科学研究中的力与物质

科学研究的结果，往往使那些范围远远超出有限的科学领域本身的问题的哲学观点发生变化。科学的目的是什么？对一个企图描述自然界的理论应该要求什么？这些问题，虽然超越了物理学的界限，但却同它有密切的关系，因为科学形成了这些问题由以产生的资料。哲学的推广必须以科学成果为基础。可是哲学的推广一经建立并广泛地被人们接受以后，它们又常常促使科学思想的进一步发展，因为它们能指示科学从许多可能着手的路线中选择一条路线。等到这种已经接受了的观点被推翻以后，又会有一种意想不到的和全然不同的发展，它又成为一种新的哲学观点的源泉。除非我们从物理学史中举出例子来加以说明，否则这些话听起来就一定是很含糊和空泛的。

这里我们试图来描述那些关于科学目的的最初的哲学观念。这些观念大大地影响了物理学的发展，一直到差不多一百年以前，它们才被新的证据、新的事实和新的理论所推翻，而这些新的证据、事实和理论又构成了科学的新背景。

从希腊哲学到现代物理学的整个科学史中，不断有人力图把表面上复杂的自然现象归结为一些简单的基本观念和关系。这就是一切自然哲学的基本原理。它也表现在原子论者的著作中。在2300年前，德谟克利特写道：

“依照惯常的说法，甜就是甜，苦就是苦，冷就是冷，热就是热，颜色就是颜色。但是实际上只有原子和虚空。也就是说，感觉上的东西被认为是实在的，而习惯上也就是这样看的，但是真正说起来，它们都不是实在的。只有原子和虚空才是实在的。”

这种观念，在古代哲学中，不过是想象力的一种天才的虚构而已。把相继发生的事件联系在一起的自然规律，希腊人是不知道的。把理论和实验联系起来的科学，事实上是从伽利略的工作开始的。我们已经追寻过那些导致运动定律的最初线索。在两百年的科学研究中，力和物质是理解自然界的一切努力中的基本概念。要是没有其中的一个概念，就不可能想象另一个概念，因为物质总是通过它对别的物质的作用，作为力的源泉而显示其存在的。

让我们来考查一个最简单的例子：两个粒子，它们之间有力作用着。最容易想象到的力是吸引力和排斥力。在这两种情况中，力的矢量都在物质粒子的连线上。简单性的要求导致粒子相互吸引或排斥的图像；关于作用力方向的任何别的假定都会得出复杂得多的图像。我们对力矢量的长度也能作一个同样简单的假定吗？即使我们想避免过分特殊的假定，但还是可以说这样的一件事：作用于任何两个已知粒子之间的力，都像万有引力一样，只同它们之间的距离有关。这似乎已足够简单的了。更要复杂得多的力也可以想象到，比如那些不仅同距离有关，而且也同两个粒子的速度有关的力。以物质和力作为我们的基本概念，我们难以想象出还有比这样沿着粒子的连线发生作用，而且只同距离有关的力更简单的假定了。但是只用这样一种力是否有可能来描述一切物理现象呢？

力学在它的一切部门中所取得的伟大成就，它在天文学发展上的惊人成功，力学观念对于那些具有显然不同特征和非力学性质的问题的应用，所有这些都使我们相信，用不变的物体之间的简单的力来解释一切自然现象是可能的。在伽利略时代以后的两百年间，这样的一种努力有意识地或无意识地表现在几乎所有的科学创造中。大约在十九世纪中叶，亥姆霍兹（Helmholtz）把它清楚地表述如下：

“因此，最后我们看得出，物理的物质科学的问题，就是要把自然现象归结为不变的吸引力或者排斥力，而这些力的强度完全只同距离有关。解决这些问题的可能性，是要完全了解自然界的先决条件。”

因此，照亥姆霍兹说来，科学发展的路线是已经决定了的，它严格遵循着这样一条固定的途径：

“只要把自然现象归结为简单的力这件事完成了，并且证明了自然现象只能这样来归结，那么科学的任务将就此终结了。”

对20世纪的物理学家来说，这种观点看来是呆滞而天真的。要他想到研究工作的伟大事业竟会这样迅速完成，一幅既不能令人满足，但又好像对一切时代都是绝对正确的宇宙图像会建立起来，那他就要大吃一惊了。

即使根据这种主张，一切事件都可用简单的力来描述，但还有一个问题没有解决，那就是力对于距离的关系究竟是怎样的问题。对不同的现象来说，这种关系可能是不同的。对于不同的事件必须引进许多种不同的力，这从哲学的观点来看当然是不能令人满意的。可是亥姆霍兹陈述得最清楚的这种所谓机械观，在当时却起了很重要的作用。物质的分子运动论的发展就是直接受机械观影响的最伟大成就之一。

〔下略〕