悼念恩斯特·马赫
前不久，恩斯特·马赫去世了。他是一个奇特的人，具有罕见的独立判断力。在认识论上，他对当代自然科学家的研究倾向有着极大的影响。他是如此强烈地喜爱观察和理解事物，以至于他在年老的时候，没有什么别的要求，只愿以孩子般好奇的眼睛继续窥视着这个世界，他能从中得到乐趣。
然而他明明是一位才华横溢的自然科学家，为什么会关心认识论呢？在他自己的专业领域里，难道没有有价值的工作可做吗？这样的议论，我经常听到，我的一些同行就说过；其实，有许多人一定也抱有同样的想法。但是，我不同意这种看法。在我教书的时候，我见过一些很有才能的学生，他们不仅有独立的判断能力，而且对问题的反应也很快。我可以肯定的是，这些人乐于进行关于科学的目的和方法的讨论，他们对认识论都是极为关心的。这个课题对他们来说极为重要，这一点，在他们为自己的观点作辩护时就能清楚地看出来。
如果你是这门学科的新手，你一定会问这样的问题：我现在所献身的这门学科，一般的研究结果究竟在多大程度上是真的？它的哪些东西是本质的，哪些则只是发展中的偶然的东西？我们为什么要研究这门学科，以及这门学科能给我们带来什么？
我们在评价马赫的功绩时不应该提出这样的问题。对一些普遍性问题的想法，马赫所想到的都是前人没有想到过的。性格坚强的人，总是一次又一次带着我们走向这种真理，而且他发现的真理总是适合当前社会的需要，给人类带来了方便；如果没有像他这样的一类人，真理就会被我们遗忘，我们整天都活在愚昧之中。因此，要回答下面这样不是十分重要的问题是很困难的：“和其他学科相比，以一般的认识论观点而言，马赫同斯图亚特·弥耳、基尔霍夫、赫兹(3)、亥姆霍兹(4)等人的主要区别在哪里？”
“马赫教了我们什么，哪些是培根和休谟根本没有过的新东西？”事实上，我们这一代自然科学家都受到马赫的巨大的影响。在他历史的批判著作中，他注意各门科学的成长，以深切的感情追踪这些领域中起开创作用的研究工作者。我敢打赌，反对马赫的那些人自己都不知道自己在用马赫的方式思考。 依马赫的观点来看，科学就是观点和方法，是我们逐步摸索出来的，它把我们感觉的内容加以比较和排列。因此，按照这个理论，物理学同心理学的区别，在于把材料排列和联系起来的观点不同，而不在于它们的对象不同。摆在马赫面前的是这样一个重要课题：这种排列是怎样逐一完成的？答案需要他来解答。通过对这个课题的研究，就产生了抽象的概念和联系这些概念的规律，概念和规律被确定后，一起构成一个排列的纲目。在这个纲目中，可以把需要排列的东西清楚地排列起来。按以上所说，可以知道，只有在概念同这些事物对应起来的观点能够显示出来的时候，概念才有其意义。
马赫的贡献极大，他的研究满足了当时哲学的某种需要。但一些积习很深的专业科学家认为，这种需要是多余的、完全不必要的。在排列事物时，这种被证明是有用的概念很容易使我们忘记了它们的世俗来源，给我们造成一种权威性，而把它们当做某种既定的、一成不变的东西。如果是这样的话，我们的思维就被禁锢了。在很长一段时期内，在科学前进的道路上，我们常常因为这种错误而走弯路。因此，那些流行已久的概念是值得分析证明的，它们是怎样从经验所给予的东西中产生出来的，它们的正确性和适用性都依据什么条件，这绝不是什么穷极无聊的游戏，这样做可以戳穿它们过大的权威性。如果证明它们是不合法的，它们就将被抛弃；如果能建立一个新的优越的体系，那么就用别的概念代替它们；如果它们同所给定的东西之间对应得过于松懈，它们就将被修改。
在那些过多注意具体事物的专业科学家看来，这样一种分析是可笑的、多余的、言过其实的。但当一门科学的发展需要用一个更加严格的概念来代替一个惯用的概念时，他们就不觉得好笑了。那些从未认真对待过这些概念的人，会抱怨说这是对最神圣遗产的威胁，严词发出抗议。甚至一些哲学家也会做出这样的抗议，他们认为，经常用的这个概念是不可替代的，并宣称，这个概念是根本不可改变的。
我这么说，读者一定能猜到，空间和时间学说以及力学中的某些被相对论所修改了的概念。那些认识论的理论家们，为相对论的发展铺平了道路，这一点没人能够否认；认识论对我也有极大的影响，特别是从休谟和马赫那里，我直接或间接地受到很大的启发。请读者打开马赫的著作《发展中的力学》的第二章，看看第六节（牛顿关于时间、空间和运动的观点）和第七节（牛顿观点的概括性批判）中所陈述的论断。那些当时还没有成为物理学家的公共财富的思想，当时的马赫就成功地表达出来了。这些部分因为和引证牛顿的地方连在一起而格外引人入胜，下面选了牛顿的一段对话：
牛顿：“由于绝对的、真正的和数学的时间的本性，它均匀地同任何一种外界事物无关地流逝着。这种时间又称为‘期间’。”
“期间的一种可感觉的、外部的、精确的，或者是变化着的量度就是相对的、感观的和通常的时间，人们通常用小时、日、月、年等量度来代替真正的这种时间。”
马赫：“……如果有一事物A随时间在变化，那么只能说事物A的状态与另一事物B的状态有一定关联。假设钟摆的运行与地球所处的方位和地点相关，那么它的振动情况肯定和时间密不可分。在观察钟摆的时候，我们用不着去考虑它同地球位置的相依关系，但可以拿任何别的事物同它作比较……这样的话，就会得出这样一个结论……事物随时间所发生的变化是我们无法度量的。也可以这样说，时间是一种抽象，是我们从事物的变化中所得到的；不过，我们没有必要只依靠一种确定的量度，因为一切都是互相联系着的。”
牛顿：“绝对空间永远是等同的和不动的，这是由它的本性，以及它同外界事物无关决定的。”
“相对空间是前者的一种量度，也可以说是其可动的部分，通过它对其他物体的位置，它被我们的感觉指示出来，通常我们是把它当做不动的空间。”
接着，是同它们相应的“相对运动”和“绝对运动”等概念的定义。比如：
“背离运动轴的离心力是把绝对运动和相对运动区别开来的有效原因，这样的力在单纯的、相对的圆周运动中是不存在的；然而，这种力在真实的、绝对的圆周运动中是存在的。这种力究竟是大还是小，那就要看（绝对的）运动量的情况。”
接下去有个实验应当作为上述论断的直观依据，那就是著名的水桶实验。
对这观点的批判，马赫是很有意思的。从这些批判的话中，我选了一些特别精辟的片断：“假如有一个物体K，它只能由另一物体K’的作用而改变它的方向和速度，那么，其他物体A，B，C，是用以判断物体K的运动的，当它们都不存在的时候，我们根本得不到这样的认识。实际上，我们认识到的，只是物体K同A，B，C，的一种关系。如果我们现在要谈论物体K在绝对空间中的行为，突然忽略A，B，C，那么，我们就会犯双重错误。第一，物体K将怎样行动，在A，B，C，不存在的情况下，我们是不知道的；第二，因此，我们没有任何方法可以判断物体K的行为，更无法验证我们的论断。所以，这样的论断就没有任何自然科学的意义。”
“只有在相对于别的物体A，B，C，时，一个物体K的运动才能加以判断。我们总是有一些位置变化得很慢，或者数目上足够多而彼此相对静止的物体可供使用，所以，在这里，我们能够有时忽略这一物体，有时忽略那一物体，而不一定要去指定一个特定的物体。如果是这样的话，你也许会有这个想法：这些物体都是一样的。”
“牛顿用转动的水桶所做的实验告诉我们：一只桶里有水，转动桶壁，相对的转动并没有引起显著的离心力，水对地球的质量和其他天体的相对转动才产生了离心力。如果把桶壁不停地加重、加厚……当到达几千米厚的时候，那这实验会得出什么样的结果，就没有人能说出来了……”
从这些摘录的话中可以看出，当时的马赫清楚地看到了古典力学的缺点和不足，而且他的观点很接近广义相对论，但他的观点在半个世纪之前就出现了！假如在马赫的青年时代，精力充沛的他也许会发现相对论，这并不是不可能的，可惜的是，光速不变的重要性在当时还不重要。马赫的批判的要求，在没有来自麦克斯韦·洛伦兹电动力学的这种刺激的情况下，给那些发生在不同地点的事件的同时性下个定义并不那么必要。
他的思想同普遍意义的相对性（加速度的相对性）要求很接近，这个从他对牛顿实验的看法就可以知道。在这里，他还没有充分意识到一个物体的惯性质量，同引力质量是相等的，这就要求，我们的研究要进入更广泛意义上的相对性假设；因为，一个物体相对于一个坐标系的降落，我们是不能用实验来判断的，究竟应当归因于坐标系的加速状态，还是应当归因于引力场的存在。
从马赫的思想发展来看，他是一位勤奋的、有着多方面兴趣的自然科学家，而不是一位把自然科学选作他的思辨对象的哲学家。对于他来说，人们普遍不注意的，焦点之外的细节问题是他的研究对象，他研究那些东西时感到愉快。关于这一点，许多人和在他身上发生的许多事都可以证明。在他的一些实验研究中，人们最熟悉的，还是关于子弹所产生的那些声波的研究。这些研究显示出他非凡的实验才能，在这项研究中，他根本没用什么新的思想，所用的都是一些基本思想。子弹在超声速运动的时候，它周围的空气密度是如何分布的，他成功地摄下一些照片就是关于这一点的，从而揭示出通过声过程来引起光漫射的一种现象，这是前人所不知道的。对于任何一个能从物理事物中取得乐趣的人，对马赫这方面的通俗演讲都会感到亲切愉快。
马赫的哲学研究仅仅是从一种愿望出发，把毕生所从事的各个不同科学部门，理解为一种统一的事业。他认为，一种把作为元素的单个经验排列起来的事业就是科学，他称这种作为元素的单个经验为“感觉”。马赫是一位有素养的、慎重的思想家，那些并未仔细研究过他的著作的人，因为他使用了“感觉”这个词，常常把他看做一个哲学上的唯心论者和唯我论者。
