于一方而不被另一方所依赖，一方可影响另一方而不被另一方所影响的事物是不存在的，是虚构的，也是“同科学中的思维方式相矛盾的”（爱因斯坦语）。在牛顿力学中绝对空间就是这样的虚构，它会影响到物体的动力学性质，譬如，只有相对经来说，惯性定律才成立，但是物质的运动反过来却不能对绝对空间产生丝毫影响。既然是一种不能被人们的经验所证实的虚构，它就应该从科学中剔除出去。概括起来，马赫的观点是，物体的运动不是绝对空间中的绝对运动，而是相对于宇宙中其他物质的相对运动，因而不仅速度是相对的，加速度也是相对的；在非惯性系中物体所受的惯性力不是“虚拟的”，而是一种引力的表现，是宇宙中其他物质对该物体的总作用；物体的惯性不是物体自身的属性，而是宇宙中其他物质作用的结果。马赫的精辟见解被爱因斯坦取名为马赫原理。

马赫的批判带来了人们对于运动和惯性认识的重大变革。牛顿认为存在着绝对空间和绝对运动；物体的惯性是它自身的属性，如果撤掉了一个物体周围的所有其他物质，那么这个物体将由于它自身的惯性作惯性运动。而马赫则认为，根本不存在绝对空间和绝对运动，物体的运动是相对于宇宙中天体的运动；物体的惯性是宇宙中所有天体作用的结果，撤掉一个物体周围的所有其他物质，则无法去判断它作什么运动，因而它也就不再具有惯性。

马赫独树一帜的思想深刻地提示了牛顿力学理论根基上的纰漏，同时也指出了改造牛顿力学理论的契机，这就是放弃绝对空间和绝对运动，把物体的惯性与宇宙中所有其他物质对它的作用联系起来。

爱因斯坦建立狭义相对论后就认识到“狭义相对论不过是必然发展过程的第一步”，他时而思考狭义相对论的不足。一方面，狭义相对论指出，所有的惯性系都是等价的，速度是相对的，不存在绝对静止的惯性系，因此狭义相对论否定了一个优越的参考系（绝对静止的惯性系）；但是它却肯定了一类特别优越的参考系，那就是惯性生活费，它比非惯性系更要优越，其中的物理规律特别简捷。然而对于为什么惯性系在物理上比其他参考系更优越，狭义相对论不能作出回答。另一方面，狭认相对论指出，物理作用传播的极限速度是光速c，这样狭义相对论就在整个物理学中排除了超距作用。引力是力学研究的重要课题。然而牛顿引力定律的表述是超距作用的，牛顿引力定律与狭义相对论不相容。因此需要发展一种把引力问题纳入，且能回答是否存在特别优越参考系的更为广泛的相对论。马赫的思想对于爱因斯坦无疑是一个重要的启发。爱因斯坦曾说过：“……可以十分正确地认为马赫是广义相对论的先驱。”

四、惯性质量和引力质量

发展一种新的理论，仅有哲学上的启迪和对于旧理论的批判是不够的，还需寻找建立新理论的突破口。爱因斯坦建立广义相对论的突破口来自三百年前伽利略的另一项重要贡献。

伽利略在他的《关于力学和运动两门新科学的对话》中写道：“我曾经做过试验，可以向你保证，从200肘尺高处放下的一颗一两百磅甚至更重的炮弹，不会比一同放下的仅重半磅的枪弹到达地面要领先一秒钟。”这段叙述表明所有物体的重力加速度相同。亚里士多德曾根据他的运动风，重物下落是物体回归天然位置的自然运动，物体越重，趋向天然位置的倾向就越大，自然得出物体越重，下落得越快。伽利略反对亚里士多德的运动知识化，他以实验事实作了不力的反驳。然而他并同有认识到这条定律的深刻含义。

所有物体的重力加速度均相同，反映的是任何物体的惯性质量与引力质量相等。根据牛顿定律，作用在物体上的外力等于物体的质量乘以获得的加速度，这里的质量是物体的惯性质量；另一方面，物体下落时，作用在物体上的力是地球对它的吸引力，它与物体的引力质量成正比。既然物体在重力作用下加速度不依赖于物体，则引力质量与惯性质量成正比；选取相同的单位，两者相等。

我们知道，惯性质量是物体惯性的量度，反映物体对加速度的阻抗，而引力质量是物体引力属性的量度，反映物体产生和承受引力的能力。它们显然是物质的两种完全不同的属性，描述物质两种不同性质的量是否严格相等是一个问题，并第一次想到用实验来明确检验两者的等同性。他在他的《原理》一书中记叙了他所做的实验。他做了两只等大的圆木盒，用11英尺长的细绳悬挂起来构成摆，一只装满了木料，另一只装入得量的金或银、铅、玻璃、沙、食盐、水以及小麦等等，比较它们的摆动周期。根据牛顿定律容易得出周期T。可以看出仅当惯性质量m惯与引力质量m引之比与材料无关，两摆的周期才会相等。牛顿实验中没有观察到两摆周期的差异，由此他推算出m引/m惯=1+0（10-3），即两者相符合的精度在10-3以内。以后又有不少物理学家做实验，把精度提高了许多，如1830年贝塞耳得0（10-5），1889年厄缶得0（10-8），1964年迪克得0（10-11），1971年布拉金斯基得0（10-12）。

看来惯性质量和引力质量相等是一条严格的定律。那么，这是一种巧合吗，还是有更深刻的原因？它意味着什么？这是又一个值得思考的问题。人们研究发现，在牛顿力学中无法加以说明，于是长时期里它就成为游离于物理学之外而不加重视的一个结论。

爱因斯坦对于惯性质量和引力质量严格相等的印象很深，他在给英国格拉斯哥大不所作的报告《广义相对论的来源》中说：“在引力场中，一切物体都具有同一加速度。这条定律也可表述为惯性质量同引力质量相等的定律，它当时就使我认识到它的全部得要性。我为它的存在感到极为惊奇，并猜想其中必定有一把可以更加深入地了解惯性和引力的钥匙。”他一直深信：“一个有希望受到应有的信任的理论，必须建立在有普遍意义的事实上。”而这一惯性质量同引力质量相等的定律的确是一个奇特的具有普遍意义的事实。他不断地思考这一问题，终于有一天找到了问题的答案。他于1922年在日本京都大学所作的报告《我是如何发现相对论》中说道：“这个难题的突破点突然在某一天找到了。那天，我坐在伯尔尼专利局办公室里，脑子里突然闪现一个念头：如果一个人正在自由下落，他决不会感到他有重量。我吃了一惊。这个简单的想象给我的印象太深刻了。它把我引向新的引力理论。我继续想下去：下落的人正在作加速运动，可是在这个加速参考系中，他有什么感觉？他如何判断面前所发生的事情？”爱因斯坦在这里所说的突然闪现的念头就是那著名的爱因斯坦升降机的理想实验。设想观察者在一个密封的升降机里做力学实验，一种情形是升降机静止在地面上（地球看成是惯性系），它是一个惯性生活费，其中存在地球的引力场，由于m惯=m引，任何物体的重力加速度均相等为g；另一种情形是升降机远离一切物体，即处于没有引力场的地方，它相对于某个惯性系以加速度g上升，它是一个非惯性系。在这两种情况下，观察者测得物体下落的加速度是g，他观察到的力学现象都相同，他无法断定他所在的参考系究竟是有引力场的惯性系还是并无引力的非惯性系。这表明物体在非惯性系中的运动等效于引力场作用下的运动，或者说非惯性生活费与引力场等效，爱因斯坦把它称为“等效原理。”根据等效原理，引力场可以用非惯性来消除，例如在引力场中自由降落的参考系中就消除了引力，在这个自由落体系中，惯性定律很好地成立，一个不受外力作用的物体将保持其原有运动状态，这一参考系实在是很好的惯性系，其中物理规律具有狭义相对论的形式。另外，非惯性系与引力场等效，非惯性系与惯性系就没有原则性的区别，它们都可以同样好地用来描述物体的运动，没有哪一个比另一个更优越。由此爱因斯坦把狭义相对性原理推广为一切参考系都是等价的，没有哪一个比另一个更优越，爱因斯坦把它称为广义相对性原理。爱因斯坦的广义相对论就是在等效原理和广义相对性原理这两条原理的基础上发展起来的。在广义相对论中，惯性系不再是理论上和实践上不可捉摸的，它就是自由落体系；前述狭义相对论的两点不足通过等效原理和广义相对性原理联系在一起一揽子加以解决，广义相对论清楚地回答了不存在特别优越的惯性系，所有的参考系对于描述物体的运动都是等价的，而引力问题通过广义的时空坐标变换纳入相对论理论中。

