自然哲学-第12章
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我们可以说，涡旋原子论标志着这样一种尝试，即试图仅仅借助于一种向量——速度——来给出全部自然事件的完整描述。自然呈现为一个巨大的“向量场”。当然，对于这理论的概念内容来说，这一在每个时一空点上描述自然之状态的向量是否正好被解释为是某种实体的运动速度，本来是无关紧要的。换句话说，这儿实体的概念已被还原为运动，——就象在动力学理论中它被还原为力一样。这儿，“占据空间”起着根本不同于原来赋予它的那种作用。
但是涡旋原子论由于其原理的简单性，却代表着一项真正重大的事业，这项事业倘若成功的话，就会在很大程度上满足人类对知识的追求；变化无穷的自然也就会被还原为一个简单的基本概念，而使泰勒斯“一切皆水”的豪言壮语为之相形见绌。而与此同时，机械的自然观也将庆祝它的巨大胜利——因为世上一切事件都已被解释为运动了。
但今天，涡旋原子论已不再能被看作为一个物理理论了。涡环或诸如此类的组合并不具有那些为了精确地定量地说明观察到的自然过程而必需要有的性质。在这一理论的世界图象中，没有哪种经验材料——诸如化学或电学理论之类的数据——能被满意地安排进去。因此，无论是这一有趣的尝试还是此后各种出自同一观念的翻版，都没有科学的价值。今天，一切机械理论也都是如此；因为当代物理由于种种根本性的理由（这些理由后面将要谈到）已放弃了那种把一切自然律还原为运动定律的观念——换言之，即放弃了把全部自然事件还原为力学的观念。
（四）唯能论
为了想把世界图象建筑在一种哲学上圆满的实体观念之上，其结果就产生了上述的那些机械理论。但这些机械理论并没有能实现寄托于它们的希望，因为作为科学的假设，它们证明是行不通的。这样，很自然，我们就会对所有这一类基本假设都抱着怀疑的态度，甚至还要试着从认识论的角度来证明它们的不足。于是人们开始考虑一种不要任何假设的自然描述，并且认为这一点通过下列的方法是可以实现的，即抛弃所有关于本体的命题——这些本体，就象原子，是处于知觉之外的，——并这样来构写自然律，使自然律中无例外地只容纳那些关系到可以直接测量从而在自然界实际存在的量或量值的命题。这样，就不再允许用某些超微观的原子机制来在物理学各不同领域——力学、热学及电学——之间寻找认识论上的联系了。必须找到另外一座能把它们互相联系起来的桥梁，而能量概念和能量守恒定律这二者似乎都可供此用。
我们知道，物理系统的能量（相对于确定的初始状态而言）代表着（当该系统转变到该初始状态时）可以从该系统中获得的机械功的总量。这一个量是完全确定的，而且不依赖干该系统在转变过程中所可能经历的中间状态。而为了要把该系统从正常的初始状态再转变到第一次转变开始时的那个终极状态的话，恰好需要供给该系统同一总量的功。由此可知不存在这样一种物理系统，从中可以不加补偿地获取无限量的功。“永动机”或可以无中生有地产生功的机器是不可能的。经验的事实是，功既不能从无而产生，也不能消失为无；任何地方功的获得或丧失总是伴随着消失或重新产生相应份额的另一种形式的做功本领，这另一种形式可以是电的、化学的或任何其他的“能量”存在形式。因此，对于一个与周围世界隔绝的系统来说，全部能量总和是恒定的，而且代表着一个在一切变化中不变的量。
显然，把这一能量看作真正的“实体”，即所有自然过程不变的基础，这种看法是必然要出现的；正是这样，“唯能论”的世界图象就诞生了——这种图象特别是由兰金及奥斯特瓦尔德发展起来的。奥斯特瓦尔德的观点是除了这种能量之外没有任何东西存在；这种能量是持续不断地自我同一的，但又表现为各种形式——即它可以呈现出各种不同质的性质或特征。此外，世上的一切事件都仅仅在于从这种能量的一种形式到另一种形式的转化；这一能量在本质上始终保持不变，尽管它的性质按照规则而发生变化；至于这些规则那就是自然律的内容。这儿，不再象在原子论中那样，把热等同于运动，而是把热设想为某种仅仅在质的方面不同但能够按照严格的定律转化为运动的东西。
