物理学革命的先行者

陈登海

物理学与文学分属两个不同的学科领域，表面看二者毫无关联，其实不然。物理学与文学面对的是同一个对象，都是对世界的研究，物理学对世界的研究具有真实性、规律性，而文学对世界的研究更具有想象性和情感性。深刻领悟物理的奥秘，对于初涉其中的人来说，大量阅读物理学经典著作就显得必不可少，如《晶格动力学理论》《力学及其发展的批判历史概论》和《势力不灭论》等等。了解物理原理，感受物理研究工作者的人格魅力，丰富和完善自身人文素养，对新时代大学生的成长大有裨益。

冯桂莲（青海民族大学物理与电子信息工程学院副教授）

摘 要：马赫是19世纪末20世纪初著名的经验批判主义学家，在他生活的时代，人类现代文明不断发展，科技不断取得了突破性的进步，尤其是物理学领域，更是取得了很多新成就，特别是随着电磁学领域的发展，经典力学的权威受到冲击，尤其是经典力学中的机械自然观问题，更是一度陷入困境。在这种社会背景下，物理学领域怀疑论思潮不断涌现，作为当时的名望一派，马赫出版了《力学及其发展的历史批判概论》，着重分析自然科学中的认识论问题。

关键词：物理学革命 马赫 经典力学 批判

牛顿的经典力学对于现代物理学的发展起到了重要的推动作用，是人类文明发展的重要推动力，对于帮助人们树立正确的世界观，正确认识世界、改造世界做出了重要贡献。随着科技的进步，人们发现经典力学并不是万能的，在很多方面的应用中有所掣肘，而经济的发展，迫切需要科技的支撑，经典物理学在19世纪末20世纪初受到了人们的质疑。其中，恩斯特·马赫作为当时的物理学家、哲学家、心理学家，成为了批判经典力学的先驱。

一、恩斯特·马赫

恩斯特·马赫，1838年2月出生于奥地利，1916年逝世于德国。自幼年开始，马赫便接受了良好的教育，并在维也纳学习长达5年之久，在1860年，获得了放电和感应方面的博士学位，在物理学领域的造诣颇深。马赫在当时，先后担任数学和物理学教授，精通拉丁语、希腊语、英语、法语和意大利语。退休后，其从未间断过对物理学的研究，爱因斯坦的相对论也深深受到马赫物理学思想的影响。

在哲学界，马赫作为唯心主义哲学家更是广为人知。他是维也纳学派的先师，更是逻辑经验论和经验批判主义的创始人，哲学建树颇深。这样的身份背景下，人们很容易忽视掉他曾经对经典物理学的批判，正是由于马赫对于经典力学的批判，才揭开了近代物理学革命的序幕，很多物理学家也深受启发，波尔、海森堡等均是其中的代表，受到马赫思想直接或间接的影响。而受马赫观点影响最大的，还当属爱因斯坦。由于马赫对经典力学的批判，牛顿经典力学中的绝对时间和绝对空间理念受到质疑，对惯性的理解出现了不同想法，从而动摇了经典力学的统治地位。

马赫一生主要的成就均集中体现在实验物理学和哲学领域。尤其是在物理学的各个不同领域，声、电、光、空气动力学等方面，他都取得了傲人的成就，关于这些领域的论文和科研报告多达百余篇。在物理学中，为了彪炳马赫的卓著功勋，很多物理学术语均用“马赫”来命名，如空气动力学中的马赫波、马赫角、马赫数等。

二、马赫与《力学及其发展的历史批判概论》

自19世纪下半叶开始，物理学中的新成就不断出现，经典力学中的机械自然观面临严峻挑战，物理学领域出现了怀疑论的思潮。作为当时物理学领域的领军人物，马赫于1883年出版了《力学及其发展的历史批判概论》，积极响应当下的时代背景，书中存在很多反形而上学的观念和倾向，但是，他本人也认为，并不是所有不能被直接证实的命题均为伪命题。他指出，物质也是一种抽象，不能被人们的感官所直接感知。

然而，这对当时的物理学界、哲学界产生了重要影响，尤其是对物理学界的认识论倾向，更是出现了“超越”唯物主义和唯心主义的口号，借助“经验”和“感觉”，促进了主观唯心主义的发展。同时这一思想观念也对当时的社会主义者产生了重要影响，为了捍卫马克思主义的纯洁性，列宁发表《唯物主义和经验批判主义》对马赫的观点进行了批判，否定了《力学及其发展的批判历史概论》中对认识论的错误认知倾向。但是，殊不知，《力学及其发展的批判历史概论》是历史性、客观性、时代性、先驱性的科学著作，对于当时物理学界的发展具有划时代的意义。这一著作的出版，标志着牛顿经典物理学绝对统治时代的终结。在书中，马赫以怀疑的经验论哲学作为批判的武器，将矛头对准了牛顿的力学先验论，对经典力学的基本概念和基本原理进行了本质揭示，为物理学的革命奠定了基础。马赫的《力学及其发展的批判历史概论》对牛顿绝对时空观进行了客观批判，迸发出了物理学革命行将到来的先声。