由此可见，原来牛顿力学中无法加说明的惯性质量与引力质量相等不再是游离于物理学之外的一个普遍事实，而是成为意义得大的广义相对论的基石。爱因斯坦找到了这块基石，并由此发展了广义相对，这实在是爱因斯坦独具慧眼、超群绝伦的伟大贡献。

五、马赫原理的检验和评价

马赫的思想启发爱因斯坦，引导他改造牛顿力学，建立了广义相对论，马赫的功绩不可磨。然而马赫认为物体的惯性来源于宇宙中其他物质作用的想法（马赫原理）还值得进一步研究。

根据马赫原理，物体的惯性不是物体自身的属性，而是宇宙中其他物质对物体作用的结果，那么物体近旁如果有一个大质量物体，它就会对物体的惯性产生影响。例如，处在银河系中的一个物体的质量应来自两部分，一部分来自宇宙整体的影响，它是各向同性的；另一部分来自银河系的影响，它应是各向异性的，物体朝着或离开银心加速时惯性质量会稍有不同。是否存在这一各向异性的影响是物理学家关心的问题。

有一些关于马赫原理的实验检验，其中一个实验的要点如下，如果惯性质量是各向同性的，原子Li7的基态能级在磁场中劈裂为四个等间距的能级，能级之间跃迁的吸收光谱是一条谱线；但如果惯性质量是各向异性的，能级的劈裂不是等距的，则能级之间跃迁的吸收光谱不是一条而是靠得很近的三条谱线。实验在12小时间隔内进行，在此时间内地球的自转相对于银心处于不同位置。结果没有观察到谱线分裂，根据观察到的线宽，估计出质量的各向异性部分与各向同性部分之比△M/M<10-21。结果并不支持马赫原理。

马赫范文篇9

一、惯性概念的肇始和牛顿的综合

惯性一般是指物体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。人们对于惯性这一认识有赖于惯性定律的建立，而它则依赖于对于力的认识以及区分运动状态和运动状态改变的认识，这一点在人类认识发展史上经历了漫长的岁月。

在人类思想史上，两千多年前希腊的哲学家亚里士多德的学说无疑地起过广泛的影响，然而他关于物理学的论述，许多都是错误的。他把物体的运动分为自然运动和强制运动。他认为圆周是完善的几何图形，圆周运动对于所有星体都是天然的，因而是自然运动；另外，地球上的物体都具有其天然位置，重物趋于向下，轻物趋于向上，如果没有其他物体阻碍，物体力图回到天然位置的运动也是自然运动；其他所有形式的运动则都是强制运动。他还进而指出，关于物体的强制运动，只有在外力的不断作用下才能发生；当外力的作用停止时，运动也立即停止。从这里可以看出亚里士多德肯定了两点：一，自然运动不涉及曳力的问题，只有强制运动才存在力的问题；二、力是物体强制运动的原因。从今天来看，这显然是错误的，然而它束缚了人们近两千年。

从这种把物体的运动归结为外力作用的观念，可以提取出静止物体具有惯性的概念。开普勒在他1609年发表的著作《新天文学》和1619年发表的著作《宇宙谐和论》中写道；“天体有留在天空中任何地方的性质，除非它被拖曳着。”“如果天体不赋有类似于重量的惯性，要使它运动就不需要力，最小的动力就足以使它有无限的速度，但由于天体公转需要用一定的时间，有的长些，有的短些，因此非常明显，物质必须具有能说明这些差别的惯性。”“惯性，或对运动的阻力是物质的一种特性，在给定的体积中，物质的量愈多，惯性愈强。”这大概是关于物体惯性的最早陈述。可以看出开普勒所说的惯性是指静止物体的惯性，甚至他已经认识到物体的惯性与它的质量有关，然而他显然受到亚里士多德思想的束缚，不可能思考运动物体是否具有惯性的问题。

伽利略开创了实验和理性思维相结合的近代物理研究方法，并用于研究物体的运动。他对于亚里士多德关于物体运动的粗糙的日常观察、抽象的猜测玄想和想当然的思辨推理十分不满，他通过科学实验和科学推理得到许多正确的结果，总结在他的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（1632年）和《关于力学和运动两门新科学的对话。（1638年）中，其中一个重要的结果如下。假设沿斜面AB落下的物体，以B点得到的速度沿另一斜面BC向上运动，则物体不受BC倾斜的影响仍将达到与A点相同的高度，只是需要的时间不同；当第二个斜面变成既不上升，亦不下降的水平面时，物体将一直以已获得的速度永远向前运动。伽利略的思想无疑地比他的前辈前进了一大步，他认识到不受其他物体的作用，物体可以永恒地运动，这已经很接近惯性定律，但是伽利略还没有摆脱亚里士多德的影响，他所说的水平面是和地球同心的球面，也就是说，那种不受其他物体作用的物体的永恒运动是圆周运动，因此我们还不能说伽略发现了惯性定律。

最早清楚表述惯性定律并把它作为原理加以确定的是笛卡儿。笛卡儿是唯理论哲学家，他试图建立起整个宇宙在内的各种自然现象都能从基本原理中推演出来的体系，惯性定律就是他的体系中的一条基本原理。他在他的《哲学原理》（1644年）一书中把这条基本原理表述为两条定律：一、每一单独的物质微粒将继续保持同一状态，直到与其他微粒相碰被迫改变这一状态为止；二、所有的运动，其本身都是沿直线的。然而笛卡儿没有建立起他试图建立的那种能演绎出各种自然现象的体系，其中许多是错误的，不过他的思想对牛顿的综合产生了一定的影响。