这一世界图象，作为一种思想来说并非没有才华，但在今天。已不再有任何追随者了。使它不能为现代研究工作所接受的缺点或错误有如下几点：
（1）它自称完全不用假设，但这一宣称是缺乏根据的。因为为了能说明全部自然现象，就必然要作出关于能量的基本性质及其行为的假定——这些假定之为假设丝毫不亚于关于原子的基本性质及其行为的假定。因为可以肯定，能量既不可能观察到也不可能在时间的每一瞬刻和空间的每一点上加以度量。
（2）不同形式的能量（热，引力能，体积能等等）都被作为不能进一步理解的终极性质而引入。它们不再能互相归并，而且对于为什么能量呈现为那些各具特性或特征的特定形式，该理论又拒绝给予任何说明。我们对知识的渴望决不会满足于这样的一种思想；相反，这种渴望迫切地要求持续不断地增进自然的统一——特别是由于看到在物理学中，举例来说，在把热解释为机械能的一种形式，把光解释为电磁能的一种形式等方面，已经十分成功地达到了这样的统一。依照唯能论的启然观将使物理学倒退到那种它已经成功地克服了的发展阶段；它便不是一种统一的科学，而是被分解为多个不可归并的组成部分，其数目之多就像我们之有不同形式的能量一样。这样的分类法倒泄露出它是来源于感宫知觉的多样性。原先，光学（关于视觉可及的现象的理论），声学（对应于听觉），力学（触觉和运动觉），热学（温度感觉）及电磁学（它不与任何一种专门感官配合因而发展得最晚）就是这样被区分的。现在，物理学的任务正好就是要尽可能地用独立于主观观念的方法来描述自然，这些主观观念完全由人的偶然的组成情况所决定——亦即受人感知外部世界的感官的数目和种类所决定。事实上，现代物理学早已抛弃了这种旧的多重分类法，现在只对力学与电动力学加以区别。因为，尽管一再努力，后二者的统一还未能全部完成。显然，我们方才讲的这些并不是否认目前在实验物理学教科书中在相当大的程度上保留了旧的分类法。因为这些教科书并不关心物理学的体系，而只是指出通向该体系的途径，因此，它们的描述只能从知觉开始，而且还要受教学法考虑的影响。
（3）最后——这一点从自然哲学的观点来看特别重要——按照原来的解释，能量担当着实体的角色；鉴于这一事实，能量原理本身要求唯能论对实体概念作出意义重大的重建。对能量守恒原理作更仔细的审察就可知道这一原理仅仅只是陈述了在完全确定的条件下某一些不同的度量永远产生相同的绪果。这样，这一原理仅仅只是断言了某些量的总和（“各种能量”的总和）在数值上的恒定或不变。而当唯能论把这一陈述解释成似乎它是一个自我同一实体的量的不变性时，就隐含着一种超出物理原理内容的形而上学的解释。我们马上就可看到，物理学有着很有力的理由在日益广泛的范围内放弃同一性的观念而代之以保留恒定性或不变性的观念，这样一来，旧有的实体观念将被抛弃而还原为定律的观念。这标志着知识的实质性进步；而唯能论，由于它对能量原理的专门解释从而对于保留旧的概念是有利的，将意味着一种反动的倾向。
上列三条理由中的任何一条均足以证明要把唯能论当作自然的最终解释是难以实行的。
（五）电原子论
在过去几十年里，诞生了一种新的物理世界图象，并赢得了对所有其他图象的胜利。在这一理论中既不试图对全部自然现象作出机械的说明，也不象唯能论那样力图把物理学各不同领域互相归并。代之，它通过少量大胆的假设，达到了自然概念的统一。这种统一如果始终一贯地发展下去，将会在一定程度上满足物理学家和自然哲学家的期望。