三、马赫在《力学及其发展的历史批判概论》中对经典力学的批判

1.《力学及其发展的历史批判概论》对牛顿绝对时间观的批判。牛顿《自然哲学的数学原理》中所强调的绝对时间观念对人们的影响根深蒂固。在《力学及其发展的历史批判概论》一书中，马赫对牛顿经典力学的绝对时间观进行了批判。马赫认为，绝对时间不能独立存在，联系具有普遍性，世界上的一切事物都具有普遍联系性，事物之间相互联系，相互依存，没有绝对的时间，离开了相互联系，时间将不复存在。而时间与事物的运动又存在明显的相关性，任何事物的运动都与时间有关，而且不存在与运动变化无关的时间。所以，经典力学中“时间是一种抽象”“时间是绝对的，是可以不与运动相比较而度量”的观点是错误的，绝对时间没有任何的实践意义、科学意义，没有存在价值，只是一种形而上学的概念而已。

2.《力学及其发展的历史批判概论》对牛顿绝对空间观的批判。牛顿所强调的绝对空间观念对人们的影响更是难以动摇。在经典力学中，牛顿为了向人们证实绝对空间的存在，进行了举世闻名的旋转水桶试验。在马赫看来，如果水桶的桶壁不断增厚，水桶越来越重，当水桶壁厚度达到几千米时，人们将会得到怎样的结果，从而对牛顿的旋转水桶试验提出了反驳意见。在《力学及其发展的历史批判概论》中，马赫明确否定了绝对空间的存在，并指出运动的相对性，为近代物理学革命的到来和发展奠定了基础。“我们不应该忘记世界上的一切事物都具有普遍联系的关系，事物之间相互依存，我们人类也不能独善其身，我们的思想更是这个世界中不可剥离的一部分。”

3.《力学及其发展的历史批判概论》对牛顿惯性概念的批判。在经典物理学中，以牛顿为代表的物理学家普遍将惯性界定为物质的固有属性，但马赫却不以为然，在他看来，惯性不应该是物质的固有属性。马赫认为运动具有相对性，与绝对空间相联系的惯性系、惯性质量和惯性力等均具有相对性，而事物处于独立空间中时并不具有惯性。也就是说，将惯性看作物质的固有属性，是完全错误的。《力学及其发展的历史批判概论》中，马赫指出惯性的成因在于不同物质间的相互作用，是单个物体和宇宙之间的动力联系所形成的。马赫对牛顿惯性概念的批判，为即将到来的物理学革命奠定了基础，尤其是对爱因斯坦的启发甚大，为爱因斯坦相对论的产生铺平了道路。爱因斯坦在《关于广义相对论的原理》中，将马赫对于惯性的理解命名为马赫原理，并表明，在当时，马赫已经看透了经典物理学的薄弱环节。如果当时的马赫不是已经到了迟暮之年，也许相对论的发现就会易主。

4.《力学及其发展的历史批判概论》为爱因斯坦引力场方程提供依据。马赫《力学及其发展的历史批判概论》一书及其中的思想观点，对后世物理学家的思考方式产生了重要影响，最值得一提的当属爱因斯坦。正如爱因斯坦所说，马赫《力学及其发展的历史批判概论》对经典力学的批判和对相对论的建立影响重大。爱因斯坦在推广狭义相对论的过程中，由于超出了传统的观念，人们难以接受，他便借助马赫的惯性相对论，对自己的引力理论进行阐述，论证了二者的一致性，并企图用马赫的原理对广义相对论进行阐述。与此同时，为了让更多的人理解引力论，爱因斯坦又借助马赫理论，将相对性原理、马赫原理以及等效原理相互联系，共同为其引力理论的阐述奠基。

马赫借《力学及其发展的历史批判概论》对经典物理学进行了本质批判，动摇了经典物理学的统治地位，对于现代物理学革命的到来具有重要意义，对后代物理学家也产生了重要影响。通过马赫的批判理论，人们得到启迪，不断加强对经典物理学理论的重新审视，为物理学新理论的发展奠定了基础，并引发了物理学界和哲学界的热烈讨论。在科学技术迫切需要发展的时代，马赫勇于突破传统观念的束缚，挑战权威，对经典力学重新审视，大胆批判，更喊出了物理学革命到来的先声，为物理学革命的到来铺平了道路。

参考文献：

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