牛顿1661年进入剑桥大学学习亚里士多德的运动论，1664年他从事力学的研究，摆脱了亚里士多德的影响。他继承了伽利略重视实验和逻辑推理的研究方法，他也继承了笛卡儿的研究成果。他深入地研究了碰撞问题、圆周运动以及行星运动等问题，澄清了动量概念和力的概念。1687年出版著作《自然哲学的数学原理》，以“定义”和“公理，即运动定律”为基础建立起把天上的力学和地上的力学统一起来的力学体系。惯性定律就是牛顿第一定律，表述为“所有物体始终保持静止或匀速直线运动状态，除非由于作用于它的力迫使它改变这种状态。”惯性定律真正成为力学理论的出发点。

根据惯性定律，物体具有保持原有运动状态的属性，这种属性称为惯性。不仅静止的物体具有惯性，运动的物体也具有惯性；物体惯性的大小用其质量大小来衡量。至此，人们对于物体惯性的认识达到第一阶段比较完善的程度。从此，人们对于运动中的种种惯性现象都能很好地理解；在实际中设计出种种利用惯性造福和防止惯性伤害的措施。

二、惯性与能量

对于惯性认识的一个重要进展是惯性与能量的关系。

能量是物理学里普遍关注的问题。运动的物体有动能；相互作用的物体有势能，如重力势能、引力势能、电势能等等；其他还有热能等等。在研究弹性变形体和流体的运动时，人们认识到经受应力的物体的势能分归属于物体的每一部分，而流体的输运则伴随有能量的传送。麦克斯韦电磁场理论建立和被赫兹电磁波实验证实之后，人们认识到电磁作用是通过场实现的，电磁场的实在性在认识上开始形成，场中不仅贮存有能量，能量的传送也是通过场来传输的，即存在能流：能流与场的动量联系在一起。人们研究电子的运动，运动电子周围存在变化的电场，变化的电场又产生磁场，两者的共存又导致存在能流和动量，它们同电子的速度平行。因此这一附加的动量意味着电子存在附加的惯性质量。有一时期，甚至有人猜测可能电子的全部质量来源于电磁场。这里第一次遇到电磁能量的惯性，提示了惯性与能量的联系。

1905年爱因斯坦发表狭义相对论，这是一个崭新的物理理论，它统一了力学理论和电磁学理论，带来了时空观的根本变革。爱因斯坦随后证明质能关系，E=mc2，一定的质量对应于一定的能量，反之一定的能量对应一定的质量。在这里，能量包括了能量的各种形式，突破了上面把某一种形式的能量与惯性联系起来的认识。这样，惯性是能量的属性，能量具有惯性（质量），任何惯性质量都应归因于能量。作为物理学基本概念和物质的量的质量概念退居次要的地位，如今在近代物理中能量、动量等概念要比质量、力等概念要重要得多。

能量具有惯性拓宽了对于惯性的认识，也拓宽了对于能量的认识。它带来的重大实用价值就是核能的释放。在裂变反应中，裂变产物的静质量小于裂变前物质的静质量，质量亏损释放出大量裂变能；在聚变反应中，聚变产物的静质量小于聚变前物质的静质量，质量亏损释放出大量的聚变能。它也使得人们很好地认识许多物理现象，包括涉及物质的全部质量与能量转化的正反粒子对的产生和湮没过程。

三、牛顿的绝对空间和马赫原理

让我们再回到惯性定律。惯性定律是近代力学的基础。作为基础性的定律是值得深思的。显而易见，考查物体的运动离不开参考系。惯性定律并非在任意的参考系中都成立。惯性定律成立的参考系称为惯性系，凡是相对于惯性系作匀速直线运动的参考系也都是惯性系，惯性定律在其中都成立；而相对于惯性系作变速运动的参考系，惯性定律都不成立，它们就称为非惯性系。在非惯性系中考查物体运动，牛顿第二定律也不成立。为了在非惯性系中仍然保持牛顿第二定律的形式，除了物体之间实在的相互作用之外，还必须考虑一种与物体质量有关且与非惯性系相对于惯性系的加速度有关的力。这个力因为与物体的惯性有关，故称为惯性力。通常认为它不是物体之间实在的相互作用力，因而是“虚拟的”。

立刻产生一个问题，惯性系在哪里，或者什么样的参考系是惯性系？深入地研究发现，这在理论上和实践上都存在根本的困难。首先，要问什么是惯性系，回答是惯性系就是惯性定律成立的参考系，那就是说，在这个参考系中一个不受外力作用的物体总是处于静止或匀速直线运动状态。那么不受外力作用又是什么意思呢？这就是说，在惯性系中处于静止或匀速直线运动状态的物体是不受外力作用的。这样就又回到什么是惯性系的问题。这是一具逻辑循环，无助于解决什么样的参考系是惯性系的问题。其次，在实践中地球是一个相当好的近似的惯性系，我们在观察实验室中的许多力学现象，都可以把地球看作惯性生活费，但是地球肖自转，并且绕着太阳在旋转，有一些力学现象显示出地球的这种转动效应，例如惯性离心力，科利奥莱力等，因此地球并不是严格的惯性系。太阳及其邻近的恒星组成的参考系是比地球更好的惯性系。进一步的研究表明太阳是银河系中的一颗普通恒星，它同其他银河系听恒星一起绕银心旋转，作变速运动，因而太阳参考系也不是严格的惯性系。根据这种经验，我们可以取更大的天体系统的平均静止参考系以趋近严格的惯性系。看来我们可以不断地趋近惯性系，但却不能找到严格的惯性系。

这样，我们有了支配物体运动的力学规律（牛顿定律）但是却无法确定牛顿定律成立的惯性系。牛顿的力学理论如同建立在沙滩上的建筑物。牛顿深知他的力学理论中的这一脆弱的根基。他提出的解决办法是引入绝对空间。他想信存在绝对空间，“绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”，这样就可以在绝对空间里区别物体是处于静止、匀速运动还是变速运动，从而也就能够确定惯性系和非惯性系。为了说明绝对空间和绝对运动的存在，他提出一个著名的“水桶实验”，其大意如下。一个盛有一半水的桶挂在拧得很紧的绳子上，松开手后，桶和水的运动经历以下三种情形：（1）开始，桶在绳恢复原有状态的作用下快速旋转，由于水和桶的粘滞力很小，水尚未旋转起来，水面是平的；（2）在粘滞力长时间的作用下，水和桶一起旋转，水受到惯性离心力的作用向桶壁挤压，水面呈下凹形；（3）让桶突然静止，水仍在旋转，水面仍然是下凹。牛顿分析以上实验结果认为，在（1）（3）两种情形，水对于桶都有相对运动，但前者水面是平的，而后者是下凹的，在（2）（3）两种情形，无论水对于桶是否有相对运动，水面都是下凹的，因此，水对于桶的相对运动不是水面下凹的原因，水面下凹的真正原因在于水在空间里作绝对转动，受到惯性离心力造成的。这说明存在着可以观察出物体作绝对运动的绝对空间，加速度是绝对的。