新理论赖以建立的基础概念是从电学理论中汲取过来的；由于后者的帮助，原子理论吸收了新的内容。物质的原子结构已被化学的及其他的材料证实到了这种程度，以至于这种或那种形式的原子理论已成为任何一种物理世界图象所不可或缺的东西了。虽然如此，这也并不就一定要把原子理论说成是最终的说明原则，就象在德谟克利特和博斯科维奇的观念中那样。它很可以是派生的，并与这样一种假设相协调，该假设认为最终的实在并非原子的结构而是一种连续的结构物。在涡旋原子假设中我们已熟悉了该后一可能性的一个实例。
对这一新理论的推动来自于把原子论引入电学理论。无数经验材料越来越肯定地证实了这一假设——电也是由微细而不可分的粒子所组成的；而且可以十分成功地证明，物质的原子——即化学元素的原子——完全由这些带电粒子所组成。按照这一假设，每个化学原子都是由一个带正电的“核”和多个带负电的粒子——所谓“电子”所组成，这些电子以极大速度绕核旋转。一切电子都是相似的——也就是说，每一个电子代表了相同的微量负电。核的基本的正电荷数等于（在原子的正常状态下）绕核旋转的电子数。这样，整个原子所带的正电与所带的负电是相等的，——因此就显得是电中性的。化学元素相互之间的区别仅仅是在于核内的正电荷数。氢原子是最简单的原子，它的核带一个正电荷，伴有一个对应的电子。氦原子的核带两个正电荷并伴有两个电子——如此等等经过整个化学元素序列而一直到铀，它的原子拥有一大群电子——不少于92个——和对应的正电荷。
这儿并没有必要深入这一理论的细节，只要强调这样一点也就够了，那就是借这一理论的帮助，已经说明并部分预言了如此庞大数量的物理及化学材料，以至于可以说，这一理论概念的内容一定具有很高的真理价值。附带说，这一理论也为我们大量地提供了某种科学知识；但在这儿，我们唯一关心的是它的哲学意义。≮更多好书请访问。。≯
初看起来，这一理论似乎一定标志着实体概念的巨大胜利，这一实体现在被认为是电。看来把实体的特性归之于电比以前所考虑的归之于质量或能量似乎更为合理。今天我们十分肯定地知道，质量——这个量（通常由其“重量”来度量）在所有机械的世界图象中充当着实体的角色——不是一个不变量。虽然“质量守恒定律”——该定律过去曾被认为是基础定律——通常近似地是对的，但它却不是精确无误的。特别是相对论告诉我们，物体的质量依赖于其速度，而且当物体的速度接近光速时其质量就巨大地增加。这样，从我们现阶段的科学知识来看，质量不能再在旧有的意义上被看作是实体了。——此外，就我们所讨论过的能量而言，有两点理由使我们认为它不如电那么有资格自称为具有“实质性”。首先，任何闭合系统的恒定的总能量随着该系统相对于进行测量的系统的运动状态而变化。当然，没有必要把这一不利条件当作是决定性的。其次，在量子论领域内，最新的实验使我们对能量原理的绝对有效性产生重大的怀疑。的确，看来已几乎不可能避免下列的假定，即能量只有平均说来才是恒定的，而能量原理对于发生在原子内部的十分精细的过程来说也不是永远为真的；小量的能量甚至可能整个儿消失，而又再次重新出现——于此必须注意，所失与所得结果正好互相抵销。这类怀疑不会在电的量值方面发生。根据我们目前的知识，正电荷与负电荷永远不能创生或消失①；它们的量也不依赖于观察者的处境或运动。事实上，它们的恒定性或不变性似乎是无条件的——而这就是为什么电的基本粒子确曾被认为代表着自然的真正实体。我将在此摘引一位伟大的物理学家素未菲的话。这些话引自他的《原子结构与谱线》一书②。“今天我们认为电是一种具有实体性的东西，这当然是对的。它是唯一能与另一种称为荷正电物的基本实体并列的普遍而基本的实体。。与质量相反，电荷以它的恒定性证明它是真正的实体。”在一部现代物理学教程①中我们找到大意如下的论述：“现代物理学可以有根据地认为�
