物理學(xué)革命的先行者
——馬赫在《力學(xué)及其發(fā)展的批判歷史概論》中對經(jīng)典力學(xué)的批判

⊙陳登海［青海民族大學(xué)， 西寧　810007］

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科學(xué)視野

物理學(xué)革命的先行者
——馬赫在《力學(xué)及其發(fā)展的批判歷史概論》中對經(jīng)典力學(xué)的批判

⊙陳登海［青海民族大學(xué)， 西寧810007］

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

關(guān)鍵詞：物理學(xué)革命馬赫經(jīng)典力學(xué)批判

推 介 語

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

馮桂蓮（青海名族大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院副教授）

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

一、恩斯特·馬赫

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

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

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

二、馬赫與《力學(xué)及其發(fā)展的歷史批判概論》

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

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

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

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

2.《力學(xué)及其發(fā)展的歷史批判概論》對牛頓絕對空間觀的批判。牛頓所強(qiáng)調(diào)的絕對空間觀念對人們的影響更是難以動搖。在經(jīng)典力學(xué)中，牛頓為了向人們證實絕對空間的存在，進(jìn)行了舉世聞名的旋轉(zhuǎn)水桶試驗。在馬赫看來，如果水桶的桶壁不斷增厚，水桶越來越重，當(dāng)水桶壁厚度達(dá)到幾千米時，人們將會得到怎樣的結(jié)果，從而對牛頓的旋轉(zhuǎn)水桶試驗提出了反駁意見。在《力學(xué)及其發(fā)展的歷史批判概論》中，馬赫明確否定了絕對空間的存在，并指出運動的相對性，為近代物理學(xué)革命的到來和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。“我們不應(yīng)該忘記世界上的一切事物都具有普遍聯(lián)系的關(guān)系，事物之間相互依存，我們?nèi)祟愐膊荒塥毶破渖恚覀兊乃枷敫沁@個世界中不可剝離的一部分。”

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

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

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

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作者：陳登海，青海民族大學(xué)物理與電子工程學(xué)院本科生。

編輯：杜碧媛E-mail：dubiyuan@163.com