牛顿的绝对空间和绝对运动继承了人们自古以来认为空间和时间物质及其运动相对独立而无论的直觉，被大多数人所接受，它还受到哲学家康德的支持，康德说过；“我们永远不能表象出没有空间，可是我们却很能设想空间中没有对象。”但是牛顿的绝对空间和绝对运动受到他同时代人的批评，其中著名的有莱布尼兹和贝克莱，莱布尼兹认为那种与物质客体相分离的任何空间概念都是哲学上没有必要的，贝克莱则指出，认为空间是“一种永久的、自存的、无限的、不可分的、不可变的东西”“是有害的、荒谬的”，然而他们都未能提出任何观念，发展一种新的动力学理论来替代牛顿理论，不过他们的看起来十分挑剔的批评对后有着潜在的影响。

对牛顿绝对空间的第一个建设性批评来自两百年后奥地利的物理学家和哲学家马赫。马赫在他1883年出版的《力学史评》一书中对牛顿的绝对空间和绝对运动作了深刻的批评。关于牛顿的“水桶实验”，书中写道：“牛顿的旋转水桶实验只是告诉我们，水对于桶壁的相对旋转不引起显著的离心力，而这离心力是由水对地球及其他天体质量的相对转动所产生的。如果桶壁愈来愈厚，愈来愈重，直到厚达几英里时，那就没有人能说这实验会得出什么样的结果。”“如果把水桶固定，让众恒星旋转，能够再次证明离心力会不会存在吗？”在马赫看来，牛顿水桶实验中凹行为并不能区分究竟是水相对绝对空间的转动，还是水相对于众星体的转动，因此，并不能由此得出存在绝对空间的结论，相反地，把水面下凹行为看成是由于水相对于从星体转动，水桶内壁以外的所质量的吸引和带动所造成的，要更自然些。

马赫是出于他关于我们的世界的一种非常儿到的哲学见解，对牛顿的绝对空间作出深刻批判的。他在书中写到；“我们不要忘记，世界上的一切事物都是相互联系、相互依赖的。”要注意，马赫强调的是相互联系、相互依赖、相互影响，那种只有一方依赖于一方而不被另一方所依赖，一方可影响另一方而不被另一方所影响的事物是不存在的，是虚构的，也是“同科学中的思维方式相矛盾的”（爱因斯坦语）。在牛顿力学中绝对空间就是这样的虚构，它会影响到物体的动力学性质，譬如，只有相对经来说，惯性定律才成立，但是物质的运动反过来却不能对绝对空间产生丝毫影响。既然是一种不能被人们的经验所证实的虚构，它就应该从科学中剔除出去。概括起来，马赫的观点是，物体的运动不是绝对空间中的绝对运动，而是相对于宇宙中其他物质的相对运动，因而不仅速度是相对的，加速度也是相对的；在非惯性系中物体所受的惯性力不是“虚拟的”，而是一种引力的表现，是宇宙中其他物质对该物体的总作用；物体的惯性不是物体自身的属性，而是宇宙中其他物质作用的结果。马赫的精辟见解被爱因斯坦取名为马赫原理。

马赫的批判带来了人们对于运动和惯性认识的重大变革。牛顿认为存在着绝对空间和绝对运动；物体的惯性是它自身的属性，如果撤掉了一个物体周围的所有其他物质，那么这个物体将由于它自身的惯性作惯性运动。而马赫则认为，根本不存在绝对空间和绝对运动，物体的运动是相对于宇宙中天体的运动；物体的惯性是宇宙中所有天体作用的结果，撤掉一个物体周围的所有其他物质，则无法去判断它作什么运动，因而它也就不再具有惯性。

马赫独树一帜的思想深刻地提示了牛顿力学理论根基上的纰漏，同时也指出了改造牛顿力学理论的契机，这就是放弃绝对空间和绝对运动，把物体的惯性与宇宙中所有其他物质对它的作用联系起来。

爱因斯坦建立狭义相对论后就认识到“狭义相对论不过是必然发展过程的第一步”，他时而思考狭义相对论的不足。一方面，狭义相对论指出，所有的惯性系都是等价的，速度是相对的，不存在绝对静止的惯性系，因此狭义相对论否定了一个优越的参考系（绝对静止的惯性系）；但是它却肯定了一类特别优越的参考系，那就是惯性生活费，它比非惯性系更要优越，其中的物理规律特别简捷。然而对于为什么惯性系在物理上比其他参考系更优越，狭义相对论不能作出回答。另一方面，狭认相对论指出，物理作用传播的极限速度是光速c，这样狭义相对论就在整个物理学中排除了超距作用。引力是力学研究的重要课题。然而牛顿引力定律的表述是超距作用的，牛顿引力定律与狭义相对论不相容。因此需要发展一种把引力问题纳入，且能回答是否存在特别优越参考系的更为广泛的相对论。马赫的思想对于爱因斯坦无疑是一个重要的启发。爱因斯坦曾说过：“……可以十分正确地认为马赫是广义相对论的先驱。”

四、惯性质量和引力质量

发展一种新的理论，仅有哲学上的启迪和对于旧理论的批判是不够的，还需寻找建立新理论的突破口。爱因斯坦建立广义相对论的突破口来自三百年前伽利略的另一项重要贡献。

伽利略在他的《关于力学和运动两门新科学的对话》中写道：“我曾经做过试验，可以向你保证，从200肘尺高处放下的一颗一两百磅甚至更重的炮弹，不会比一同放下的仅重半磅的枪弹到达地面要领先一秒钟。”这段叙述表明所有物体的重力加速度相同。亚里士多德曾根据他的运动风，重物下落是物体回归天然位置的自然运动，物体越重，趋向天然位置的倾向就越大，自然得出物体越重，下落得越快。伽利略反对亚里士多德的运动知识化，他以实验事实作了不力的反驳。然而他并同有认识到这条定律的深刻含义。

所有物体的重力加速度均相同，反映的是任何物体的惯性质量与引力质量相等。根据牛顿定律，作用在物体上的外力等于物体的质量乘以获得的加速度，这里的质量是物体的惯性质量；另一方面，物体下落时，作用在物体上的力是地球对它的吸引力，它与物体的引力质量成正比。既然物体在重力作用下加速度不依赖于物体，则引力质量与惯性质量成正比；选取相同的单位，两者相等。

我们知道，惯性质量是物体惯性的量度，反映物体对加速度的阻抗，而引力质量是物体引力属性的量度，反映物体产生和承受引力的能力。它们显然是物质的两种完全不同的属性，描述物质两种不同性质的量是否严格相等是一个问题，并第一次想到用实验来明确检验两者的等同性。他在他的《原理》一书中记叙了他所做的实验。他做了两只等大的圆木盒，用11英尺长的细绳悬挂起来构成摆，一只装满了木料，另一只装入得量的金或银、铅、玻璃、沙、食盐、水以及小麦等等，比较它们的摆动周期。根据牛顿定律容易得出周期T。可以看出仅当惯性质量m惯与引力质量m引之比与材料无关，两摆的周期才会相等。牛顿实验中没有观察到两摆周期的差异，由此他推算出m引/m惯=1+0（10-3），即两者相符合的精度在10-3以内。以后又有不少物理学家做实验，把精度提高了许多，如1830年贝塞耳得0（10-5），1889年厄缶得0（10-8），1964年迪克得0（10-11），1971年布拉金斯基得0（10-12）。

看来惯性质量和引力质量相等是一条严格的定律。那么，这是一种巧合吗，还是有更深刻的原因？它意味着什么？这是又一个值得思考的问题。人们研究发现，在牛顿力学中无法加以说明，于是长时期里它就成为游离于物理学之外而不加重视的一个结论。

爱因斯坦对于惯性质量和引力质量严格相等的印象很深，他在给英国格拉斯哥大不所作的报告《广义相对论的来源》中说：“在引力场中，一切物体都具有同一加速度。这条定律也可表述为惯性质量同引力质量相等的定律，它当时就使我认识到它的全部得要性。我为它的存在感到极为惊奇，并猜想其中必定有一把可以更加深入地了解惯性和引力的钥匙。”他一直深信：“一个有希望受到应有的信任的理论，必须建立在有普遍意义的事实上。”而这一惯性质量同引力质量相等的定律的确是一个奇特的具有普遍意义的事实。他不断地思考这一问题，终于有一天找到了问题的答案。他于1922年在日本京都大学所作的报告《我是如何发现相对论》中说道：“这个难题的突破点突然在某一天找到了。那天，我坐在伯尔尼专利局办公室里，脑子里突然闪现一个念头：如果一个人正在自由下落，他决不会感到他有重量。我吃了一惊。这个简单的想象给我的印象太深刻了。它把我引向新的引力理论。我继续想下去：下落的人正在作加速运动，可是在这个加速参考系中，他有什么感觉？他如何判断面前所发生的事情？”爱因斯坦在这里所说的突然闪现的念头就是那著名的爱因斯坦升降机的理想实验。设想观察者在一个密封的升降机里做力学实验，一种情形是升降机静止在地面上（地球看成是惯性系），它是一个惯性生活费，其中存在地球的引力场，由于m惯=m引，任何物体的重力加速度均相等为g；另一种情形是升降机远离一切物体，即处于没有引力场的地方，它相对于某个惯性系以加速度g上升，它是一个非惯性系。在这两种情况下，观察者测得物体下落的加速度是g，他观察到的力学现象都相同，他无法断定他所在的参考系究竟是有引力场的惯性系还是并无引力的非惯性系。这表明物体在非惯性系中的运动等效于引力场作用下的运动，或者说非惯性生活费与引力场等效，爱因斯坦把它称为“等效原理。”根据等效原理，引力场可以用非惯性来消除，例如在引力场中自由降落的参考系中就消除了引力，在这个自由落体系中，惯性定律很好地成立，一个不受外力作用的物体将保持其原有运动状态，这一参考系实在是很好的惯性系，其中物理规律具有狭义相对论的形式。另外，非惯性系与引力场等效，非惯性系与惯性系就没有原则性的区别，它们都可以同样好地用来描述物体的运动，没有哪一个比另一个更优越。由此爱因斯坦把狭义相对性原理推广为一切参考系都是等价的，没有哪一个比另一个更优越，爱因斯坦把它称为广义相对性原理。爱因斯坦的广义相对论就是在等效原理和广义相对性原理这两条原理的基础上发展起来的。在广义相对论中，惯性系不再是理论上和实践上不可捉摸的，它就是自由落体系；前述狭义相对论的两点不足通过等效原理和广义相对性原理联系在一起一揽子加以解决，广义相对论清楚地回答了不存在特别优越的惯性系，所有的参考系对于描述物体的运动都是等价的，而引力问题通过广义的时空坐标变换纳入相对论理论中。

由此可见，原来牛顿力学中无法加说明的惯性质量与引力质量相等不再是游离于物理学之外的一个普遍事实，而是成为意义得大的广义相对论的基石。爱因斯坦找到了这块基石，并由此发展了广义相对，这实在是爱因斯坦独具慧眼、超群绝伦的伟大贡献。

五、马赫原理的检验和评价

马赫的思想启发爱因斯坦，引导他改造牛顿力学，建立了广义相对论，马赫的功绩不可磨。然而马赫认为物体的惯性来源于宇宙中其他物质作用的想法（马赫原理）还值得进一步研究。

根据马赫原理，物体的惯性不是物体自身的属性，而是宇宙中其他物质对物体作用的结果，那么物体近旁如果有一个大质量物体，它就会对物体的惯性产生影响。例如，处在银河系中的一个物体的质量应来自两部分，一部分来自宇宙整体的影响，它是各向同性的；另一部分来自银河系的影响，它应是各向异性的，物体朝着或离开银心加速时惯性质量会稍有不同。是否存在这一各向异性的影响是物理学家关心的问题。

有一些关于马赫原理的实验检验，其中一个实验的要点如下，如果惯性质量是各向同性的，原子Li7的基态能级在磁场中劈裂为四个等间距的能级，能级之间跃迁的吸收光谱是一条谱线；但如果惯性质量是各向异性的，能级的劈裂不是等距的，则能级之间跃迁的吸收光谱不是一条而是靠得很近的三条谱线。实验在12小时间隔内进行，在此时间内地球的自转相对于银心处于不同位置。结果没有观察到谱线分裂，根据观察到的线宽，估计出质量的各向异性部分与各向同性部分之比△M/M<10-21。结果并不支持马赫原理。

马赫范文篇10

一、惯性概念的肇始和牛顿的综合

惯性一般是指物体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。人们对于惯性这一认识有赖于惯性定律的建立，而它则依赖于对于力的认识以及区分运动状态和运动状态改变的认识，这一点在人类认识发展史上经历了漫长的岁月。

在人类思想史上，两千多年前希腊的哲学家亚里士多德的学说无疑地起过广泛的影响，然而他关于物理学的论述，许多都是错误的。他把物体的运动分为自然运动和强制运动。他认为圆周是完善的几何图形，圆周运动对于所有星体都是天然的，因而是自然运动；另外，地球上的物体都具有其天然位置，重物趋于向下，轻物趋于向上，如果没有其他物体阻碍，物体力图回到天然位置的运动也是自然运动；其他所有形式的运动则都是强制运动。他还进而指出，关于物体的强制运动，只有在外力的不断作用下才能发生；当外力的作用停止时，运动也立即停止。从这里可以看出亚里士多德肯定了两点：一，自然运动不涉及曳力的问题，只有强制运动才存在力的问题；二、力是物体强制运动的原因。从今天来看，这显然是错误的，然而它束缚了人们近两千年。

从这种把物体的运动归结为外力作用的观念，可以提取出静止物体具有惯性的概念。开普勒在他1609年发表的著作《新天文学》和1619年发表的著作《宇宙谐和论》中写道；“天体有留在天空中任何地方的性质，除非它被拖曳着。”“如果天体不赋有类似于重量的惯性，要使它运动就不需要力，最小的动力就足以使它有无限的速度，但由于天体公转需要用一定的时间，有的长些，有的短些，因此非常明显，物质必须具有能说明这些差别的惯性。”“惯性，或对运动的阻力是物质的一种特性，在给定的体积中，物质的量愈多，惯性愈强。”这大概是关于物体惯性的最早陈述。可以看出开普勒所说的惯性是指静止物体的惯性，甚至他已经认识到物体的惯性与它的质量有关，然而他显然受到亚里士多德思想的束缚，不可能思考运动物体是否具有惯性的问题。

伽利略开创了实验和理性思维相结合的近代物理研究方法，并用于研究物体的运动。他对于亚里士多德关于物体运动的粗糙的日常观察、抽象的猜测玄想和想当然的思辨推理十分不满，他通过科学实验和科学推理得到许多正确的结果，总结在他的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（1632年）和《关于力学和运动两门新科学的对话。（1638年）中，其中一个重要的结果如下。假设沿斜面AB落下的物体，以B点得到的速度沿另一斜面BC向上运动，则物体不受BC倾斜的影响仍将达到与A点相同的高度，只是需要的时间不同；当第二个斜面变成既不上升，亦不下降的水平面时，物体将一直以已获得的速度永远向前运动。伽利略的思想无疑地比他的前辈前进了一大步，他认识到不受其他物体的作用，物体可以永恒地运动，这已经很接近惯性定律，但是伽利略还没有摆脱亚里士多德的影响，他所说的水平面是和地球同心的球面，也就是说，那种不受其他物体作用的物体的永恒运动是圆周运动，因此我们还不能说伽略发现了惯性定律。

最早清楚表述惯性定律并把它作为原理加以确定的是笛卡儿。笛卡儿是唯理论哲学家，他试图建立起整个宇宙在内的各种自然现象都能从基本原理中推演出来的体系，惯性定律就是他的体系中的一条基本原理。他在他的《哲学原理》（1644年）一书中把这条基本原理表述为两条定律：一、每一单独的物质微粒将继续保持同一状态，直到与其他微粒相碰被迫改变这一状态为止；二、所有的运动，其本身都是沿直线的。然而笛卡儿没有建立起他试图建立的那种能演绎出各种自然现象的体系，其中许多是错误的，不过他的思想对牛顿的综合产生了一定的影响。

牛顿1661年进入剑桥大学学习亚里士多德的运动论，1664年他从事力学的研究，摆脱了亚里士多德的影响。他继承了伽利略重视实验和逻辑推理的研究方法，他也继承了笛卡儿的研究成果。他深入地研究了碰撞问题、圆周运动以及行星运动等问题，澄清了动量概念和力的概念。1687年出版著作《自然哲学的数学原理》，以“定义”和“公理，即运动定律”为基础建立起把天上的力学和地上的力学统一起来的力学体系。惯性定律就是牛顿第一定律，表述为“所有物体始终保持静止或匀速直线运动状态，除非由于作用于它的力迫使它改变这种状态。”惯性定律真正成为力学理论的出发点。

根据惯性定律，物体具有保持原有运动状态的属性，这种属性称为惯性。不仅静止的物体具有惯性，运动的物体也具有惯性；物体惯性的大小用其质量大小来衡量。至此，人们对于物体惯性的认识达到第一阶段比较完善的程度。从此，人们对于运动中的种种惯性现象都能很好地理解；在实际中设计出种种利用惯性造福和防止惯性伤害的措施。

二、惯性与能量

对于惯性认识的一个重要进展是惯性与能量的关系。

能量是物理学里普遍关注的问题。运动的物体有动能；相互作用的物体有势能，如重力势能、引力势能、电势能等等；其他还有热能等等。在研究弹性变形体和流体的运动时，人们认识到经受应力的物体的势能分归属于物体的每一部分，而流体的输运则伴随有能量的传送。麦克斯韦电磁场理论建立和被赫兹电磁波实验证实之后，人们认识到电磁作用是通过场实现的，电磁场的实在性在认识上开始形成，场中不仅贮存有能量，能量的传送也是通过场来传输的，即存在能流：能流与场的动量联系在一起。人们研究电子的运动，运动电子周围存在变化的电场，变化的电场又产生磁场，两者的共存又导致存在能流和动量，它们同电子的速度平行。因此这一附加的动量意味着电子存在附加的惯性质量。有一时期，甚至有人猜测可能电子的全部质量来源于电磁场。这里第一次遇到电磁能量的惯性，提示了惯性与能量的联系。

1905年爱因斯坦发表狭义相对论，这是一个崭新的物理理论，它统一了力学理论和电磁学理论，带来了时空观的根本变革。爱因斯坦随后证明质能关系，E=mc2，一定的质量对应于一定的能量，反之一定的能量对应一定的质量。在这里，能量包括了能量的各种形式，突破了上面把某一种形式的能量与惯性联系起来的认识。这样，惯性是能量的属性，能量具有惯性（质量），任何惯性质量都应归因于能量。作为物理学基本概念和物质的量的质量概念退居次要的地位，如今在近代物理中能量、动量等概念要比质量、力等概念要重要得多。

能量具有惯性拓宽了对于惯性的认识，也拓宽了对于能量的认识。它带来的重大实用价值就是核能的释放。在裂变反应中，裂变产物的静质量小于裂变前物质的静质量，质量亏损释放出大量裂变能；在聚变反应中，聚变产物的静质量小于聚变前物质的静质量，质量亏损释放出大量的聚变能。它也使得人们很好地认识许多物理现象，包括涉及物质的全部质量与能量转化的正反粒子对的产生和湮没过程。

三、牛顿的绝对空间和马赫原理

让我们再回到惯性定律。惯性定律是近代力学的基础。作为基础性的定律是值得深思的。显而易见，考查物体的运动离不开参考系。惯性定律并非在任意的参考系中都成立。惯性定律成立的参考系称为惯性系，凡是相对于惯性系作匀速直线运动的参考系也都是惯性系，惯性定律在其中都成立；而相对于惯性系作变速运动的参考系，惯性定律都不成立，它们就称为非惯性系。在非惯性系中考查物体运动，牛顿第二定律也不成立。为了在非惯性系中仍然保持牛顿第二定律的形式，除了物体之间实在的相互作用之外，还必须考虑一种与物体质量有关且与非惯性系相对于惯性系的加速度有关的力。这个力因为与物体的惯性有关，故称为惯性力。通常认为它不是物体之间实在的相互作用力，因而是“虚拟的”。

立刻产生一个问题，惯性系在哪里，或者什么样的参考系是惯性系？深入地研究发现，这在理论上和实践上都存在根本的困难。首先，要问什么是惯性系，回答是惯性系就是惯性定律成立的参考系，那就是说，在这个参考系中一个不受外力作用的物体总是处于静止或匀速直线运动状态。那么不受外力作用又是什么意思呢？这就是说，在惯性系中处于静止或匀速直线运动状态的物体是不受外力作用的。这样就又回到什么是惯性系的问题。这是一具逻辑循环，无助于解决什么样的参考系是惯性系的问题。其次，在实践中地球是一个相当好的近似的惯性系，我们在观察实验室中的许多力学现象，都可以把地球看作惯性生活费，但是地球肖自转，并且绕着太阳在旋转，有一些力学现象显示出地球的这种转动效应，例如惯性离心力，科利奥莱力等，因此地球并不是严格的惯性系。太阳及其邻近的恒星组成的参考系是比地球更好的惯性系。进一步的研究表明太阳是银河系中的一颗普通恒星，它同其他银河系听恒星一起绕银心旋转，作变速运动，因而太阳参考系也不是严格的惯性系。根据这种经验，我们可以取更大的天体系统的平均静止参考系以趋近严格的惯性系。看来我们可以不断地趋近惯性系，但却不能找到严格的惯性系。

这样，我们有了支配物体运动的力学规律（牛顿定律）但是却无法确定牛顿定律成立的惯性系。牛顿的力学理论如同建立在沙滩上的建筑物。牛顿深知他的力学理论中的这一脆弱的根基。他提出的解决办法是引入绝对空间。他想信存在绝对空间，“绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”，这样就可以在绝对空间里区别物体是处于静止、匀速运动还是变速运动，从而也就能够确定惯性系和非惯性系。为了说明绝对空间和绝对运动的存在，他提出一个著名的“水桶实验”，其大意如下。一个盛有一半水的桶挂在拧得很紧的绳子上，松开手后，桶和水的运动经历以下三种情形：（1）开始，桶在绳恢复原有状态的作用下快速旋转，由于水和桶的粘滞力很小，水尚未旋转起来，水面是平的；（2）在粘滞力长时间的作用下，水和桶一起旋转，水受到惯性离心力的作用向桶壁挤压，水面呈下凹形；（3）让桶突然静止，水仍在旋转，水面仍然是下凹。牛顿分析以上实验结果认为，在（1）（3）两种情形，水对于桶都有相对运动，但前者水面是平的，而后者是下凹的，在（2）（3）两种情形，无论水对于桶是否有相对运动，水面都是下凹的，因此，水对于桶的相对运动不是水面下凹的原因，水面下凹的真正原因在于水在空间里作绝对转动，受到惯性离心力造成的。这说明存在着可以观察出物体作绝对运动的绝对空间，加速度是绝对的。

牛顿的绝对空间和绝对运动继承了人们自古以来认为空间和时间物质及其运动相对独立而无论的直觉，被大多数人所接受，它还受到哲学家康德的支持，康德说过；“我们永远不能表象出没有空间，可是我们却很能设想空间中没有对象。”但是牛顿的绝对空间和绝对运动受到他同时代人的批评，其中著名的有莱布尼兹和贝克莱，莱布尼兹认为那种与物质客体相分离的任何空间概念都是哲学上没有必要的，贝克莱则指出，认为空间是“一种永久的、自存的、无限的、不可分的、不可变的东西”“是有害的、荒谬的”，然而他们都未能提出任何观念，发展一种新的动力学理论来替代牛顿理论，不过他们的看起来十分挑剔的批评对后有着潜在的影响。

对牛顿绝对空间的第一个建设性批评来自两百年后奥地利的物理学家和哲学家马赫。马赫在他1883年出版的《力学史评》一书中对牛顿的绝对空间和绝对运动作了深刻的批评。关于牛顿的“水桶实验”，书中写道：“牛顿的旋转水桶实验只是告诉我们，水对于桶壁的相对旋转不引起显著的离心力，而这离心力是由水对地球及其他天体质量的相对转动所产生的。如果桶壁愈来愈厚，愈来愈重，直到厚达几英里时，那就没有人能说这实验会得出什么样的结果。”“如果把水桶固定，让众恒星旋转，能够再次证明离心力会不会存在吗？”在马赫看来，牛顿水桶实验中凹行为并不能区分究竟是水相对绝对空间的转动，还是水相对于众星体的转动，因此，并不能由此得出存在绝对空间的结论，相反地，把水面下凹行为看成是由于水相对于从星体转动，水桶内壁以外的所质量的吸引和带动所造成的，要更自然些。

马赫是出于他关于我们的世界的一种非常儿到的哲学见解，对牛顿的绝对空间作出深刻批判的。他在书中写到；“我们不要忘记，世界上的一切事物都是相互联系、相互依赖的。”要注意，马赫强调的是相互联系、相互依赖、相互影响，那种只有一方依赖于一方而不被另一方所依赖，一方可影响另一方而不被另一方所影响的事物是不存在的，是虚构的，也是“同科学中的思维方式相矛盾的”（爱因斯坦语）。在牛顿力学中绝对空间就是这样的虚构，它会影响到物体的动力学性质，譬如，只有相对经来说，惯性定律才成立，但是物质的运动反过来却不能对绝对空间产生丝毫影响。既然是一种不能被人们的经验所证实的虚构，它就应该从科学中剔除出去。概括起来，马赫的观点是，物体的运动不是绝对空间中的绝对运动，而是相对于宇宙中其他物质的相对运动，因而不仅速度是相对的，加速度也是相对的；在非惯性系中物体所受的惯性力不是“虚拟的”，而是一种引力的表现，是宇宙中其他物质对该物体的总作用；物体的惯性不是物体自身的属性，而是宇宙中其他物质作用的结果。马赫的精辟见解被爱因斯坦取名为马赫原理。

马赫的批判带来了人们对于运动和惯性认识的重大变革。牛顿认为存在着绝对空间和绝对运动；物体的惯性是它自身的属性，如果撤掉了一个物体周围的所有其他物质，那么这个物体将由于它自身的惯性作惯性运动。而马赫则认为，根本不存在绝对空间和绝对运动，物体的运动是相对于宇宙中天体的运动；物体的惯性是宇宙中所有天体作用的结果，撤掉一个物体周围的所有其他物质，则无法去判断它作什么运动，因而它也就不再具有惯性。

马赫独树一帜的思想深刻地提示了牛顿力学理论根基上的纰漏，同时也指出了改造牛顿力学理论的契机，这就是放弃绝对空间和绝对运动，把物体的惯性与宇宙中所有其他物质对它的作用联系起来。

爱因斯坦建立狭义相对论后就认识到“狭义相对论不过是必然发展过程的第一步”，他时而思考狭义相对论的不足。一方面，狭义相对论指出，所有的惯性系都是等价的，速度是相对的，不存在绝对静止的惯性系，因此狭义相对论否定了一个优越的参考系（绝对静止的惯性系）；但是它却肯定了一类特别优越的参考系，那就是惯性生活费，它比非惯性系更要优越，其中的物理规律特别简捷。然而对于为什么惯性系在物理上比其他参考系更优越，狭义相对论不能作出回答。另一方面，狭认相对论指出，物理作用传播的极限速度是光速c，这样狭义相对论就在整个物理学中排除了超距作用。引力是力学研究的重要课题。然而牛顿引力定律的表述是超距作用的，牛顿引力定律与狭义相对论不相容。因此需要发展一种把引力问题纳入，且能回答是否存在特别优越参考系的更为广泛的相对论。马赫的思想对于爱因斯坦无疑是一个重要的启发。爱因斯坦曾说过：“……可以十分正确地认为马赫是广义相对论的先驱。”

四、惯性质量和引力质量

发展一种新的理论，仅有哲学上的启迪和对于旧理论的批判是不够的，还需寻找建立新理论的突破口。爱因斯坦建立广义相对论的突破口来自三百年前伽利略的另一项重要贡献。

伽利略在他的《关于力学和运动两门新科学的对话》中写道：“我曾经做过试验，可以向你保证，从200肘尺高处放下的一颗一两百磅甚至更重的炮弹，不会比一同放下的仅重半磅的枪弹到达地面要领先一秒钟。”这段叙述表明所有物体的重力加速度相同。亚里士多德曾根据他的运动风，重物下落是物体回归天然位置的自然运动，物体越重，趋向天然位置的倾向就越大，自然得出物体越重，下落得越快。伽利略反对亚里士多德的运动知识化，他以实验事实作了不力的反驳。然而他并同有认识到这条定律的深刻含义。

所有物体的重力加速度均相同，反映的是任何物体的惯性质量与引力质量相等。根据牛顿定律，作用在物体上的外力等于物体的质量乘以获得的加速度，这里的质量是物体的惯性质量；另一方面，物体下落时，作用在物体上的力是地球对它的吸引力，它与物体的引力质量成正比。既然物体在重力作用下加速度不依赖于物体，则引力质量与惯性质量成正比；选取相同的单位，两者相等。

我们知道，惯性质量是物体惯性的量度，反映物体对加速度的阻抗，而引力质量是物体引力属性的量度，反映物体产生和承受引力的能力。它们显然是物质的两种完全不同的属性，描述物质两种不同性质的量是否严格相等是一个问题，并第一次想到用实验来明确检验两者的等同性。他在他的《原理》一书中记叙了他所做的实验。他做了两只等大的圆木盒，用11英尺长的细绳悬挂起来构成摆，一只装满了木料，另一只装入得量的金或银、铅、玻璃、沙、食盐、水以及小麦等等，比较它们的摆动周期。根据牛顿定律容易得出周期T。可以看出仅当惯性质量m惯与引力质量m引之比与材料无关，两摆的周期才会相等。牛顿实验中没有观察到两摆周期的差异，由此他推算出m引/m惯=1+0（10-3），即两者相符合的精度在10-3以内。以后又有不少物理学家做实验，把精度提高了许多，如1830年贝塞耳得0（10-5），1889年厄缶得0（10-8），1964年迪克得0（10-11），1971年布拉金斯基得0（10-12）。

看来惯性质量和引力质量相等是一条严格的定律。那么，这是一种巧合吗，还是有更深刻的原因？它意味着什么？这是又一个值得思考的问题。人们研究发现，在牛顿力学中无法加以说明，于是长时期里它就成为游离于物理学之外而不加重视的一个结论。

爱因斯坦对于惯性质量和引力质量严格相等的印象很深，他在给英国格拉斯哥大不所作的报告《广义相对论的来源》中说：“在引力场中，一切物体都具有同一加速度。这条定律也可表述为惯性质量同引力质量相等的定律，它当时就使我认识到它的全部得要性。我为它的存在感到极为惊奇，并猜想其中必定有一把可以更加深入地了解惯性和引力的钥匙。”他一直深信：“一个有希望受到应有的信任的理论，必须建立在有普遍意义的事实上。”而这一惯性质量同引力质量相等的定律的确是一个奇特的具有普遍意义的事实。他不断地思考这一问题，终于有一天找到了问题的答案。他于1922年在日本京都大学所作的报告《我是如何发现相对论》中说道：“这个难题的突破点突然在某一天找到了。那天，我坐在伯尔尼专利局办公室里，脑子里突然闪现一个念头：如果一个人正在自由下落，他决不会感到他有重量。我吃了一惊。这个简单的想象给我的印象太深刻了。它把我引向新的引力理论。我继续想下去：下落的人正在作加速运动，可是在这个加速参考系中，他有什么感觉？他如何判断面前所发生的事情？”爱因斯坦在这里所说的突然闪现的念头就是那著名的爱因斯坦升降机的理想实验。设想观察者在一个密封的升降机里做力学实验，一种情形是升降机静止在地面上（地球看成是惯性系），它是一个惯性生活费，其中存在地球的引力场，由于m惯=m引，任何物体的重力加速度均相等为g；另一种情形是升降机远离一切物体，即处于没有引力场的地方，它相对于某个惯性系以加速度g上升，它是一个非惯性系。在这两种情况下，观察者测得物体下落的加速度是g，他观察到的力学现象都相同，他无法断定他所在的参考系究竟是有引力场的惯性系还是并无引力的非惯性系。这表明物体在非惯性系中的运动等效于引力场作用下的运动，或者说非惯性生活费与引力场等效，爱因斯坦把它称为“等效原理。”根据等效原理，引力场可以用非惯性来消除，例如在引力场中自由降落的参考系中就消除了引力，在这个自由落体系中，惯性定律很好地成立，一个不受外力作用的物体将保持其原有运动状态，这一参考系实在是很好的惯性系，其中物理规律具有狭义相对论的形式。另外，非惯性系与引力场等效，非惯性系与惯性系就没有原则性的区别，它们都可以同样好地用来描述物体的运动，没有哪一个比另一个更优越。由此爱因斯坦把狭义相对性原理推广为一切参考系都是等价的，没有哪一个比另一个更优越，爱因斯坦把它称为广义相对性原理。爱因斯坦的广义相对论就是在等效原理和广义相对性原理这两条原理的基础上发展起来的。在广义相对论中，惯性系不再是理论上和实践上不可捉摸的，它就是自由落体系；前述狭义相对论的两点不足通过等效原理和广义相对性原理联系在一起一揽子加以解决，广义相对论清楚地回答了不存在特别优越的惯性系，所有的参考系对于描述物体的运动都是等价的，而引力问题通过广义的时空坐标变换纳入相对论理论中。

由此可见，原来牛顿力学中无法加说明的惯性质量与引力质量相等不再是游离于物理学之外的一个普遍事实，而是成为意义得大的广义相对论的基石。爱因斯坦找到了这块基石，并由此发展了广义相对，这实在是爱因斯坦独具慧眼、超群绝伦的伟大贡献。

五、马赫原理的检验和评价

马赫的思想启发爱因斯坦，引导他改造牛顿力学，建立了广义相对论，马赫的功绩不可磨。然而马赫认为物体的惯性来源于宇宙中其他物质作用的想法（马赫原理）还值得进一步研究。

根据马赫原理，物体的惯性不是物体自身的属性，而是宇宙中其他物质对物体作用的结果，那么物体近旁如果有一个大质量物体，它就会对物体的惯性产生影响。例如，处在银河系中的一个物体的质量应来自两部分，一部分来自宇宙整体的影响，它是各向同性的；另一部分来自银河系的影响，它应是各向异性的，物体朝着或离开银心加速时惯性质量会稍有不同。是否存在这一各向异性的影响是物理学家关心的问题。

有一些关于马赫原理的实验检验，其中一个实验的要点如下，如果惯性质量是各向同性的，原子Li7的基态能级在磁场中劈裂为四个等间距的能级，能级之间跃迁的吸收光谱是一条谱线；但如果惯性质量是各向异性的，能级的劈裂不是等距的，则能级之间跃迁的吸收光谱不是一条而是靠得很近的三条谱线。实验在12小时间隔内进行，在此时间内地球的自转相对于银心处于不同位置。结果没有观察到谱线分裂，根据观察到的线宽，估计出质量的各向异性部分与各向同性部分之比△M/M<10-21。结果并不支持马赫原理。